2021 год в России был объявлен Годом науки и технологий, а сентябрь, согласно его календарному плану, посвящен генетике и качеству жизни. Сегодня в рамках Года мы рассказываем о достаточно молодой науке ─ одной из ветвей биологии под названием эпигенетика.
В дословном переводе эпигенетика означает «над-генетика». Эпигенетика изучает изменения активности генов, не затрагивающие структуру ДНК. Это некая сумма факторов, влияющих на экспрессию (активность) генов. Сюда могут входить стресс, образ жизни, питание, радиация и т.д. – то есть то, что влияет на нас, а также на животных и растения извне.
На Земле существует огромное разнообразие форм жизни, но все виды – от простейшей бактерии до человека, – имеют одинаковый генетический код: из четырех нуклеотидов в ДНК, которые обозначаются буквами A, C, G и T (аденин (А), цитозин (Ц), гуанин (Г), и тимин (Т)). Последовательность этих химических единиц определяет, какие белки производит клетка живого организма. В каждой человеческой клетке содержится от двух до трех метров ДНК.
Наука эпигенетика говорит, что образ жизни человека и окружающая среда меняют наш организм, его генную деятельность, оставляя при этом неизменной ДНК.
Эпигенетика представляет собой науку о наследуемых свойствах организма, которые не связаны с изменением собственно нуклеотидной последовательности ДНК и могут быть не прямо, а опосредованно закодированы в геноме. К числу известных эпигенетических механизмов (сигналы) относятся энзиматическое метилирование ДНК, гистоновый код (разные энзиматические модификации гистонов — ацетилирование, метилирование, фосфорилирование, убиквитинирование и т.д.) и «замалчивание» генов малыми РНК (miRNA, siRNA). Источник справки.
Эпигенетика начала развиваться как отдельное направление молекулярной биологии в 40-х годах прошлого века. В 1942-м году английский ученый Конрад Уоддингтон, заложивший основы системной биологии, впервые сформулировал такое понятие, как эпигенетический ландшафт. Этот термин биолог использовал в качестве концептуальной модели того, как гены могут взаимодействовать со своим окружением при формировании фенотипа (совокупность внешних и внутренних признаков организма, приобретенных в результате индивидуального развития).
В дальнейшем работы в этой области были продолжены, и сегодня эпигенетика говорит нам, что все мы рождаемся с геномом, который не меняется в течение жизни – зато меняется активность тех или иных генов. И эти эпигенетические влияния мы можем усиливать или ослаблять, в том числе и медикаментозно. Благодаря эпигенетическим механизмам, например, склонный к лени человек может стать более активным.
«Активное движение, занятие спортом – это определенная зависимость. Потому что человек от этого получает удовольствие через выбросы гормонов. Другой человек может не получать от этого никакого удовольствия, потому что нет выброса гормонов. У этого человека немного другая генетика. Мы их назовем «ленивый» и «не ленивый». Но это будет некий ярлык. Потому что, в общем-то, эти два человека одинаковы. И если ленивого человека научить с детства трудиться, когда у него уже есть генетическая основа, то следом формируется его эпигенетическое состояние, которое каким-то образом в определенных пределах может изменять работу генов. Тогда и эти люди тоже смогут быть более активными. Как таковой лени не существует», – рассказывал в интервью «Научной России» доктор биологических наук, заведующий лабораторией эпигенетики Института общей генетики им Н.И. Вавилова РАН Сергей Львович Киселев.
Механизмы эпигенетики, в частности, отвечают за то, что наш организм в состоянии адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды.
«Это некий «интерфейс» между очень стабильным и одинаковым во всех клетках геномом, генетической информацией и окружающей средой», – говорит Киселев.
Ученый сравнивает эпигенетические механизмы с пунктуацией: они не меняют наш генетический текст, но расставляют в нем знаки препинания. Такими знаками пунктуации, например, может выступать добавочная, метильная группа на основании цитозин. Метилирование ДНК по цитозинам сегодня служит основным инструментом изучения эпигенетических особенностей.
Справка. Цитозин – азотистое основание, производное пиримидина. С рибозой образует нуклеозид цитидин, входит в состав нуклеотидов ДНК и РНК.
Заниматься эпигенетическими исследованиями в нашей стране впервые начал Борис Федорович Ванюшин – член-корреспондент РАН, доктор биологических наук. Ученый обнаружил, что метилирование ДНК у животных является ткане-специфическим, что свидетельствует об эпигенетической модификации как механизме контроля за активностью генов и клеточной дифференцировкой. Эти пионерские работы положили начало современной эпигенетики развития.
«Задача эпигенетики, как и геронтологии, – отрегулировать экспрессию генов так, чтобы человек или любое живое существо могло достигнуть своего видового предела (то есть увеличения длительности жизни до 40%, для человека это 110-120 лет)», – считает член-корреспондент РАН, директор Санкт-Петербургского Института биорегуляции и геронтологии Владимир Хацкелевич Хавинсон.
На работу эпигенетических механизмов влияет даже микроклимат в вашем коллективе, говорит ученый. Если там, где вы работаете, все постоянно ругаются и выясняют отношения, то это приводит к хроническому стрессу, а он, в свою очередь, провоцирует угнетение иммунитета.
«Измените стиль жизни – и вы положите начало цепочке биохимических изменений, которые станут незаметно, но неуклонно помогать и вам, и, возможно, всем вашим потомкам до конца их жизни на Земле», – пишет немецкий нейробиолог, популяризатор науки и писатель Петер Шпорк.
Эпигенетика – довольно молодая наука, которая, тем не менее, внушает большие надежды в плане продления жизни и улучшения ее качества. Самое удивительное то, что мы можем при жизни влиять на активность тех или иных генов. Считается, что эпигенетические переключатели могут даже обезвредить уже мутировавшие гены, и это дает шанс радикально изменить медицину и справиться с такими грозными заболеваниями, как, например, рак. Но пока что ─ это дело будущего. Исследования продолжаются.
Фотографии в материале, включая фото на главной странице сайта: https://ru.123rf.com
Фото: alexlmx / 123RF
