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. Фото: https://ru.123rf.com

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.

Фото: https://ru.123rf.com

 

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. Цитозиназотистое основание, производное пиримидина. С рибозой образует нуклеозид цитидин, входит в состав нуклеотидов ДНК и РНК.

Б.Ф. Ванюшин. Фото: http://letopis.msu.ru

Б.Ф. Ванюшин. Фото: http://letopis.msu.ru

 

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