Эпигенетика. Управляй своими генами

© Гаврилов М.А., Мальцева И.В., текст

© Драган Е.А., иллюстрации

© ООО «Издательство АСТ»

Вступление

Почему эту книгу нужно прочитать? Это первый вопрос, который мы задали себе, когда приняли трудное решение – написать книгу про эпигенетику, которая будет понятной многим. Мы сами и читатели, и писатели. Вместе нами написаны три книги (по проблеме снижения веса) и еще несколько лично Михаилом Гавриловым. Обладая обширными библиотеками, в которых есть несколько книг и по теме «Эпигенетика», все время задавались вопросом: почему все так сложно в этой науке? Для примера процитируем небольшой абзац из фундаментальной переводной книги под редакцией маститых ученых: «Транскрипция генов включает совместное действие избранных cis-действующих нуклеотидных последовательностей ДНК (промоторов, энхансеров и участка контроля локусов), связанных с комбинациями trans-действующих факторов, вместе с РНК-полимеразой и ассоциированными факторами».

Ну и как вам? Если вы дальше продолжили бы увлеченно читать, значит, вы как минимум учитесь на пятом курсе биофака МГУ. Понимаем, что кто-то свободно владеет подобным языком и стилем изложения и даже пишет нужную узким специалистам научную литературу. Но как быть обычным людям, прочитавшим такой абзац?

Будучи прагматичными, мы понимаем, что «высокая наука», безусловно, нужна. Необходимы сотни экспериментов на модельных животных, чтобы некоторые выводы можно было распространять на людей. Человек – очень сложный объект для исследований, так как живет долго, в отличие от плодовых мушек и мышек. Поэтому научная литература нужна, но далеко не всем.

С некоторых пор ведем аккаунты в «Инстаграме» – мы немного с этим опоздали (года на три), и подавляющее количество желающих прочитать о ЗОЖ и здоровье в целом уже прикипело к своим любимцам и любимицам с аудиторией от нескольких сотен до множества тысяч человек. Приведем примеры, возможно, известные и вам. Есть суперумные врачи, ученые, ведущие большие проекты, но их блоги очень сложно читать из-за повышенной научности, поэтому у них немного подписчиков и три лайка за пост! А есть малограмотные блогеры, которые шпарят #околомедицинсконаучную «правду-матку» простым языком и купаются в благодарных комментариях.

Задача нашей книги в том, чтобы вы задумались. Крепко. И поменяли бы отношение к своему здоровью и лечению в целом. Также эта книга про ответственность перед будущими поколениями, если вы молоды и намерены стать родителями. Если вы взрослый человек, заботящийся об активном долголетии, то для вас будет много интересной информации о предотвращении хронических «болезней цивилизации», в том числе ожирения, сердечно-сосудистых заболеваний и онкологии. Возможно, у некоторых из вас избыточный вес – тогда, уверены, вы по-другому посмотрите на то, как от него проще избавиться. Если кто-то из читателей пребывает в унынии и испытывает стресс, то в книге можно найти практические рекомендации, как с ними справиться, как избавить от триггеров, которые запускают развитие многих заболеваний.

Среди наших читателей точно будут счастливцы, которые сдали генетический тест и теперь чешут в затылке, что с ним делать. И некоторые, самые впечатлительные, возможно, находятся в предобморочном состоянии, увидев черным по белому повышенную предрасположенность к сахарному диабету, ожирению, атеросклерозу и/или болезни Альцгеймера. Вы узнаете о генетике и о том, что предрасположенность к болезням – это не приговор, что этих болезней можно успешно избежать, если знать возможности эпигенетики.

Эпигенетические воздействия обширны и разносторонни по своему действию – от неблагоприятных до благотворных, включают в себя факторы внешней и внутренней среды, действие витаминов, гормонов, микробиома, токсинов, питания и многое другое. Эта материальная часть изучена учеными неплохо, хотя далеко не полностью. В нашей книге ее будет представлять Ирина Мальцева, биолог, генетик. Тема эпигенетических психических и социальных влияний, а также эпигенетика ожирения будет раскрыта Михаилом Гавриловым, врачом-психотерапевтом, кандидатом медицинских наук.

У этой книги три задачи – быть одновременно научной, популярной и максимально практичной.

Мальцева Ирина: «Впервые с феноменом эпигенетики (тогда еще не зная такого названия) я столкнулась в 1990 г. в аспирантуре в лаборатории генетики ВНИИ риса. В камерах искусственного климата один аспирант выращивал пшеницу, а я ему помогала. Зерна были от растений линии с генетически однородными сортами. Но условия, которые создавались в камерах искусственного климата, были разные. В одной камере растения «холили и лелеяли» – была комфортная температура, достаточное увлажнение, днем яркий свет, ночью его не было. В других камерах было по-другому: в одной почти не было света, во второй было недостаточно воды, в третьей очень холодно, а в четвертой неблагоприятными были все условия сразу.

Когда пшеница выросла и ее зерна созрели, мы их фотографировали, считали, взвешивали каждое зерно и проводили исследование запасных белков пшеницы (глиадинов) методом электрофореза. Интересными оказались следующие факты:

1. Растения отличались по размеру стебля и колоса – в камерах с подходящими условиями стебли были значительно выше, мощнее, а колосья тоньше; в камерах с неблагоприятными условиями – наоборот, низкими, но с крупным, мощным колосом. Другими словами, фенотип был разный.

2. Количество зерен пшеницы в колосе, которая выросла в хороших условиях, было больше, но они имели меньшую массу и худшие технологические качества, чем зерна пшеницы, выросшей в плохих условиях. Для зожников, ненавидящих глютен, скажу: чем хуже были условия выращивания, тем больше глютена было в зерне.

3. Исследование запасных белков зерен пшеницы методом электрофореза показало, что они отличались: добавлялись или исчезали отдельные фракции белков наподобие тех, которые встречаются или отсутствуют в разных сортах.

Выводы тогда были следующие: окружающая среда повлияла на выработку разных белков одинаковыми генами. В то время существовала известная генетическая догма: «один ген – один белок». С точки зрения современного понимания эпигенетики изменение условий среды вызвало изменение экспрессии генов и заставило их вырабатывать разные белки, но не меняя саму ДНК.

Я в юности любила книгу «Белые одежды» В. Дудинцева и люто ненавидела «воспитателя картошки» Т.Д. Лысенко, который, как тогда считалось, «загубил генетику в России и многих ученых (включая Вавилова) по политическим соображениям». И воздействие окружающей среды на гены у меня в меру моей ретивой комсомольской юности ассоциировалось с Лысенко. Я не верила в его концепцию, так как читала перепечатки из журнала «Огонек», в котором Трофим Денисович выставлялся академиком «от сохи», «с золотым зубом», монстром-интриганом. Оказалось, что все было не совсем так.

«Чтобы понять, почему против Т.Д. Лысенко в 1960–1990 гг. велась такая тотальная информационная война, следует обратить внимание на социальное значение основной отстаиваемой им концепции – возможности изменения наследственности под влиянием изменений в условиях жизни организма», – говорилось в статье (Овчинников Н.В. Академик Трофим Денисович Лысенко. Мичуринская биология. Москва: USSR, 2009).

К своему удивлению, упоминания о работах Лысенко я встретила в иностранных источниках. Это было достаточно уважительно.

После эксперимента с пшеницей в аспирантуре, увидев собственными глазами влияние условий окружающей среды на изменение работы генов, я запомнила это на всю жизнь. Прошло больше четверти века. Став экспертом-преподавателем в области формирования здорового образа жизни, я не смогла не вернуться к генетике и эпигенетике. Генетика уже была не той, которую я когда-то изучала. После генетической революции, когда был расшифрован геном человека в самом начале XXI века, мне довелось изучать ее заново. Заодно и постигать эпигенетику. За это отдельная благодарность члену-корреспонденту РАН, профессору, биогеронтологу Алексею Москалеву – считаю его своим Учителем в эпигенетике, хотя он значительно моложе меня.

Я постаралась дать в этой книге наряду с научной информацией максимально практичные рекомендации – то, что нужно делать будущим матерям, чтобы предотвратить проявление неблагоприятных эпигенетических эффектов у их детей, а также человеку в любом возрасте для повышения качества здоровья. Еще постаралась отделить модное слово «эпигенетика» в постах про очередной чудо-крем в «Инстаграме» от действительных эпигенетических эффектов, которые доказаны в процессе научных исследований».

Гаврилов Михаил: «Моя часть книги касается ожирения и психологических механизмов управления стрессом. Много лет работаю в сфере нормализации веса, ко мне обращаются люди порой с огромным весом. Они находятся как бы в замкнутом круге: стресс психологический – переедание – ожирение – еще больший стресс (и психологический, и физический). Вижу, слышу и понимаю боль таких людей, смотрю также их лабораторные анализы. Как правило, чем больше вес, тем хуже анализы, исключения бывают, но их немного.

Смысл моей работы в том, что уже с первых минут общения с пациентами я применяю техники, которые помогают снизить тревожно-депрессивное состояние. Многие люди на второй-третий день работы отмечают, что стали более спокойными, их меньше тревожит то, что еще недавно выбивало из колеи. Вес начинает снижаться, вместе с лишним жиром, который покидает тело, уходят токсины, уменьшается воспаление, восстанавливается работа гормонов. Многие гормоны нашего тела являются белками.

Не могу не отметить, что некоторые пациенты – сами по себе исследователи своего стройнеющего тела – делают анализы каждый месяц, что, впрочем, совсем не обязательно. Именно такие лабораторные исследования наталкивают на мысль, что психология, вернее, изменение отношения человека к себе, еде, окружающему миру, может менять гормоны-белки, другие показатели, говорящие о статусе здоровья человека. Самое интересное: бывает через месяц сброшено 2 кг – это совсем немного, а анализы меняются в лучшую сторону, настроение прекрасное, и никакого следа былых тревог и уныния.

Еще считаю очень важным исключить у моих пациентов чувства вины и стыда. Разрушительные и беспощадные, они, по мнению многих психотерапевтов, приводят к рецидивам зависимых состояний, когда, например, что-то в процессе излечения пошло не так. «Подруга снизила вес на 7 кг за месяц, а я всего на 3! Мне стыдно, что я такая безвольная. Моя вина в том, что я все же подъедала вечерами сладкое, не могла удержаться. Видимо, не судьба мне влезть в любимые джинсы…». Такие и другие высказывания иногда можно услышать от людей, снижающих вес. С учетом того, что не сразу вся информация, полученная в результате прохождения программы снижения веса, задерживается в голове, а только ее пятая часть, я до победного работаю с пациентами над снижением чувства вины.

Скажу сразу: мной не проводились специальные исследования в области эпигенетики стресса, но, будучи практиком по его устранению, в течение 25 лет вижу результаты своей психотерапевтической деятельности. С удовольствием сейчас читаю научную и популярную литературу по этой теме, понимая, что уже существуют вполне материальные доказательства влияния наших мыслей, установок, убеждений на все, что происходит в нашем организме.

Доусон Черч в книге «Гений в ваших генах» пишет: «То, что вы думаете или чувствуете, то, во что вы верите, меняет экспрессию генов и химический состав вашего тела. У гормона стресса кортизона точно такие же предшественники, как у DHEA (дегидроэпиандростерона), который связан с функциями, отвечающими за здоровье, а также долголетие. DНEA – это самый распространенный гормон человеческого тела, связанный с заживлением клеток.

Оба эти гормона производятся надпочечниками. Когда надпочечник использует предшественники для синтеза кортизона, производство DHEA падает. Когда уровень кортизона низкий, то высвобождается сырье, из которого производится живительный для наших тел DHEA, и производство DHEA возрастает. Однако высокий уровень стресса отнимает биохимические ресурсы от заживления клеток и уничтожает клетки мозга»[1].

Мы с вами можем управлять нашей биохимической фабрикой внутри наших организмов. Главное, правильно дать инструкции своим генам, чтобы они выработали те вещества, которые повысят уровень здоровья, а не отнимут его. Основные положения эпигенетики стресса я привожу в этой книге, но главное, передаю свой практический опыт в виде самых действенных и эффективных технологий. То, что помогло другим людям, поможет и вам».

Теперь вы познакомились с нами. Осталось еще немного рассказать, как лучше работать с этой книгой. Первая глава рассказывает о генетике и эпигенетике популярно, хотя в ней появляются термины, которые, как мы считаем, есть смысл выписать и запомнить, так как в других главах эти термины уже будут даваться без объяснений. Вторая глава о самом главном – подготовке к беременности и рождению ребенка. Вы узнаете о своей «эпигенетической ответственности» перед будущими поколениями, а также о том, как родить «дизайнерского ребенка» – умного, здорового и стрессоустойчивого. Третья глава про ожирение, его эпигенетическую роль. В ней же вы познакомитесь с понятием «пищевая зависимость», с ее биопсихосоциальной структурой, с системой контроля аппетита, которая также зависит от множества факторов.

В четвертой главе мы поговорим про дела сердечные, а именно про сердечно-сосудистые заболевания, и, конечно же, проследим их связь с эпигенетикой. Расскажем, как использовать генетический тест и каких принципов питания придерживаться, чтобы защитить себя от проблем, связанных с неблагоприятными вариантами (полиморфизмами) генов. Пятая глава об онкологии. Как бы ни хотелось обойти стороной эту тему, она не дает о себе забыть, и здесь актуально правило «предупрежден, значит, вооружен». А еще хорошая новость – существуют вещества в продуктах питания, которые могут обратить процесс образования опухолей вспять. Шестая глава про стресс – вы сможете научиться простым и эффективным антистрессовым техникам, которые займут у вас всего несколько минут в день.

Седьмая глава познакомит вас с удивительным миром микробиоты, а также с теми процессами, которые лежат в основе ее умения управлять клетками иммунной системы и здоровьем человека в целом. Восьмая глава про вещество, которое мы привычно считаем полезным, так как оно связано с фруктами. Но фруктоза оказывается достаточно коварна, она играет неблагоприятную эпигенетическую роль. Девятая глава повествует про омега-3 полиненасыщенную жирную кислоту, ее ценные свойства для организма. Десятая – практическая, диетологическая, в ней не только описаны рационы и даны рецепты, но и представлена концепция функциональной интегративной диетологии, призванная восстанавливать здоровье и улучшать настроение. В заключительной главе мы подытожим основные рекомендации, расскажем, как избавиться от «черных меток» эпигенетики и передать своим потомкам «белые», отвечающие за высокое качество жизни и уровень счастья!

За свою жизнь мы прочитали много книг. Научных, популярных, научно-популярных. Скажем сразу, что, когда от научного текста глаза «слипаются», а мозги дымятся, это не все могут пережить. Многие люди сразу откладывают в сторону фолиант, написанный на «птичьем» языке, на котором привыкли общаться на конференциях доктора и академики разных наук. С другой стороны, те, кто имеет отношение к исследованиям и доказательной медицине, неблагосклонно (мягко говоря) относятся к «попсе». Учитывая все это, мы взяли на себя смелость написать книгу, которая заинтересует и ученого, и «обычного» человека.

При написании книги, будучи эриксоновскими терапевтами, мы не удержались, чтобы не использовать свои навыки более продуктивного обучения. Поэтому вы можете увидеть в книге нестандартные словесные обороты и метафоры, которые способствуют лучшему запоминанию материала. Не старайтесь их отслеживать, но, если «споткнетесь» о неординарное словечко, это на пользу вашему мыслительному и образовательному процессу.

Итак, как читать эту книгу, чтобы получить от нее максимальную пользу:

1. Если вы имеете отношение к биологическим наукам и медицине и вас не пугают слова наподобие «циклопентанпергидрофенантрен», то вам будет интересна информация под рубрикой «НАУЧНО».

Она набрана более мелким шрифтом, чтобы не привлекать внимание небиологов, негенетиков, неврачей. Мы ее попытались смягчить, но иногда из научной песни слов не выкинуть…

Эта рубрика обычно идет в начале главы (но может быть и в середине), в ней приводятся результаты различных исследований в области эпигенетики.

2. Всем остальным рекомендуем находить в главах рубрики, называемые «ПОПУЛЯРНО» и «ЧТО ДЕЛАТЬ».

Не критично, если вы пропустите то, о чем идет речь в рубрике «НАУЧНО», но пытливым и неравнодушным к свежим научным исследованиям можно попытаться прочитать эту информацию – для формирования нейрональной пластичности и профилактики нейродегенеративных заболеваний и старения мозга.

Врачам и биологам также будет интересно. Чтобы быть «ближе к народу», им можно (одним глазком) взглянуть на информацию в рубриках «ПОПУЛЯРНО» и «ЧТО ДЕЛАТЬ».

Просто, понятно, конкретно…

Глава первая

Генетика и эпигенетика. Общие понятия

Генетика предполагает, а эпигенетика располагает.

1.1. Что нужно знать для того, чтобы понимать эпигенетику. Основные термины

Ген – единица наследственной информации, участок ДНК – дезоксирибонуклеиновой кислоты (помните скрученную спиралью веревочную лестницу – макет ДНК на уроке биологии?) – молекулы, на которой записана вся информация о нашем организме.

Классическая генетика утверждала, что все свойства организма, вся совокупность его фенотипов[2] (внешности, особенностей метаболизма и поведения) зависят от уникального набора генов, доставшихся от родителей.

Также утверждалось, что гены «незыблемы», а мутации, которые возникают в геноме (совокупности генов), случайные и ненаправленные (непредсказуемые).

Центральная догма в биологии о том, что гены рулят всем, что наша жизнь предопределена, а СМИ взрывались сенсационными заголовками – «найден ген самоубийц!», как пример, существовала ровно до окончания проекта «Геном человека». Хотя некоторые эксперименты с клетками говорили о другом. Например, энуклеация. В биологии (не в медицине) этот термин означает извлечение из клетки ядра, в котором сосредоточен весь генетический материал (у клеток, имеющих ядра). По логике центральной догмы без генетического материала клетке надо бы умереть? Ничего подобного, существует и в ус не дует еще несколько десятков дней. Не умеет размножаться, ибо нечем, но живехонька. Засомневаться бы ученым в ведущей роли генов, пересмотреть догму! Но не сложилось, как нельзя было усомниться в руководящей роли КПСС в застойные годы.

После окончания проекта «Геном человека» многое из того, что касалось генов, зазвучало по-другому. Оказалось, что генов у человека не так уж много, не 50–100 тысяч, как считалось раньше, а, по разным оценкам, от 18 до 30 тысяч. Но горевать о таком малом количестве не следует, так как один ген может вырабатывать много разных белков в зависимости от того, какие сигналы он получит от окружающей его среды. Да и известных белков к тому моменту стало гораздо больше, чем 100 тысяч. Не каждый ген умеет вырабатывать белки, некоторые выполняют другие функции.

Термин «эпигенетический» существует давно. Буквально он обозначает «над, поверх генетики, наследственности». Этим термином ученые пользовались не только в биологии, но и в психологии. Наиболее известное применение этого термина было дано в 1947 г. эмбриологом Конрадом Уоддингтоном, который объяснил, каким образом организм в процессе эмбрионального развития формирует разные клетки. У человека существует примерно 250–270 типов клеток (клетки мозга, печени, легких, кожи, почек и мн. др.), которые различаются по внешнему виду, функционированию, типу метаболизма. Когда-то все эти клетки появились из зиготы, которая образовалась из слияния гамет – отцовского сперматозоида и материнской яйцеклетки.

Рис. 1. «Хвостатые» сперматозоиды (гамета) пытаются проникнуть в круглую яйцеклетку (гамета) (слева). Справа зигота —оплодотворенная сперматозоидом яйцеклетка

Почему клетки, появившиеся из зиготы, становятся разными? Потому что существуют эпигенетические механизмы, которые при помощи наборов транскрибируемых генов определяют, какими быть будущим клеткам при делении, также они дают инструкции каждому виду клеток – уровень активности деятельности этих клеток, который они должны поддерживать, пока существуют. Далее, во время размножения организма при формировании гамет (половых клеток) эпигенетический статус генома должен быть стерт и далее с чистого листа вновь сформироваться после оплодотворения, иначе наступит так называемый эпигенетический коллапс.

Метафорично объяснить этот процесс можно используя пример с одеждой. Каждое утро аккуратный человек, собираясь на работу, надевает на тело (в нашем примере тело – это нуклеотид) белье и одежду (метки), а вечером, приходя с работы, их снимает. Утром процесс повторяется. Так же и эпигенетические метки «снимаются», когда формируется восьмиклеточный зародыш – бластоциста, а при имплантации бластоцисты в матку метки опять «надеваются» (как белье и одежда с утра). Это достаточно хорошо известный факт.

Известен эпигенетический ландшафт Уоддингтона (К. Уоддигтон, 1957 г.), который представляет собой макет горы со множеством холмов и оврагов, на вершине которой находится шарик.

Рис. 2. Конрад Уоддингтон и его модель эпигенетического ландшафта

Этот шарик катится вниз и либо сталкивается с холмами, меняя траекторию движения, либо попадает в ложбинку. Где окажется шарик внизу – зависит от сочетания многих факторов его движения. Так Уоддингтон представлял процесс эмбриогенеза (шарик), который зависел от различных продуктов генов – белков и гормонов (выступы и овраги), которые являются сигналами, заставляющими гены менять свою активность.

Под воздействием различных факторов (внутренних и внешних, генетических и негенетических) возможен переход с одной траектории на другую, в связи с чем на основании одной и той же генетической программы возможно формирование множества траекторий онтогенеза (поливариантность онтогенеза).

В соответствии с этой концепцией все клетки организма в начале развития тотипотентны (обладают возможностями всех будущих клеток тела); в ходе развития они приобретают разные свойства, например, одни становятся кардиоцитами (клетками сердца), а другие – нервными клетками (клетками мозга и другими частями нервной системы), третьи – гепатоцитами (клетками печени). Происходит это расхождение свойств за счет того, что в клетках, являющихся «основоположниками» различных тканей, экспрессируются (активизируются) разные паттерны генов[3]. Различные клетки получают на определенных этапах развития разные (гормональные и т. д.) сигналы, которые направляют их на тот или иной эпигенетический «маршрут», то есть приводят к клеточной специализации, дифференцировке.

Рис. 3. Дифференциация (процесс появления различий в структуре и функции) клеток в процессе развития

После того как клеточные линии приобретают определенные «эпигенетические траектории», впоследствии они уже не могут от них уклониться независимо от того, какие «реплики окружения» получают. Таким образом, концепция Конрада Уоддингтона объясняет, как из одной клетки (зиготы) образуется многоклеточный организм, состоящий из клеток, кардинально различающихся между собой по виду и функциональной нагрузке (из интервью д. м. н. А.М. Вайсермана на сайте wavegenetics.info).

Определение эпигенетики по Уоддингтону: «эпигенетика – ветвь биологии, изучающая причинные взаимодействия между генами и их продуктами, образующими фенотип».