Время генома. Как генетические технологии меняют наш мир и что это значит для нас - Джон Луома

Непродолжительный, но жестокий голод, известный как Голодная зима, случился на западе Нидерландов в последние месяцы Второй мировой войны, когда в конце 1944-го – начале 1945 г. немецкая армия устроила блокаду этого региона. Поставки продовольствия опасно снизились, составив лишь треть от нормы, и люди вынуждены были есть траву и луковицы тюльпанов.

Поэтому неудивительно, что у многих женщин, которые были беременны во время Голодной зимы, дети родились с весом ниже нормального. Эта проблема была наиболее актуальна для тех младенцев, чьи матери во время голода были уже на последних месяцах, потому что именно тогда плод должен набирать основной вес.

Если матери страдали от голода в начале беременности, а затем получали адекватное питание, дети добирали необходимые килограммы в конце беременности и рождались с нормальным или близким к тому весом.

С точки зрения медицины здесь нет ничего удивительного. Главные сюрпризы этого ужасного «эксперимента» по нарушению питания матери и плода проявились со временем. Оказалось, что ранние неблагоприятные воздействия, такие как голод, модифицируют наши гены, и эти изменения могут сохраняться десятилетиями на протяжении нашей взрослой жизни.

Когда 1940-е гг. сменились следующими десятилетиями, благодаря склонности голландцев к педантичному ведению регистрационных записей эпидемиологи могли сравнивать взрослеющих детей, переживших Голодную зиму, и их братьев и сестер, которых это не затронуло. Поскольку у братьев и сестер половина генов общая, получается очень удобная выборка для анализа последствий недостаточного питания в материнской утробе.

Хорошая новость заключалась в том, что дети со сниженным весом, родившиеся во время или сразу после Голодной зимы, выросли достаточно здоровыми. Да, у них и в детском, и во взрослом возрасте рост был ниже среднего, но при этом реже, чем у братьев и сестер, развивалось ожирение; таким образом, им удавалось избежать медицинских проблем, связанных с излишним весом. Повезло?

Все было иначе для другой группы детей Голодной зимы. Их матери не получали полноценного питания, когда плод был на ранних стадиях развития, но на поздних сроках эти дети «добрали свое» и родились на первый взгляд нормальными младенцами. Ученые проследили их дальнейшее развитие в детстве, молодости и затем в среднем возрасте и обнаружили удивительную, тревожную и неожиданную закономерность. У этой группы была предрасположенность не просто к ожирению, но к целому комплексу проблем, который часто называют метаболическим синдромом. У них не только был лишний вес, но и большая склонность к диабету, гипертонии и болезням сердца. Во взрослом возрасте представители этой группы почти в два раза чаще страдали от болезней сердца по сравнению с голландцами, родившимися в последующие или предыдущие годы.

Казалось, что эти неожиданные последствия не были связаны c ДНК и не имели отношения к генетике. Ведь у юных жертв Голодной зимы гены были те же, что и у их братьев и сестер, родившихся до или после этой зимы. В соотношении «гены/среда» среда у них тоже была общая. Они жили в одних и тех же домах, ели за одним столом. Но их братья и сестры вырастали без такого количества проблем со здоровьем. В чем же дело?

В итоге ученые пришли к выводу, что ответ на эту загадку все же в некоторой степени затрагивает ДНК. Ясно, что не было никаких особых генов, измененных у этой группы. Но почему-то к ДНК были присоединены особые метки, из-за которых она читалась совершенно по-другому. В 2010 г. исследователи из Лейденского университета в Нидерландах вместе со своими коллегами из Колумбийского университета в США, по-видимому, сумели окончательно объяснить механизм произошедшего^{102}.

Перебрав более 20 000 генов, они нашли нечто необычное в связи с геном под названием инсулиноподобный фактор роста 2 (ИФР-2), про который уже было известно, что его белок играет важную роль в раннем развитии и влияет на вес и рост людей даже во взрослом возрасте. ИФР-2 синтезируется в печени и выделяется в кровь. Этот гормон считается основным посредником для гормона роста и одним из важнейших белков, определяющих рост и вес. Ученые обратили внимание на особые химические структуры, так называемые метильные группы, которые украшали этот ген. Про эти соединения известно, что они важны для эпигенетических (приставка эпи по-гречески означает «над» или «выше») процессов. При этом сам набор генов в клетке не меняется, однако клетка начинает совершенно иначе с ними работать.

Это исследование принесло свои плоды. Ученые обнаружили, что у тех людей (а на момент исследования им было уже за 60 лет), которые были в утробе матери во время самых тяжелых времен Голодной зимы, по сравнению с их братьями и сестрами, родившимися раньше или позже, было намного меньше метильных групп, переключавших активность таких генов, как ИФР-2. Благодаря этой работе удалось подтвердить то, о чем долгое время только догадывались. Стрессовый фактор (в случае Голодной зимы это недоедание) переключает гены, подобные ИФР-2, эпигенетически, то есть не затрагивая саму нуклеотидную последовательность. Важно, что эти изменения в ДНК могут сохраняться на протяжении всей жизни.