Супергены. На что способна твоя ДНК?

Для физических изменений не всегда нужны физические причины. Иногда стимулом может послужить одно лишь слово. Если вы встретите нового человека и влюбитесь в него, это вызовет серьезные изменения в активности вашего мозга, чему есть подробное документальное подтверждение, и если тот, в кого вы влюблены, скажет вам не «Я встречаюсь с другим», а «Я тебя люблю», экспрессия генов в эмоциональном центре вашего мозга очень сильно изменится. В то же время химические сообщения, которые отправляются посредством эндокринной системы, помогут сердцу и другим органам адаптироваться. Если на ваши чувства ответят, ваше сердце будет трепетать, а если вас отвергнут – разрываться. В обоих случаях экспрессия генов будет разной.

Старые как мир переживания научно обоснованы. В ходе исследования 1991 г. микробиологи из Алабамского университета вводили мышам вещество, которое укрепляло их иммунную систему – кополимер полиинозиновой и полицитидиловой кислот. Это вещество усиливает активность части иммунной системы, которая содержит естественные клетки-киллеры. В то же время в воздух выпустили запах камфары. Мышей быстро выдрессировали связывать этот запах с введением препарата, после чего небольшой его дозы хватало для стимуляции естественных клеток-киллеров, пока в воздухе присутствовал запах камфары.

Организмы мышей начинали сами вырабатывать вещества, необходимые для стимуляции иммунной системы. Для этого им был нужен лишь небольшой триггер. Это впечатляющее открытие показывает, что гены могут адаптироваться в определенном направлении при очень низкой мотивации. Сами молекулы камфары, проходя от носа мыши к ее мозгу, не оказывают никакого влияния на ее иммунную систему. Эффект создала именно ассоциация с запахом камфары. Мы сделали еще один шаг вперед от экспериментов на коровах, поведение которых изменилось, потому что они помнили боль от удара током. Мыши ничего не запоминали сознательно. Их организмы адаптировались без участия сознания (какое бы оно там ни было), им не пришлось ничему учиться или даже думать.

Люди, конечно же, могут думать, но наши организмы постоянно подвергаются воздействиям разного рода, даже когда мы об этом не знаем. Что касается запаха, феромоны, которые выделяет кожа, связаны с сексуальной привлекательностью у млекопитающих и, предположительно, имеют то же значение у людей. В ходе экспериментов с ароматерапией ученые обнаружили, что участники эксперимента отмечали улучшение настроения после того, как они понюхали масло лимона. Когда же они нюхали масло лаванды или ничем не ароматизированную воду, их настроение не менялось. Настроение улучшалось независимо от того, проходили они до этого курс ароматерапии или нет. При этом одной группе участников ничего не рассказали ни об ароматах, ни о том, какого эффекта от них ждать, и их настроение все равно стало лучше.

Тем не менее нельзя не отметить, насколько сильный эффект дает ожидание. Плацебо-эффект заключается в том, что пациенту дают обычную сахарную пилюлю и говорят, что это лекарство, которое может облегчить симптомы, например, боль или тошноту, и у 30–50 % людей организм начинает вырабатывать вещества, необходимые для ожидаемого результата. Даже когда о плацебо-эффекте стало известно, примечательно, что сами слова (например, «Это поможет вам от тошноты») могут запустить специфическую реакцию, которая связывает мозг и желудок. Человеку можно даже дать таблетку, которая вызывает тошноту, но сказать при этом, что она помогает от тошноты, и у некоторых людей тошнота прекратится. Для полноты картины существует обратный антиплацебо-эффект, при котором сахарная пилюля оказывается бесполезной, а то и вызывает негативный эффект, если человеку, которому ее дали, сказать, что это лекарство не принесет ему никакой пользы.

Кажется, мы достаточно далеко отошли от того, как адаптация провалилась у динозавров, но все эти открытия имеют большое значение. Если простой аромат или слова «От этого тебе станет легче» способны изменить экспрессию генов и если абсолютно нейтральное вещество способно вызывать тошноту или помочь от нее избавиться, перед нами открывается целый мир адаптации. Вместо того чтобы сформировать условный рефлекс и, подобно собакам Павлова, пускать слюну каждый раз, когда звенит колокольчик, сигнал которого связан с приемом пищи, люди делают еще один шаг и переходят к интерпретации.

У мышей, которые научились связывать запах камфары с усилением иммунной реакции, никакой интерпретации не было. Но любая попытка натренировать на подобное поведение человека имеет почти половинные шансы провалиться. Позитивные стимулы, такие как деньги, власть, удовольствие, действуют на всех, но всегда найдется человек, который скажет «нет» и уйдет. Негативные стимулы, такие как физическое наказание, притеснения или принуждение, с большой вероятностью заставят человека делать то, что хотят от него мучители, но всегда найдется тот, кто будет им сопротивляться. Между стимулом и реакцией находится разумное сознание, способное интерпретировать ситуацию и отвечать на нее соответственно.

Гены могут адаптироваться в определенном направлении при очень низкой мотивации.

Итак, у нас есть петля обратной связи, которая работает с каждым переживанием. Существует инициирующее условие А, которое ведет к ментальной интерпретации Б, результат которой – реакция В. Сознание запоминает эту реакцию, и в следующий раз, когда возникает условие А, реакция не будет идентичной. Эта петля обратной связи подобна нескончаемому разговору между сознанием, телом и внешним миром. Мы адаптируемся постоянно и быстро.

Результат был еще интереснее, когда в воздух выпускался все тот же аромат камфары, но крысам вводили препарат, который ослабляет иммунный ответ. И снова по прошествии некоторого времени стоило только аромату камфары появиться в воздухе, иммунная система животных ослабевала. Иными словами, один и тот же стимул (камфара) способен вызвать как реакцию определенного типа, так и ее полную противоположность.

Адаптируйся сначала, мутируй потом

Несмотря на все возрастающее число доказательств в пользу эпигенетики, некоторые биологи-эволюционисты настаивают на том, что эволюция нашего вида полностью случайна и основана только на естественной селекции. И если вы посмеете только предположить, что может существовать некая динамичная эпигенетическая программа, согласно которой и происходит эволюция нашего вида, вы наткнетесь на стену непонимания. Типичные эволюционисты с пеной у рта заклеймят вас «креационистом» и будут донимать вас понятием «теории разумного начала». Но мы точно не имеем в виду «теорию разумного начала». Однако, если рассматривать все растущее число доказательств влияния эпигенетики на здоровье в целом, настало время серьезно задуматься о том, что вторая генетическая революция говорит нам о нашей собственной эволюции.

Разница может оказаться решающей. На протяжении почти тридцати лет в Университете штата Огайо профессор Дженис Кикольт-Глейзер и ее коллеги изучают воздействие хронического стресса на иммунную систему. Общая картина уже была хорошо изучена. Если вы постоянно подвергаетесь стрессу, ваша сопротивляемость заболеваниям снизится. Кроме того, повышается риск развития сердечно-сосудистых заболеваний и гипертонии. Но люди куда меньше знают об опасностях ежедневного стресса, того, который причиняет нам дискомфорт, но с которым нам нужно мириться.

Группа Кикольт-Глейзер рассматривала стресс, который стал распространенным лишь недавно – у ход за страдающими болезнью Альцгеймера. Поколение демографического взрыва все чаще и чаще сталкивается с необходимостью ухаживать за стареющими родителями с болезнью Альцгеймера, а поскольку профессиональный уход ограничен и слишком дорого обходится, брать на себя все заботы приходится выросшим детям. Как бы мы ни любили наших родителей, непрерывный ежедневный уход становится источником сильного хронического стресса.

Мы платим генетическую цену. По данным исследовательского сайта Университета штата Огайо, «…работы других ученых показали, что у матерей, которые ухаживают за хронически больными детьми, отмечаются изменения в хромосомном наборе, что ведет к их преждевременному старению». Когда ученые прицельно занялись исследованием ухаживающих за страдающими болезнью Альцгеймера, для группы Кикольт-Глейзер было неудивительно обнаружить высокие показатели депрессии и прочих психологических эффектов. Но они также хотели изучить и клетки, которые послужили бы доказательством генетических изменений.

Ученые обнаружили их в теломерах иммунных клеток. Напомним, что теломеры – это концевые участки последовательности ДНК, как точка в конце предложения. При постоянном делении клеток теломеры изнашиваются, что и служит признаком старения. «Мы считаем, что изменения в иммунных клетках отражают состояние всех клеток организма, исходя из того, что все клетки организма стареют одновременно», – говорит Кикольт-Глейзер. По ее оценкам, это отнимает у тех, кто ухаживает за людьми с болезнью Альцгеймера, от четырех до восьми лет жизни. Иными словами, адаптивность нашего организма сильно ограничена.

Кикольт-Глейзер указала на многочисленные данные, которые доказывают, что люди, занимающиеся уходом за больными и подвергающиеся стрессу, умирают быстрее, чем те, кто не выполняет подобных обязанностей. «Теперь у нас есть веское биологическое обоснование, почему это происходит», – с казала она. Руди предварительно оценил последовательности всего генома 1500 пациентов с болезнью Альцгеймера и их здоровых братьев и сестер и обнаружил, что в геноме полно повторяющихся последовательностей А, Ц, Т и Г. Некоторые из этих повторяющихся последовательностей в ДНК могут связывать определенные белки, которые находятся глубоко в ядре клетки и контролируют активность расположенных рядом генов. Другие повторяющиеся последовательности расположены на концах хромосом, и их длину контролируют белки, например теломераза. Чем дольше концы хромосом остаются стабильными (восстанавливаются за счет теломеразы), тем дольше живет клетка.

Фактически на протяжении всей нашей жизни мы ежедневно адаптируемся к окружающей среде и изменяем для этого свой организм, в том числе и на уровне активности генов. Следующая пища, которую вы съедите, следующее ваше настроение, следующий час физических нагрузок приносят в ваш организм бесконечный поток изменений. Дарвин объяснил, как вид адаптируется к окружающей среде на протяжении миллиардов лет, учитывая, что за десятки миллионов лет динозавры сначала появились, а потом превратились в птиц. Маховые перья для убежденного дарвиниста – лишь физическая адаптация к требованиям окружающей среды и ничего больше. Но на самом деле наш геном адаптируется в реальном времени каждый момент нашей жизни, и это проявляется в активности генов. Возможно ли, что эти адаптации сами по себе являются движущим фактором?

Сегодня этот вопрос крайне важен. Для подавляющего большинства сторонников эволюции ставить адаптацию впереди мутации неприемлемо. Но существуют исключения. В статье, опубликованной в журнале «New Scientist» в январе 2015 г. под названием «Адаптируйся сначала, мутируй потом», репортер Колин Баррасс рассматривает козу Слийпера в новом контексте. Примитивная африканская рыба, известная как бичир, обладает способностью выживать на суше. Адаптация в виде способности передвигаться по суше позволяет рыбе бичир переживать сезон засухи, покидая пересохший водоем в поисках свежей пресной воды, а также новых источников пищи и территорий для жизни. Другим видам тоже доступна такая адаптация. Когда лягушковый клариевый сом из Юго-Восточной Азии (Clarias batrachus) сбежал во Флориде, он передвигался по суше на большие расстояния. Сом не пользуется ногами, но ползает, опираясь на передние или грудные плавники, что помогает ему держать голову поднятой. Пока рыба остается влажной, она может пребывать на суше сколь угодно долго.

Эта адаптация напомнила биологу-эволюционисту из Университета Оттавы Эмили Стенден о том, как сотни миллионов лет назад древние рыбы вышли из океана. Совсем недавно найденная окаменелость возрастом в 360 миллионов лет стала сенсационным доказательством эпохальных изменений жизни на Земле. У недавно обнаруженного животного, которое назвали тиктаалик, был скелет, похожий на скелет рыбы, но с новыми частями, более характерными для четвероногих обитателей суши. Стенден специализируется на механике эволюции видов и показывает заинтересованным, могли ли такие адаптации ускоряться – а они могли, и весьма серьезными темпами.

Стенден и ее команда вытащили рыб бичир на сушу, и рыбы, которым пришлось ползать с опорой на плавники больше, чем в естественных условиях, изменили свое поведение и стали передвигаться более уверенно. Они крепче прижимали плавники к телу и держали голову выше. С их скелетом также произошли эволюционные изменения: кости, на которых держались плавники, изменили форму за счет действия возросшей силы земного тяготения (в воде рыбы весят меньше). Как и в случае с козой Слийпера, развился целый ряд необходимых адаптаций. Чтобы оценить, к чему приведут нас эти исследования, потребуется время, но они уже предполагают то, что сказано в статье из «New Scientist»: «Адаптируйся сначала, мутируй потом».

Проблема русской матрешки

Многое еще предстоит узнать, но уверяем, это ведет к чему-то грандиозному. Замещение простой модели эволюции, в основе которой лежат причинно-следственные связи, облаком непонятных влияний выбивает из колеи. То же самое можно сказать и о вашем организме прямо сейчас. Каждый день его бомбардируют различные влияния – пища, поведение, умственная деятельность, пять чувств, а также все, что происходит в окружающей среде. Какой из этих факторов будет решающим? Вы можете иметь генетическую предрасположенность к депрессии или диабету второго типа, или к определенным видам рака, но лишь у некоторых людей с такой предрасположенностью эти гены сработают. Выделить отдельный фактор или отдельные факторы – все равно что подбросить в воздух колоду карт и попытаться вытащить оттуда, скажем, туз пик, когда они упадут на землю.

Ученые не откажутся так просто от линейной причинно-следственной модели. Многим противна сама идея такого отказа. Итак, нам остается модель, которая выглядит как традиционная русская кукла матрешка: внутри самой большой куклы находится кукла поменьше, внутри нее – еще меньше, и так далее. В конечном итоге среди кукол, вложенных одна в другую, последняя окажется невероятно маленькой. Эти куклы забавны, но что, если заявить, что самую большую из них построила та, что поменьше, а ее в свою очередь построила та, что еще меньше, и так далее?

Образ жизни, который вела ваша мать, когда была беременна вами, может отразиться на активности ваших собственных генов и спровоцировать риск развития тех или иных заболеваний через десятки лет.

Фактически именно сюда и завела нас генетика. Иногда генетическая картина достаточно ясная, и никакой неопределенности не возникает. Представьте себе одного белого фламинго среди тысяч розовых. Из-за чего он белый? Линейная последовательность рассуждений дает ответ. Сперва идет вид, род Phoenicopterus объединяет шесть видов фламинго, которые живут в Африке и обеих Америках. У каждого вида есть доминантный ген, который окрашивает перья птиц в розовый цвет поколение за поколением. Но любой ген может мутировать или не активироваться, что в случайном порядке приводит к альбинизму у отдельного птенца. Число птенцов, которые родятся с белыми перьями, можно статистически спрогнозировать, на этом история и заканчивается.

Здесь мы рассуждаем по принципу матрешки и переходим к меньшим и меньшим уровням природы в поиске причин. Это редукционистский метод, научная ценность которого проверена временем. В исследовании природы до уровня мельчайших компонентов и заключается самая суть науки, будь это физик, который изучает субатомные частицы, или генетик, который изучает метиловые метки гена. Но здесь существует весьма серьезная проблема.

Допустим, кто-то страдает ожирением из-за эпидемии ожирения, прокатившейся по развитым странам. Существует множество предположений о причинах ожирения. Среди них стресс, гормональный дисбаланс, вредные пищевые привычки с детства и переизбыток рафинированного сахара и крахмала в современных продуктах питания. Если рассуждать по принципу матрешки, конечное объяснение можно отследить на генетическом уровне. Хотя «ген ожирения» старательно искали и поиски стали еще интенсивнее с появлением статистических доказательств того, что лишний вес появляется у всей семьи, но успех проекта был ограниченным, выявить удалось несколько генов, например, гены FTO, в которых содержатся варианты ДНК, дающие небольшую предрасположенность к ожирению. Как и в случае с такими заболеваниями, как шизофрения, влияние генов дает в лучшем случае предрасположенность.

Сегодня нам удалось обнаружить «меньшую куклу» в виде эпигенетики и механизмов переключения и контроля. Почти любой фактор, который мог бы способствовать развитию ожирения, будь то постоянный стресс, переизбыток сахара, вредные пищевые привычки или гормональный дисбаланс, теоретически можно отрегулировать с помощью эпигенома, своего рода переключательной станции, которая переводит опыт в генетические изменения. Но тут редукционистские аргументы заходят в тупик. Точно сказать, какой именно опыт будет соответствовать появлению на гене той или иной метки, которая изменит активность гена, невероятно сложно. Некоторые люди страдают ожирением без всякого стресса, переизбытка сахара и так далее. В результате невозможно сколько-нибудь точно предсказать, как прошлый или будущий опыт изменит активность ваших генов. Облако причин, которое окружает столь внезапный высокий рост голландцев, относится и к большому числу аспектов эпигенетики. Что-то создает метиловые метки, но метка материальна, а это «что-то», что ее создало, не материально. Токсин, который содержится в окружающей среде, может вызвать эпигенетические изменения, но это же может сделать и сильная эмоция, например, страх, по крайней мере у мышей.

Если посмотреть глубже, базовое предположение о материальности причин эпигенетических меток оказывается сомнительным. Это целый спектр жизненного опыта, от физического взаимодействия до эмоциональных реакций, которые управляют химическими изменениями тех или иных генов и оставляют на них метиловые метки. Как вы помните, метиловая метка – это наиболее изученный метод, которым эпигеном изменяет ген, и размеры ее невероятно малы. Химически метильная группа по размерам не больше атома углерода, связанного с тремя атомами водорода. Метки метилирования только для пары оснований Ц (цитозин) напоминают рыб-прилипал у акульего брюха, а молекула цитозина в сорок раз больше. Доказано, что при изменении ДНК большим количеством метильных меток некоторая ее часть отключается. Кажется, мы нашли самую маленькую куклу, которая включает и выключает больших. Девяносто процентов изменений в ДНК, связанных с заболеванием, расположены на переключаемых участках гена. Более того, эпигенетика оказывает существенное воздействие на внутриутробное развитие, поведенческие и личностные особенности и склонность к заболеваниям помимо генов и мутаций, которые мы наследуем от родителей.

Образ жизни, который вела ваша мать, когда была беременна вами, может отразиться на активности ваших собственных генов и спровоцировать риск развития тех или иных заболеваний через десятки лет. Канадские исследователи из Университета Летбриджа поместили взрослых крыс в условия постоянного стресса, а затем наблюдали за их потомством. У самок следующего поколения крыс детеныши рождались недоношенными. Даже самки поколения, последовавшего за ним, приносили недоношенное потомство, хотя их стрессу не подвергали. Исследователи предположили, что причины этому кроются в эпигенетике. Точнее, они предположили, что эпигенетические изменения, которые обусловлены стрессом, затрагивают микро-РНК[2], крошечные сегменты РНК, которые производит геном и которые регулируют активность генов.

Если не рассматривать возможные аномалии, которые станут предметом медицинских исследований, переключение объясняет, как мы стали такими, какие мы есть. Это основа путешествия, в котором оплодотворенная яйцеклетка в матке своей матери вырастает в полностью сформированного здорового ребенка. Как только первая клетка начинает делиться, каждая последующая клетка содержит ту же самую ДНК. Но для того чтобы из них развился полноценный ребенок, необходимы клетки печени, сердца, мозга и т. д., и все они должны различаться. Эту разницу и регулирует эпигеном и его метки. Стало понятно, что срочно нужна карта эпигенома, которая поможет определить, какую роль клетки каждого типа играют в развитии эмбриона. Четыре страны – США, Франция, Германия и Великобритания – спонсировали проект «Эпигеном человека», миссия которого состоит в том, чтобы показать, где находятся все соответствующие метки, или, выражаясь официальным языком, «идентифицировать, систематизировать и интерпретировать по всему геному структуры метилирования ДНК во всех генах человека и во всех основных тканях».

При участии более 200 ученых в феврале 2015 г. проект достиг ключевой точки, было опубликовано 24 работы с описанием того, какие из миллионов переключателей определяют развитие более 100 типов клеток нашего организма. Для этого потребовалось провести сотни опытов над клетками тканей взрослых людей, а также стволовыми клетками и клетками эмбрионов. (Теоретически пересчитать пятна на шкуре всех леопардов мира было бы проще.) Химические вещества, которые регулируют различные типы клеток, уже были известны, и иногда их переключатели расположены далеко от гена, на который они воздействуют. Фактически переключатель А может находиться на порядочном расстоянии от гена Б. В некоторых случаях исследователям приходилось делать выводы о роли переключателя, изучив химическое соединение-регулятор. Если оно присутствовало в клетке, ученые делали вывод, что переключатель активен.

Родители, дети и гены

Составление карты эпигенома в таком объеме было удивительной разработкой. Активация и деактивация основных генов могла бы стать наилучшим вариантом предотвращения и лечения целого ряда заболеваний. Как признают сами ученые, выявление всех переключателей дало бы им море новых данных, но это всего лишь начало. При активности ДНК переключатели взаимодействуют. Они образуют контуры, которые называют сетями, а также могут воздействовать на ген даже на расстоянии. Разобраться в системе контуров не означает понять, почему возникает та или иная активность, точно так же, как определение местоположения всех телефонных аппаратов в городе не скажет вам, о чем говорят люди, когда звонят друг другу. Эпигенетика позволяет активировать разные участки генома параллельно благодаря трехмерной реорганизации генома (например, сложить нить ДНК в петлю), из-за чего эти участки становятся ближе друг к другу.

Аллергия похожа на ошибочное установление личности, когда организм принимает безобидное вещество за враждебное, что ведет к аллергической реакции, которую создает сам организм, а не внешнее вещество.

Существует также воздействие, которое эпигенетика оказывает на ребенка в первые дни его жизни после того, как он покидает утробу матери. Этот период служит поворотной точкой между эпигенетическим влиянием матери и опытом, который принадлежит только ребенку. Насколько важно наложение одного на другое? Этот вопрос основной для медицинских исследований, связанных с младенцами, и одно из них относится к аллергии на арахис. По данным, опубликованным в «New York Times» в феврале 2015 г., приблизительно у 2 % детей в США аллергия на арахис, и это число увеличилось в четыре раза с 1997 г. Никто не может объяснить причину увеличения числа людей с аллергией за последние несколько десятков лет – это также остается загадкой. То же самое можно сказать и о других западных странах.

Ребенок с сильной аллергией на арахис может умереть даже от совсем небольшого его количества в пище. Существует стандартная рекомендация, что употребление в пищу арахисового масла и других продуктов, содержащих арахис, повышает риск развития аллергии. Но результаты тщательного исследования, опубликованные в «New England Journal of Medicine», перевернули традиционные представления об аллергии с ног на голову. При употреблении детьми в пищу арахисового масла и продуктов, содержащих арахис, в первые годы жизни «риск развития аллергии на арахис существенно снижается», пришли к заключению авторы исследования. Новость ободряющая, поскольку она означает, что существует возможность приостановить или обратить возрастающую тенденцию.

Новое исследование проводилось в Лондоне, где 530 детей раннего возраста, находившихся в группе риска развития аллергии на арахис (например, у них уже была аллергия на молоко и яйца), разделили на две группы. Начиная с возраста от 4 до 11 месяцев дети первой группы употребляли в пищу продукты, которые содержали арахис, а из рациона детей второй группы эти продукты были полностью исключены. К возрасту пяти лет у детей, которые употребляли в пищу арахис, наблюдалось намного меньше случаев развития аллергии, чем у детей, чьи родители исключили арахис из их рациона, соотношение составило 1,9 % против 13,7 %. Это позволило выдвинуть предположение, что исключение арахиса из рациона детей способствовало увеличению числа аллергических реакций.

Довольно долгое время родители пребывали в заблуждении насчет аллергических реакций у новорожденных, и не только на арахис. До этого открытия данные были неоднозначными. Новорожденный ребенок наследует от матери иммунную систему, которая служит своего рода мостом, пока организм ребенка не начнет вырабатывать собственные антитела. Зобная железа, расположенная точно между легкими и перед сердцем – место, где вызревают Т-клетки иммунной системы. Когда организм атакуют извне вирусы, бактерии или, например, пыльца, Т-клетки отвечают за то, какие из них отторгнуть. Аллергия похожа на ошибочное установление личности, когда организм принимает безобидное вещество за враждебное, что ведет к аллергической реакции, которую создает сам организм, а не внешнее вещество.

Период наибольшей активности зобной железы длится с самого рождения и на протяжении всего детского возраста, пока не сформируется полный набор Т-клеток, а с наступлением пубертатного периода этот орган атрофируется. Вопрос с центрами аллергии заключается в том, какую часть нашего иммунитета мы наследуем генетически, а на какую влияет окружающая среда после нашего рождения. Для объяснения столь существенного повышения количества аллергических реакций в развитых странах можно допустить, что чем более загрязнена окружающая среда, тем острее должна быть проблема. Но после распада Советского Союза и получения статуса независимых государств республиками, входившими в его состав, которые по загрязненности окружающей среды опережали США и Западную Европу, ученые к своему огромному удивлению обнаружили, что в сильно загрязненных областях Восточной Европы аллергических реакций было меньше, чем на Западе.

Затем стали считать, что правдиво обратное: в чистых западных странах с хорошим санитарным состоянием иммунная система не может противостоять внешним веществам, к которым она должна адаптироваться. Таким образом, было бы крайне важно обнаружить причину аллергии на арахис. В 2000 г. Американская педиатрическая академия выпустила инструкции, в которых рекомендовала исключить из рациона детей в возрасте до трех лет продукты, содержащие арахис, если дети входят в группу риска развития аллергии. К 2008 г. академия признала отсутствие убедительных доказательств эффективности исключения арахиса из рациона детей в возрасте от 4 до 6 месяцев. Однако исследования, которые могли бы подтвердить, что не стоит полностью исключать арахис из рациона, еще не проводились. Первый настоящий ключ к ответу появился благодаря исследованию 2008 г., когда ученые обнаружили, что число детей с аллергией на арахис в Израиле было равно одной десятой части всех еврейский детей в Великобритании. Существенная разница состояла в том, что дети в Израиле употребляют в пищу арахис в течение первых лет жизни, особенно популярную сладость «Бамба» с воздушной кукурузой и арахисовым маслом, а родители британских детей исключают арахис из их рациона, если знают об их аллергии.

Новое исследование не затрагивало другие пищевые продукты, на которые у детей развивается аллергия. Осталось ответить на два главных вопроса. Если дети, которые употребляют в пищу продукты, содержащие арахис, прекращают их есть, остается ли у них предрасположенность к аллергии? Сейчас проводится дополнительное исследование этого вопроса с теми же участниками. Второй вопрос: применимы ли результаты исследования к детям с низким риском пищевой аллергии? Это неизвестно, но исследователи в основном считают, что употребление в пищу продуктов, содержащих арахис, не причинит им вреда. Впрочем, просить обеспокоенных родителей изменить привычки может оказаться непросто, поскольку стандартная забота о ребенке включает в себя в том числе и исключение «неправильных» продуктов.

Мы вдаемся в детали не потому, что у нас есть ответ на вопрос о причине аллергических реакций, но для того, чтобы прояснить, как неоднозначно может быть влияние окружающей среды, даже если в общем известно, что эпигенетические метки к ней чувствительны. Чудесное развитие человека из эмбриона в младенца, затем в ребенка, в подростка, а потом во взрослого включает в себя замысловатый танец генов и окружающей среды. У млекопитающих взаимодействие между новорожденным детенышем и его родителями может глубоко повлиять на здоровье детеныша даже десятки лет спустя. И хотя многие открытия в этой области были сделаны на основании опытов над мышами и крысами, появляется все больше и больше доказательств того, что результаты этих исследований можно применить и к людям. Эти доказательства свидетельствуют, например, о том, что жестокое обращение, пренебрежение и недостаточный уход в раннем возрасте оказывают эпигенетическое влияние на активность генов, что негативно сказывается на последующем физическом и психическом здоровье человека.

Переключение активности генов в ответ на образ жизни происходит за счет крошечной метильной группы, которая пристает к гену, как рыба-прилипала к акуле, и оставляет характерную метку.

Хорошо это или плохо, но события первых лет жизни, которые формируют связи между родителем и ребенком, на глубинном уровне воздействуют на развитие мозга и личности ребенка. Но как устанавливаются эти связи? Все больше и больше исследований показывают, что эпигенетические изменения генов детей в большинстве своем обусловлены детским опытом, который начинается с первых дней жизни. Когда мать проводит с ребенком недостаточно времени, у него могут развиться неадекватная гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая реакция на стресс, нарушения когнитивного развития и повышенный уровень токсичного кортизола, что показывают анализы слюны детей.

Некоторые дети, подвергающиеся жестокому обращению, умирают в молодом возрасте, и в случае такого трагического исхода их мозг можно изучить при вскрытии. Эти исследования отчетливо доказали эпигенетические изменения (повышенное метилирование) гена NR 3C 1, что ведет к отмиранию нервных клеток в области головного мозга, известной как гиппокамп, которая отвечает за кратковременную память. Подобные изменения можно обнаружить в образцах слюны, взятых у детей, подвергавшихся эмоциональному, физическому или сексуальному насилию. Такое жестокое обращение может привести к развитию психопатического поведения.

Эти открытия расширяют давнее понимание того, что жестокое обращение и недостаток или отсутствие заботы в раннем возрасте оказывают глубокое влияние на психику. Теперь же мы можем отследить причиненный вред и на клеточном уровне. В поисках биологических изменений, которые лежат в основе этих событий, все чаще и чаще задействуются эпигенетические пути, контролирующие экспрессию генов в головном мозге. Подобным же образом в будущем могут стать возможными испытания эффективности психотерапии и медикаментозного лечения, которые позволят проверить, удалось ли предотвратить негативное влияние изменений в эпигеноме.

Благодаря прогрессу это уже стало возможно при испытаниях на животных. В 2004 г. исследование д-ра Майкла Мини из Университета Макгилла показало, что в головном мозге крысят, за которыми ухаживали (вылизывали) матери, было больше глюкокортикоидных рецепторов. Это снижало тревожность и агрессивность поведения. Как удалось этого достичь? Снова благодаря эпигенетике. У мышей, которых матери кормили и вылизывали, произошло меньше эпигенетических изменений, обусловленных метилированием, генов глюкокортикоидных рецепторов. Это привело к повышению уровня кортизола и, таким образом, снизило тревожность, агрессию и стрессовую реакцию.

Большинство противоречий касается последующих поколений, которые в настоящее время испытывают стресс и подвергаются жестокому обращению. Когда мышей-самцов разлучают с матерями, они страдают повышенной тревожностью и проявляют признаки депрессии, например апатию, которые потом передают по наследству последующим поколениям. Негативные эпигенетические последствия разлучения с матерью обнаружили в сперматозоидах взрослых мышей, которые и послужили средством передачи изменений потомству. Похожие исследования показали, что целый ряд последствий плохого питания, воздействия токсинов (например, пестицидов) и стресса, которые ведут к эпигенетическим изменениям головного мозга и сперматозоидов мышей, могут передаваться по наследству последующим поколениям.

Вот пример того, как мы можем повлиять на активность собственных генов, взятый прямо из научной фантастики. Швейцарско-французская команда исследователей из Цюриха вдохновилась новой игрой под названием «Mindflex», которая вышла в комплекте с наушниками, способными фиксировать мозговые волны со лба и ушных мочек игрока. Сосредоточившись на шарике из легкой пены, игрок может поднимать и опускать его на столбике воздуха. Игра заключается в том, чтобы двигать шарик через полосу препятствий только силой мысли.

Исследователи задались вопросом, может ли тот же самый подход изменить активность генов. Они разработали шлем для ЭЭГ, который анализировал мозговые волны и мог затем передавать их беспроводным способом через Bluetooth. Согласно данным, опубликованным в «Engineering and Technology Magazine» в ноябре 2014 г., мозговые волны переводились в электромагнитное поле внутри устройства, которое питало имплант внутри клеточной культуры. В имплант была вмонтирована светодиодная лампа, которая излучала инфракрасный свет. Затем этот свет способствовал выработке определенного белка в клетках. Как прокомментировал это один из ведущих исследователей, «контроль генов подобным образом – нечто абсолютно новое и уникальное в своей простоте».

Ученые использовали инфракрасное излучение, потому что оно проникает глубоко в ткань, но при этом не разрушает клетки. После того как мысленный контроль сработал на образцах тканей, исследователи продолжили эксперименты на мышах и тоже добились успеха. Людей, которые участвовали в эксперименте, просили надеть шлем для ЭЭГ и контролировать выработку белка просто силой мысли. Участников разделили на три группы. Одну из них попросили сосредоточиться, играя на компьютере в «Minecraft». Как сообщается в статье, «судя по уровню концентрации белка в крови одной из подопытных мышей, этой группе удалось добиться ограниченных результатов. Участники из второй группы пребывали в медитации или в состоянии полного расслабления, и им удалось добиться куда более высокого уровня экспрессии белка. Третьей группе, которая использовала методы биологической обратной связи, удавалось сознательно включать и выключать светодиодную лампу, вживленную в тело подопытной мыши».

Помимо интересных последствий влияния силы мысли непосредственно на активность генов, такой подход мог бы когда-нибудь облегчить жизнь больным эпилепсией, помогая им мгновенно усваивать лекарства или включать и выключать активность определенных генов посредством вживленного в головной мозг импланта в самом начале припадка. Непосредственно перед припадком в мозге эпилептика начинается электрическая активность определенного типа, которую можно было бы использовать для активации работающего от света импланта, чтобы быстро выработать противосудорожное вещество. Подобную стратегию можно было бы применить и для лечения хронической боли. Мозг мог бы вырабатывать болеутоляющие вещества при первых признаках возникновения боли.

В общем и целом, наш геном – невероятно гибкая конструкция из ДНК и белков, внутри которой постоянно происходят изменения, касающиеся ее структуры и активности генов, и в большинстве своем эти изменения оказываются реакцией на образ жизни, который мы ведем. Но нельзя оставлять в стороне проблему матрешки. Стало очевидно, что в основе активности генов лежат ее химически обусловленные переключения. Это неоспоримо. Переключение активности генов в ответ на образ жизни происходит за счет крошечной метильной группы, которая пристает к гену, как рыба-прилипала к акуле, и оставляет характерную метку. Без этих химических изменений генов стволовая клетка не могла бы развиваться в конкретные виды клеток, то есть в клетку мозга, а не в клетку печени или сердца. На самом деле у нее бы вообще не получилось ни во что развиваться, она могла бы только бесконечно делиться подобно клеткам раковой опухоли.

Метильные метки – это не только химические изменения, которые могут выключать активность генов, они также напоминают музыкальные ноты и представляют симфонию еще более сложного взаимодействия генов между собой. Если у нас получится читать эти метки в совокупности друг с другом, мы сможем разобраться в том, какой образ жизни вели мы сами (а возможно, и наши родители, и поколение их родителей). Возможным станет напрямую из эпигенома узнать, через какой опыт они прошли, например, им удалось пережить голод. Читать эти метки как нотные знаки симфонии логично, поскольку нужно множество нот, чтобы получилась мелодия. Если смотреть только на одну нотную строку симфонии, впечатление выйдет отрывочным и поверхностным. Точно так же поиск «самой маленькой куклы» в «матрешке» не расскажет вам всей генетической истории.

В генетике метки расшифровываются на генетическом уровне, но следующий шаг, который состоит в том, чтобы объяснить их значение в контексте переживаний, сталкивается с серьезными трудностями. Во-первых, мы можем наблюдать за генетическими изменениями в реальном времени. Во-вторых, мы не можем сказать, что для опыта А характерно генетическое изменение Б, за исключением очень немногих случаев. Должна быть возможность выявить эпигенетические изменения, скажем, от курения, даже при том, что его вредное воздействие на здоровье весьма разнообразно. Зная, как могут действовать химические метки на определенных генах, мы не можем сказать, как определенный жизненный опыт, например, длительное голодание, становится причиной появления конкретных меток на конкретных генах и на каких именно участках генома они появятся.

На сегодняшний день самая большая проблема – это отсутствие связи между метками и их значением. Когда скрипач видит знаки, с которых начинается Пятая симфония Бетховена знакомым «та-да-да-ДАМ», он начинает играть, и его рука со смычком движется вверх и вниз по струнам скрипки. Вы можете увидеть движение его руки, но за этим действием скрывается еще множество невидимых элементов. Скрипач учился читать музыку и знает, что означают ноты. Для него это не просто черные значки на белой странице. Его разум переводит ноты в сложные действия, которые требуют скоординированной работы мозга, глаз, руки и пальцев. И наконец, то, о чем почти не упоминают, потому что это очевидно, человек по имени Людвиг ван Бетховен написал эту симфонию и сочинил известный во всем мире мотив из четырех нот. Эта простая группа нот лежит в основе сотен музыкальных строк.

С учетом всего этого, как химия миллионов генов и механизмы их включения и выключения, которые контролируются на химическом уровне, дают мозгу удивительную способность думать? Никто не знает. Как мозг эволюционировал на протяжении миллионов лет в ответ на программирование со стороны новых и новых мутаций? По мнению генетиков-дарвинистов, все эти мутации произошли случайно. Как из этого могла сложиться вся история, принимая во внимание, что эпигенетические изменения, которые возникают в ответ на наш образ жизни, могут определить, на каком участке генома возникнут новые мутации? В таких случаях даже Дарвину наверняка пришлось бы признать, что не все мутации происходят в случайном порядке.

Конечно, Дарвин в свое время не мог ничего знать об эпигенетике. Но что, если бы он знал? Дарвин мог бы рассказать нам, что эволюция подразумевает взаимосвязь эпигенетических меток и новых генных мутаций. Дарвин шокировал своих современников, когда исключил Бога или любого другого разумного Создателя из объяснения, откуда взялся современный человек. Разумеется, при изучении генетики предположение о наличии некоего высшего разума, который бы стоял «за сценой», не поможет нам понять, как мы эволюционировали. Но теперь мы можем рассматривать неотъемлемый организующий принцип процесса эволюции, который выходит за пределы однобокого представления о случайных мутациях и выживании наиболее приспособленных. При построении новой модели эволюции метильные метки на тысячах генов и их партнеры гистоны, активность которых тесно связана с геномом, помогут определить, где возникнут новые мутации. И тогда дарвиновский естественный отбор будет решать, какие из новых мутаций сохранятся. В этом интригующем, хотя и умозрительном сценарии мы не просто ждем у моря погоды, когда же появятся случайные мутации. Мы оказываем прямое воздействие на будущую эволюцию нашего генома, которая основана на выборах, которые мы совершаем.

Новый сильный игрок: микробиома

Генетика находится в эпицентре взрыва знаний. Непрерывно поступающие данные о геноме и эпигеноме накапливаются ежедневно даже не гигабайтами, а терабайтами, то есть триллионами байт цифровой информации, в тысячу раз больше гигабайта. Такую гору данных сложно воспринимать, еще сложнее анализировать, а тут еще совершенно неожиданно добавилась гора данных размером с Гималаи о таком явлении, как микробы. Медики обычно видят в микробах захватчиков: вирусы и бактерии становятся причиной заболеваний и разрушают иммунную защиту организма. Хотя учитывают и полезных микробов, которые обитают в пищеварительном тракте и помогают переваривать пищу.

Врач со специализацией по заболеваниям желудочно-кишечного тракта очень быстро понимает, какие расстройства могут происходить в кишечнике, но большинство людей почти не знает, что за микробы живут бок о бок с нашими собственными клетками. Если вы принимаете антибиотики, цель которых – убить болезнетворных микробов, полезная микрофлора кишечника тоже пострадает. В норме через некоторое время она восстанавливается после прекращения приема антибиотиков, и максимум, что вы заметите, – это приступ диареи. Когда у путешественников случаются кишечные расстройства вроде «делийского живота» в Индии или «мести Монтесумы» в Мексике, их причина – изменение экологии кишечника. Пищеварительная микрофлора в разных частях мира отличается. Пока вы не чувствуете боли и дискомфорта и у вас не начинается вздутие живота, диарея или запор, вы не станете обращать внимания на свое пищеварение, по крайней мере на уровне микрофлоры.

Однако за последние несколько лет неожиданно открылась важность целой популяции микробов, населяющих наш организм. На причину этого мы уже успели мимоходом намекнуть, когда упомянули, что человеческий организм содержит 100 триллионов чужеродных микробных клеток. Как мы уже говорили, это значит, что 90 % клеток нашего тела, в том числе и подавляющее большинство генетического материала, – микробы. Ваш организм содержит около 23 000 генов в сравнении с миллионом генов бактерий. В глобальном плане мы просто конструкция из бактериальных колоний с небольшой примесью человеческих клеток! Понимание этого пришло, когда открылась возможность составить полную карту генома, включая геномы сотен тысяч всевозможных микроорганизмов, которые обитают в нашем теле, в основном в кишечнике, но также во рту, на коже и прочих частях тела.

Прежде чем мы сможем разобраться с собственными генами, необходимо понять генетическое значение микробиомы, как назвали целую экосистему микроорганизмов, численность которой превышает наши клетки в пропорции 10:1 (также используется синоним «микробиота»). Эти микробы не просто зашли в гости, когда появились высокоорганизованные формы жизни. Симбиоз между клетками нашего организма и триллионами микробов продолжается на протяжении долгого времени, начиная с самого появления микробов 3,5 миллиарда лет назад. Появление наших человекоподобных предков около 2,5 миллиона лет назад – лишь мгновение в сравнении с эволюционным путем бактерий, которые могут создавать гены и даже обмениваться ими. За все это время наше взаимодействие с бактериями повлияло на эволюцию каждого органа, в том числе и мозга. Неизвестно точно, сколько именно видов микробов населяет наш организм, по общим оценкам, их число превышает тысячу, что в любом случае удивительно много. Влияние микробиомы подразумевается в ее описании: второй геном человека, еще один орган, бактериальные внутренние джунгли. Клетки в кишечнике вырабатываются в огромных количествах, около 100–300 миллионов в час в толстой кишке и небольшая часть от 1 до 3 миллиардов в тонком кишечнике. Микробы поселяются в биопленке, которая покрывает стенки кишечника, то также и выходят наружу – так, образец стула по весу содержит 40 % микробов.

Термин «микробиома» ввел нобелевский лауреат биолог Джошуа Ледерберг, но впервые значение микробиомы описал хирург армии США в XIX в. Уильям Бомонт (1785–1853). Бомонт был первопроходцем в изучении физиологии пищеварения и заявлял, что гнев мешает нормально переваривать пищу. С тех пор мы узнали, что огромное количество бактерий в нашем кишечнике напрямую влияет на развитие мозга и центральной нервной системы с момента зачатия до смерти. Кроме того, микробиома ежедневно перестраивает нашу иммунную систему.

90 % клеток нашего тела, в том числе и подавляющее большинство генетического материала, – микробы.

Когда естественный баланс микробиомы нарушается, мы называем это дисбиозом, но только сейчас удалось обнаружить, что это далеко не только проблема пищеварения и дисбиоз причиняет системный вред. Число обнаруженных расстройств, которые с ним связаны, постоянно растет, но уже впечатляет: от астмы и экземы до болезни Крона, различных видов склероза, аутизма, болезни Альцгеймера, ревматоидного артрита, волчанки, ожирения, сердечно-сосудистых заболеваний, атеросклероза, рака и недоедания. Пути новых видов лечения сходятся на микробиоме.

Ажиотаж вокруг микробиомы достиг такой степени, что вы наверняка слышали о ней из средств массовой информации и благодаря рекламе продуктов, известных как пробиотики (йогурты – самые популярные из них), которые способствуют росту популяции полезной микрофлоры в кишечнике. С точки зрения генетики, микробиома служит для повышения «осведомленности» иммунной системы и предотвращения заболеваний. На протяжении миллиардов лет эволюции ДНК микробов не просто сосуществовала с ДНК других живых существ, но и проникала в нее, становилась неотъемлемой частью ДНК современного человека. Мир возможных открытий строится на этой взаимной зависимости, которая продолжается на протяжении миллионов лет существования нашего вида.

Другой важный аспект – связь между микробиомой и хроническими заболеваниями – оказывает влияние на жизнь каждого из нас и может проявиться очень быстро. Существует естественная связь между кишечными расстройствами, например, синдром раздраженного кишечника. Ожирение также связано с тем, как переваривается и усваивается пища. Куда более неожиданна возможная связь между микробиомой и такими далекими от желудочно-кишечного тракта заболеваниями, как болезни сердца и сосудов, диабет первого типа, рак и психические заболевания, например шизофрения.

Теперь известно, что кишечные бактерии вырабатывают нейроактивные соединения, которые взаимодействуют с клетками мозга и даже способны контролировать экспрессию наших собственных генов на эпигенетическом уровне. Когда стало понятно, что существует сильная связь между кишечником и мозгом, барьеры между нашими собственными и чужими клетками начали рушиться. Если бактерия вашего кишечника может повлиять на ваше настроение или поспособствовать развитию психического заболевания, на горизонте появилась абсолютно новая концепция организма, которую мы объясним дальше. (Обсуждение пробиотиков и рекомендаций по питанию мы отложим до следующей главы, посвященной выбору образа жизни.)

От загадки к ажиотажу

Поскольку ваш организм населяют сотни микробов, их геномы и терабайты данных о них – одна сплошная загадка. Чтобы как-то в ней разобраться, нам нужны некие общие категории, за которые можно было бы зацепиться. Профессор Роб Найт, эксперт по микробам в человеческом организме из Колорадского университета, говорит о микробиоме: «Почти полтора килограмма микробов, которых вы носите в себе, могут оказаться куда важнее одного-единственного гена, который вы носите в вашем геноме». По весу микробиома почти равна головному мозгу. Найт упрощает популяцию микроорганизмов и группирует их по основным участкам тела, в которых они обитают; самые главные из них – кишечник, кожа, рот и влагалище. Можно назвать это отдельными микробными и генетическими ландшафтами, поскольку их экология отличается друг от друга, как Арктика отличается от тропиков. В основе этой упрощенной карты лежит проведенный Найтом анализ микробиомы 250 здоровых взрослых добровольцев, а за ним стоит огромная база данных определения геномной последовательности проекта «Микробиома человека», получившего финансовую поддержку от федерального правительства на 173 миллиона долларов.

Одна из основных загадок микробиомы состоит в том, что у всех людей она абсолютно разная. В феврале 2014 г. в телепередаче, которая набрала 300 000 просмотров, Найт очень интересно рассказывает о некоторых интригующих фактах. Некоторые люди утверждают, что их чаще, чем других, кусают комары, а другие говорят, что их почти не кусают. Причина заключается в разных микроорганизмах на их коже и в том, как они привлекают комаров. А микрофлора кишечника, предположительно, определяет, вызовет ли безрецептурное обезболивающее средство тайленол (ацетаминофен) поражение печени.

Из-за разнообразия сложно говорить об идеально здоровой микробиоме. С негативной точки зрения, кишечник современных людей можно серьезно испортить. Авторитетная работа микробиологов Эрики и Джастина Зонненбург рассказывает о потере микроорганизмов, обусловленной самыми разными факторами. Один из них заключается в том, что в рационе западных людей мало растительной клетчатки. Клетчатка – пребиотик, продукт, питаясь которым микробы размножаются (в отличие от пробиотика, который вводит новые микроорганизмы в пищеварительный тракт). Еще один губительный фактор – широкое распространение антибиотиков и их способности убивать огромное количество вирусов и бактерий. Менее материальный, но тем не менее подозрительный фактор – современный образ жизни, связанный с постоянным стрессом, поскольку гормоны стресса и эмоций в целом могут вызывать изменения микробиомы. Как и экспрессия генов, микробиома настолько динамична, что для ее описания лучше подойдет глагол, чем существительное.

Самое шокирующее предположение Зонненбургов заключается в том, что типичное западное питание сильно влияет на развитие хронических заболеваний и особенно аутоиммунных расстройств, таких как аллергии. Микробиома помогает отрегулировать иммунитет, а также вырабатывает в процессе пищеварения побочные химические соединения, которые снижают воспаление. Поступает все больше и больше доказательств связи воспалений с целым рядом заболеваний, в том числе болезнями сердца и сосудов, гипертонией и различными видами рака. Снижение разнообразия экологии кишечника стабильно губит наше здоровье. Зонненбурги говорят о риске открытым текстом: «Существует возможность, что микробиота западного человека сама по себе дисбиотична (вредна для микробов) и располагает к развитию целого ряда заболеваний».

Как и другие риски, связанные с микробиомой, этот риск невероятно сложно подтвердить или исключить наверняка. Существует лишь небольшое количество отдельных поселений людей по всему миру, чья микробиома не подвергается вредным воздействиям. Эмили Икин, обозреватель «New Yorker», написала в декабре 2014 г. об африканском племени хадза, которое изучал антрополог Джефф Лич, работавший вместе с Зонненбургами. Триста человек из племени хадза, все еще живущего охотой и собирательством в Танзании, на протяжении года принимали участие в исследованиях Лича. «Нам нужны были места, где у людей нет легкого доступа к антибиотикам, где люди пьют воду из тех же источников, что и зебры, жирафы и слоны, и до сих пор живут под открытым небом», – сказал Лич в интервью Икин. В этих условиях развивались гены Homo sapiens.

По весу микробиома почти равна головному мозгу.

Из анализов фекалий Лич обнаружил следующее: «Похоже, что экосистема кишечной микрофлоры у хадза одна из самых разнообразных в мире, по сравнению с прочими изученными общностями людей». В ходе предыдущего исследования хадза, проведенного учеными отделения эволюционной антропологии Института Макса Планка в Германии, удалось обнаружить, что они – носители определенных кишечных бактерий, которых больше ни у кого не встречали, но при этом бактерии, которые ассоциируются с хорошим здоровьем в микробиоме западного человека, у хадза отсутствуют. Лич получил достаточно оснований генетического превосходства кишечной микрофлоры хадза и внедрил образец их микробиомы в свой кишечник.

Это ведет к ажиотажу, который приобрел широкое распространение, несмотря на то, что многие вопросы относительно микробиомы еще не решены. Лич внедрил в свою толстую кишку образец кишечной микрофлоры хадза, содержащейся в их фекалиях, используя кухонную спринцовку. Как бы неприятно и даже отвратительно это ни звучало, на YouTube существуют видео с инструкцией, как сделать это самому. Эта процедура основана на простой логике. Если микробиома взрослого западного человека нарушена, то микробиома новорожденного младенца или здорового маленького ребенка не повреждена. Почему бы не заменить одну на другую?

Управление по контролю за пищевыми продуктами и лекарственными средствами выступило против трансплантации фекальной микробиоты (ТФМ) и ввело ее врачебный запрет, пока не будут проведены официальные испытания, как для выпуска нового лекарства. Однако ТФМ продолжают практиковать в домашних условиях, и в других странах нет врачебного запрета на эту процедуру. Распоряжение Управления по контролю за пищевыми продуктами и лекарственными средствами прервало мелкомасштабное исследование, которому не хватает финансовой поддержки, чтобы продолжать невероятно дорогие эксперименты, на которые нужно от семи до десяти лет. Однако, по словам Икин, Управление останавливает опыт людей, которые заразились СПИДом при переливании крови до того, как стало известно, что таким способом передается ВИЧ. В кишечнике содержатся такие микроорганизмы, как вирус гепатита А. (В случае с гепатитом А зараженные фекалии должны попасть в рот человека, у которого нет иммунитета к заболеванию, что обычно происходит с кухонными работниками в антисанитарных условиях.) Из-за этого и других пока неизвестных рисков Управление действует крайне осторожно.

ТФМ – это внедрение всей чужой микробиомы, не зная, что именно она содержит. Никто не должен так рисковать. Но подпольный ТФМ-ажиотаж, грязная и отвратительная процедура, основан на невероятном потенциале микробиомы в предотвращении множества хронических заболеваний. Яркий тому пример – болезнь Крона, воспалительное заболевание кишечника, способное основательно подорвать здоровье. Среди его симптомов хроническая диарея, как следствие – серьезная потеря веса, боли в животе и высокая температура. Люди с болезнью Крона живут безрадостной жизнью в заложниках у своего заболевания. Поскольку основная причина недуга – воспаление необъясненного происхождения, воспалительные проблемы могут и не иметь отношения к кишечнику, например, высыпания на коже, отекшие красные глаза и даже диабет.

Медикаментозное лечение при болезни Крона неэффективно, и в самых тяжелых случаях наиболее пораженные участки кишечника просто хирургически удаляются. Но в 1950-х гг. некоторые врачи, которых обычно считали ренегатами или хуже, полагали, что лечение фекалиями, взятыми от здоровых доноров (с соблюдением всех санитарных условий, в виде таблетки или через прямую кишку), давали результаты, причем часто через поразительно короткое время, то есть через несколько недель или месяцев. Теперь подобное лечение болезни Крона вполне может получить распространение, и в Управление по контролю за пищевыми продуктами и лекарственными средствами то и дело поступают просьбы сделать исключение для этого вида лечения.

Что еще более поразительно, лечебный эффект ТФМ проявляется в течение нескольких часов, даже если пациент находится при смерти. Все дело в бактериальной инфекции, вызванной Clostridium difficile, которая развивается при постоянном приеме больших доз антибиотиков. От этой инфекции страдают около полумиллиона людей, причем более 10 000 умирают в особо тяжелых случаях. C. difficile устойчива к антибиотикам и обычно обнаруживается, когда человек, проходивший лечение большими дозами антибиотиков, попадает в больницу, потому что его микробиома почти уничтожена. В этих условиях размножается C. difficile, и симптомы инфекции напоминают симптомы болезни Крона, среди них в том числе и сильная диарея.

Как ни парадоксально, в качестве базового лечения назначают ванкомицин – антибиотик. Он может оказаться абсолютно неэффективным, если развился новый штамм бактерии, устойчивый к антибиотикам. Но в медицинской литературе есть разрозненные описания выдающегося, почти немедленного выздоровления в случае лечения ТФМ. За несколько часов внедренная микрофлора подавляет и уничтожает C. difficile, что ведет к исчезновению всех симптомов заболевания. Для этого случая Управление по контролю за пищевыми продуктами и лекарственными средствами также сделало исключение. Следовательно, если с помощью ТФМ можно вылечить два заболевания с одними и теми же симптомами – сильное воспаление – и если воспаление может быть причиной хронических заболеваний многих разновидностей, почему бы не использовать для их лечения фекальный материал от самых здоровых доноров, которые на это согласны? Эта логика и послужила причиной широкого распространения ТФМ в домашних условиях.

Еще нет доказательств, что этот метод научно обоснован или эффективен с медицинской точки зрения, и мы определенно его не оправдываем. (Существуют другие, более безопасные способы улучшить состояние своей микробиомы, о которых мы расскажем позже.) Но результаты исследований на животных показывают, что назревает новая революция. В 2006 г. группа исследователей из Вашингтонского университета в Сент-Луисе привела убедительные доказательства тесной связи микробиомы и ожирения. Они взяли мышей, генетически измененных до ожирения, и ввели часть их микрофлоры нормальным мышам. У прошедших эту процедуру мышей развилось ожирение, и это был первый раз, когда заболевание передалось через микробиому, по крайней мере у животных. Что еще более поразительно, у мышей, которые растолстели после внедрения чужой микробиомы, был тот же режим питания, что и у тех животных, которым не проводили трансплантацию фекальной микробиоты, и тем не менее не подвергавшиеся процедуре не толстели.

Как же при потреблении одного и того же количества калорий у одних мышей началось ожирение, а у других нет? Предположительно, внедренные мышам микроорганизмы каким-то образом более эффективно извлекали из потребляемой пищи питательные вещества при ее переваривании. Это наносит серьезный удар по долгое время бытовавшему мнению, что число калорий на выходе равно числу калорий на входе. То есть если съеденная пища содержит 1000 калорий, то организм каждого человека, при условии здорового пищеварения, выделит 1000 калорий энергии. Однако же все мы знаем хоть одного человека, который говорит: «Да мне достаточно только посмотреть на кусочек шоколадного торта, и я растолстею на полкило». Ученые, которые провели это исследование, вызывающе заявляют, что эти слова вполне могут содержать долю истины. Микробиома некоторых людей может извлекать из пищи питательные вещества лучше, чем у других, и у людей с ожирением она извлекает слишком много питательных веществ, а у худых людей – слишком мало.

Ученые из Амстердама хотели выяснить, достаточно ли провести человеку с ожирением ТФМ от худого донора, чтобы тот потерял вес. Оказалось, не достаточно. У участников эксперимента наблюдалась повышенная чувствительность к инсулину (ключевой фактор, который определяет, будут ли калории усваиваться должным образом или откладываться в жировых запасах), но они не теряли вес, и через год вся польза сошла на нет. Возможно, процедура требует больше времени или из микробиомы худого человека требуется выделить только строго определенные микроорганизмы. Но генетическую историю в целом еще только предстоит рассказать, и она может оказаться намного сложнее.

На пороге новой экологии

Как вы уже убедились, слова «чуждый», «инородный» и «вторгающийся» не подходят для характеристики микробов, которые привыкали взаимодействовать с человеческим организмом на протяжении миллионов лет. Существуют признаки того, что от них зависит нормальное развитие ребенка. Возвращаясь к упрощенной карте профессора Найта, существуют разные микроэкосистемы во рту, в кишечнике (и фекалиях), на коже и во влагалище. До рождения ребенка в его теле нет микробов; его желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) стерилен. По мере продвижения по вагинальному каналу ребенок получает из этой области оболочку в виде пленки от микробиомы его матери. Рождение – всего лишь первый шаг в воздействии микробов на ребенка, и это воздействие будет происходить по всем направлениям: грудь матери, пища, вода, воздух, домашние животные, другие люди. Уже через несколько часов после рождения в ЖКТ поселяются микробы, и через 3–4 недели микрофлора формируется окончательно. Исследования на животных показали, что при содержании в стерильной среде при полном отсутствии микробов у животных развивается ряд аномалий, от иммунодефицита и уменьшенного сердца до неправильного переключения клеток мозга, а также ожидаемых проблем с пищеварением.

Иногда в детстве микробиома перестает постоянно изменяться. Она стабилизируется, хотя не одним и тем же образом и с минимальными различиями. На карте Найта формирование микробиомы в раннем возрасте начинается на коже и во влагалище и заканчивается в кишечнике. Это происходит у каждого человека, поскольку у каждого человека есть кишечник, где переваривается пища. Но существуют доказательства тому, что чем больше микробы воздействуют на организм, тем лучше, как бы парадоксально это ни было. У детей, которые растут в развивающихся странах, микробиома намного более разнообразна, и это подтверждает предположение о том, что жизнь в развитых западных странах «слишком чистая». Но эти дети страдают множеством других детских болезней, так же, как и дети, которые получают ежедневный уход, могут быть менее склонны к аллергическим реакциям, болям в ушах, гриппу и другим инфекционным заболеваниям.

Только 2 % людей, которые придерживаются диеты, удается успешно сбросить максимум пару килограммов и не набирать их в течение примерно двух лет.

Как мы уже говорили, самая большая проблема эпигенетики – отсутствие четкой связи между причиной и следствием. А не приводит к Б, когда в системе «тело – разум» возникает облако причин. Основная проблема микробиомы заключается в быстроте ее изменений. Гены куда более статичны, чем живущие внутри нас микробы, даже если принимать в расчет эпигеном. Представьте побережье океана, где волны ударяются о землю и постоянно передвигают песок. Погода и приливы определяют, сколько песка унесет в море или выбросит на берег. Если бы микробы были песчинками, то приливы и погода в кишечнике постоянно влияли бы на их движение, выводили бы некоторых из организма и впускали других.

Слово «экология» могло бы прозвучать как метафора, но медицина только начинает понимать, что длина кишечника более 7,5 метра и площадь его поверхности по размерам сравнима с теннисным кортом – это сложная и динамически изменяющаяся конструкция, действительно похожая на мировую экосистему. По предварительным оценкам, количество генов микробиомы превышает количество генов нашего собственного организма в 40–150 раз. В качестве примера того, какие сюрпризы ждут исследователей этой экосистемы, рассмотрим заболевание, которое сейчас тесно связывают с микробами: ожирение.

Устаревшая модель «сколько калорий на входе, столько и на выходе» винит в ожирении пищевые привычки людей: если вы едите слишком много или еще по какой-либо причине ваше тело откладывает излишек калорий в виде жира. Исследования показывают, что хронически переедающие люди недооценивают, сколько калорий они на самом деле потребляют. Но если бы переедание было единственной причиной ожирения, это все равно не объясняет, почему только 2 % людей, которые придерживаются диеты, удается успешно сбросить максимум пару килограммов и не набирать их в течение примерно двух лет. Что их к этому подталкивает? Одна из возможностей – застревание на плохих пищевых привычках, которые медленно, но верно возвращаются в жизнь человека на диете. Но прибавление в весе связано с множеством факторов. Приведенный ниже список предназначен не для того, чтобы обеспокоить или расстроить вас, но для того, чтобы показать, насколько сложным стало естественное действие – прием пищи.

Почему люди набирают вес

• Они переедают.

• Все члены их семьи переедают, и это может быть обусловлено генетически.

• Их друзья переедают.