Властелин ДНК. Как гены меняют нашу жизнь, а наша жизнь – гены

Вот, например, Адам и Нил Пирсоны. Они – однояйцевые близнецы и должны, по идее, иметь абсолютно одинаковый геном. В том числе и ген, определяющий нейрофиброматоз первого типа, у них одинаковый. Но у Адама лицо распухшее и деформированное. Причем настолько, что его иногда принимали за маску. А вот Нил внешностью немного похож на Тома Круза, но при этом страдает от потери памяти и приступов судорог{18}. Совершенно одинаковые гены экспрессируются по-разному. Тогда зачем мы вообще говорили про все те признаки в первой главе?! Там шла речь о типичных проявлениях определенных наследственных отклонений. Однако описанные проявления вовсе не покрывают весь спектр проявлений, вызванных такими отклонениями.

Неизбежно возникает вопрос, почему гены экспрессируются по-разному? Ответ прост. Это происходит оттого, что они реагируют на внешнюю среду не переходом из состояния «работает» в состояние «не работает». Да, набор генов задан еще до рождения, но это вовсе не предопределяет уровень их экспрессии. Раньше наследственность виделась нам в черно-белой гамме законов Менделя. Сейчас же мы начинаем постигать всю многоцветность палитры экспрессии.

В этом – новые трудности, которые современная наука создает медицинским генетикам. Пациенты приходят к нам за ответами и лечением, выраженным в ясных и понятных понятиях. Безобидно или злокачественно. Излечимо или неизлечимо. И совсем нелегко объяснить пациентам: то, что раньше считалось предопределенным и подчиненным двоичной логике, на самом деле устроено иначе. И знать это каждому больному необходимо, потому что только так можно принять самые важные решения в жизни.

И то, как человек живет, очень часто определяет его генетическую судьбу.

Вот поэтому я и хочу рассказать вам про Михаэля. Ему было 20 лет. Высокий и здоровый молодой человек. Красивой внешности, харизматичен и умен. Если бы в тот момент кто-то из знакомых девушек искал достойного жениха, я бы свел молодых людей вместе.

Не могу сказать почему, но мы сразу подружились. Может, дело было в одинаковом возрасте и похожем прошлом. Или в том, что оба мы занимались здравоохранением, пусть и пришли в него совершенно разными путями.

Я познакомился с Михаэлем вскоре после того, как его мать умерла, не выдержав долгой и безнадежной борьбы с метастазирующей нейроэндокринной опухолью поджелудочной железы. Перед самой ее смертью один прозорливый онколог предложил ей пройти генетическое тестирование. Так была обнаружена мутация, которая и нанесла несчастной женщине роковой удар, – она сидела прямо посередине гена супрессора опухолевого роста VHL.

Болезнь Гиппеля – Линдау – наследственное заболевание, вызывающее повышенный риск развития опухолей и врожденных патологий. Чаще всего затронуты бывают головной мозг, глаза, внутреннее ухо, кишечник и почки. Некоторые исследователи полагают, что печально известная история вражды Маккоев и Хаттфилдов[8] была вызвана отчасти именно болезнью Гиппеля – Линдау. Многие потомки Маккоев страдают от опухолей надпочечников, что может приводить к серьезному ухудшению характера{19}. Конечно, не у всех носителей синдрома он проявляется подобным образом.

Это еще один пример переменчивой экспрессивности. И точно так же, как ген, вызывающий NF1, которым страдали потомки Ральфа, ген VHL передается по аутосомно-доминантному типу наследования. Таким образом, болезнь будет проявляться, если даже одна копия гена сломана, а вторая – цела. И зная, как наследуется болезнь Гиппеля – Линдау, мы сразу же заподозрили, что и у Михаэля с вероятностью 50 % есть дефектная копия гена, которая передалась ему от матери. Он прошел соответствующий генетический тест, подтвердивший все наши опасения.

Болезнь Гиппеля – Линдау неизлечима, но если знать, что пациент ею страдает, можно специально искать опухоли еще до того, как проявятся последствия их развития, на начальной стадии заболевания. Именно так я и предложил Михаэлю поступать. В конце концов, достаточно и одной работающей копии гена VHL, чтобы контролировать рост клеток и держать в узде опухоли и злокачественные новообразования. Даже в случае, если вторая копия сломана или вовсе потеряна.

Существует гипотеза Кнудсона, согласно которой сочетание двух или более мутаций создает предрасположенность к развитию рака. Если вы, как Михаэль, знаете про себя, что вы на один шаг ближе к раку, чем остальные, следует предпринимать особые меры предосторожности. Радиация, органические растворители, тяжелые металлы и токсины – все это способно повредить ваши гены. И тем самым внести изменения, которые вы, вероятно, передадите вашим детям.

Проблема в том, что болезнь Гиппеля – Линдау может проявляться самыми разными способами и на любом этапе жизни. И даже если она диагностирована, никогда не знаешь, чего ожидать, то есть необходимо следить практически за всем. На практике это приводит к тому, что всю оставшуюся жизнь этот пациент должен делать неисчислимое множество тестов и анализов, и помогать ему в этом будет целая армия врачей и ассистентов.

Конечно, Михаэлю очень хотелось знать, чего ему ждать от будущего. И на его вопросы мне было очень нелегко ответить. Я мог только предложить ему продолжить обследование, чтобы выявить, каким типам опухолей и нарушений он подвержен в первую очередь.

– То есть, другими словами, – сказал он мне тогда, – мы не знаем, от чего я умру?

– Многие опухоли, вызванные болезнью Гиппеля – Линдау, легко поддаются лечению, особенно если их рано обнаружить, – заметил я. – И, конечно, мы не знаем, от чего ты умрешь.

– Все от чего-нибудь умирают, – рассмеялся он в ответ.

Я смутился.

– Да, но ведь при правильной терапии…

– Которая займет всю мою оставшуюся жизнь.

– Возможно, но всё же.

– Непрерывные обследования. Постоянный присмотр. Анализы крови. Рентген. И все равно неизвестность.

– Да, это непросто, но выбора ведь нет.

– Выбор есть всегда, – сказал он с улыбкой. И я понял, что он уже свой выбор сделал.

Я тогда очень расстроился и совершенно не удивился, когда через несколько лет узнал, что у Михаэля обнаружена ярко выраженная метастазирующая ренальная карцинома – один из типов рака почек. И снова он отказался от традиционного лечения и вскоре умер.

Вы, наверное, не понимаете, при чем тут вариации в экспрессивности? Ведь Михаэль умер рано и трагически, точно так же, как и его мать. Но он умер от рака совершенно другого типа и гораздо раньше ее. Разница в экспрессивности может приводить и к тому, что в следующем поколении гены экспрессируются или, наоборот, ломаются сильнее, чем в предыдущем. Если бы Михаэль воспользовался всеми преимуществами раннего обнаружения и позволил врачам следить за его здоровьем, его рак почек выявили бы и начали лечить намного раньше. Но он решил этого не делать. Если речь идет о вашей жизни и здоровье, только вы сами вправе принимать решения. Но дабы не ошибиться, надо знать, какие вопросы задавать и что делать с ответами{20}.

Чтобы лучше понять базовую концепцию гибкой наследственности, обратимся к истории библиотеки Реми в городе Нанте во Франции. Именно там несколько лет назад, разбирая старые записи, библиотекарь наткнулся на всеми забытый фрагмент нотного листа.

Бумага пожелтела и рассыпалась в руках. Чернила выцвели и стали почти невидимы. Однако ноты все еще можно было разобрать – и сыграть мелодию. Исследователям потребовалось совсем немного времени на изучение старого, более чем на столетие забытого всеми кусочка бумаги. Оказалось, что это подлинный и очень редкий образец записей, сделанных рукой самого Вольфганга Амадея Моцарта{21}. Считается, что Моцарт написал это и более 600 других своих известных сегодня произведений за несколько лет до смерти. И найденные в нантской библиотеке ноты в D‑мажоре – инструкция для современных музыкантов от гениального классического композитора, дошедшая до нас через века.

Моцарт любил использовать долгие форшлаги. Это такое мелодическое украшение, при котором основной ноте такта предшествует другая. Именно этот прием добавляет особого шарма щемящей сердце балладе Адель «Такого, как ты» («Someone Like You»){22}. Большинство современных композиторов используют вместо него шестнадцатую ноту, но на самом деле это всего лишь небольшой шаг в эволюции музыки. Поэтому для пианистов не составит труда воскресить давно забытую мелодию. С этим справился Ульрих Лезингер – директор по исследованиям Фонда Моцарта в Зальцбурге. Более того, счастливчик Лезингер может исполнить мелодию на том самом 61‑клавишном клавесине, на котором сам Моцарт сочинял свои мелодии 220 лет назад{23}. И вот теперь старинный мотивчик, пронзая пространство и время, предстает перед нами во всем своем очаровании. Опытное ухо Лезингера, несомненно, распознало в получившейся музыке кредо – церковное песнопение. И это знание превращает нотный листок в своего рода письмо в бутылке. Ведь, несмотря на то, что в юности Моцарт писал много религиозной музыки, многие музыковеды убеждены, что позже вера играла незначительную роль в его жизни.

По почерку исследователи датировали записи 1787 годом. В то время Моцарт имел стабильный доход от своих опер и финансовых причин написания церковной музыки быть не могло. Лезингер считает, что находка в Нантской библиотеке подтверждает интерес Моцарта к теологии и в его последние годы.

И почвой для всех этих предположений послужили всего несколько дюжин нот.

Примерно так человечество долгие годы воспринимало ДНК. Музыкант может прочесть нотную запись и без малейших отклонений воспроизвести всю сложность, сокрытую в ней. Вот и жизнь казалась воспроизведением записей, содержащихся в ДНК. В какой-то мере так оно и есть.

Но только лишь отчасти. Сейчас рождается новое понимание генетической идентичности человечества и даже самого пути нашей эволюции. Настройки проигрывателя могут менять звучание мелодии. Так и мы в значительной мере можем изменять то, как будет сыграна «мелодия», записанная в наших генах. И тем самым освободиться от сковывающих уз менделевской генетики, которая убеждала, что наша жизнь полностью определена генетическим наследием предков.

Все дело в том, что жизнь и ее генетическая основа – не строчки на ветхой бумаге. Она скорее подобна полумраку клуба, в котором играют джаз. Такого, как например Джаззумба Лаунж в отеле Таиту, в самом сердце столицы Эфиопии – Аддис-Абебе. Месте, куда мужчины и женщины со всех концов света приходят пить, есть, курить, слушать музыку и заводить новые знакомства.

Вы только послушайте…

Звон стаканов. Скрип стульев. Шум голосов. И вслед за всем с полутемной сцены бас: Баум-баум-баум бада баум-баум бада. Легкий шепот щетки по барабану: Ша-ссссс ша-ссссс ша-ссссс – ша-ша-ссссс. Приглушенный старый тромбон: Брааат брадер-да брааат-дер-дер-бра-да. И знойный голос певицы: Уууууу-йе бада баааааах. Ийах ийах ийах бада-йах.

И вот так слой за слоем на основной мотив ложится все великолепие и трагедия жизни.

Да, чтобы дойти от ранних этапов развития через все нужные шаги до зрелости, необходим аккомпанемент очень большого и сложного оркестра. И все начинается с записей. И записи эти куда старше произведений Моцарта. Некоторые ноты пришли к нам от самого начала жизни на Земле.

Вместе с тем в нашей жизни полно места для импровизации. Темп. Голос. Громкость. Тональность. Динамика. Путем множества мельчайших химических реакций ваше тело использует все ваши гены, как музыкант использует свой инструмент. Можно играть громко. А можно тихо. Можно играть быстро, а можно и не спеша. Можно даже играть одно и тоже, разными способами, если захочется. Как неподражаемый Йо-Йо Ма на своей виолончели 1712 года работы Страдивари может сыграть все, от Брамса до народной музыки.

Это экспрессия.

В глубине нашего организма мы все время, пусть тихонько и мало-помалу, но делаем то же самое. В ответ на происходящее мы меняем экспрессию наших генов. Так весь жизненный опыт великих музыкантов выливается в то, как они играют на своем инструменте. А в наших клетках экспрессия генов меняется в зависимости от того, что было с ними раньше и что происходит прямо сейчас.

Еще раз задумайтесь над тем, что я только что рассказал. А теперь давайте проведем небольшой эксперимент. Потянитесь. Подвигайтесь немного. Теперь расслабьтесь. Сконцентрируйтесь на дыхании. Вдох, а затем выдох. Вдохнув-выдохнув несколько раз, громко (ну или хотя бы вполголоса) скажите себе: «Все, что я делаю, очень важно и нужно для меня и окружающих!» Вы почувствуете себя вдохновленным. Или же наоборот, изрядно глупо.

И вот сейчас, да-да, прямо сейчас в вашем теле произошли едва заметные изменения. С того самого момента, как вы потянулись, гены начали работать в ответ. Осознанные движения контролируются нервными импульсами, идущими из головного мозга. Через всю нервную систему импульс проходит до моторных нейронов, которые запускают сокращение мышц. Внутри мышечных волокон белки актин и миозин биохимически сцепляются, затрачивая при этом энергию и производя механическую работу. И теперь в ответ на это ваши гены должны включиться в работу по восстановлению затраченных в процессе химических веществ. Ведь они нужны каждый раз, когда мозг посылает команду или набор команд. Всегда, будь то простое нажатие кнопки или забег на длинную дистанцию.

Даже ваши мысли непрерывно воздействуют на ваши гены. Ведь клеточная машинерия должна перестроиться в соответствии с вашими ожиданиями и в ответ на полученный опыт. Возникают воспоминания. Эмоции. Предчувствия. И все это записывается где-то в ваших клетках, как заметки на полях книги. Сотни триллионов синапсов мозга, благодаря которым это происходит, на самом деле просто контакты между нейронами и другими клетками. А сигналы, которые они передают, – всего лишь крошечные дозы химических веществ, выработанных вашим организмом. Нейроны образуют новые и новые связи, какие-то из них сохраняются десятилетиями.

Все это происходит в ответ на разные обстоятельства вашей жизни.

И все это вас меняет.

События вашей жизни меняют экспрессивность генетической мелодии.

Чувствуете себя особенным? И делаете это по праву. Но сильно гордиться не стоит, ведь, как мы увидим дальше, подобные изменения свойственны всем формам жизни. Большим и маленьким. Более того – реагировать на происходящее свойственно не только живым объектам. Например, многие корпорации используют сходные механизмы, чтобы управлять рынком или своевременно изменять свою продукцию.

Некоторые из таких методов саморегуляции появились задолго до нас с вами. Тем не менее они остаются актуальными и регулярно находят свое применение. Сейчас я предложу вам свой новый взгляд на то, как понимать переменчивость экспрессивности.

Когда вы впервые решитесь прикупить сверкающий камешек или захотите поменять старый на новый побольше, вам пригодится маленький секрет, который я вам сейчас открою: в отличие от остальных драгоценных камней, бриллианты на самом деле не так-то и редки.

Алмазы встречаются во множестве. Их очень много на Земле. Крупные и мелкие. Голубые, розовые и черные. Дюжина стран добывает их на всех континентах, кроме разве что Антарктиды. Впрочем, австралийские исследователи недавно сообщили об обнаружении кимберлита недалеко от Южного полюса{24}. А именно в этой породе часто находят алмазы. Так что, возможно, исключение просуществует недолго. Если вы когда-нибудь покупали алмазы и представляете себе существующие цены, спрос и предложение, у вас наверняка возникает вопрос: если алмазов так много, то почему бриллианты такие дорогие?

В первую очередь стоит поблагодарить корпорацию «Де Бирс».

Эта компания была основана в 1888 году, ее главный офис – в великом графстве Люксембург. «Де Бирс» владеет самым большим запасом сверкающих камушков в мире. И большая часть этого запаса надежно спрятана. «Де Бирс» контролирует все этапы процесса. Добычу и переработку руды. Первичную обработку и огранку. Компания сохраняла почти всемирную монополию на торговлю бриллиантами десятки лет. И на рынок она выпускала камешков ровно столько, чтобы цены оставались высокими, а спрос стабильным. Таким образом вполне обычный алмаз оставался драгоценным для глаз (и кошельков) простых обывателей{25}.

Остальное сделала хитроумная маркетинговая политика. До Второй мировой войны люди редко обменивались обручальными кольцами, а если и делали это, то далеко не обязательно эти кольца украшали бриллианты. Однако в 1938 «Де Бирс» наняла рекламщика с Мэдисон-авеню по имени Герольд Лаук. Его задачей было придумать, как убедить молодых людей, что только кусочек хорошо спрессованного углерода достоин стать символом верной любви и знаком помолвки. К началу 1940‑х годов волшебник Лаук справился со своей задачей и таки внушил значительной части Западного мира, что бриллианты и вправду лучшие друзья девушек{26}.

Промышленник Генри Форд мечтал сделать нечто подобное с авторынком. Техническая сложность его продукции и ее производства вынуждала его работать со множеством поставщиков, что его невероятно раздражало. Этот магнат, первый среди знаменитых рационализаторов промышленности, использовал те же стратегии оптимизации, что и геном, действующий посредством экспрессии генов. Форд много времени посвятил тому, чтобы максимально упростить технологические процессы.

«Занимаясь закупкой материалов, мы поняли, что имеет смысл приобретать только то, что нам нужно непосредственно сейчас, – писал Форд в своей книге 1922 года «Моя жизнь и работа» (My Life and Work). – Мы покупаем ровно столько, сколько требуется, чтобы, с учетом состояния транспорта на данный момент, выполнить рабочий план.»{27}

Форд признавал, что транспорт материалов далек от идеала. Но, как он говорил, «в ином случае не было бы никакой необходимости делать запасы. Поставки исходных материалов приходили бы точно по расписанию, в запланированном порядке и количестве, и прямо из вагонов поезда направлялись на производство. Это бы принесло огромное количество денег, ускорив оборот и тем самым снизив сумму, завязшую в сырье.»

Слова Форда были пророческими, но он ушел из жизни, так и не решив этой задачи. В итоге японские производители автомобилей первыми сделали скачок в организации системы связи «поставки – производство». Сейчас этот прием называют ТВС-производство, что значит «точно в срок». Менеджеры «Тойоты» впервые увидели ТВС в США в 1950‑х годах, но вовсе не у автомобильных компаний, посмотреть на которые они приехали. Все произошло почти случайно, когда они посетили магазин Piggly Wiggly. Одним из нововведений этой сети магазинов было то, что товар автоматически восполнялся, как только полки магазина пустели{28}.

У этого приема есть множество преимуществ. Если все идет, как надо, получается больше экономить и растет выручка. Конечно, существуют и определенные риски. И главная проблема в том, что у поставщиков внезапно могут возникнуть проблемы. Стихийные бедствия или забастовки работников способны оборвать цепь поставки сырья и, как результат, остановить фабрики, а клиентов оставить с пустыми руками.

У Apple был другой негативный опыт с ТВС-производством, когда внезапный рост спроса на iPad Mini заставил производство почти захлебнуться. А все оттого, что не удалось вовремя получить компоненты для создания новых линий сборки.

Зная, как работают стратегии, применяемые бизнесом, и что у них общего с регуляцией экспрессии генов, мы можем лучше понять, как наши клетки снижают «цену» поддержания жизнедеятельности. В точности как корпорации, наши тела поддерживают жесткий баланс. И только благодаря этому жизнь существует.

Тут наши тела значительно ближе к системам «Де Бирс», «Тойота» и Apple. Каждый раз, когда наши гены срабатывают, это имеет определенную биологическую цену. И потому жизнь старается получить от происходящего как можно больший полезный выход. Ферменты – пример того, что закодировано в наших генах. Эти белки, совсем как микроскопические машины, ускоряют и облегчают определенные процессы. Так, как делает P450, разлагающий токсины, или самый обычный пепсиноген, помогающий нам переваривать белковую пищу. В этом мы устроены совсем как корпорации, которые стремятся, чтобы производительность труда их работников была максимально высокой. Жизнь старается сделать так, чтобы как можно меньшее число ферментов выполняло всю необходимую работу.

Мы, как правило, производим только то, что нам нужно, и только тогда, когда это необходимо. И стараемся не делать лишних запасов. И все это благодаря экспрессии генов.

Чтобы получились алмазы, необходимы миллионы лет и высокое давление, а для производства ферментов нужно очень много биологических ресурсов. Чтобы снизить стоимость их создания, организм умеет перестраиваться для синтеза тех или иных веществ. Это позволяет при необходимости направить все мощности на производство именно того продукта, который нужен сейчас. И если у вас есть ген, позволяющий делать определенный белок, это еще далеко не значит, что такой белок будет синтезирован хоть раз за вашу жизнь.

С вами такое происходило, хотя вы даже и не подозревали о своем активном участии в процессе. Если вам на празднике случалось перебрать алкоголя, на утро с вами было именно то, о чем мы говорим. Вы хорошо повеселились, а потому клеткам вашей печени пришлось работать сверхурочно, чтобы создать ферменты, необходимые для борьбы с последствиями винных возлияний.

Это и есть увеличение производства в ответ на возрастающий спрос. В данном случае производства алкогольдегидрогеназы, нужной для расщепления этанола. Сколько-то этого фермента всегда запасено в неактивном виде в клетках печени в ожидании следующей попойки, но не слишком много. Хранение больших запасов деталей на складе имеет свою цену, вот и ферменты требуют место и энергию на поддержание в рабочем состоянии. Но если вы не злоупотребляете алкоголем, все это слишком затратно.

Почти все процессы в мире биологии вертятся вокруг одного. Всем движет необходимость урезать стоимость жизни. Это и вправду нужно. Чтобы тратить энергию на синтез ферментов, которые так и не будут использованы, пришлось бы обделить ею необходимые каждодневные процессы. Такие, например, как непрерывные перестройки работы мозга и циркуляцию крови.

Отличной иллюстрацией может стать жизнь астронавтов. Вскоре после того, как они прибывают на Международную космическую станцию, их сердца уменьшаются на четверть от первоначального объема{29}. Если вы пересели со скрывающего под капотом 300 лошадиных сил форда «Мустанг» на «Мини Купер», в котором меньше 150 этих «лошадок», вы очень много сэкономите на бензине. А в условиях пониженной гравитации астронавту нужно куда меньше усилий сердца, чтобы качать кровь[9]. И по той же причине, многие, побывав в космосе и вернувшись к земному притяжению, испытывают головокружение или даже теряют сознание. Ведь их ослабшее сердце не справляется теперь с тем, чтобы прокачать достаточно крови и вместе с ней кислорода, к головному мозгу.

И не обязательно лететь в космос, чтобы ваше сердце стало меньше. Достаточно всего нескольких недель в постели, чтобы оно начало атрофироваться{30}. С другой стороны, наши тела невероятно хорошо восстанавливаются. Нужно только убедить их, что дополнительные мощности нам необходимы. И это совсем нетрудно, наши клетки в изрядной степени пластичны. От того, что мы делаем каждый день, зависит, какие инструкции они получат от наших генов. Вот вам еще один, на этот раз генетически обоснованный повод встать с дивана.

А прежде, чем мы закончим говорить про экспрессию генов, я хочу рассказать вам еще одну историю.

На первый взгляд Ranunculus flabellaris не кажется чем-то примечательным.

Обычный лютик, обильно произрастающий в заболоченных лесах США и юга Канады. Распространенное и, казалось бы, не самое интересное растение. Однако этот лютик может делать поразительные вещи, к примеру полностью менять свое внешнее строение в зависимости от того, насколько близок он к источнику воды. Такое поведение называют гетерофилией.

Обычно этот цветок растет по берегам рек. Конечно, не самое безопасное для растений место, ведь реки, бывает, разливаются, и порой сильно. Для хрупкого цветка такое событие может быть фатальным. Однако для нашего лютика жизнь на самой кромке земли не проблема: изменение экспрессии генов позволяет ему в случае паводка изменять форму листьев. Из округлых они становятся длинными и нитеподобными, к тому же плавучими!{31} Кажется, что перед вами совсем другое растение, однако это не так.

Геном Ranunculus flabellaris остается без изменений. Изменился только получающийся фенотип (так ученые называют внешний вид).

И подобно тому, как сердце астронавта может сменять мощь «Мустанга» на «Мини Купер» и обратно в зависимости от условий среды, лютик может вернуться к прежней форме листьев – когда закончится паводок. Растению это необходимо сделать, чтобы выжить.

Экспрессия – лишь один из инструментов выживания растений, насекомых, зверей и даже людей в условиях постоянно меняющийся среды. Во всех способах главным остается одно: гибкость.

Постепенно становится ясно, что наши гены – часть огромной, сложной и гибкой сети. И это утверждение местами противоречит нашим прежним представлениям. Гены не закреплены и не неподвижны, как мы думали раньше. Если бы это было так, живые организмы не могли бы – как тот же лютик – приспосабливаться к постоянно меняющимся условиям среды.

Мендель, наблюдавший за горохом, и поколения генетиков, продолживших его работу, замечали только половину происходящего. То, как гены влияют на организмы, в которых они сидят. Но ведь все работает и в обратную сторону. Мы можем влиять, и влияем, на наши гены!

И, как я покажу вам дальше, это происходит постоянно.

Глава 3

Изменяя свои гены

Как травмы, хулиганы и маточное молочко меняют нашу генетическую судьбу

Большинство людей знает про опыты Менделя с горохом. Кое-кто слышал про его неоконченные эксперименты на мышах. Но почти никто не в курсе, что он занимался еще и пчелами, которых называл не иначе как «мои дорогие крошечные животные».

И с ним трудно не согласиться. Пчелы невероятно интересные, милые и просто красивые животные. А еще, глядя на них, человек может многое понять про самого себя.

Вот, к примеру, приходилось ли вам наблюдать роение пчел? Момент, когда целая колония куда-то движется. И в самом сердце этого живого торнадо – королева улья.

Чем она заслужила такой великолепный эскорт?

Приглядитесь к ней повнимательнее. У пчелиной матки, как у настоящей манекенщицы, большой рост и длинные ноги. Она изящнее других, ее вытянутое брюшко не покрыто волосками. У пчелиной королевы и жало устроено не как у всех – она может использовать его много раз подряд, в отличие от рабочих пчел, которые после первого же раза погибают. Ведь ей нужно защищать себя от своеобразных дворцовых переворотов, устраиваемых молодыми королевами. Матка может жить годами, а жизнь многочисленных рабочих пчел длится всего несколько недель. А еще она откладывает тысячи яиц в день, в то время как обо всех ее насущных необходимостях заботятся стерильные пчелы[10].

Да уж, матку никак не назовешь обычной пчелой.

Было бы логично предположить, что матки генетически отличаются от прочих пчел, ведь они очень не похожи на остальных обитателей улья. Но если разобраться получше и посмотреть на всю ситуацию на уровне ДНК, мы увидим, что тут отличий нет. И матка, и ее рабочие могут быть потомками одних и тех же родителей и иметь абсолютно одинаковую ДНК. Однако их поведение, анатомия и физиология при этом кардинально разные.

Почему? А потому что личинки маток питаются лучше.

Вот и вся причина. Еда меняет экспрессию генов. В данном случае, определенные гены включаются и выключаются. Подобные механизмы регуляции называют эпигенетическими. Когда пчелиное семейство решает, что пришло время выбрать новую королеву, оно отбирает несколько личинок-счастливчиков и буквально купает их в маточном молочке. Это особая субстанция, богатая белками и аминокислотами, которую выделяют специальные железы во рту молодых рабочих пчел. В самом начале всем личинкам дают маточное молочко. Но будущим рабочим пчелкам – недолго. Молодых же «принцесс» кормят им до тех пор, пока из них не выйдет новой «императрицы» голубых кровей. И та молодая матка, которая убьет всех своих сестер-претенденток, и становится в итоге королевой улья.

Ее гены ничем не отличаются от генов сородичей. А вот как обстоят дела с их экспрессией?

Пчеловоды уже очень давно поняли, что личинки, выкормленные маточным молочком, становятся матками. Однако как это все работает, оставалось тайной. И вот в 2006 году ученые секвенировали геном Apis mellifera – медоносной пчелы, а в 2011 году детально исследовали кастовую структуру пчелиного улья.{32}

У всех животных на планете Земля, включая человека, есть общие гены. Конечно, и пчелы не исключение. Одна из таких общих последовательностей ДНК – Dnmt3 – ген ДНК-метил-трансферазы. У млекопитающих этот фермент участвует в эпигенетических механизмах регуляции работы определенных генов.

Когда ученые химически заблокировали работу Dnmt3 у нескольких сотен личинок, они получили несколько сотен маток. Если же, наоборот, стимулировать работу фермента, из личинок получаются только рабочие пчелы. Так что, вопреки ожиданиям, у матки нет ничего особенного, а наоборот, кое-чего даже не хватает. И все поглощаемое ими маточное молочко, на самом деле просто выключает ген, который превращает личинок в рабочих пчел{33}.

Мы питаемся вовсе те так, как пчелы. Но на их примере, благодаря великолепному исследованию, о котором я только что рассказал, очень хорошо видно, посредством каких механизмов гены по-разному экспрессируются в ответ на то, что происходит с нами в жизни{34}. Человек в течение своей жизни играет разные социальные роли, причем в определенном порядке. Сначала мы учимся, потом работаем и в итоге становимся старейшинами-учителями. Так и жизнь пчел подчинена вполне познаваемому узору жизни и смерти. Сперва они работают уборщицами и санитарками – заботятся об улье и колонии. Очищают соты и при необходимости убирают тела погибших сестер, чтобы не дать распространиться болезням. Потом большинство из них становятся няньками, чтобы общими усилиями по тысяче раз на дню проявлять заботу о каждой личинке в огромной пчелиной семье. И только в конце, по достижении зрелого двухнедельного возраста, пчела покидает улей и отправляется на поиски нектара.

Давно известно, что иногда, если пчел-нянек не хватает, пчелы-медосборщицы возвращаются к прежней работе. Ученые из Университета Джона Хопкинса в штате Аризона (США) решили узнать, почему это происходит, и стали изучать различия в экспрессии генов. Такие различия можно увидеть по специфическим химическим «ярлычкам» на тех или иных последовательностях ДНК. Оказалось, что у пчелы-няньки и пчелы-сборщицы эти ярлычки отличаются в 150 генах.

Ученые провели остроумный эксперимент. Пока сборщицы собирали в полях нектар, из улья убрали всех нянек. И вот, как только сборщицы возвращались в улей, они, к удивлению биологов, сразу же начинали ухаживать за молодняком, оставшимся без необходимого ухода. При этом у сборщиц мгновенно менялся рисунок генетических ярлычков{35}. Гены, которые раньше не эксперссировались, начинали работать, а те, что работали раньше, замолкали! В результате пчелы не только меняли свое поведение, они начинали выполнять другую генетически предопределенную программу.

Разумеется, внешне мы не похожи на пчел. Да и не чувствуем себя пчелами ни в какой мере. Однако на генетическом уровне у нас с этими насекомыми очень много общего. Взять хотя бы тот же Dnmt3{36}. И точно так же, как у пчел, наша жизнь может быстро и сильно измениться из‑за перемен в экспрессии генов. Измениться к лучшему или к худшему.