«Өмір үшін ең бастысы - өлім»: эпигенетик Сергей Киселевпен сұхбат

2024 Автор: Malcolm Clapton | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-17 04:02

Тышқандар, өмірдің ұзаруы және қоршаған ортаның біздің геномымызға және адамзат болашағына әсері туралы.

Сергей Киселев - биология ғылымдарының докторы, профессор және Ресей ғылым академиясының Вавилов атындағы жалпы генетика институтының эпигенетика зертханасының меңгерушісі. Ол өзінің ашық дәрістерінде гендер, дің жасушалары, эпигенетикалық тұқым қуалау механизмдері және болашақ биомедицинасы туралы әңгімелейді.

Лайфхакер Сергеймен сөйлесіп, қоршаған орта бізге және геномымызға қалай әсер ететінін білді. Сондай-ақ біз табиғат бізге қандай биологиялық жасты белгілейтінін, бұл адамзат үшін нені білдіретінін және эпигенетиканың көмегімен болашағымыз туралы болжам жасай алатынымызды білдік.

Эпигенетика және оның бізге әсері туралы

Генетика дегеніміз не?

Бастапқыда генетика 19 ғасырда Грегор Мендельдің бұршақ өсіруі болды. Ол тұқымдарды зерттеп, тұқым қуалаушылықтың қалай әсер ететінін түсінуге тырысты, мысалы, олардың түсіне немесе әжіміне.

Әрі қарай ғалымдар бұл бұршақтарды сыртынан қарап қана қоймай, ішке көтерілді. Ал ол немесе басқа белгілердің тұқым қуалауы мен көрінуі жасуша ядросымен, атап айтқанда, хромосомалармен байланысты екені белгілі болды. Сосын хромосоманың ішіне бұдан да тереңірек үңіліп, оның құрамында дезоксирибонуклеин қышқылының ұзын молекуласы – ДНҚ бар екенін көрдік.

Содан кейін біз генетикалық ақпаратты тасымалдайтын ДНҚ молекуласы деп болжадық (және кейінірек дәлелдедік). Содан кейін олар бұл ДНҚ молекуласында гендердің ақпараттық тұқым қуалаушылық бірліктері болып табылатын белгілі бір мәтін түрінде кодталғанын түсінді. Біз олардың неден жасалғанын және әртүрлі ақуыздарды қалай кодтай алатынын білдік.

Содан кейін бұл ғылым дүниеге келді. Яғни, генетика – белгілі бір белгілердің ұрпақтар тізбегіндегі тұқым қуалауы.

- Эпигенетика дегеніміз не? Ал табиғаттың құрылымын түсіну үшін тек генетика жеткіліксіз деген қорытындыға қалай келдік?

Біз жасушаның ішіне көтеріліп, гендердің хромосомалардың бөлігі ретінде бөлінетін жасушаларға енетін және тұқым қуалайтын ДНҚ молекуласымен байланысты екенін түсіндік. Бірақ адам 46 хромосома бар бір ғана жасушадан пайда болады.

Зигота бөліне бастайды, тоғыз айдан кейін кенеттен бірдей хромосомалары бар тұтас адам пайда болады. Сонымен қатар, олар әрбір жасушада болады, оның ішінде ересек адамның денесінде шамамен 10 бар.¹⁴… Және бұл хромосомаларда бастапқы жасушада болған гендер бірдей.

Яғни, бастапқы жасуша – зигота – белгілі бір түрге ие болды, екі жасушаға бөліне алды, содан кейін оны тағы бір-екі рет жасады, содан кейін оның сыртқы түрі өзгерді. Ересек адам - көп жасушадан тұратын көп жасушалы организм. Соңғылары біз маталар деп атайтын қауымдастықтарға біріктірілген. Және олар өз кезегінде органдарды құрайды, олардың әрқайсысы жеке функциялардың жиынтығына ие.

Бұл қауымдастықтардағы жасушалар да әртүрлі және әртүрлі тапсырмаларды орындайды. Мысалы, қан жасушалары шаш, тері немесе бауыр жасушаларынан түбегейлі ерекшеленеді. Және олар үнемі бөлінеді - мысалы, агрессивті ортаның әсерінен немесе денеде тіндердің жаңаруы қажет болғандықтан. Мысалы, біз бүкіл өмірімізде 300 кг эпидермисті жоғалтамыз - теріміз жай ғана сыпырылады.

Ал жөндеу кезінде ішек жасушалары ішек жасушалары болып қала береді. Ал тері жасушалары тері жасушалары болып табылады.

Шаш фолликуласын құрайтын және шаштың өсуіне әкелетін жасушалар кенеттен қансыраған бас жарасына айналмайды. Жасушаның есінен танып, «Мен енді қанмын» деп айта алмайды.

Бірақ олардағы генетикалық ақпарат бұрынғыша бастапқы жасуша – зиготадағыдай. Яғни, олардың барлығы генетикалық тұрғыдан бірдей, бірақ олар әртүрлі көрінеді және әртүрлі функцияларды орындайды. Және олардың бұл әртүрлілігі ересек организмде де тұқым қуалайды.

Дәл осы тұқым қуалаушылық, супрагенетикалық, генетикадан жоғары немесе одан тыс, эпигенетика деп аталды. «Эпи» префиксі «шығып, жоғары, көбірек» дегенді білдіреді.

Эпигенетикалық механизмдер қалай көрінеді?

Эпигенетикалық механизмдердің әртүрлі түрлері бар - мен екі негізгі туралы айтамын. Бірақ маңыздылығы кем емес басқалары бар.

Біріншісі - жасушаның бөлінуі кезіндегі хромосомалардың қаптамасының тұқым қуалау стандарты.

Ол төрт әріппен кодталған нуклеотидтер тізбегінен тұратын генетикалық мәтіннің белгілі фрагменттерінің оқылуын қамтамасыз етеді. Ал әрбір жасушада осы әріптерден тұратын екі метрлік ДНҚ тізбегі болады. Бірақ мәселе онымен күресу қиын.

Кәдімгі екі метрлік жіңішке жіпті алыңыз, құрылымның бір түріне мыжылған. Қай фрагменттің қайда орналасқанын анықтау екіталай. Сіз оны осылай шеше аласыз: жіпті катушкаларға орап, оларды бір-бірінің үстіне қуыстарға қойыңыз. Осылайша, бұл ұзын жіп жинақы болады және біз оның қай фрагменті қай катушкада екенін анық білеміз.

Бұл хромосомаларға генетикалық мәтінді орау принципі.

Егер бізге қажетті генетикалық мәтінге қол жеткізу қажет болса, біз орамды сәл ғана босатамыз. Жіптің өзі өзгермейді. Бірақ ол мамандандырылған жасушаға белгілі бір генетикалық ақпаратқа қол жеткізуге мүмкіндік беретін етіп оралған және төселген, бұл шартты түрде катушка бетінде.

Егер жасуша қан функциясын орындаса, онда жіп пен орамдардың төселуі бірдей болады. Және, мысалы, мүлдем басқа функцияны орындайтын бауыр жасушалары үшін сәндеу өзгереді. Ал мұның бәрі жасушаның бірқатар бөлінулерінде тұқым қуалайтын болады.

Тағы бір жақсы зерттелген эпигенетикалық механизм - бұл ДНҚ метилденуі. Жоғарыда айтқанымдай, ДНҚ - бұл төрт нуклеотид әртүрлі комбинацияларда қайталанатын, ұзындығы шамамен екі метр болатын ұзын полимер тізбегі. Және олардың әртүрлі реттілігі ақуыздың қандай да бір түрін кодтай алатын генді анықтайды.

Бұл генетикалық мәтіннің мағыналы фрагменті. Ал бірқатар гендердің жұмысынан жасушаның қызметі қалыптасады. Мысалы, сіз жүннен жасалған жіпті ала аласыз - одан көптеген шаштар шығады. Және дәл осы жерлерде метил топтары орналасқан. Шығыңқы метил тобы синтез ферменттерінің қосылуына мүмкіндік бермейді, бұл сонымен бірге бұл ДНҚ аймағын оқуға азырақ етеді.

«Өлімге аяушылық таныта алмайсың» деген сөйлемді алайық. Бізде үш сөз бар - және олардың арасындағы үтірлердің орналасуына байланысты мағына өзгереді. Генетикалық мәтінде де солай, тек сөздердің орнына – гендер. Және олардың мағынасын түсінудің бір жолы - оларды белгілі бір түрде катушкаға орау немесе метил топтарын дұрыс жерлерге орналастыру. Мысалы, егер «орындау» катушкалардың ішінде болса, ал «кешірім» сыртында болса, ұяшық тек «рахым ету» мағынасын қолдана алады.

Ал жіп басқаша оралып, жоғарғы жағында «орындау» сөзі болса, онда орындау болады. Жасуша бұл ақпаратты оқып, өзін жояды.

Жасушада өзін-өзі жоюдың осындай бағдарламалары бар және олар өмір үшін өте маңызды.

Сондай-ақ бірқатар эпигенетикалық механизмдер бар, бірақ олардың жалпы мағынасы генетикалық мәтінді дұрыс оқу үшін тыныс белгілерін қою болып табылады. Яғни, ДНҚ тізбегі, генетикалық мәтіннің өзі сол күйінде қалады. Бірақ ДНҚ-да нуклеотидтерді өзгертпестен синтаксистік белгіні жасайтын қосымша химиялық модификациялар пайда болады. Соңғысы аздап басқа метил тобына ие болады, нәтижесінде алынған геометрия нәтижесінде жіптің жағына жабысады.

Нәтижесінде тыныс белгісі пайда болады: «Сізді орындауға болмайды, (біз кекіреміз, өйткені бұл жерде метил тобы бар) мейірімділік танытыңыз». Сонымен сол генетикалық мәтіннің тағы бір мағынасы пайда болды.

Қорытындысы мынау. Эпигенетикалық тұқым қуалаушылық – генетикалық мәтіннің реттілігіне қатысы жоқ тұқым қуалаушылық түрі.

– Дөрекі түрде айтсақ, эпигенетика генетиканың үстінен қондырма ма?

Бұл шын мәнінде қондырма емес. Генетика – берік негіз, өйткені организмнің ДНҚ-сы өзгермейді. Бірақ жасуша тас сияқты өмір сүре алмайды. Өмір қоршаған ортаға бейімделуі керек. Демек, эпигенетика қатаң және бір мағыналы генетикалық код (геном) мен сыртқы орта арасындағы интерфейс болып табылады.

Ол өзгермеген тұқым қуалайтын геномның сыртқы ортаға бейімделуіне мүмкіндік береді. Оның үстіне, соңғысы біздің денемізді қоршап тұрған нәрсе ғана емес, сонымен қатар біздің ішіміздегі басқа жасуша үшін көршілес әрбір жасуша.

Табиғатта эпигенетикалық әсер етудің мысалы бар ма? Бұл іс жүзінде қалай көрінеді?

Тышқандар тізбегі бар - агути. Олар бозғылт қызыл-қызғылт пальто түсімен сипатталады. Сондай-ақ бұл жануарлар өте бақытсыз: олар туылғаннан бастап қант диабетімен ауырады, семіздік қаупі жоғарылайды, онкологиялық ауруларды ерте дамытады және олар ұзақ өмір сүрмейді. Бұл белгілі бір генетикалық элементтің «агути» генінің аймағына еніп, осындай фенотипті жасауына байланысты.

Ал 2000 жылдардың басында американдық ғалым Рэнди Гиртл тышқандардың осы сызығына қызықты эксперимент жасады. Оларды метил топтарына бай өсімдік тағамдарымен, яғни фолий қышқылымен және В дәрумендерімен тамақтандыруды бастады.

Нәтижесінде белгілі бір дәрумендерге бай рационда өсірілген тышқандардың ұрпағы ақ түсті. Және олардың салмағы қалыпты жағдайға оралды, олар қант диабетімен ауыруды қойып, қатерлі ісіктен ерте қайтыс болды.

Ал олардың сауығуы қандай болды? Ата-аналарында теріс фенотиптің пайда болуына әкеліп соқтырған агути генінің гиперметиляциясы болғаны. Мұны сыртқы ортаны өзгерту арқылы түзетуге болатыны белгілі болды.

Ал егер болашақ ұрпақты бірдей диетада асыраса, олар бұрынғыдай ақ, бақытты және сау болып қалады.

Рэнди Гиртл айтқандай, бұл біздің гендер тағдыр емес және біз оларды қандай да бір жолмен басқара алатынымыздың мысалы. Бірақ қанша екені әлі де үлкен сұрақ. Әсіресе, бұл адамға қатысты.

– Қоршаған ортаның адамға мұндай эпигенетикалық әсерінің мысалдары бар ма?

Ең танымал мысалдардың бірі - 1944-1945 жылдардағы Нидерландыдағы ашаршылық. Бұл фашистік басқыншылықтың соңғы күндері еді. Содан кейін Германия бір айға азық-түлік жеткізудің барлық жолдарын кесіп тастады және он мыңдаған голландиялықтар аштықтан өлді. Бірақ өмір жалғасты - кейбір адамдар сол кезеңде әлі де дүниеге келді.

Және олардың барлығы семіздіктен зардап шекті, семіздікке бейім болды, қант диабеті және өмір сүру ұзақтығы қысқарды. Олардың эпигенетикалық модификациялары өте ұқсас болды. Яғни, олардың гендерінің жұмысына сыртқы жағдайлар, атап айтқанда, ата-аналардың қысқа мерзімді аштықтары әсер етті.

Біздің эпигеномымызға тағы қандай сыртқы факторлар осылай әсер етуі мүмкін?

Иә, бәрі әсер етеді: жеген нан немесе бір тілім апельсин, ысталған темекі және шарап. Оның қалай жұмыс істейтіні басқа мәселе.

Тышқандармен бұл оңай. Әсіресе олардың мутациялары белгілі болған кезде. Адамдарды зерттеу әлдеқайда қиын, ал зерттеу деректерінің сенімділігі төмен. Бірақ әлі де кейбір корреляциялық зерттеулер бар.

Мысалы, Холокост құрбандарының 40 немерелерінің ДНҚ метилденуін зерттеген зерттеу болды. Ғалымдар өздерінің генетикалық кодында стресстік жағдайларға жауап беретін гендермен байланысты әртүрлі аймақтарды анықтады.

Бірақ тағы да, бұл бақыланатын эксперимент емес, өте шағын үлгідегі корреляция, біз бірдеңе жасап, белгілі бір нәтижелерге қол жеткіздік. Дегенмен, бұл тағы да көрсетеді: бізбен болған барлық нәрсе бізге әсер етеді.

Ал егер сіз, әсіресе жас кезіңізде өзіңізге қамқорлық жасасаңыз, сыртқы ортаның кері әсерін барынша азайтуға болады.

Дене бозара бастағанда, ол нашарлайды. Бұл мүмкін екенін айтқан бір басылым бар және бұл жағдайда біз бұл туралы бірдеңе жасай аламыз.

– Адамның өмір салтының өзгеруі оған және оның ұрпақтарына әсер ете ме?

Иә, бұл үшін көптеген дәлелдер бар. Бұл бәріміз. Біздің жеті миллиард екендігіміз дәлел. Мысалы, жалпы азық-түліктің қолжетімді болуының арқасында соңғы 40 жылда адам өмірінің ұзақтығы мен оның саны 50%-ға артты. Бұл эпигенетикалық факторлар.

– Бұған дейін Голландиядағы Холокост пен ашаршылықтың жағымсыз салдарын айттыңыз. Ал эпигеномға қандай оң әсер етеді? Стандартты кеңес - диетаны теңестіру, алкогольді тастау және т.б. Әлде басқа нәрсе бар ма?

Мен білмеймін. Тағамдық теңгерімсіздік нені білдіреді? Теңгерімді диетаны кім ойлап тапты? Қазіргі уақытта эпигенетикада теріс рөл атқаратын нәрсе - артық тамақтану. Біз шамадан тыс тамақтанамыз және семіреміз. Бұл жағдайда біз азық-түліктің 50% қоқыс жәшігіне тастаймыз. Бұл үлкен мәселе. Ал тағамдық теңгерім таза сауда ерекшелігі болып табылады. Бұл коммерциялық үйрек.

Өмірді ұзарту, терапия және адамзат болашағы

– Адамның болашағын болжау үшін эпигенетиканы пайдалана аламыз ба?

Біз болашақ туралы айта алмаймыз, өйткені біз бүгінді де білмейміз. Ал болжау суда болжаумен бірдей. Тіпті кофе алаңында да емес.

Әр адамның өз эпигенетикасы бар. Бірақ, мысалы, өмір сүру ұзақтығы туралы айтатын болсақ, онда жалпы заңдылықтар бар. Мен ерекше атап өтемін - бүгінгі күн үшін. Өйткені біз бастапқыда тұқым қуалайтын белгілер асбұршаққа, кейін хромосомаға, соңында ДНҚ-ға көмілген деп ойладық. Бұл ДНҚ-да емес, хромосомаларда екені белгілі болды. Ал қазір біз тіпті эпигенетиканы ескере отырып, көп жасушалы организм деңгейінде белгілер бұршаққа көмілген деп айта бастаймыз.

Білім үнемі жаңарып отырады.

Бүгінгі күні эпигенетикалық сағат сияқты нәрсе бар. Яғни, біз адамның орташа биологиялық жасын есептедік. Бірақ олар қазіргі адамдардың үлгісімен бүгін біз үшін жасады.

Егер кешегі адамды – 100-200 жыл бұрын өмір сүрген адамды алсақ, ол үшін бұл эпигенетикалық сағат мүлде басқаша болып шығуы мүмкін. Бірақ бұл адамдар қазір жоқ болғандықтан, қандай екенін білмейміз. Демек, бұл әмбебап нәрсе емес және осы сағаттың көмегімен болашақ адамның қандай болатынын есептей алмаймыз.

Мұндай болжамды нәрселер қызықты, көңілді және, әрине, қажет, өйткені бүгінде олар Архимедтегідей құрал - тұтқаны береді. Бірақ әлі тірек нүктесі жоқ. Енді біз рычагпен оңды-солды кесіп жатырмыз, мұның бәрінен не үйренуге болатынын түсінуге тырысамыз.

ДНҚ метилденуі бойынша адамның өмір сүру ұзақтығы қандай? Ал бұл біз үшін нені білдіреді?

Біз үшін бұл тек бүгінгі таңда табиғаттың бізге берген максималды биологиялық жасы шамамен 40 жыл екенін білдіреді. Ал табиғатқа өнімді нағыз жас одан да аз. Неге бұлай? Өйткені өмір үшін ең маңыздысы – өлім. Егер организм жаңа генетикалық нұсқа үшін кеңістікті, аумақты және қоректік аумақты босатпаса, ерте ме, кеш пе бұл түрдің азғындауына әкеледі.

Ал біз, қоғам, осы табиғи механизмдерге қол сұғып жатырмыз.

Ал мұндай деректерді қазір алған соң, бір-екі ұрпақтан кейін біз жаңа зерттеу жүргізе аламыз. Біздің биологиялық жасымыз 40-тан 50-ге дейін, тіпті 60-қа дейін өсетінін біз міндетті түрде көреміз. Өйткені біз өзіміз жаңа эпигенетикалық жағдайларды жасаймыз - Рэнди Гиртл тышқандармен жасағандай. Жүніміз ағарып жатыр.

Бірақ сіз әлі де таза физиологиялық шектеулер бар екенін түсінуіңіз керек. Біздің камераларымыз қоқыспен толтырылған. Ал өмір барысында геномда эпигенетикалық ғана емес, генетикалық өзгерістер де жинақталып, жас ұлғайған сайын аурулардың пайда болуына әкеледі.

Сондықтан салауатты өмір сүрудің орташа ұзақтығы сияқты маңызды параметрді енгізудің уақыты келді. Өйткені денсаулыққа зиян ұзақ болуы мүмкін. Кейбіреулер үшін бұл өте ерте басталады, бірақ есірткіде бұл адамдар 80 жылға дейін өмір сүре алады.

Кейбір темекі шегушілер 100 жыл өмір сүреді, ал салауатты өмір салтын ұстанатын адамдар 30-да өледі немесе қатты ауырады. Бұл жай ғана лотерея ма, әлде бәрі генетика немесе эпигенетика туралы ма?

Маскүнемдердің жолы әрқашан болады деген әзілді естіген боларсыз. Олар тіпті жиырмасыншы қабаттан құлап, сынбайды. Әрине, бұл болуы мүмкін. Бірақ бұл жағдайды біз тірі қалған мастардан ғана білеміз. Көбісі апатқа ұшырайды. Темекі шегуде де солай.

Шынында да, қантты тұтынуға байланысты, мысалы, қант диабетіне бейім адамдар бар. Менің досым 90 жыл ұстаз, қасықпен қант жейді, қан анализі қалыпты. Бірақ мен тәттілерден бас тартуды шештім, өйткені қандағы қант көтеріле бастады.

Әр жеке тұлға әртүрлі. Бұл үшін генетика қажет - ДНҚ түріндегі бүкіл өмірді сақтайтын берік негіз. Бұл өте қарапайым генетикалық негізге қоршаған ортаға бейімделуге мүмкіндік беретін эпигенетика.

Кейбіреулер үшін бұл генетикалық негіз олар бастапқыда бір нәрсеге сезімтал болу үшін бағдарламаланған. Басқалары тұрақтырақ. Бұған эпигенетиканың қатысы болуы мүмкін.

Эпигенетика бізге дәрі жасауға көмектесе ала ма? Мысалы, депрессиядан немесе маскүнемдіктен бе?

Мен қалай екенін түсінбеймін. Жүздеген мың адамға әсер еткен оқиға болды. Олар бірнеше ондаған мың адамды алып, талдап, содан кейін кейбір математикалық ықтималдықпен оларда бірдеңе бар, бірде жоқ екенін анықтады.

Бұл жай ғана статистика. Бүгінгі зерттеулер ақ-қара емес.

Иә, біз қызықты нәрселерді табамыз. Мысалы, бізде геномда шашыраңқы жоғары метил топтары бар. Енді не? Өйткені, біз алдын ала білетін жалғыз проблемалық генді тышқан туралы айтып отырған жоқпыз.

Сондықтан бүгінгі күні эпигенетикаға мақсатты әсер ету құралын жасау туралы айта алмаймыз. Өйткені ол генетикадан да әртүрлі. Дегенмен, патологиялық процестерге әсер ету үшін, мысалы, ісік процестері, қазіргі уақытта эпигенетикаға әсер ететін бірқатар емдік препараттар зерттелуде.

– Тәжірибеде қолданылып келе жатқан эпигенетикалық жетістіктер бар ма?

Біз сіздің дене клеткаңызды, мысалы, тері немесе қанды алып, одан зигота жасушасын жасай аламыз. Және одан сіз өзіңіз аласыз. Содан кейін жануарларды клондау бар - бұл өзгермеген генетикамен эпигенетиканың өзгеруі.

– Лайфхакер оқырмандарына эпигенетик ретінде қандай кеңес бере аласыз?

Өз рахатыңыз үшін өмір сүріңіз. Сіз тек көкөністерді жегенді ұнатасыз - тек оларды жеңіз. Егер сіз ет қаласаңыз, оны жеңіз. Ең бастысы, ол тыныштандырады және сіз бәрін дұрыс істеп жатырсыз деген үміт береді. Сіз өзіңізбен үйлесімді өмір сүруіңіз керек. Бұл сіздің жеке эпигенетикалық әлеміңіз болуы керек және оны жақсы бақылау керек дегенді білдіреді.