Кто может работать биоинформатиком? Как современная молекулярная биология справляется с огромными массивами данных? Как нейросети помогают...
ПодробнееЭпигенетика
17 минут
- Почему организмы с одинаковым генотипом могут выглядеть совершенно по-разному?
- Как материнская забота может повлиять на генетику детеныша?
- Какое научное обоснование имеет фраза «все в наших руках»?
Что такое эпигенетика?
В прошлых статьях мы познакомились с классической генетикой. Суть ее понятна и довольно проста: все признаки организма закодированы в неких генах, которые находятся в ядерном веществе и определяют нашу внешность, умственные способности, эмоциональный характер… В быту мы можем даже часто услышать фразы: «да у тебя просто хорошая генетика, не надо рассказывать, про то, как сохранить фигуру / кожу / волосы в здоровом состоянии». Как правило, так люди, не изучающие биологию, воспринимают генетику: выше генов не прыгнешь, если дано тебе родиться с атлетическим телосложением, такой и будешь, а не дано – значит, не дано…
Но на самом деле такое восприятие наследуемых признаков далеко от реальности! И во многом внешность, характер человека, его сильные и слабые стороны зависят вовсе не от нуклеотидной последовательности ДНК, а от того, как питалась его мама во время беременности, было ли у него в детстве достаточно физической активности, не мешали ли ему спать соседи…
И исследованием влияния всех этих внешних причин на экспрессию генов занимается молодая и бурно развивающаяся наука эпигенетика.
Что же такое эпигенетика? Если разобрать это слово по составу, то получится, что оно состоит из двух частей: «эпи» = над (что-то, находящееся «сверху») и «генетика» – наука, изучающая механизмы наследования признаков организма. Получается, что эпигенетика – это нечто стоящее над генетикой, те механизмы появления признаков, которые зависят не от последовательности нуклеотидов ДНК, а от других (внешних) причин.
Эпигенетика – раздел генетики, изучающий изменения активности генов, при которых первичная структура ДНК остается прежней.
Рассмотрим несколько примеров действия эпигенетических механизмов:
Пример 1. Ученые наблюдали за группой беременных трансгенных мышей, которые имели желтую шерсть и склонность к ожирению. Добавляя им в корм витамины, полезные аминокислоты и фолиевую кислоту, получилось вывести потомство здоровых и активных мышат с темной шерсткой! Кроме того, полученное потомство по достижению половой зрелости и само рожало здоровых, энергичных детенышей с темной шерстью без ожирения. Секрет оказался в метилировании ДНК (это один из механизмов эпигенетики, с которым мы подробнее ознакомимся чуть позже): продукты, содержащие метильные группы, смогли подавить развитие неблагоприятных признаков, несмотря на то, что классическая генетика пророчила мышатам родиться с ожирением и желтой шерсткой.
Результаты проведенного эксперимента – отличная новость для человека! Получается, что мы можем влиять практически на любые закодированные в генах особенности организма. Так, обилие витаминов и минералов в пище у беременной женщины, здоровый сон, минимальный уровень стресса и прогулки на свежем воздухе определяют развитие здорового потомства чуть ли не в большей степени, чем суровый генетический код. Эта закономерность применима и к взрослому человеку: здоровые привычки могут заметно изменить нашу внешность, характер и даже продлить жизнь на долгие годы! Да, фраза «все в наших руках» приобретает новый смысл 🙂
Пример 2. Помимо пищевых добавок на экспрессию генов живых организмов влияют и внутренние факторы (например, рецепторные белки, которые вырабатываются под действием определенных условий в самом организме). Так, в эксперименте с двумя группами мышат, одна из которых получала приличную дозу материнской любви, а вторая – нет, выяснилось, что агрессивность мышей напрямую зависит от того, достаточно ли мама уделяла им времени в детстве. Мыши, которых регулярно вылизывала мать, выросли социально адаптированными, энергичными и стрессоустойчивыми. А вот группа мышей, выросшая в дефиците материнской заботы, оказалась чересчур агрессивной из-за уменьшенного количества рецепторов к стрессовым гормонам в гиппокампе головного мозга. Ученые считают, что подобные эпигенетические механизмы определяют и девиантное поведение подростков, выросших в неблагополучных семьях.
Пример 3. Из прошлых примеров мы уже поняли: живому организму для физического и психического здоровья необходимы любовь и хорошие условия содержания, и все это связано с механизмами эпигенетики. Однако, существуют и негативные примеры влияния внешних сил на экспрессию генов. Так, вещество под названием «бисфенол А» может в буквальном смысле стирать различия в поведении между животными мужского и женского пола! Эксперименты ученых из Колумбийского университета выявили способность бисфенола стимулировать рождение потомства с гомосексуальными наклонностями. Оказалось, что под воздействием этого вещества нарушалось нормальное метилирование генов, кодирующих рецепторы к эстрогенам — женским половым гормонам, из-за чего мужские особи рождались с женским характером (спокойными и покладистыми). Негативная новость в том, что бисфенол применяется в качестве отвердителя при изготовлении изделий из пластмасс, и какое-то количество этого соединения регулярно попадает в организм человека с пищей.
Таким образом, внешние факторы могут вызывать самые разные изменения реализации наследственной информации. А чтобы избежать самых негативных их проявлений, в следующих главах мы познакомимся подробнее познакомимся с эпигенетическими механизмами и негативными факторами, которые их подавляют – тератогенами.
Механизмы эпигенетики
Эпигенетика – довольно молодой раздел генетики и в последнее время каждый год появляются новые исследования в этой области биологии. Поэтому описать все возможные механизмы эпигенетики у нас не получится, но в этой главе мы постараемся рассказать о наиболее изученных из них.
Метилирование ДНК
Метилирование ДНК заключается в надевании на определенный ген метильного колпачка -СН3, который подавляет этот ген и не позволяет ему экспрессироваться. С помощью этого механизма можно подавить гены, которые определяют развитие наследственных заболеваний (что и произошло с генами желтой окраски и ожирения у мышей в первом примере). Инактивированный ген в метильном колпачке как будто «в домике» – он перестает считываться при синтезе белков. Уровень метилирования ДНК изменяется с возрастом. Фолиевая кислота способствует метилированию генов, ведущих к дефектам нервной трубки, поэтому ее прием необходим при беременности.
Модификации гистонов
Гистоны – это белки, обеспечивающие упаковку ДНК.
ДНК накручивается на белковые комплексы гистонов, как на катушку с нитками. И от того, какие фрагменты будут упакованы, а какие – нет, зависит, какие гены будут считываться при биосинтезе белка и экспрессироваться. Если белок-гистон меняет свою структуру, ДНК не может накручиваться на такую «испорченную катушку», и гены начинают невольно «прочитываться» при транскрипции. При нарушении модификации гистонов могут развиваться психоневрологические заболевания, сопровождающиеся умственной отсталостью (например, синдром Ретта).
РНК-механизмы (РНК-интерференция)
Подавление экспрессии генов может осуществляться и на уровне РНК. В таком случае в ядре зарождаются маленькие, но удаленькие последовательности микроРНК, которые связываются с комплементарными участками РНК и блокируют их дальнейший синтез. Те последовательности, которые находятся на такой «заблокированной» РНК, не будут считываться при биосинтезе белка.
Как «настроить» свою эпигенетику?
В прошлых главах мы рассмотрели, каким образом эпигенетические механизмы могут влиять на внешний облик организма и его здоровье. Так как же использовать эти знания, чтобы поспособствовать изменениям собственного тела в лучшую сторону? Чтобы разобраться с этим вопросом, нам необходимо познакомиться с еще одним термином – тератоген. Тератогены негативно влияют на работу эпигенетических механизмов и вызывают пугающие последствия.
Тератогены – факторы внешней среды, вызывающие нарушения эмбрионального развития и негативно влияющие на здоровье взрослой особи.
Тератогены могут иметь различную природу:
- Физические тератогены. К ним относятся неблагоприятные для человека физические факторы: повышенная или пониженная температура, перепады давления, радиация.
- Химические тератогены – вредные химические вещества, которые могут попадать в организм с пищей и питьем. Например, ретиноевая кислота, бисфенол А (о нем мы рассказывали в первой главе), а также алкоголь и никотин.
- Биологические тератогены – вирусные и бактериальные заболевания, которые также влияют на экспрессию генов.
Для того, чтобы эпигенетические механизмы работали во благо, необходимо постараться избегать воздействия тератогенов на организм: придерживаться сбалансированного питания, вести здоровый образ жизни и, конечно, незамедлительно обращаться к врачу при обнаружении симптомов инфекционных заболеваний. И если соблюдать все эти правила, эпигенетика всегда будет на вашей стороне 🙂
Фактчек
- Эпигенетика – раздел генетики, изучающий изменения активности генов, при которых первичная структура ДНК остается прежней.
- К механизмам эпигенетики относятся метилирование ДНК, модификации гистонов и РНК-интерференция.
- Гистоны – это белки, обеспечивающие упаковку ДНК.
- Тератогены – факторы внешней среды, вызывающие нарушения эмбрионального развития и негативно влияющие на здоровье взрослой особи.
- Тератогены могут иметь физическую, химическую или биологическую природу.
Проверь себя
Задание 1
Какие из перечисленных примеров относятся к области изучения эпигенетики?
1. РНК-интерференция
2. доминирование аллеля А над а
3. кроссинговер
4. наследование, сцепленное с полом
5. метилирование ДНК
6. модификации гистонов
Задание 2
Выберите правильное определение термина «гистоны»:
1. транспортные белки
2. пищеварительные ферменты
3. белки, обеспечивающие упаковку ДНК
4. гормоны поджелудочной железы
Ответ: 3
Задание 3
Выберите один верный вариант ответа из трех. Какой препарат способствует метилированию ДНК?
1. фолиевая кислота
2. ретиноевая кислота
3. витамин С
4. инсулиновые инъекции
Ответы: 1) 156; 2)3; 3)1.
Понравилась статья? Оцени:
5,00/5 (1 голосов)
Загрузка...
5,00/5 (1 голосов) Загрузка... О чем эта статья:
