Читая между строк ДНК. Второй код нашей жизни, или Книга, которую нужно прочитать всем - Шпорк Петер
Как отмечает швейцарский эпигенетик Изабель Мансуи из Цюрихского университета, ученые из Алабамы первыми доказали, что метилирование ДНК представляет собой активный, важный для формирования памяти процесс. И тем самым наконец подтвердилась идея, которую уже в 1984 году сформулировал лауреат Нобелевской премии Фрэнсис Крик, один из авторов открытия спиральной модели ДНК: «Вероятно, память кодируется в особых участках хромосомных ДНК». Похоже, этими участками как раз оказались включенные или отключенные эпигеномом части наследственного материала.
Когда Кортни Миллер и Дэвид Суитт более пристально исследовали гиппокампы подопытных животных, они даже обнаружили, какие именно участки генома изменяет второй код в процессе формирования памяти: метильными группами блокируется ген, кодирующий специальную фосфатазу — фермент, удаляющий с белков фосфатные группы. Уже известно, что в активном состоянии этот ген помогает стирать лишние воспоминания. Если же он блокирован, воспоминание остается, — очевидно, в этом случае оно не расценивается как лишнее.
С другой стороны, когда нервные клетки переучиваются, они отсоединяют метильные группы, например, на гене так называемого рилина. Как это происходит, пока не известно. Но установлено, что и это изменение помогает работе памяти: рилин способствует образованию и укреплению новых нервных связей. Большое количество рилина в клетке непосредственно увеличивает объем памяти.
Дэвид Суитт убежден, что этот результат — чрезвычайно важный шаг на пути постижения процесса обучения как такового. «Осмелюсь предположить, что выявленная нами регуляция метилирования ДНК — универсальный молекулярный способ, присущий любой форме формирования памяти, — говорит он. — Этот основополагающий механизм нейроны могут использовать везде».
Метилирование ДНК в процессе формирования памяти. Так американский исследователь мозга Дэвид Суитт назвал свою абстрактную акриловую картину. Вдохновили его собственные познания, касающиеся эпигенетики обучения.
Известный генетик Рудольф Йениш из Уайтхэдского института высказывает аналогичное мнение: «Все клетки взаимодействуют со средой через свой эпигеном, почему подобное невозможно внутри мозга?» К сожалению, клетки мозга крайне трудно поддаются изучению и почти не обнаруживают систематических закономерностей, поскольку, по словам исследователя, «ни одна нервная клетка не похожа на остальные». Потому такие взаимосвязи изучены не очень хорошо.
По крайней мере еще одно исследование, в котором, кстати, принимал участие и Йениш, подтверждает тезисы Миллер и Суитта. Кимберли Зигмунд и ее коллеги из Южно-Калифорнийского университета (Лос-Анджелес) сравнили модель метильных групп на ДНК человеческих нервных клеток большого мозга. Там располагаются наша долговременная память и наше сознание. Ученые исследовали образцы, взятые у 125 человек; самым молодым на момент смерти был эмбрион в возрасте 17 недель, самым старым — человек 104 лет.
Результат потрясающий: оказывается, второй код большого мозга меняется в течение всей жизни. Главная тенденция — усиление метилирования ДНК, то есть мозг отключает все больше генов. Но существуют исключения, когда гены, отключенные в раннем детстве, благодаря удалению метильной группы неожиданно получают возможность активироваться в более поздние периоды жизни.
И здесь ученые приходят к тому же выводу: «Метилирование ДНК в большом мозге — динамичный процесс, регулируемый в течение всей жизни». Интересно, что перестройка эпигенома представляется наиболее активной в первые месяцы и годы жизни, когда мозг быстрее всего развивается и больше всего учится.
Оказывается, учеба тоже представляет собой эпигенетический процесс. Что, собственно, не удивляет. Ибо где, как не в мозге, клеткам необходимо перестраиваться в ответ на внешние раздражители. Чтобы вообще функционировать, формировать память и успешно приспосабливаться к непредсказуемым изменениям окружающей среды, мозгу необходимо в течение всей жизни сохранять способность изменяться и развиваться.
Мозг — самое сложное из всего, что известно человеку. Одна из его основных задач — хранение информации. Память, которой мы обязаны своей человеческой сущностью, обеспечивают многие миллиарды крохотных клеток мозга, способные запоминать и принимать различные состояния.
Голод и наркомания
В конце Второй мировой войны, в сентябре 1944 года, в Нидерландах наступили очень тяжелые времена. Немецкие оккупационные власти перекрыли все пути снабжения, которые вели на запад страны, и обрекли миллионы людей на страшный голод.
Блокада длилась «всего» шесть недель, но, поскольку зима была исключительно холодной и долгой и ситуация со снабжением никак не налаживалась, большинство людей начали нормально питаться только поздней весной. Между февралем и маем 1945 года средний дневной рацион голландцев составлял меньше тысячи калорий. Временами не было никакой другой еды, кроме супа из картофельных очисток, которые выдавали по продовольственным талонам.
Этот эпизод вошел в историю под названием «голодная зима 1944–1945 годов». Ее страшный итог: более 20 тысяч человек умерли непосредственно от недоедания или от его последствий. Особенно трудно пришлось жителям больших городов. Так называемые «дочери голода» до крови сбивали себе ноги, так как семьи посылали их в деревни на поиски еды. Их матери на велосипедах ездили за продуктами в северные или восточные части Голландии, которые голод затронул меньше. Множество бездомных людей скиталось по стране в надежде на милосердие крестьян.
Но именно это трудное время помогает сегодня науке продвинуться в своих исследованиях. В рамках большого эпидемиологического исследования ученые вот уже полтора десятилетия наблюдают, какие долговременные физические и психические последствия имел голод для испытавших его людей. Так что эта страшная голодная зима еще не раз будет упомянута на страницах книги.
Эрнст Франзек из Центра психического здоровья Баумана (Роттердам) и его коллеги опросили две группы людей, родившихся в Голландии между 1944 и 1947 годами. Одна группа состояла из наркозависимых пациентов Роттердамской наркологической клиники, другая — из совершенно нормальных жителей города.
Результат был опубликован в 2008 году. Он оказался столь же предсказуемым, сколь и статистически однозначным: если будущие матери во время голодной зимы находились в первом триместре беременности, у их детей до сих пор велик риск стать наркоманами. В абсолютном выражении цифры не так уж высоки, поскольку в любом случае подавляющее большинство людей не становятся наркоманами. Тем не менее ученые считают, что такой результат должен иметь физиологическое объяснение. Они предполагают, что его можно найти в эпигенетически зафиксированном отклонении развития тех частей мозга, которые стимулируют развитие наркомании.
Речь идет о системе вознаграждения, то есть о совокупности тех мозговых центров, которые после позитивного опыта высвобождают медиаторы дофамин и серотонин, вызывая тем самым мотивирующие эмоции. Давно известно, что у людей они провоцируют развитие наркомании. Но пока не известно, какие именно факторы определяют, кто более других предрасположен к наркомании, быстрее входит в состояние ломки в случае отмены наркотика и тяжелее его переносит.
Исследование Эрнста Франзека позволяет заключить, что недостаточное питание и, возможно, также длительный психический стресс, вызванный голодом у будущих голландских матерей, спровоцировали эпигеномы головного мозга детей, находящегося в стадии формирования, на ошибочные переключения. Однако, как считает Франзек, «голод в период после первых трех месяцев беременности не приводил к повышенному риску наркомании». Это подтверждает предположение, «что формирование системы вознаграждения в мозге происходит именно в первые месяцы беременности». После этого система уже сформирована и голод не может причинить эпигенетический «вред», по крайней мере в этой сфере.
