Знаете ли вы? Отпечатки на геноме

Разве жизненный опыт вашего ребенка может приводить к постоянным изменениям в его генах? Кажется, что эта идея противоречит тому, чему нас учили в школе, однако она опирается на клеточные процессы, известные биологам. В ответ на различные сигналы так называемые эпигенетические модификации могут заблокировать участок ДНК, производя химические изменения, которые влияют на его форму, так что белок, закодированный в этом гене, не может образоваться (см. рис. на стр. 83).

При копировании ДНК в процессе клеточного деления копируются также эпигенетические модификации, поэтому все следующие поколения клеток сохраняют эту информацию.

Ученым давно известен этот процесс. Он объясняет, почему разные типы клеток (например, нейроны и клетки почек) выглядят и действуют по-разному, хотя содержат одну и ту же ДНК.

Более современные исследования показывают, что события, происходящие в окружающей среде, могут вызвать сходные долговременные изменения в ДНК, преобразуя кратковременный опыт в постоянную генную модификацию. Накопление эпигенетических модификаций также объясняет, почему однояйцевые близнецы, у которых набор генов абсолютно одинаковый, не выглядят как полные копии друг друга.

Когда эпигенетические модификации возникают в сперме или яйцеклетках, они могут повлиять на будущие поколения. Этот процесс лучше всего изучен на лабораторных животных.

Например, самки мышей, которые в молодости провели 2 недели в так называемой обогащенной среде (со множеством лесенок, мест для лазания и игрушек), легче поддавались обучению в зрелом возрасте. То же самое делали их мышата, даже те, которые воспитывались приемной матерью и росли не в обогащенной среде. Мышата извлекали пользу из опыта своей матери, передаваемого через эпигенетические модификации с ее ДНК.

Эти исследования находятся на раннем этапе, поэтому список известных эпигенетических эффектов продолжает расти. Каждый опыт социального взаимодействия может модифицировать последующее поведение, включая реакцию на стресс (см. главу 26), благодаря эпигенетической модификации отдельных генов.

Питание в дородовом и на ранних стадиях послеродового периода может повлиять на риск возникновения сердечных заболеваний, диабета 2-го типа, тучности и рака у людей в зрелом возрасте. Эксперименты на животных поддерживают идею, что подобные эффекты могут иметь отношение к эпигенетической модификации ДНК. Пристрастие к кокаину ведет к эпигенетическим изменениям, возможно, объясняющим причину тяжелого отвыкания от наркотика. Эпигенетическая модификация представляет собой простой химический процесс, но она может буквально кодировать жизненный опыт и передавать вашим детям частицу вашей личности.

А вот влияние некоторых внешних факторов на развитие мозга является необратимым. Например, культура полностью определяет родной язык вашего ребенка, но после того, как процесс освоения первичного языка завершается, уже нет возможности заменить его другим родным языком.

На самом деле с точки зрения отдельного нейрона трудно провести различие между генетическим воздействием и влиянием окружающей среды. Сигналы, которые поступают в мозг через глаза или уши (т.е. через органы восприятия), влияют на развитие (формируя химические сигналы для модификации генов или протеинов) точно так же, как это осуществляют генетические воздействия. Некоторые из этих перемен обратимы, другие – необратимы. Но то обстоятельство, возникли ли они внутри организма или за его пределами, не имеет решающего значения.

Впоследствии мы поговорим о том, каким образом опыт может изменять химию нейронов и связи между ними. Здесь мы попробуем объяснить, как взаимосвязь генов и окружающей среды влияет на развитие вашего ребенка.

Начнем с простого принципа: гены вашего ребенка могут повлиять на его проявления, и наоборот. Его личные качества приводят к поиску определенного жизненного опыта (см. врезку «Знаете ли вы? Почему вы не становитесь копией своей матери?» в главе 17), а его склонность реагировать на других людей некоторым образом влияет на то, как они ведут себя по отношению к нему. Раздражительного ребенка, которого трудно успокоить, не будут воспитывать так же, как спокойного и радостного ребенка, независимо от того, кто заботится о нем. Вместе с тем окружение вашего ребенка (до или после рождения) может вызывать постоянные изменения в его генах. Химические модификации – как реакция на жизненный опыт – могут «отключать» определенные гены в некоторых клетках, нередко на всю жизнь (см. врезку «Знаете ли вы? Отпечатки на геноме»).

Поскольку влияние идет в обоих направлениях, многие процессы развития представляют собой петлеобразные обратные связи, где гены влияют на наше окружение, которое, в свою очередь, влияет на наши гены (или по крайней мере на способ их проявления) и так далее. Идея взаимного влияния трудно поддается осмыслению. Когда мы думаем о генетическом наследии, то, как правило, обращаемся к знакомым примерам, таким как школьные уроки о морщинистой и гладкой фасоли Грегора Менделя или о генах, отвечающих за цвет глаз. Эти примеры учат в школе, так как их просто объяснить на конкретном материале, но большинство генов воздействуют на мозг и поведение значительно более сложными способами.