Про що не знає ДНК

Декарт вважав, що світ – не більше, ніж складний механізм, а кожна жива істота – молекулярний робот. У біології подібні уявлення привели до утвердження геноцентричної парадигми, відповідно до якої гени – це сукупність «інструкцій з експлуатації» організму. Якщо інструкції написані без помилок і точно виконуються, людина проживе здорове й довге життя. А помилки (мутації) є причиною хвороб. І тільки в останні роки вчені почали припускати, що природа влаштована значно складніше. Після розшифрування генетичного апарату (геному) людини у багатьох учених виникли сумніви з приводу того, що інформація про складний людський організм може бути записана у всього-на-всього 30–35 тис. генів. Окрім геному, повинні бути ще якісь інформаційні системи. Тому, якщо минуле сторіччя було ерою генетичного детермінізму (мовляв, між геном і ознакою, яку він кодує, наприклад, кольором очей або резус-фактором, є досить простий односпрямований зв’язок), то зараз «лінійну» генетику доповнює «нелінійна» епігенетика |див. словничок|.

 

З роками наука накопичила факти, що аж ніяк не вкладалися в систему законів Менделя й Моргана – фундаменталістів класичної генетики. Наприклад, чому миші-агуті, котрі мають жовту шерсть і спадкову схильність до ожиріння, при утриманні їх на збагаченій вітамінами дієті народжують здорових мишенят бурого кольору? Яким чином зміна раціону запобігла спадковій хворобі мишей?

 

Спробуємо розібратися, яким чином відбувається вмикання й вимикання наших генів. Кожний ген – це окрема ланка в довжелезному ланцюзі молекули ДНК. Таких ланцюгів у людини – 23 пари, інакше їх називають хромосомами. Вчені підрахували, що довжина ДНК однієї хромосоми людини може сягати 5 см, та в клітині вона компактно укладена й намотана на білки-гістони, як нитка на котушку.

 

Для того, щоб із гена відбулося зчитування, його ДНК має розплестися, щоб допустити до гена білки- «дешифрувальники», які перепишуть інформацію з нього на іншу молекулу – РНК, що передасть її від гена до рибосоми (клітинної частини, де зосереджена вся машинерія з виробництва білків). Саме на рибосомах інформація, принесена молекулою РНК, перетвориться на білок і зумовить, наприклад, карий або блакитний колір очей.

 

Але самої лише наявності гена недостатньо: він ще має бути прочитаний. Що не завжди вдається. Адже існують механізми, які перешкоджають зчитуванню гена. Не знаючи цих механізмів, класичні генетики кусали собі лікті: як так – ген є, а ознаки немає?!

 

 

Перший механізм вимкнення гена, який отримав назву «метилювання ДНК», відкрили ще в далеких 1960-х. До ДНК гена пришивається хімічна метильна група, що слугує запобіж- ником копіювання інформації – на кшталт кнопки старовинної дискети. На цю групу сідають спеціальні білки, повністю блокуючи в такий спосіб доступ білків-«дешифруваль- ників» до гена.

 

Другий механізм – інтерференцію РНК – було відкрито не так давно Ен- дрю Файером і Крейгом Меллоу. За це відкриття вони отримали Нобелів- ську премію в 2006 році. Опісля чого епігенетика, яку до цього вважали чимось на зразок псевдонауки, оста- точно затвердила свої позиції. Нау- ковці з’ясували, що робота гена може блокуватися шляхом деградації переносників РНК (детальніше див. Тиждень №3, 2007). Тобто зчитування гена відбувається нормально, а переносники гинуть, не пере- давши інформації до рибосом – відповідно, білок не синтезується. Важливо додати, що вимикання генів є зворотним процесом, і за певних умов ген може читатися.

 

Дослідження, проведені в 2006 році співробітниками Національного онкоцентру Іспанії показали, що описане вище вимкнення-ввімкнення генів відбувається під упливом середовища протягом усього життя. Учені шукали відповідь на питання, чому генетично ідентичні (однояйцеві) близнюки виявляють різну схильність до хвороб, у тому числі і до успадкованих. Виявилося, за це відповідає метилювання ДНК. Десь до 3-річного віку спектр працюючих генів у однояйцевих близнюків практично ідентичний, але з віком картини метилювання починають стрімко розходитися. До 50-го року життя ця різниця може стати дуже суттєвою, особливо з огляду на умови життя кожного з близнюків.

 

Багато хвороб, які традиційно пов’язували із суто генетичними факторами, насправді мають епігенетичну природу. Найкраще в цьому відношенні вивчені онкозахворювання. Останні відкриття засвідчили, що захворювання на деякі форми раку часто не пов’язані з мутаціями генів, а супроводжуються помилковим увімкненням протоонкогенів (неактивних форм онкогенів), або, навпаки – вимкненням генів, які кодують білки, що борються з розвитком пухлин.

 

 

Ще науковці колишнього СРСР довели, що цей процес не тільки відіграє важливу роль у формуванні пам’яті, а ще є однією з причин виникнення ракових захворювань. Більше того, дослідники виявили, що рівень метилювання ДНК поступово знижується з віком, і, вивчаючи ці процеси, можна призупинити старіння в організмі. Природа має яскраві приклади: робоча бджола живе 6 тижнів, а матка – 6 років, причому вони мають повністю однакові гени. Звичайно, до практичного застосування подібних підходів у боротьбі зі старінням і раком ще дуже далеко, та як метод діагностики раку на ранніх стадіях уже почали використовувати дослідження рівня метилювання ДНК певних груп генів. Крім того, для покращення здоров’я широко застосовують засоби, що впливають на метилювання, – біодобавки та вітамінні комплекси.