health_scanner (health_scanner) wrote,
health_scanner
health_scanner

Между генами и воспитанием – его величество Случай?

Если бы один и тот же человек рождался и умирал снова и снова, то есть жил не один раз, а много, то, несмотря на те же гены и окружающую обстановку, при каждом новом его появлении на свет это был бы другой индивид. Отсюда понятно, что хотя гены у близнецов и условия их воспитания и обитания – одни и те же, сами люди разные.

Беременность протекала без осложнений. Две девочки-близняшки с комфортом бездельничали в лоне матери, пока не родились в одной из больниц Голландии. Только после родов врачи заметили неладное. Одна девочка родилась нормальной, другая – с двумя влагалищами, двумя толстыми кишками, а позвоночник её раздваивался в нижней своей части.

Родились два человеческих существа, но одному из них суждено было провести годы в больницах и перенести несколько хирургических операций. На решение этой биологической загадки у исследователей ушло несколько лет. Изучение плаценты матери показало, что девочки – однояйцевые близнецы. Как же два существа с идентичным геномом получились столь разными?

Хорошо известно, что однояйцевые близнецы во взрослом возрасте довольно сильно отличаются друг от друга, и не только личностными качествами. Их физические различия с возрастом тоже становятся всё более заметными. Обычное объяснение – разные условия среды. Но глубокая разница между этими девочками-близняшками проявилась уже с рождения! Среда их была одинаковой – утроба одной и той же матери. В чём же дело?

Если удастся выяснить причину, станет понятно не только почему близнецы иногда рождаются разными, но и почему все мы, люди, вообще такие, какие мы есть. Почти сто лет считалось, что на формирование индивида влияют наследственность и окружающая его среда. Насчет того, что важнее, биологи яростно спорили, но все сходились на том, что факторов всего два и что влияют они оба. Но вот появились свидетельства того, что есть и более важный фактор. Будь у нас даже машина времени, позволяющая вернуться назад, в момент зачатия человека, и сделать так, чтобы он проживал свою жизнь снова и снова, каждый раз он был бы другим индивидом, при том что рос бы в той же самой среде, обладая теми же генами. Почему? Что ещё может влиять на личные черты человека, кроме наследственности и условий среды?

С тех пор как Фрэнсис Гальтон, племянник Дарвина, более 100 лет назад заинтересовался, что важнее: наследственность или воспитание, основным аргументом в споре учёных стали исследования близнецов. На сегодняшний день более полутора миллионов человек из разных стран мира принимают участие в исследованиях, призванных сравнить степень влияния наследственности и факторов среды на возрастные изменения, предрасположенность к болезням, агрессивность человека, его религиозные убеждения, и т.п.

В основе подобных исследований два допущения: близнецы растут вместе, в одинаковых условиях. При их зачатии единая яйцеклетка разделяется на две части, так что цепочки ДНК у близнецов идентичны. При зачатии разнояйцевых двойняшек две яйцеклетки оплодотворяются двумя разными сперматозоидами, поэтому у них разные ДНК.

Если какие-то особенности у близнецов оказываются более похожими, чем у двойняшек, разумно предположить, что на эту особенность влияет наследственность.

Считается, что другие особенности, которые не более похожи у близнецов, чем у двойняшек (например, язык, на котором каждый из них говорит), формируются под влиянием среды.

Но случаи, подобные голландским близнецам, противоречат устоявшимся воззрениям. Поэтому учёным и нужно было выяснить, по какой причине они получились столь разными ещё до рождения. Сначала предположили, что геномы этих близнецов не совсем идентичны. «Редко, но случается, что однояйцевые близнецы имеют некоторые генетические различия», – говорит Доррет Бумсма из Амстердамского свободного университета, участница команды исследователей, изучавших этих двух девочек.

Причин генетических различий у однояйцевых близнецов может быть две: иногда при разделении яйцеклетки надвое возникают генные мутации. Изредка случается, что некоторые хромосомы есть у одного из близнецов, но полностью отсутствуют у другого. Возможно, именно это и стало причиной рождения необычной однояйцевой тройни в .: у одного из близнецов при делении яйцеклетки пропала Y-хромосома, поэтому родились два мальчика и одна девочка.

Загадка близнецов

Даже если при делении яйцеклетки генетических мутаций не произошло, впоследствии они могут появиться. Если это произойдёт на ранних стадиях внутриутробного развития, почти все клетки одного из близнецов унаследуют их, тогда как ни в одной из клеток другого они присутствовать не будут.

Многие мутации не имеют сколько-нибудь заметных последствий, если только они не затронули один из важных генов.

Раздвоенный позвоночник одной из голландских близняшек указывал на нарушение в одном известном специалистам гене: в опытах на мышах уже было отмечено, что несколько поколений из одного помета рождались с раздвоенным хвостом. Мутация у них была в гене Axin, отвечающем за строение тела животного в период внутриутробного развития.

Учёные расшифровали последовательности ДНК гена Axin у каждой из девочек и не обнаружили никаких различий. Значит, негативно повлияло на функционирование этого гена что-то другое.

Давно известно о существовании эпигенетических маркеров – химических меток на ДНК, изменяющих активность гена, но не влияющих на саму последовательность ДНК. Например, если к отрезку ДНК добавлено много метильных групп, те подавляют активность соседних генов. Поэтому учёные более тщательно исследовали ген Axin, взятый из кровяных клеток девочек-близнецов. И, как и предполагали, у сестры с раздвоением позвоночника рядом с геном Axin обнаружили необычайно много метильных групп. Конечно, влияние других факторов пока исключить нельзя, но наиболее вероятная причина врожденного дефекта заключается в резком повышении метилирования у одной из девочек – до уровня, достаточного, чтобы подавить действие этого гена.

Так что, загадка решена? Отнюдь! А что за фактор повысил метилирование у одной из близняшек до уровня выше критического, а у другой – нет? «Чтобы найти ответ, нужно вложить в научные исследования миллионные суммы», – говорит другой учёный из того же коллектива, Ник Мартин (Институт медицинских исследований штата Квинсленд, Австралия).

Более того, многие другие различия близнецов обусловлены разными уровнями метилирования. В последние годы появилось много исследований на эту тему, поскольку найдены простые и дешевые способы измерения этого параметра.

Особенно интересны такие близнецовые пары, как голландская, в которых один обладает какой-то особой характерной чертой или болен какой-то болезнью, а другой – нет.

При многих видах заболеваний (при раке, ревматоидном артрите, аутизме и т.п.) у близнецов выявлены различия в уровне метилирования, если один из них страдает данной болезнью, а другой – нет.

Появились признаки того, что различия в поведенческих реакциях близнецов тоже зависят от уровня метилирования. Например, у двух сестер-близнецов, одна из которых – журналист, бесстрашно отправляющаяся в зоны военных действий, а другая – офисная служащая, избегающая любых опасных ситуаций, обнаружены различия в гене, отвечающем за стрессоустойчивость и тревожность.

А может, наоборот, различия в уровнях метилирования у журналистки и служащей – не причина, а следствие выбора ими соответствующих профессий? Результаты близнецовых исследований не подтверждают, что различия в уровнях метилирования способствуют развитию болезней или влияют на поведение близнецов. «Налицо взаимное влияние этих причин, одна влияет на другую и наоборот», – предостерегает Джонатан Милл, специалист по эпигенетическим факторам из Института психиатрии Королевского колледжа Лондона (Великобритания), сам проводивший подобные исследования.

Причины многих, если не всех эпигенетических различий – в мире, где мы живем. Любые факторы окружающей среды – пестициды, загрязнения, гастрономические предпочтения, курение, употребление алкоголя и т.п. – могут влиять на характер метилирования. Возможно поэтому, как выяснила группа учёных в 2012 году, различия в эпигеномах однояйцевых близнецов с возрастом постепенно увеличиваются.

Идентичные, но разные

По мнению Бастиана Хейманса из Медицинского центра Лейденского университета в Нидерландах, руководившего как раз этой группой учёных, сходство характеристик метилирования однояйцевых близнецов с годами может уменьшаться из-за все более увеличивающихся различий в условиях их существования. Наши характеристики метилирования столь же уникальны, как и наша личность?

Но если столь многое зависит от окружающих условий, то как различия однояйцевых близнецов, деливших утробу одной и той же матери, оказываются настолько велики еще до их рождения? Джефф Крейг и Ричард Саффери из Института исследования детства в Мельбурне (Австралия), основанного Рупертом Мердоком, обнаружили непохожие характеристики метилирования у однояйцевых близнецов, родившихся раньше срока, на 32-й неделе беременности.

Одна из возможных причин – незначительные физические отличия (например, в размерах их пуповин). Но могли сыграть свою роль и случайные события – скажем, сбой в копировании эпигенетических маркеров при делении клеток. От небольшого изменения в одной-единственной клетке на ранней стадии внутриутробного развития может зависеть состояние и функционирование сразу нескольких органов взрослого человека.

Эндрю Фейнберг из Медицинского колледжа при Университете Джонса Хопкинса в Балтиморе (штат Мериленд, США) считает, что некоторые индивидуальные эпигенетические отличия не просто результат случайных событий: сами эти случайные сбои запрограммированы, будучи необходимым явлением в эволюции вида. Учёный обнаружил в геноме человека сотни участков, характеристики метилирования которых не зависят ни от наследственности, ни от условий окружающей среды, но при этом очень сильно различаются у разных индивидов. И многие такие участки – это важнейшие гены, отвечающие за развитие плода (New Scientist, 10 January 2011).

Зачем и почему мы так устроены? По мнению Фейнберга, этот эволюционный механизм помогает виду выжить при внезапных изменениях среды. Случайные эпигенетические различия увеличивают разнообразие генетически однородного потомства, а следовательно, и вероятность выживания – по крайней мере, некоторых потомков.

Сложно? Держитесь! Дальше – больше: количество случайных эпигенетических отличий само может зависеть от условий среды. У мышей, которым давали некоторые пищевые добавки, разнообразие эпигенетических характеристик увеличивалось (PLoS Genetics, т. 7, с. e1001380).

Пока неясно, насколько важную роль играют эти случайные изменения. Идеально было бы вырастить вместе, то есть в одинаковых средовых условиях, несколько клонов – и посмотреть, что получится. На людях такой эксперимент невозможен, только на мышах. В одном из опытов 40 мышей, снабженных радиопередающими метками, провели три месяца вместе, в одной пятиуровневой клетке с цветочными горшками, норами из труб и игрушками. Ученые регистрировали любое движение каждой из них (Science, т. 340, с. 756).

Сначала поведение разных особей почти не отличалось, но со временем появились расхождения в их исследовательских повадках, о чём сообщил член упомянутого выше коллектива учёных Герд Кемперманн (Германский центр исследований проблем дегенерации в Дрездене).

Это ещё раз доказывает, что «личности» животных постепенно становятся различными – даже при идентичных генах и в одинаковых условиях среды.

Ещё один интересный момент: различия могут нарастать лавинообразно, усиливая и ускоряя друг друга. Чуть более любопытная мышь может проявить большую активность в исследовании окружения, чем менее активная. На её долю придется больше приключений, скажем, она с удовольствием скатится по пластмассовой трубе, и это только усилит её авантюрные наклонности. Она научится карабкаться вверх по наклонным плоскостям, и успех будет её сподвигать на все новые и новые приключения.

«Полученные нами результаты, по-видимому, могут быть обусловлены действием эпигенетических механизмов», – говорит Кемперманн. Эти различия могут возникнуть случайно, или из-за различий физических условий в утробе, или в результате действия обеих этих причин.

«Мы не только существуем в определённых условиях среды, но и сами создаем её», – утверждает Роберт Пломин, генетик из Лондонского института психиатрии. Если к этому добавить чуточку случайности (например, один из близнецов попал в аварию или перенес болезнь, а другой – нет), индивидуальные различия ещё более усиливаются.

Человека обычно мало интересуют причины своеобразия его личностных черт. Мало у кого есть собрат-близнец – некое подобие клона. Но учёные установили, что есть и другие причины уникальности нашей личности, кроме наследственности и условий воспитания. Представим себе 1000 изначально идентичных клонов. Так вот, со временем они становились бы всё более разными. Сформулируем эту мысль иначе: создать армию, состоящую из идентичных клонов-солдат, будет далеко не так легко, как это показано в некоторых фильмах.

Так что же важнее, наследственность или условия воспитания? Некоторые особенности, такие как цвет волос, больше зависят от наследственности, другие же, например язык общения, – от условий воспитания. Но есть и третья причина различий – случайные мутации генов или случайные события в биографии человека.

В общем, многие особенности нашего организма или поведения – результат сложных взаимовлияний наследственности и среды, через посредство эпигенетических отличий и при большой роли всяческих случайностей. Вопрос, что больше действует на личность, наследственность или среда, теряет смысл. «Давний спор сторонников двух концепций устарел», – утверждает Мейнел Эстеллер из Института биомедицинских исследований Беллвитж (Барселона, Испания).
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic
  • 0 comments