„Principalul lucru pentru viață este moartea”: un interviu cu epigeneticianul Serghei Kiselyov

Serghei Kiselev - doctor în științe biologice, profesor și șef al laboratorului de epigenetică la Institutul de genetică generală numit după N. ȘI. Vavilov Academia Rusă de Științe. În prelegerile sale publice, el vorbește despre gene, celule stem, mecanisme de moștenire epigenetică și biomedicină a viitorului.

Lifehacker a vorbit cu Sergey și a aflat cum ne afectează mediul și genomul nostru. Și am aflat, de asemenea, ce vârstă biologică ne este atribuită de natură, ce înseamnă aceasta pentru umanitate și dacă putem face predicții despre viitorul nostru cu ajutorul epigeneticii.

Despre epigenetică și impactul acesteia asupra noastră

- Ce este genetica?

Inițial genetica a fost cultivarea mazării de către Gregor Mendel în secolul al XIX-lea. A studiat semințele și a încercat să înțeleagă cum afectează ereditatea, de exemplu, culoarea sau ridurile lor.

Mai mult, oamenii de știință au început nu numai să privească aceste mazăre din exterior, ci și să urce înăuntru. Și s-a dovedit că moștenirea și manifestarea acestei sau a acelei trăsături sunt asociate cu nucleul celular, în special cu cromozomii. Apoi ne-am uitat și mai adânc, în interiorul cromozomului și am văzut că acesta conține o moleculă lungă de acid dezoxiribonucleic - ADN.

Apoi am presupus (și am demonstrat ulterior) că molecula de ADN este cea care transportă informațiile genetice. Și apoi și-au dat seama că genele sunt codificate în această moleculă de ADN sub forma unui anumit text, care sunt unități ereditare informaționale. Am aflat din ce sunt făcute și cum pot codifica diferite proteine.

Apoi s-a născut această știință. Adică, genetica este moștenirea anumitor trăsături într-o serie de generații.

— Ce este epigenetica? Și cum am ajuns la concluzia că doar genetica nu este suficientă pentru a înțelege structura naturii?

Am urcat în interiorul celulei și ne-am dat seama că genele sunt asociate cu o moleculă de ADN, care, ca parte a cromozomilor, intră în celule care se divid și este moștenită. La urma urmei, o persoană apare și dintr-o singură celulă, în care există 46 de cromozomi.

Zigotul începe să se divizeze și, după nouă luni, apare brusc o persoană întreagă, în care sunt prezenți aceiași cromozomi. Mai mult, sunt în fiecare celulă, dintre care există aproximativ 10 în corpul unui adult.¹⁴. Și acești cromozomi au aceleași gene care erau în celula originală.

Adică, celula originală - zigotul - avea un anumit aspect, a reușit să se împartă în două celule, apoi a mai făcut-o de câteva ori și apoi aspectul său s-a schimbat. Un adult este un organism multicelular format dintr-un număr mare de celule. Acestea din urmă sunt organizate în comunități pe care le numim țesături. Și, la rândul lor, formează organe, fiecare dintre ele având un set de funcții individuale.

Celulele din aceste comunități sunt, de asemenea, diferite și îndeplinesc sarcini diferite. De exemplu, celulele sanguine sunt fundamental diferite de celulele părului, pielii sau ficatului. Și se împart în mod constant - de exemplu, din cauza influenței unui mediu agresiv sau pentru că organismul are pur și simplu nevoie de reînnoire a țesuturilor. De exemplu, în întreaga noastră viață pierdem 300 kg de epidermă - pielea pur și simplu se îndepărtează.

Și în timpul reparației, celulele intestinale continuă să fie celulele intestinale. Iar celulele pielii sunt celule ale pielii.

Celulele care formează foliculul pilos și dau naștere creșterii părului nu devin brusc o plagă sângerată la cap. Celula nu poate înnebuni și spune: „Acum sunt sânge”.

Dar informațiile genetice din ele sunt încă aceleași ca în celula originală - zigotul. Adică, toate sunt identice genetic, dar arată diferit și îndeplinesc funcții diferite. Și această diversitate a acestora este moștenită și într-un organism adult.

Acest tip de moștenire, supragenetică, care se află deasupra geneticii sau în afara acesteia, a ajuns să fie numită epigenetică. Prefixul „epi” înseamnă „afară, deasupra, mai mult”.

- Cum arată mecanismele epigenetice?

Există diferite tipuri de mecanisme epigenetice - voi vorbi despre două principale. Dar mai sunt și altele, nu mai puțin importante.

Primul este standardul de moștenire a ambalării cromozomilor în timpul diviziunii celulare.

Oferă lizibilitatea anumitor fragmente ale unui text genetic constând din secvențe de nucleotide codate cu patru litere. Și în fiecare celulă există un fir de ADN de doi metri format din aceste litere. Dar problema este că este greu de manevrat.

Luați un fir obișnuit de doi metri subțire, mototolit într-un fel de structură. Este puțin probabil să ne dăm seama unde este situat fragmentul. O puteți rezolva astfel: înfășurați firul pe bobine și așezați-le unul peste altul în cavități. Astfel, acest fir lung va deveni compact și vom ști destul de clar care este fragmentul acestuia pe care bobină.

Acesta este principiul ambalării textului genetic în cromozomi.

Și dacă trebuie să avem acces la textul genetic dorit, putem doar să derulăm puțin bobina. Firul în sine nu se schimbă. Dar este înfășurat și aranjat în așa fel încât să ofere unei celule specializate accesul la anumite informații genetice situate, în mod convențional, pe suprafața bobinei.

Dacă celula îndeplinește funcția de sânge, atunci așezarea firului și a bobinelor va fi aceeași. Și, de exemplu, pentru celulele hepatice, care îndeplinesc o funcție complet diferită, stilul se va schimba. Și toate acestea vor fi moștenite într-o serie de diviziuni celulare.

Un alt mecanism epigenetic bine studiat despre care se vorbește cel mai mult este metilarea ADN-ului. După cum am spus, ADN-ul este o secvență polimerică lungă, de aproximativ doi metri lungime, în care patru nucleotide sunt repetate în diferite combinații. Și secvența lor diferită determină o genă care poate codifica un fel de proteină.

Este un fragment semnificativ al unui text genetic. Și din activitatea unui număr de gene, se formează funcția celulei. De exemplu, puteți lua un fir de lână - o mulțime de fire ies din el. Și în aceste locuri se află grupările metil. Grupul metil proeminent nu permite atașarea enzimelor de sinteză și acest lucru face, de asemenea, această regiune ADN mai puțin lizibilă.

Să luăm expresia „nu poți avea milă de executat”. Avem trei cuvinte - și în funcție de dispunerea virgulelor între ele, sensul se va schimba. La fel se întâmplă și cu textul genetic, doar în locul cuvintelor - gene. Și una dintre modalitățile de a înțelege semnificația lor este de a le înfășura într-un anumit mod pe o bobină sau de a plasa grupurile de metil în locurile potrivite. De exemplu, dacă „executați” este în interiorul buclelor și „iertare” se află în exterior, atunci celula va putea folosi doar semnificația „ai milă”.

Și dacă firul este înfășurat diferit și cuvântul „executare” este în partea de sus, atunci va exista o execuție. Celula va citi aceste informații și se va distruge singură.

Celula are astfel de programe de autodistrugere și sunt extrem de importante pentru viață.

Există, de asemenea, o serie de mecanisme epigenetice, dar sensul lor general este plasarea semnelor de punctuație pentru lectura corectă a textului genetic. Adică secvența ADN, textul genetic în sine, rămâne aceeași. Dar modificări chimice suplimentare vor apărea în ADN, care creează un semn de sintaxă fără a schimba nucleotidele. Acesta din urmă va avea pur și simplu o grupare metil ușor diferită, care, ca rezultat al geometriei rezultate, va rămâne pe partea laterală a firului.

Drept urmare, apare un semn de punctuație: „Nu poți fi executat (bâlbâi, pentru că există un grup metil aici) pentru a avea milă”. A apărut deci o altă semnificație a aceluiași text genetic.

Concluzia este următoarea. Moștenirea epigenetică este un tip de moștenire care nu este legat de succesiunea textului genetic.

- Vorbind aproximativ, epigenetica este o suprastructură peste genetică?

Aceasta nu este chiar o suprastructură. Genetica este o bază solidă, deoarece ADN-ul unui organism este neschimbat. Dar o celulă nu poate exista ca o piatră. Viața trebuie să se adapteze mediului său. Prin urmare, epigenetica este o interfață între un cod genetic (genom) rigid și lipsit de ambiguitate și mediul extern.

Permite genomului moștenit neschimbat să se adapteze la mediul extern. Mai mult, acesta din urmă nu este doar ceea ce ne înconjoară corpul, ci și fiecare celulă vecină pentru o altă celulă din noi.

- Există un exemplu de influență epigenetică în natură? Cum arată în practică?

Există o linie de șoareci - agouti. Acestea se caracterizează printr-o culoare de culoare roz-roșiatică pal. Și, de asemenea, aceste animale sunt foarte nefericite: de la naștere încep să se îmbolnăvească de diabet, au un risc crescut de obezitate, dezvoltă cancer devreme și nu trăiesc mult. Acest lucru se datorează faptului că un anumit element genetic a fost încorporat în regiunea genei agouti și a creat un astfel de fenotip.

Și la începutul anilor 2000, omul de știință american Randy Girtl a organizat un experiment interesant pe această linie de șoareci. El a început să le hrănească cu alimente vegetale bogate în grupe metil, adică acid folic și vitamine B.

Drept urmare, descendenții șoarecilor crescuți pe o dietă bogată în anumite vitamine, haina a devenit albă. Și greutatea lor a revenit la normal, au încetat să mai sufere de diabet și au murit devreme de cancer.

Și care a fost recuperarea lor? Faptul că a existat o hipermetilare a genei agouti, care a dus la apariția unui fenotip negativ la părinții lor. S-a dovedit că acest lucru ar putea fi remediat prin schimbarea mediului extern.

Și dacă urmașii viitori sunt susținuți pe aceeași dietă, ei vor rămâne aceiași albi, fericiți și sănătoși.

Așa cum a spus Randy Girtle, acesta este un exemplu că genele noastre nu sunt destinul și le putem controla cumva. Dar cât este încă o mare întrebare. Mai ales când vine vorba de o persoană.

- Există exemple de influență epigenetică a mediului asupra oamenilor?

Unul dintre cele mai faimoase exemple este foametea din Olanda în 1944-1945. Acestea au fost ultimele zile ale ocupației fasciste. Apoi, Germania a întrerupt toate rutele de livrare a alimentelor timp de o lună și zeci de mii de olandezi au murit de foame. Dar viața a continuat - unii oameni erau încă concepuți în acea perioadă.

Și toți au suferit de obezitate, au avut tendința spre obezitate, diabet și s-au redus speranța de viață. Au avut modificări epigenetice foarte similare. Adică, munca genelor lor a fost influențată de condițiile externe, și anume de acea foamete pe termen scurt la părinți.

- Ce alți factori externi ne pot afecta epigenomul în așa fel?

Da, totul afectează: o bucată de pâine mâncată sau o felie de portocală, o țigară afumată și vin. Un alt lucru este cum.

Este simplu cu șoareci. Mai ales când sunt cunoscute mutațiile lor. Oamenii sunt mult mai greu de studiat, iar datele de cercetare sunt mai puțin fiabile. Dar există încă unele studii de corelație.

De exemplu, a existat un studiu care a examinat metilarea ADN la 40 de nepoți ai victimelor Holocaustului. Și oamenii de știință din codul lor genetic au identificat diferite zone care s-au corelat cu genele responsabile de condiții stresante.

Dar, din nou, aceasta este o corelație pe un eșantion foarte mic, nu un experiment controlat, în care am făcut ceva și am obținut anumite rezultate. Cu toate acestea, arată din nou: tot ceea ce ni se întâmplă ne afectează.

Și dacă ai grijă de tine, mai ales când ești tânăr, poți minimiza efectele negative ale mediului extern.

Când corpul începe să se estompeze, se dovedește mai rău. Deși există o publicație în care se spune că poate, în acest caz, putem face ceva în legătură cu aceasta.

- Modificarea stilului de viață al unei persoane îl va afecta pe el și descendenții săi?

Da, și există o mulțime de dovezi în acest sens. Suntem noi toți. Faptul că suntem șapte miliarde este o dovadă. De exemplu, speranța de viață umană și numărul acesteia au crescut cu 50% în ultimii 40 de ani datorită faptului că, în general, alimentele au devenit mai accesibile. Aceștia sunt factori epigenetici.

- Anterior ați menționat consecințele negative ale Holocaustului și ale foametei din Olanda. Și ce are un efect pozitiv asupra epigenomului? Sfatul standard este să vă echilibrați dieta, să renunțați la alcool și așa mai departe? Sau mai este ceva?

Nu stiu. Ce înseamnă dezechilibru nutrițional? Cine a venit cu o dietă echilibrată? Ceea ce joacă în prezent un rol negativ în epigenetică este excesul de nutriție. Mâncăm în exces și grăsim. În același timp, aruncăm 50% din mâncare la coșul de gunoi. Aceasta este o mare problemă. Și echilibrul nutrițional este o caracteristică pur comercială. Aceasta este o rață comercială.

Extinderea vieții, terapia și viitorul umanității

- Putem folosi epigenetica pentru a prezice viitorul unei persoane?

Nu putem vorbi despre viitor, pentru că nici nu cunoaștem prezentul. Și prezicerea este la fel cu ghicitul pe apă. Nici măcar pe baza de cafea.

Fiecare are propria epigenetică. Dar dacă vorbim, de exemplu, despre speranța de viață, atunci există tipare generale. Subliniez - astăzi. Pentru că la început am crezut că trăsăturile ereditare au fost îngropate în mazăre, apoi - în cromozomi, iar la sfârșit - în ADN. S-a dovedit că, la urma urmei, nu chiar în ADN, ci mai degrabă în cromozomi. Și acum începem chiar să spunem că la nivelul unui organism multicelular, ținând cont de epigenetică, semnele sunt deja îngropate într-un bob de mazăre.

Cunoașterea este actualizată constant.

Astăzi există un lucru ca un ceas epigenetic. Adică, am calculat vârsta biologică medie a unei persoane. Dar au făcut-o pentru noi astăzi, urmând modelul oamenilor moderni.

Dacă luăm persoana de ieri - cea care a trăit acum 100-200 de ani - pentru el, acest ceas epigenetic se poate dovedi complet diferit. Dar nu știm care dintre ele, pentru că acești oameni nu mai sunt acolo. Deci, acest lucru nu este un lucru universal și, cu ajutorul acestui ceas, nu putem calcula cum va fi persoana viitorului.

Astfel de lucruri predictive sunt interesante, distractive și, desigur, necesare, întrucât astăzi oferă în mâini un instrument - o pârghie, ca și Arhimede. Dar nu există încă un punct de sprijin. Și acum tăiem stânga și dreapta cu o pârghie, încercând să înțelegem ce se poate învăța din toate acestea.

- Care este speranța de viață a unei persoane în funcție de metilarea ADN-ului? Și ce înseamnă asta pentru noi?

Pentru noi, acest lucru înseamnă doar că vârsta biologică maximă pe care natura ne-a dat-o astăzi este de aproximativ 40 de ani. Și vârsta reală, care este productivă pentru natură, este chiar mai mică. De ce este asta? Pentru că cel mai important lucru pentru viață este moartea. Dacă organismul nu eliberează spațiu, teritoriu și zonă alimentară pentru o nouă variantă genetică, atunci mai devreme sau mai târziu, acest lucru va duce la degenerarea speciei.

Și noi, societatea, intrăm în aceste mecanisme naturale.

Și, după ce am primit astfel de date acum, în câteva generații vom putea realiza un nou studiu. Și cu siguranță vom vedea că vârsta noastră biologică va crește de la 40 la 50 sau chiar 60. Pentru că noi înșine creăm noi condiții epigenetice - așa cum a făcut Randy Girtl cu șoarecii. Blana noastră albeste.

Dar trebuie totuși să înțelegeți că există limitări pur fiziologice. Celulele noastre sunt umplute cu gunoi. Și în timpul vieții, în genom se acumulează nu numai modificări epigenetice, ci și genetice, care duc la apariția bolilor odată cu vârsta.

Prin urmare, este timpul să introducem un parametru atât de important ca durata medie a unei vieți sănătoase. Pentru că nesănătosul poate fi lung. Pentru unii, începe destul de devreme, dar pe droguri acești oameni pot trăi până la 80 de ani.

- Unii fumători trăiesc 100 de ani, iar persoanele care duc un stil de viață sănătos pot muri la 30 de ani sau se pot îmbolnăvi grav. Este doar o loterie sau este vorba despre genetică sau epigenetică?

Probabil ați auzit gluma că bețivii sunt întotdeauna norocoși. Ele pot cădea chiar de la etajul douăzeci și nu se pot sparge. Desigur, acest lucru poate fi. Dar aflăm despre acest caz doar de la bețivii care au supraviețuit. Majoritatea se prăbușesc. La fel este și cu fumatul.

Într-adevăr, există persoane care sunt mai predispuse, de exemplu, la diabet, din cauza consumului de zahăr. Prietenul meu este profesor de 90 de ani și mănâncă zahăr cu linguri, iar analizele ei de sânge sunt normale. Dar am decis să renunț la dulciuri, pentru că glicemia mea a început să crească.

Fiecare individ este diferit. Exact pentru aceasta este nevoie genetică - o bază solidă care să dureze toată viața sub formă de ADN. Și epigenetica, care permite acestei baze genetice foarte simple să se adapteze la mediul său.

Pentru unii, această bază genetică este de așa natură încât sunt inițial programați pentru a fi mai sensibili la ceva. Altele sunt mai stabile. Este posibil ca epigenetica să aibă legătură cu acest lucru.

- Ne poate ajuta epigenetica să creăm droguri? De exemplu, de la depresie sau alcoolism?

Nu prea înțeleg cum. A existat un eveniment care a afectat sute de mii de oameni. Au luat câteva zeci de mii de oameni, au analizat și au constatat că după aceea, cu o anumită probabilitate matematică, au ceva, ceva ce nu au.

Sunt doar statistici. Cercetările de astăzi nu sunt alb-negru.

Da, găsim lucruri interesante. De exemplu, avem grupări metil crescute împrăștiate în genom. Și ce dacă? La urma urmei, nu vorbim despre un șoarece, singura genă problematică despre care știm din timp.

Prin urmare, astăzi nu putem vorbi despre crearea unui instrument pentru impactul țintit asupra epigeneticii. Pentru că este chiar mai diversă decât genetică. Cu toate acestea, pentru a influența procesele patologice, de exemplu, procesele tumorale, sunt cercetate în prezent o serie de medicamente terapeutice care afectează epigenetica.

- Există realizări epigenetice care sunt deja utilizate în practică?

Vă putem lua celula corpului, cum ar fi pielea sau sângele, și să facem din ea o celulă zigot. Și din asta te iei singur. Și apoi există clonarea animalelor - la urma urmei, aceasta este o schimbare a epigeneticii cu genetică neschimbată.

- Ce sfaturi le puteți da cititorilor Lifehacker ca epigeneticist?

Trăiește pentru plăcerea ta. Îți place să mănânci doar legume - mănâncă doar ele. Dacă doriți carne, mâncați-o. Principalul lucru este că calmează și îți dă speranță că faci totul bine. Trebuie să trăiești în armonie cu tine însuți. Și asta înseamnă că trebuie să ai propria lume epigenetică individuală și să o controlezi bine.