Голландские исследователи продолжают анализ микробиомов и питания. Они начали новое крупномасштабное исследование, предусматривающее мониторинг 140 испытуемых в течение 10 лет с итогом 40 млн наблюдений, протоколов приема пищи, показателей состояния здоровья, описаний стула и т.д. Объем полученных данных превысил возможности наших компьютеров, поэтому мы обратились за помощью к астрофизикам. На основе результатов наблюдения за добровольцами, которые ежедневно пили пахту (напиток наподобие кефира), была установлена корреляция со специфическим микробиомом – и в этом нет ничего удивительного, за исключением того, что только голландцы и пьют эту пахту и даже знают, что это такое!
С недавнего времени пища и ее влияние на эпигенетические модификации наших генов привлекают серьезное внимание ученых и являются предметом исследований. Один из полученных результатов показался мне очень важным: влияние питания на эпигенетические изменения и способность к перемещению транспозируемых элементов. Эпигенетические изменения в ДНК нацелены на транспозируемые элементы и регулируют частоту их «прыжков». Таким образом, существует прямая связь между обеденным столом и стабильностью нашего генома, вплоть до «прыгающих» генов. Эти изменения могут в дальнейшем привести к генетическим изменениям, которые останутся стабильными несколько поколений. Нам предстоит еще многое узнать из того, что нужно делать, можем ли мы влиять на наши гены и, может быть, даже приручить их. Как это работает? Мы изучаем только негативные или болезнетворные эффекты. На другие же, менее заметные мы не обращаем внимания, но они существуют.
Вероятно, существуют даже более долгосрочные эпигенетические эффекты, которые передаются по наследству более чем три поколениям. Это другой принцип действия, который уже имеет название – трансгенерационная наследственность, которая распространяется на много поколений. Существует и другое определение данного явления – парамутация. Еще 65 лет назад канадец Алекс Бринк открыл это явление, исследуя кукурузу, и примерно тогда же, в 1950 г., Макклинток открыла эпигенетику (см. главу 7).
Это явление было продемонстрировано на примере С. elegans, которые собирались на участке с высокой концентрацией полового гормона. Такое поведение наследовалось в течение 50 поколений. Совершенно неожиданно, что даже при отсутствии сигнала в форме полового гормона, когда запах испарился, они все равно продолжали собираться на одном и том же месте в течение многих поколений. Для этого не требовался дополнительный экзогенный стимул. Такой же эксперимент был проведен на модели алкогольной зависимости с использованием этанола в качестве сигнала – черви помнили сигнал 20 поколений. Как же черви его запомнили и связано ли это со спариванием? Все это очень удивительно. Попала ли информация в гены червей? Насколько нам известно, нет. Этот механизм предусматривает короткую часть РНК, наследуемую через сперму (эта РНК называется PIWI-взаимодействующей РНК, или сокращенно piРНК, где PIWI – молекулярные «ножницы», участвующие в сайленсинге генов). Стабилизация в течение многих поколений объясняется рядом долгосрочных изменений хроматина.
Путь от ожирения до долгосрочного наследования, от регуляторных РНК до piРНК в половых клетках в качестве трансмиссивного фактора – вот новая область исследований. Какие же новые перспективы при этом открываются? Действительно ли дедушки влияют на своих внуков и внучек? Возможно, но только лишь в отношении массы тела и брачного поведения (см. главу 12).
Мой прапрадед Готтфрид Земпер стал довольно известным архитектором, но полагаю, что он, к сожалению, не передал мне хоть немного своего эпигенетического или парагенетического опыта или своей гениальности! Возможно, это касается только потомков мужского пола? Боюсь, что так. Если бы я унаследовала от него эпигенетический или парагенетический опыт, это избавило бы меня от многих проблем, возникающих при общении с некоторыми швейцарским коллегами, так как он тоже сталкивался с подобными проблемами во время строительства здания Швейцарской технической школы Цюриха. Это могло бы изменить мою жизнь!
Аутсорсинговое пищеварение у червей с острова Эльба
Никогда не предполагала, что придется встретиться с чем-то столь странным, как червь, обитающий у острова Эльба. Его кишечник вывернут наружу. Дайверы выловили этого червя, Olavius algarvensis или O. algarvenis, на мелководье у острова. Он белого цвета, что, как правило, характерно для глубоководных обитателей. Тем не менее этот червь живет близко к поверхности воды. У него нет рта или других отверстий, нет пищеварительного тракта, нет органов секреции, вообще никаких органов. Неужели это правда червь или он похож на червя? Его гениталии окружены редкой упругой «щетиной», и он может размножаться. Червь существует в тесном симбиозе с бактериями. Его кишечноподобные структуры находятся снаружи и населены микроорганизмами, способствующими пищеварению. Там сосредоточено по крайней мере пять типов различных бактерий, своего рода команда помощников, которые гарантируют обеспеченность едой, переработку мусора и удаление отходов. Самое удивительное, что симбиоз червя и бактерий способствует метаболизации угарного газа и бисульфита (оба эти соединения являются токсичными). Весь этот комплекс перемещается вверх и вниз, активируя бактерии, метаболизирующие кислород, на мелководье и бактерии, метаболизирующие серу, на глубине. Одни вырабатывают сахар, а другие – преобразуют его обратно. Сам червь – транспортное средство, приводимое в движение бактериями-пассажирами. Он просто плавает вверх и вниз. Наш организм тоже колонизирован бактериями, но только наоборот – большинство из них находятся в кишечнике и помогают переваривать пищу, например витамины, что обеспечивает нас питанием и выполняет важные функции, в частности защищает нас от инородных микроорганизмов. Наша кожа тоже заселена бактериями, но они нас не кормят. Симбиоз червя с острова Эльба и бактерий настолько тесен, что их физически невозможно разделить. Поэтому секвенировали всю систему. Было выявлено на удивление много «прыгающих» генов, транспозонов, а также транспозаза с механизмом «вырезать и вставить». Возможно, такой множественный симбиоз сформировался не так давно, и этот процесс до сих пор идет методом проб и ошибок. Геном адаптируется к новым условиям существования. «Прыгающие» гены могут представлять опасность, если возникает слишком много мутаций, но это полезно для адаптации. Согласно гипотезе Николь Дубилье из Института морской микробиологии (Бремен), такая адаптация осуществляется в режиме реального времени. Может ли это содружество служить моделью для других содружеств и даже, например, человеческого общества? Этот вопрос поднимается авторами ряда статей. Каковы его характеристики или аналогии? Возможно, имеет место разделение функций, ситуации обоюдного выигрыша, мутуализм, симбиоз, сотрудничество, взаимодействие, зависимость, субконтрактные отношения, аутсорсинг, взаимообусловленность, отсутствие враждебности, отсутствие стресса и неприязни? Все это происходит как снаружи – червь с острова Эльба, так и внутри, как в нашем кишечнике. Является ли это моделью взаимодействия между людьми?
