Геном людей и обезьян одинаков на 99%. Однако обезьяны, в основном питающиеся фруктами и лишь изредка мясом, не имеют копий гена амилазы. Значит, как и в случае с потреблением молока, представители западной цивилизации быстро адаптировались к продуктам с высоким содержанием крахмала, получив тем самым важное преимущество с точки зрения эволюции. Согласно современным представлениям, дополнительные копии гена амилазы, возможно, защитили детей от смерти из-за диареи, когда появилась возможность дополнительно получать энергию из крахмала.
Вместе с коллегами из Имперского колледжа Лондона мы решили поглубже изучить эту историю на примере наших близнецов. Мы выяснили, сколько копий гена амилазы было у каждого из близнецов, и сравнили полученные значения с показателями их массы тела. Результат оказался четким — но вот только не таким, какого я наивно ожидал.
Обладатели большего числа копий гена и, соответственно, энзима амилазы (а значит, им легче было переваривать крахмал) оказались самыми худыми, а те, кто имел меньше копий гена (и значит, не так активно мог расщеплять углеводы), — самыми толстыми22. Я ожидал, что хорошее пищеварение говорит об извлечении большего количества калорий из углеводов и, как следствие, о наборе веса, но никак не наоборот.
Мне хотелось разгадать эту загадку, и я подумал, что микробы могут подсказать ответ — ведь то, что происходит с пищей на ранних стадиях пищеварительного процесса, кардинально изменяет ее структуру к тому моменту, как она поступает в толстый кишечник и начинает взаимодействовать с микробами. И, как это уже раньше случалось, исследования с участием близнецов указали нам правильный путь.
РАСЩЕПЛЕНИЕ УГЛЕВОДОВ: ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ПОДОПЛЕКА
В нашем проекте приняли участие Линда и Фрэнсис 68 лет от роду. Их редко принимают за близняшек: Линда весит 76 кг, а Фрэнсис — 54 кг. Они не однояйцевые близнецы, поэтому, как и у обычных сестер, у них только половина общих генов. При рождении Линда весила всего на 170 г больше, но всегда была крупнее сестры, насколько они обе могут припомнить. В возрасте 16 лет, видя, что Фрэнсис пользуется успехом у мальчишек, Линда села на первую из множества диет — это была полуголодная диета, с помощью которой она быстро похудела, но вскоре вес снова пополз вверх. Сестры жили вместе до двадцати с лишним лет. У них были одинаковые вкусы, они всегда ели и пили одно и то же и в одинаковом количестве. Линда, которая больше занималась физическими упражнениями, все равно набирала вес, а Фрэнсис — нет.
«Мы всегда знали, что у нас разный обмен веществ, — поясняла Фрэнсис. — Я часто чувствовала себя виноватой перед сестрой — нечестно, что в отличие от нее я всегда могла есть то, что хочется». Линда говорила: «Я не злилась и не горевала, просто старалась худеть с помощью диет и физкультуры, видя, как мальчишки увивались вокруг сестры».
За эти годы Линда перепробовала множество диет. Дольше всего — шесть месяцев — она продержалась на диете Аткинса, которая давала результаты, пока Линда не заскучала и не остановилась. Она пробовала сидеть на кабачковом супе. «Это также работало несколько месяцев, но имело побочные эффекты — думаю, вы понимаете, о чем я. Я осознала, что диеты для меня бесполезны, и прекратила фанатически контролировать свое питание. Но я по-прежнему хожу в спортзал, играю в гольф и теннис, стараюсь следить за здоровьем и есть свежие овощи».
В рамках проекта исследования амилазы мы извлекли ДНК из крови сестер, как и у тысячи других пар близнецов. Затем подсчитали число копий генов у обеих, что по-прежнему непросто, а из-за вероятности получения неточного результата пришлось повторить тесты шесть раз, а затем рассчитать усредненное значение. Результаты Линды и Фрэнсис были очень показательными. У Линды было только четыре копии гена амилазы, а у Фрэнсис — девять копий. Каждая недостающая копия гена амилазы увеличивала риск ожирения на 19%. Вот почему, несмотря на практически идентичное питание, Линда была склонна к полноте больше, чем ее сестра.
«Теперь, когда вы нам все объяснили, голые цифры стали осмысленными. Я понимаю, почему мы с сестрой разные, у нас действительно разный метаболизм и разные реакции на пищу. Для нас, видимо, уже поздно, но можно нам привести на анализы детей?»
Результаты проекта были настолько поразительными, что мы потратили год на их проверку, и, как это случается с большей частью материалов о диетах, наше исследование вызвало широкий резонанс в прессе.
Итак, мы обнаружили генное воздействие, оказавшееся в десять раз сильнее всего, что было известно прежде, включая ген ожирения, который был обнаружен первым (ген FTO). Теперь он имеет гораздо меньшее значение и даже бесполезен в отдельных случаях. Главный недостаток подсчета копий гена амилазы заключается в том, что его очень сложно точно измерить, не прибегая к большим затратам.
КАРТОФЕЛЬ ДЛЯ ВСЕХ РАЗНЫЙ
Есть и другой ключевой сдвиг парадигмы: до настоящего времени считалось, что подавляющее большинство открытых генов ожирения воздействуют на мозг. А значит, дело попросту в «сигналах жадности», которые посылает мозг и которые заставляют человека со слабой волей переедать. Но мы обнаружили, что эффекты метаболизма (то есть те, что влияют на извлечение энергии) в десять раз сильнее действия генов. Сигналы копий генов вычленить было намного труднее, и, вполне вероятно, у нас может быть множество генов, сходных по действию с геном амилазы. Открыть их — дело будущего. Хотя направления исследований постоянно меняются, последние работы доказывают: вопреки изначальным представлениям, гены ожирения (такие как FTO), видимо, влияют не только на мозг, но и на жировые клетки и метаболизм.
Мы также изучили микробные и метаболические характеристики тех наших близнецов, у кого обнаружилось больше и меньше всего копий гена амилазы, и нашли ключевые отличия в семействе фирмикутов (клостридий), ассоциирующихся с ожирением. Полная картина пока не ясна, но похоже, что измененный процесс усвоения крахмалов у недостаточно адаптированных к ним людей инициирует изменения в микробном составе и выработке различных жирных кислот. Это, в свою очередь, ведет к ускоренному повышению уровней инсулина при потреблении крахмала и в конечном счете вызывает отложение жировых запасов у предрасположенных к этому людей. Именно поэтому люди, съедающие ровно столько же картошки или макарон, сколько их соседи по обеденному столу, нарастят больше жирка — так действуют гены на их микробную флору. Поэтому кого-то один симпатичный клубень зарядит двойной дозой энергии.
Поиск подобных копий генов в будущем поможет разделить людей на разные группы в зависимости от того, чем им лучше питаться. Например, люди типа Линды, живя в окружении, где принято есть много злаков, и зная о том, что у них нет нужных генов, будут сознательно ограничивать себя в продуктах с высоким содержанием углеводов и есть вместо них жиры, к которым их организм и их микробы лучше приспособлены.
Для всех нас есть хорошая новость: мы умеем приноравливаться к новой пище и новым условиям быстрее, чем думаем. Пока одни дополнительные копии генов вырабатывали больше энзимов для расщепления крахмала в регионах со значительным употреблением зерна, другие генные мутации помогали человеку переваривать коровье молоко, и нет никаких сомнений, что открыты еще далеко не все виды таких мутаций. Также мы знаем: то, что мы едим, способно реально менять наши гены (эпигенетическим образом). Организм человека гораздо гибче, чем считалось до сих пор. Людей не производят в массовом порядке, как роботов, — мы более пластичны, лучше умеем адаптироваться к обстоятельствам. Именно в этом и заключается секрет выживания и успешного распространения человеческого рода на планете, позволивший нам обратить себе на пользу самые разнообразные рационы и условия окружающей среды. Все это верно для населения в целом, но отдельные люди, вроде Линды, иногда страдают от того, что их гены или обмен веществ не приспособились к перевариванию определенной пищи, а потому им придется менять либо диету, либо микробы.
