Факторы окружающей среды, которые могут влиять на экспрессию генов (и, вероятно, эволюцию и физиологию), очень разнообразны. Сюда относятся как экологические особенности (температура или количество света), так и факторы стресса, и стиль питания (например, низкокалорийная или белковая диета). Множество химических веществ в окружающей среде, от фитохимических веществ (биологически активных соединений в растениях) до синтетических токсинов, также могут влиять на наши индивидуальные особенности и здоровье. Будущие исследования обязательно помогут нам изучить все этапы, от экологических сигналов до наследуемых изменений в структуре хроматина и экспрессии ДНК. Мы также знаем, что факторы окружающей среды могут влиять на эпигенетические метки у детей и развивающихся в матке эмбрионов. Моя работа была посвящена именно влиянию химических веществ, разрушающих эндокринную систему, на растущий организм, клеточное программирование которого может навсегда измениться под влиянием эпигенетических факторов.
Происхождение заболеваний и онтогенетика
Вы знали, что особенности развития в первые месяцы жизни могут влиять на появление хронических заболеваний в зрелом возрасте? Одним из первых это обнаружил англичанин Дэвид Баркер. В 1979 году он стал профессором клинической эпидемиологии в Университете Саутгемптона. Изучая записи регистрации рождения и смерти в Великобритании, он отметил, что недоношенные младенцы, родившиеся с низкой массой тела, в будущем чаще умирали от ишемической болезни сердца. Он выдвинул гипотезу внутриутробного происхождения болезней, известную как «гипотеза Баркера». Ее суть в том, что питание и рост в первые месяцы жизни во многом определяют предрасположенность человека к развитию нарушений обмена веществ и сердечно-сосудистой системы. Если мать была истощена во время беременности, плод приспосабливался к скудной питательной среде и родившийся ребенок был более подвержен хроническим заболеваниям, таким как диабет, высокое кровяное давление, порок сердца или ожирение. Своими наблюдениями профессор Баркер поделился в статье, опубликованной в 1989 году в журнале Lancet. Оказывается, среди 5654 мужчин из британского Хартфордшира чаще всего от заболеваний сердца умирали те, кто родился с недостаточным весом или не мог набрать нормальный вес в течение года
[78]. Дэвид Баркер был не первым ученым, искавшим корни взрослых болезней в раннем детстве. Первоначально эту гипотезу сформулировал в 1977 году норвежец Андерс Форсдал. Он работал общественным врачом в бедном районе и наблюдал немало случаев сердечно-сосудистых заболеваний среди бедняков. Доктор Форсдал сделал вывод, что условия жизни матери во время беременности и первые годы жизни ребенка сильно влияют на риск возникновения хронических заболеваний в будущем
[32].
Дэвиду Баркеру часто приписывают создание теории внутриутробного программирования, но он лишь развил гипотезу Форсдала (и цитировал его в своей знаменитой статье). В одном из последних публичных выступлений он заявил: «Следующие поколения не должны страдать от пороков сердца или остеопороза. Эти заболевания не предусмотрены геномом человека, их практически не существовало 100 лет назад. При желании мы могли бы их предотвратить». У профессора Баркера были критики и оппоненты, и все же его работа вдохновила других ученых на исследование эмбрионального происхождения болезней у взрослых. Питер Глюкман из Оклендского университета и Марк Хансон из Университета Саутгемптона показали, насколько важен период развития для будущего здоровья человека. Они положили начало новой области медицинских исследований под названием «Зависимость здоровья и болезней от первых этапов развития, или Парадигма DOHaD». В 2006 году они написали книгу «Несоответствие», раскрыв секрет возникновения так называемых болезней цивилизации
[33].
Что же такое болезни цивилизации и почему предрасположенность к ним закладывается еще в утробе матери и в первые месяцы жизни? Сюда относятся все хронические недуги, которые я уже упоминал: сердечно-сосудистые и легочные заболевания, включая астму, неврологические отклонения, в том числе СДВГ, аутизм и нейродегенеративные заболевания, например старческое слабоумие, иммунные и аутоиммунные состояния, болезни эндокринной системы, нарушения репродуктивной функции, рак, ну и, конечно же, нарушения обмена веществ, включая ожирение и диабет. Еще один важный факт. Программирование развития этих отклонений почти полностью эпигенетическое, поскольку последовательность ДНК не меняется. Проще говоря, предрасположенность к заболеваниям появляется из-за эпигенетических изменений. В период внутриутробного развития и сразу после рождения организм программируется на всю оставшуюся жизнь.
Хрупкое тело, крепкое тело
Онтогенез – это уникальный процесс. С одной стороны, развитие сложных организмов обычно происходит очень гладко, как это ни удивительно. У нас есть что-то вроде встроенных функций дублирования и резервного копирования на случай ошибки, которая могла бы привести к серьезным патологиям. Известный немецкий эмбриолог и лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине Ханс Шпеман как-то сказал, что развитие всегда носит пояс и подтяжки, чтобы его метафорические штаны не спадали. У наших клеток есть сложные механизмы восстановления ДНК, а также программа самоуничтожения, если будет обнаружено слишком много мутаций (этот процесс называется апоптозом). Здесь важно упомянуть о так называемых критических периодах уязвимости, когда даже небольшие изменения могут иметь серьезные последствия. Возьмем, к примеру, эмбрион лягушки. Если наклонить его в один из таких критических периодов – прямо перед тем, как оплодотворенное яйцо разделится на две клетки, – вы получите зародыш с двумя идеальными головами. Сделайте то же самое через тридцать минут, и эмбрионы останутся полностью нормальными. Любые воздействия в эти периоды могут привести к серьезным врожденным дефектам. Например, если женщины принимали талидомид от утренней тошноты в первый месяц беременности (на двадцатый – тридцать шестой день после оплодотворения), 80 % младенцев рождались с серьезными дефектами конечностей. Однако если будущие мамы принимали это лекарство после окончания критического периода, у детей таких врожденных дефектов не появлялось
[34].
Определенные воздействия в период раннего развития приводят и к более незаметным изменениям. В этом случае неблагоприятные последствия для здоровья и повышенный риск возникновения заболеваний могут не наблюдаться в течение нескольких лет. Например, рацион будущей мамы, курение или воздействие химических веществ могут иметь необратимые последствия для ее детей. Замедленное развитие плода – одно из последствий воздействия никотина – тесно связано с такими хроническими заболеваниями, как порок сердца, диабет и ожирение. Помните рекомендации, которые врачи дают беременным женщинам? Они неспроста просят их отказаться от некоторых лекарств, принимать витамины, содержащие фолат, не курить и не употреблять алкоголь. Воздействие вредных веществ на плод может иметь разрушительные и необратимые последствия.
