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

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 04:09

Despre șoareci, prelungirea vieții și impactul mediului asupra genomului nostru și asupra viitorului umanității.

Sergey Kiselev - doctor în științe biologice, profesor și șef al Laboratorului de Epigenetică la Institutul de Genetică Generală Vavilov, Academia Rusă de Științe. În prelegerile sale publice, el vorbește despre gene, celule stem, mecanisme de moștenire epigenetică și biomedicina viitorului.

Lifehacker a vorbit cu Sergey și a aflat cum ne afectează mediul și genomul. Și am învățat, 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 ei asupra noastră

Ce este genetica?

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

Mai mult, oamenii de știință au început nu numai să privească aceste mazăre din exterior, ci au și urcat înăuntru. Și s-a dovedit că moștenirea și manifestarea acestei sau acelea trăsături este asociată 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 ulterior am demonstrat) că molecula de ADN este cea care poartă informația genetică. Și apoi și-au dat seama că genele sunt codificate în această moleculă de ADN sub forma unui anumit text, care sunt unități informaționale ereditare. Am aflat din ce sunt făcute și cum pot codifica diferite proteine.

Atunci 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 genetica singură nu este suficientă pentru a înțelege structura naturii?

Ne-am urcat în interiorul celulei și am realizat că genele sunt asociate cu o moleculă de ADN, care, ca parte a cromozomilor, pătrunde în celulele în diviziune și este moștenită. Dar la urma urmei, o persoană apare și dintr-o singură celulă, în care există 46 de cromozomi.

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

Adică, celula originală - zigotul - a avut un anumit aspect, a reușit să se împartă în două celule, apoi a mai făcut-o de câteva ori și apoi aspectul i 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 ei, 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, ale pielii sau ale ficatului. Și se împart în mod constant - de exemplu, din cauza influenței unui mediu agresiv sau pentru că organismul pur și simplu are nevoie de reînnoirea țesuturilor. De exemplu, în toată viața noastră pierdem 300 kg de epidermă - pielea noastră pur și simplu se desprinde.

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

Celulele care formează foliculul de păr și dau naștere creșterii părului nu devin brusc o rană care sângerează la cap. Celula nu poate să înnebunească și să spună: „Acum sunt sânge”.

Dar informația genetică din ele este în continuare aceeași 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 este deasupra geneticii sau în afara ei, 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 împachetarii cromozomilor în timpul diviziunii celulare.

Oferă lizibilitatea anumitor fragmente dintr-un text genetic constând din secvențe de nucleotide codificate cu patru litere. Și în fiecare celulă există o catenă de ADN de doi metri constând din aceste litere. Dar problema este că este greu de gestionat.

Luați un fir obișnuit subțire de doi metri, mototolit într-un fel de structură. Este puțin probabil să ne dăm seama unde se află ce fragment. 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 fragment din el se află pe ce bobină.

Acesta este principiul ambalării textului genetic în cromozomi.

Și dacă trebuie să obținem acces la textul genetic dorit, putem pur și simplu să desfacem puțin bobina. Firul în sine nu se schimbă. Dar este înfășurat și așezat în așa fel încât să ofere unei celule specializate acces la anumite informații genetice, care se află, în mod convențional, pe suprafața bobinei.

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

Un alt mecanism epigenetic bine studiat despre care se vorbește cel mai mult este metilarea ADN-ului. După cum spuneam, ADN-ul este o secvență lungă de polimer, 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 munca unui număr de gene, se formează funcția celulei. De exemplu, puteți lua un fir de lână - din el ies o mulțime de fire de păr. Și în aceste locuri se află grupările metil. Gruparea metil proeminentă nu permite enzimelor de sinteză să se atașeze și acest lucru face, de asemenea, această regiune ADN mai puțin lizibilă.

Să luăm expresia „nu poți avea milă să executi”. Avem trei cuvinte - și în funcție de aranjarea virgulelor dintre ele, sensul se va schimba. La fel este și cu textul genetic, doar în loc de cuvinte - gene. Și una dintre modalitățile de a înțelege semnificația lor este să le înfășurați într-un anumit mod pe o bobină sau să plasați grupuri de metil în locurile potrivite. De exemplu, dacă „execute” este în interiorul bobinelor, iar „iertare” este în exterior, atunci celula va putea folosi doar sensul „aveți milă”.

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

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

Există și o serie de mecanisme epigenetice, dar sensul lor general este plasarea semnelor de punctuație pentru citirea corectă a textului genetic. Adică secvența ADN, textul genetic în sine, rămâne același. 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 urmare a geometriei rezultate, va ieși pe partea laterală a firului.

Ca urmare, apare un semn de punctuație: „Nu poți fi executat, (ne bâlbâim, pentru că aici este un grup metil) să ai milă”. Deci a apărut un alt sens al aceluiași text genetic.

Concluzia este aceasta. Moștenirea epigenetică este un tip de moștenire care nu are legătură cu succesiunea textului genetic.

Vorbind aproximativ, este epigenetica o suprastructură peste genetică?

Aceasta nu este cu adevărat 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 la mediul său. Prin urmare, epigenetica este o interfață între un cod genetic (genom) rigid și neambiguu și mediul extern.

Acesta 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 interiorul nostru.

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

Există o linie de șoareci - agouti. Se caracterizează printr-o culoare roz-roșcat 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 devreme boli oncologice 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.

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

Ca urmare, descendenții de șoareci crescuți cu o dietă bogată în anumite vitamine, blana a devenit albă. Și greutatea lor a revenit la normal, au încetat să sufere de diabet și au murit devreme de cancer.

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

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

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

Există exemple de o asemenea influență epigenetică a mediului asupra oamenilor?

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

Și toți sufereau de obezitate, aveau tendință la obezitate, diabet și speranța de viață redusă. Au avut modificări epigenetice foarte asemănătoare. Adică, activitatea genelor lor a fost influențată de condițiile externe, și anume, acea înfometare pe termen scurt a părinților.

Ce alți factori externi ne pot afecta epigenomul în acest fel?

Da, totul afectează: o bucată de pâine mâncată sau o felie de portocală, o țigară afumată și vin. Cum funcționează este o altă chestiune.

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

De exemplu, a existat un studiu care a examinat metilarea ADN-ului la 40 de nepoți ai victimelor Holocaustului. Și oamenii de știință în codul lor genetic au identificat diferite regiuni care s-au corelat cu genele responsabile de condițiile 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. Totuși, 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 este posibil și, în acest caz, putem face ceva în privința asta.

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

Da, și există o mulțime de dovezi pentru asta. Aceștia suntem 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 alimentele au devenit mai accesibile în general. Aceștia sunt factori epigenetici.

Mai devreme ați menționat consecințele negative ale Holocaustului și ale foametei în Țările de Jos. 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 îngrașăm. În acest caz, aruncăm 50% din mâncare la gunoi. Aceasta este o mare problemă. Iar 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 prezentul nu cunoaștem. Și a prezice este același lucru cu a ghici pe apă. Nici măcar pe zațul de cafea.

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

Cunoștințele sunt actualizate în mod constant.

Astăzi există un astfel de lucru ca un ceas epigenetic. Adică am calculat vârsta biologică medie a unei persoane. Dar au făcut-o pentru noi astăzi, după 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 a fi complet diferit. Dar nu știm ce fel, pentru că acești oameni nu mai sunt acolo. Deci, acesta nu este un lucru universal, iar cu ajutorul acestui ceas nu putem calcula cum va fi persoana viitorului.

Astfel de lucruri predictive sunt interesante, distractive și, bineînțeles, necesare, deoarece astăzi dau în mână un instrument - o pârghie, ca la Arhimede. Dar nu există încă un punct de sprijin. Și acum tăiem în stânga și în 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, asta 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 și mai mică. De ce este asta? Pentru că cel mai important lucru pentru viață este moartea. Dacă organismul nu eliberează spațiu, teritoriul și zona de hrană pentru o nouă variantă genetică, atunci mai devreme sau mai târziu acest lucru va duce la degenerarea speciei.

Și noi, societatea, invadăm aceste mecanisme naturale.

Și, după ce am primit astfel de date acum, în câteva generații vom putea realiza un nou studiu. Și vom vedea cu siguranță 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 se albește.

Dar tot trebuie să înțelegeți că există limitări pur fiziologice. Celulele noastre sunt pline de gunoaie. 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 precum durata medie a unei vieți sănătoase. Pentru că nesănătos poate fi lung. Pentru unii, începe destul de devreme, dar pe baza de 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 totul despre genetică sau epigenetică?

Probabil ați auzit gluma că bețivii sunt întotdeauna norocoși. Pot cădea chiar și de la etajul douăzeci și nu se sparg. Desigur, asta poate fi. Dar despre acest caz aflăm doar de la acei bețivi care au supraviețuit. Majoritatea se prăbușesc. Așa este și cu fumatul.

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

Fiecare individ este diferit. Pentru asta este nevoie de genetică - o bază solidă care să reziste 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 programați inițial să fie mai sensibili la ceva. Alții sunt mai stabili. Este posibil ca epigenetica să aibă ceva de-a face cu asta.

Ne poate ajuta epigenetica să creăm medicamente? De exemplu, din depresie sau alcoolism?

Nu prea înțeleg cum. A avut loc 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 oarecare probabilitate matematică, au ceva, ceva ce nu au.

Sunt doar statistici. Cercetarea de astăzi nu este alb-negru.

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

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

Există realizări epigenetice care sunt deja folosite în practică?

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

Ce sfat le puteți oferi cititorilor Lifehacker în calitate de epigenetician?

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