Фрэнк Райан - Виролюция. Важнейшая книга об эволюции после «Эгоистичного гена» Ричарда Докинза

• Название: Виролюция. Важнейшая книга об эволюции после «Эгоистичного гена» Ричарда Докинза
• Автор: Фрэнк Райан
• Издательство: Ломоносовъ
• Жанр: Биология
• Год: 2014
• ISBN: 978-5-91678-143-4

Основная идея этой книги шокирует. Все живое на планете, в том числе люди, живут в симбиозе с вирусами, эволюционируют вместе с ними и благодаря им… выживают. Первая реакция читателя: этого не может быть! Но, оказывается, может… Вирусы, их производные и тесно связанные с ними структуры составляют как минимум сорок три процента человеческого генома, что заставляет сделать вывод: естественный отбор у человека и его предков происходил в партнерстве с сотнями вирусов. Но как вирусы встроились в человеческий геном? Как естественный отбор работает на уровне вирус-носитель? Как взаимодействуют движущие силы эволюции — мутации, симбиогенез, гибридизация и эпигенетика? Об этом — логичный, обоснованный научно и подкрепленный экспериментальными данными рассказ Фрэнка Райана.

Книга изготовлена в соответствии с Федеральным законом от 29 декабря 2010 г. № 436-ФЗ, ст. 1, п. 2, пп. 3. Возрастных ограничений нет

---

В этих условиях новая, интенсивно развивающаяся дисциплина эпигенетика — пусть и принадлежащая сугубо к биологии, но связывающая исподволь все без исключения ее отрасли с многообразным влиянием окружающего мира — приобретает особую важность. Эпигенетика как нельзя ярче демонстрирует, что жизнь на Земле — единое целое.

Каковы же последствия для медицины того факта, что метиловая группа может присоединяться к цитозину, гистоны хромосомы могут ацетилироваться, а регуляторная молекула РНК — активироваться? Каковы с медицинской точки зрения последствия возможности включения факторов, провоцируемых окружающей средой, не изменяющих ДНК, но способных контролировать работу генома? Насколько важной окажется эпигенетика для лечения болезней, если ученые найдут способ заставить эпигенетические механизмы работать нужным образом? В марте 2009 года я посетил свою альма-матер, Медицинскую школу Шеффилда, чтобы взять интервью у доктора Джерри Уилсона — представителя растущей армии медиков, склонных использовать эпигенетические методы в своей практике.

Уилсон применяет эпигенетические методы при лечении аутоиммунных заболеваний, в частности ревматоидного артрита. Как знают уже многие пациенты, страдающие ревматическим артритом и анкилозным спондилитом, революционная новая терапия, использующая лекарства, известные как супрессоры ТНФ (туморный некрозисный фактор), совершенно изменила подход к лечению их болезней. ТНФ — это вещество, выделяемое белыми кровяными клетками. Он играет важную роль во многих процессах, происходящих в человеческом теле, — в частности, при воспалениях, являющихся следствием аутоиммунности. ТНФ-ген контролируется контролирующей последовательностью известной как ТНФ-промоутер. Работая в Шеффилде с 1991 по 1995 год над завершением докторской диссертации, Уилсон исследовал генетические последовательности ТНФ-промоутера. Уилсон верит — в подтверждение эпиграф к этой главе, — что у медицинской эпигенетики большое будущее.

— Все клетки нашего тела имеют одинаковый набор ДНК, — говорит он. — Они различаются только тем, какой набор генов в них работает. Механизм, управляющей процессом экспрессии генов, — эпигенетический. Нарушение нормальных эпигенетических установок — одна из причин развития раковых опухолей. Среди них провокация рака курением. По-видимому, определенные составляющие табачного дыма могут стимулировать производство регуляторных РНК, вызывающих отключение генов, которые подавляют развитие раковых опухолей.

В конце семидесятых годов прошлого века Холлидей и его студент Пью задались вопросом: не вызывают ли рак нарушения процесса метилирования? В 1978 году Пью выдвинул эту идею[159], а годом позже Холлидей опубликовал более подробную статью о «новой теории карциногенеза»[160]. В сути своей идея Холлидея и Пью была такой: если ДНК повреждается и затем восстанавливается, но уже без присоединенной метильной группы, это может нарушить контроль за нормальной экспрессией генов. Много лет спустя, характеризуя свои ранние идеи, Холлидей ярко и точно описал сущность рака с генетической и эпигенетической точек зрения[161].

По словам Холлидея, рак меняет вид и поведение нормальных клеток — то, что биологи называют «фенотипом». Процесс этот постепенен, на промежуточных стадиях некоторые черты нормальной клетки еще сохраняются. Но в конце долгого процесса преобразований клетка полностью теряет черты нормальной и начинает бесконтрольно размножаться. При этом теряется генетическая стабильность. Это очевидно при взгляде на ядро раковой клетки, где встречается полиплоидия и прочие генетические ненормальности. Эпигенотип — общая картина эпигенетических процессов внутри клетки — тоже полностью нарушен. Мощный у нормальной клетки механизм эпигенетического управления у клетки раковой теряет контроль над генами.

Холлидей взглянул на процесс развития рака с эволюционной точки зрения. Ведь когда одна либо несколько клеток «сошли с колеи» и стали бесконтрольно размножаться — они вступили на путь «эгоистической эволюции», а естественный отбор, конечно же, выбирает как раз клетки с наибольшими ненормальностями. С тех пор в тысячах исследований была подтверждена связь между нарушениями эпигенетического контроля и раком. Теперь хорошо известно, что нарушения метилирования — чрезмерное деметилирование одних частей генома и чрезмерное метилирование других — характерны для многих видов рака. Они приводят к ошибочной активации онкогенов, к отключению генов, подавляющих развитие рака, либо к тому и другому вместе.

Эти находки подтолкнули к более широкому исследованию нарушений различных эпигенетических механизмов при развитии рака. Как оказалось, при раке не только нарушается метилирование — но возможны изменения процесса ацетилирования гистонов, РНК-интерференции и импринтинга, упоминавшихся выше. Например, у детей, страдающих синдромом Беквита-Видемана, тысячекратно повышен риск развития злокачественных опухолей детского возраста — таких, например, как опухоль Вильмса (рак почек). В настоящее время ученые исследуют эпигенотипы различных видов рака, включая рак груди, легких, пищевода, желудка, толстой и прямой кишок, различных форм лейкемии и многих других злокачественных опухолей, поражающих кровь и лимфатическую систему, например, таких архетипических форм рака, как лимфома и миелома.

Конечно, в увлечении новой областью исследований не стоит забывать обычные, традиционно признаваемые факторы риска, и внешние — например, курение для рака легких либо папиллома для рака шейки матки, а также генетическую подоплеку карциногенеза. Не стоит также пренебрегать развитием традиционных способов лечения и исследования рака: радиологией, хирургией и радиотерапией. Если появятся надежные и гарантированные средства борьбы с раком — а я не сомневаюсь в этом, — они не будут некой единообразной панацеей, а станут результатом объединения огромного корпуса знаний, накопленного в различных областях медицины.

Всю нашу жизнь эпигеном откликается на воздействия окружающей среды. Поэтому читатели едва ли удивятся, узнав, что связь между эпигенетикой и старением — это важнейшая область эпигенетических исследований.

Конечно, старение — не болезнь в обычном смысле этого слова. Это естественный процесс, характерный для всех форм жизни, которым присуще половое размножение: и для целакантов, и для дубов, и для тропических древесных лягушек, и для человека. Притом — как ни странно — простейшие формы жизни, такие, как бактерии и амебы, не стареют. Старение и смерть — удел существ, чьи тела разделены на различные клетки, ткани и органы и чье размножение требует слияния мужской и женской половых клеток. Надо заметить, отношение к старению и смерти в разных культурах разное, но с медицинской точки зрения проблемы старения всегда одни и те же, вне зависимости от культуры, места жительства и этнической принадлежности.

Люди по-разному относятся к старению, но большинство согласится: мы любим жизнь и хотим полноценно жить как можно дольше. Серьезные болезни омрачают существование, отнимают у жизни достоинство и независимость — неотъемлемое право любого человека. Несомненно, помочь нам жить как можно дольше, сохраняя при этом полноценный образ жизни, — разумная и достойная цель для медицины.

В 2007 году М. Фрага и М. Эстеллер, работающие в Лаборатории рака и эпигенетики в Мадриде, опубликовали замечательный обзор о важности эпигенетики в старении, заключив, что «это зарождающаяся область исследований, обещающая значительный прогресс в ближайшем будущем»[162]. Сейчас несколько исследовательских групп работает над картой метилирования человеческого генома, сравнивая геномы молодых и старых, ведется также подобная работа над картами гистонных модификаций. В интервью с Джерри Уилсоном я коснулся проблемы старения и доказательств вовлечения в этот процесс эпигенетических процессов.

— У всех членов одной семьи наблюдается сходное увеличение либо уменьшение метилирования с возрастом, — сказал Уилсон. — Но в среднем по населению метилирование с возрастом не меняется. В связи с этим стоит снова задаться вопросом: «Почему в некоторых семьях риск заболеть раком выше?» Конечно, дело в генетической предрасположенности, но эпигенетические факторы тоже следует принимать во внимание.

Однояйцовые близнецы — идеальный предмет наблюдения для генетики. Для эпигенетики однояйцовые близнецы также исключительно ценны, но по причине в точности обратной — не потому, что они генетически идентичны, а как иллюстрация нарастания со временем эпигенетических различий. В основополагающей статье в американском журнале «Материалы Национальной академии наук США» Фрага с коллегами сообщили результаты изучения однояйцовых близнецов[163]. Оказывается, близнецы по-разному восприимчивы к заразным заболеваниям и даже к распространенным психическим расстройствам, таким, как шизофрения и биполярные расстройства. Испанские исследователи задались вопросом: «Может ли быть, чтобы два человека, начавшие жизнь с абсолютно идентичным набором генов, по сути генетических клонов друг друга, со временем стали различаться по экспрессии этих генов?» Во многом это исследование, затронувшее восемьдесят пар близнецов, тридцать пар мужчин и пятьдесят — женщин, в возрасте от трех лет до семидесяти четырех, может считаться совершенной и исчерпывающей проверкой способности эпигенома реагировать на окружающую среду.