Надмірна вага і проблеми з цукром у крові можуть переходити з покоління в покоління без будь-яких спеціальних мутацій.
Відомо, що метаболічні порушення, які можуть призвести до ожиріння і діабету, нерідко розвиваються через генетичні мутації: зіпсований ген перестає належним чином стежити за обміном речовин, і через це починаються проблеми з засвоєнням глюкози, з інсуліном, з жировою тканиною тощо. (Одним з найвідоміших і найбільш вивчених тут є ген FTO (fat mass and obesity-associated protein) - деякі варіанти FTO додають його носіям в середньому три зайвих кілограми.)
Такий ген, раз виникнувши, може досить довго переходити з покоління в покоління, так що всім членам роду по якій-небудь лінії, по материнській або по чоловічій, доведеться уважно стежити за талією і рівнем цукру в крові.
Однак гени ніколи не працюють за принципом «включено/вимкнено», у них завжди є якийсь діапазон активності. Іншими словами, ген може працювати слабо, не дуже слабо, помірно сильно тощо. Те, як ген налаштований попрацювати, залежить від мутацій, але також і від зовнішніх і внутрішніх факторів - тобто, грубо кажучи, від нашого способу життя з екологією і від активності інших генів. Отже, якщо повернутися до ожиріння, то воно зовсім не завжди пов'язане з генетичним «прокляттям» - неправильне харчування цілком може змінити обмін речовин на гірше без всяких мутацій.
У живих організмів є маса молекулярних способів налаштування активності генів, і багато з таких механізмів функціонують недовго - попрацювавши деякий час в яких-небудь форс-мажорних обставинах, ген повертається до свого звичайного стану. Однак трапляється і так, що зміни в генетичній активності зберігаються на все життя, і навіть, більш того, передаються в наступне покоління. При цьому, підкреслимо, сам ген не змінюється, його ДНК не змінюється, ніяких мутацій не відбувається, просто регуляторні молекули не відпускають своєї хватки.
Такі випадки називають епігенетичною регуляцією, і, як показують дослідження Йоханнеса Бекерса (Johannes Beckers) і його колег з Мюнхенського центру ім. Гельмгольца з дослідження навколишнього середовища і здоров'я, ожиріння може передаватися з покоління в покоління саме за допомогою епігенетики. Тобто наслідки від нездорового способу життя батьків можуть перейти їх нащадкам, при тому, що власне гени у тих і в інших будуть цілком звичайні, без мутантних змін.
Дослідники шість тижнів тримали генетично однакових самців і самок мишей на трьох різних дієтах: жирної, звичайної і зі зниженим вмістом жирів. Як і очікувалося, тварини, яких годували жирним, отримали ожиріння і перші ознаки діабету другого типу. Потім у всіх мишей взяли статеві клітини для екстракорпорального запліднення. Саму процедуру проводили у всіх можливих комбінаціях: сперматозоїд від «жирного» самця зводили з яйцеклітиною від самки, що сиділа на звичайній дієті, потім сперматозоїд від такого ж самця зводили з яйцеклітиною самиці, що сиділа на низькожировій дієті тощо. Ембріони імплантували здоровим самкам, а потім, коли мишата з'являлися на світ, їх дев'ять тижнів годували звичайною їжею, без жирових перекосів, а потім все-таки переводили на жирну їжу.
Жирна їжа додавала ваги всім, але, як сказано у статті в Nature Genetics, кількість зайвої ваги явно залежала від того, чим харчувалися батьки. Так, наприклад, жіночі особини, що народилися від «жирних» самця і самки, були на 20% товщі, ніж потомство нормальних мишей (тобто тих, яких годували звичайною їжею). Взагалі, за словами авторів роботи, залежність від батьківської дієти найсильніше проявлялася саме у дочок.
Інший цікавий момент стосується метаболізму глюкози: відомо, що один з провісників діабету другого типу - втрата тканинами і органами чутливості до інсуліну і, як наслідок, нездатність справлятися з підвищеним рівнем глюкози в крові. В експерименті проблеми з цукром переходили від одного покоління іншому переважно по материнській лінії: якщо хоча б тільки мати страждала від надмірної ваги, то у її нащадків, як «хлопчиків», так і «дівчаток», ймовірність цукро-інсулінових неприємностей була вищою, ніж ось усіх інших випадках (тобто якщо надмірна вага була тільки у батька, а мати сиділа на нормальній або на знежиреній дієті тощо). Про всяк випадок ще раз нагадаємо, що генетично всі миші-батьки були однакові і без «ожирячих» мутацій, а схильність до надмірної ваги у молодих мишей була результатом налаштування генів, що сформувалася у попереднього покоління.
Це далеко не перша робота, в якій йдеться про епігенетичне успадкування ожиріння і пов'язаних з ним метаболічних проблем, на цей рахунок є і статистичні дані, і експериментальні. Однак досі в експериментальних роботах просто схрещували мишей і спостерігали за їх потомством, і в такому випадку залишається ймовірність, що ожиріння у наступного покоління виникло не через епігенетичні фактори, не через те, що батьки їли жирну їжу, а через особливості ембріонального розвитку. Можна, наприклад, уявити, що у самок ожиріння впливає на фізіологію матки, що, в свою чергу, впливає на зародок. У разі ж екстракорпорального запліднення і при використанні як сурогатної матері нормальної, здорової самки - як у вищеописаній роботі - подібних двозначностей вдається уникнути.
Тепер було б цікаво тим же способом дізнатися, чи може таке ожиріння передаватися в друге і в третє покоління, і як довго на неправильній дієті повинні прожити батьки, щоб епігенетичні механізми закріпили нову нездорову «метаболічну реальність». Ну і, звичайно, залишається питання, що за конкретні молекули тут беруть участь. Зараз відомо кілька молекулярних апаратів, які можуть дуже надовго змінювати активність генів: це ферменти, що відповідають за метилювання і деметилювання ДНК; ферменти, що модифікують гістони - хромосомні білки, які керують архівацією і розархівацією ДНК; і комплекс регуляторних РНК. Вдаватися в подробиці кожного механізму ми не будемо, скажімо лише, що щодо них довгий час було неясно, чи працюють такі механізми в попередниках статевих клітин у ссавців. Однак зараз вже відомі приклади того, що вони там дійсно працюють - тобто епігенетичні зміни цілком можуть переходити міжполонений рубіж.
Нарешті, саме нагальне питання: якою мірою отримані дані можна застосувати до людей? Молекулярні процеси на такому рівні зазвичай досить універсальні, і, якщо приклад наслідуваної епігенетичної регуляції вдалося знайти у мишей, висока ймовірність, що те ж саме можна знайти у більшості звірів, включаючи людину.
Питання тільки в тому, як це «те ж саме» знайти: про проблеми, пов'язані з перенесенням лабораторних результатів на людей, ми згадували, коли писали про роботу, присвячену впливу стресу на епігенетику. Тут на експерименти розраховувати не варто, залишається сподіватися тільки на медичну статистику і масовий генетичний аналіз.