"Elämän tärkein asia on kuolema": haastattelu epigeneettisen Sergei Kiselyovin kanssa
Miscellanea / / August 01, 2021
Tietoja hiiristä, elämän pidentymisestä ja ympäristön vaikutuksesta genomiin ja ihmiskunnan tulevaisuuteen.
Sergey Kiselev - biologisten tieteiden tohtori, professori ja epigenetiikan laboratorion päällikkö N. JA. Vavilov Venäjän tiedeakatemia. Julkisissa luennoissaan hän puhuu geeneistä, kantasoluista, epigeneettisen perinnön mekanismeista ja tulevaisuuden biolääketieteestä.
Lifehacker puhui Sergeille ja selvitti, miten ympäristö vaikuttaa meihin ja perimään. Ja saimme myös tietää, mikä biologinen ikä on meille luonteeltaan määritelty, mitä tämä merkitsee ihmiskunnalle ja voimmeko ennustaa tulevaisuuttamme epigenetiikan avulla.
Sergei Kiselev
Epigeneettinen, biologisten tieteiden tohtori.
Tietoja epigenetiikasta ja sen vaikutuksesta meihin
- Mitä on genetiikka?
Alun perin genetiikka oli Gregor Mendelin herneiden viljely 1800 -luvulla. Hän tutki siemeniä ja yritti ymmärtää, miten perinnöllisyys vaikuttaa esimerkiksi niiden väriin tai ryppyyn.
Lisäksi tutkijat alkoivat paitsi katsoa näitä herneitä ulkopuolelta, myös kiipesivät sisälle. Ja kävi ilmi, että tämän tai toisen ominaisuuden perintö ja ilmentyminen liittyy solun ytimeen, erityisesti kromosomeihin. Sitten katsoimme vielä syvemmälle kromosomin sisälle ja huomasimme, että se sisältää pitkän molekyylin deoksiribonukleiinihappoa - DNA: ta.
Sitten oletimme (ja myöhemmin todistimme), että DNA -molekyyli kuljettaa geneettistä tietoa. Ja sitten he ymmärsivät, että tähän DNA -molekyyliin on koodattu geenejä tietyn tekstin muodossa, jotka ovat informatiivisia perinnöllisiä yksiköitä. Opimme, mistä ne on tehty ja miten ne voivat koodata erilaisia proteiineja.
Sitten tämä tiede syntyi. Eli genetiikka on tiettyjen piirteiden perintöä sukupolvien sarjassa.
— Mikä on epigenetiikka? Ja miten tulimme siihen johtopäätökseen, että genetiikka yksin ei riitä ymmärtämään luonnon rakennetta?
Kiipesimme solun sisään ja huomasimme, että geenit liittyvät DNA -molekyyliin, joka osana kromosomeja tulee jakautuviin soluihin ja periytyy. Mutta loppujen lopuksi henkilö ilmestyy myös vain yhdestä solusta, jossa on 46 kromosomia.
Zygote alkaa jakautua, ja yhdeksän kuukauden kuluttua yhtäkkiä ilmestyy kokonainen henkilö, jossa on samat kromosomit. Lisäksi niitä on jokaisessa solussa, joita aikuisen kehossa on noin 10.14. Ja näillä kromosomeilla on samat geenit kuin alkuperäisessä solussa.
Toisin sanoen alkuperäisellä solulla - tsygootilla - oli tietty ulkonäkö, se onnistui jakautumaan kahteen soluun, sitten teki sen vielä pari kertaa ja sitten sen ulkonäkö muuttui. Aikuinen on monisoluinen organismi, joka koostuu suuresta määrästä soluja. Jälkimmäiset on järjestetty yhteisöiksi, joita kutsumme kankaiksi. Ja ne puolestaan muodostavat elimiä, joista jokaisella on joukko yksilöllisiä toimintoja.
Näiden yhteisöjen solut ovat myös erilaisia ja suorittavat erilaisia tehtäviä. Esimerkiksi verisolut eroavat olennaisesti hiusten, ihon tai maksan soluista. Ja ne jakautuvat jatkuvasti - esimerkiksi aggressiivisen ympäristön vaikutuksesta tai siksi, että keho tarvitsee yksinkertaisesti kudosten uudistamista. Esimerkiksi koko elämämme aikana menetämme 300 kg ihosolukkoa - ihomme yksinkertaisesti irtoaa.
Ja korjauksen aikana suolistosolut ovat edelleen suolistosoluja. Ja ihosolut ovat ihosoluja.
Karvatupen muodostavista ja hiusten kasvua aiheuttavista soluista ei tule yhtäkkiä vuotava päähaava. Solu ei voi tulla hulluksi ja sanoa: "Olen nyt verta."
Mutta geneettinen informaatio niissä on edelleen sama kuin alkuperäisessä solussa - tsygootissa. Eli ne ovat kaikki geneettisesti identtisiä, mutta ne näyttävät erilaisilta ja suorittavat erilaisia toimintoja. Ja tämä monimuotoisuus perii myös aikuisen organismin.
Tällaista perinnöllisyyttä, suprageneettistä, joka on genetiikan yläpuolella tai sen ulkopuolella, kutsuttiin epigeneettiseksi. Etuliite "epi" tarkoittaa "ulos, edellä, enemmän".
- Miltä epigeneettiset mekanismit näyttävät?
Epigeneettisiä mekanismeja on erilaisia - puhun kahdesta päämekanismista. Mutta on muitakin, yhtä tärkeitä.
Ensimmäinen on kromosomipakkausperinnön standardi solunjakautumisen aikana.
Se tarjoaa luettavissa tiettyjä geneettisen tekstin fragmentteja, jotka koostuvat neljällä kirjaimella koodatuista nukleotidisekvensseistä. Ja jokaisessa solussa on kahden metrin DNA-juoste, joka koostuu näistä kirjaimista. Mutta ongelma on, että sitä on vaikea käsitellä.
Ota tavallinen kahden metrin ohut lanka, joka on rypytetty eräänlaiseksi rakenteeksi. Emme todennäköisesti selvitä missä fragmentti sijaitsee. Voit ratkaista sen seuraavasti: kelaa lanka kelalle ja aseta ne päällekkäin onteloissa. Siten tästä pitkästä langasta tulee kompakti, ja tiedämme aivan selvästi, mikä katkelma siitä on millä kelalla.
Tämä on periaate geneettisen tekstin pakkaamisesta kromosomeihin.
Ja jos meidän on päästävä käsiksi haluttuun geneettiseen tekstiin, voimme vain kelata kelaa hieman. Lanka itsessään ei muutu. Mutta se on kääritty ja asetettu siten, että erikoissolu saa pääsyn tiettyihin geneettisiin tietoihin, jotka sijaitsevat tavanomaisesti kelan pinnalla.
Jos solu suorittaa veren tehtävän, langan ja käämien asettaminen on sama. Ja esimerkiksi maksasoluille, jotka suorittavat täysin erilaisen tehtävän, muotoilu muuttuu. Ja kaikki tämä periytyy useissa solujakoissa.
Toinen hyvin tutkittu epigeneettinen mekanismi, josta puhutaan eniten, on DNA-metylaatio. Kuten sanoin, DNA on pitkä, noin kaksi metriä pitkä polymeerisekvenssi, jossa neljä nukleotidia toistetaan eri yhdistelmissä. Ja niiden eri sekvenssi määrittää geenin, joka voi koodata jonkinlaista proteiinia.
Se on mielekäs fragmentti geneettisestä tekstistä. Ja useiden geenien työstä muodostuu solun toiminta. Voit esimerkiksi ottaa villalangan - siitä karkaa paljon karvoja. Ja juuri näissä paikoissa metyyliryhmät sijaitsevat. Ulkoneva metyyliryhmä ei salli synteesientsyymien kiinnittymistä, ja tämä myös tekee tästä DNA -alueesta vähemmän luettavan.
Otetaanpa lause "et voi armoa toteuttaa". Meillä on kolme sanaa - ja niiden välillä olevien pilkkujen järjestelystä riippuen merkitys muuttuu. Sama koskee geneettistä tekstiä, vain sanojen sijasta - geenejä. Ja yksi tapa ymmärtää niiden merkitys on kääriä ne tietyllä tavalla kelalle tai sijoittaa metyyliryhmät oikeisiin paikkoihin. Jos esimerkiksi "suorita" on silmukoiden sisällä ja "anteeksi" on ulkopuolella, solu voi käyttää vain "armahda" merkitystä.
Ja jos lanka on kierretty eri tavalla ja sana "suorita" on yläreunassa, suoritetaan suoritus. Solu lukee nämä tiedot ja tuhoaa itsensä.
Soluilla on sellaisia itsetuhoamisohjelmia, ja ne ovat erittäin tärkeitä elämälle.
On myös olemassa useita epigeneettisiä mekanismeja, mutta niiden yleinen merkitys on välimerkkien sijoittaminen geneettisen tekstin oikeaan lukemiseen. Toisin sanoen DNA -sekvenssi, itse geneettinen teksti, pysyy samana. Mutta DNA: han ilmestyy muita kemiallisia muutoksia, jotka luovat syntaksimerkin muuttamatta nukleotideja. Jälkimmäisessä on yksinkertaisesti hieman erilainen metyyliryhmä, joka tuloksena olevan geometrian seurauksena tarttuu langan sivulle.
Tämän seurauksena syntyy välimerkki: "Sinua ei voida teloittaa (me stamble, koska täällä on metyyliryhmä) armahtamaan." Joten sama geneettisen tekstin toinen merkitys ilmestyi.
Tärkeintä on tämä. Epigeneettinen perintö on eräänlainen perintö, joka ei liity geneettisen tekstin sekvenssiin.
- Karkeasti sanottuna, onko epigenetiikka genetiikan ylärakenne?
Tämä ei todellakaan ole ylärakenne. Genetiikka on vankka perusta, koska organismin DNA on muuttumaton. Mutta solu ei voi olla olemassa kuin kivi. Elämän on sopeuduttava ympäristöönsä. Siksi epigenetiikka on rajapinta jäykän ja yksiselitteisen geneettisen koodin (genomin) ja ulkoisen ympäristön välillä.
Se mahdollistaa muuttumattoman perinnöllisen genomin sopeutumisen ulkoiseen ympäristöön. Lisäksi jälkimmäinen ei ole vain kehomme ympärillä, vaan myös jokainen naapurisolu toiselle solulle sisällämme.
- Onko luonnossa esimerkkiä epigeneettisestä vaikutuksesta? Miltä se näyttää käytännössä?
On rivi hiiriä - agouti. Niille on ominaista vaalea punertavan vaaleanpunainen turkin väri. Ja myös nämä eläimet ovat hyvin onnettomia: syntymästään lähtien he alkavat sairastua diabetekseen, heillä on lisääntynyt liikalihavuusriski, he kehittävät syövän aikaisin eivätkä elä pitkään. Tämä johtuu siitä, että tietty geneettinen elementti sisällytettiin agouti -geenin alueeseen ja loi tällaisen fenotyypin.
Ja 2000 -luvun alussa amerikkalainen tiedemies Randy Girtl järjesti mielenkiintoisen kokeilun tällä hiirilinjalla. Hän alkoi ruokkia heille kasvisruokia, joissa oli runsaasti metyyliryhmiä, eli foolihappoa ja B -vitamiineja.
Tämän seurauksena tiettyjen vitamiinien runsaalla ruokavaliolla kasvatettujen hiirien jälkeläiset muuttuivat valkoisiksi. Ja heidän painonsa palautui normaaliksi, he lopettivat diabeteksen ja kuolivat varhain syöpään.
Ja mikä oli heidän toipumisensa? Se tosiasia, että agouti -geeni hypermetyloitiin, mikä johti negatiivisen fenotyypin syntymiseen heidän vanhemmissaan. Kävi ilmi, että tämä voidaan korjata muuttamalla ulkoista ympäristöä.
Ja jos tulevia jälkeläisiä tuetaan samalla ruokavaliolla, he pysyvät valkoisina, onnellisina ja terveinä.
Kuten Randy Girtle sanoi, tämä on esimerkki siitä, että geenimme eivät ole kohtalo ja voimme jotenkin hallita niitä. Mutta kuinka paljon, on edelleen suuri kysymys. Varsinkin kun kyse on ihmisestä.
- Onko olemassa esimerkkejä tällaisesta ympäristön epigeneettisestä vaikutuksesta ihmisiin?
Yksi tunnetuimmista esimerkeistä on nälänhätä Alankomaissa vuosina 1944-1945. Nämä olivat fasistisen miehityksen viimeisiä päiviä. Sitten Saksa katkaisi kaikki ruoan toimitusreitit kuukaudeksi, ja kymmeniä tuhansia hollantilaisia kuoli nälkään. Mutta elämä jatkui - jotkut ihmiset syntyivät vielä tuona aikana.
Ja he kaikki kärsivät liikalihavuudesta, heillä oli taipumus lihavuuteen, diabetekseen ja elinajanodotteen lyhenemiseen. Heillä oli hyvin samanlaisia epigeneettisiä muutoksia. Toisin sanoen heidän geeniensä työhön vaikuttivat ulkoiset olosuhteet, nimittäin se, että vanhempien lyhytaikainen nälkä.
- Mitkä muut ulkoiset tekijät voivat vaikuttaa epigenomimme tällä tavalla?
Kyllä, kaikki vaikuttaa: pala leipää tai siivu appelsiinia, savustettu savuke ja viini. Se miten se toimii on toinen juttu.
Hiirillä se on yksinkertaista. Varsinkin kun niiden mutaatiot ovat tiedossa. Ihmisten opiskelu on paljon vaikeampaa, ja tutkimustiedot ovat vähemmän luotettavia. Mutta on vielä joitain korrelaatiotutkimuksia.
Esimerkiksi tutkimuksessa tutkittiin DNA -metylaatiota 40 holokaustin uhrien lapsenlapsessa. Ja tutkijat geneettisessä koodissaan tunnistivat erilaisia alueita, jotka korreloivat stressaavista olosuhteista vastuussa olevien geenien kanssa.
Mutta jälleen kerran, tämä on korrelaatio hyvin pienellä näytteellä, ei kontrolloidulla kokeella, jossa teimme jotain ja saimme tiettyjä tuloksia. Se kuitenkin osoittaa jälleen: kaikki, mitä meille tapahtuu, vaikuttaa meihin.
Ja jos pidät huolta itsestäsi, varsinkin nuorena, voit minimoida ulkoisen ympäristön kielteiset vaikutukset.
Kun keho alkaa haalistua, se pahenee. Vaikka on olemassa yksi julkaisu, jossa sanotaan, että ehkä tässä tapauksessa voimme tehdä asialle jotain.
- Vaikuttaako ihmisen elämäntapojen muutos häneen ja hänen jälkeläisiinsä?
Kyllä, ja tästä on paljon todisteita. Tämä on me kaikki. Se, että meitä on seitsemän miljardia, on todiste. Esimerkiksi ihmisten elinajanodote ja sen määrä ovat nousseet 50% viimeisten 40 vuoden aikana, koska ruoka on tullut edullisemmaksi yleensä. Nämä ovat epigeneettisiä tekijöitä.
- Mainitsitte aiemmin holokaustin ja nälänhädän kielteiset seuraukset Alankomaissa. Ja mikä vaikuttaa positiivisesti epigenomiin? Vakiovinkki on tasapainottaa ruokavaliotasi, lopettaa alkoholi ja niin edelleen? Vai onko jotain muuta?
En tiedä. Mitä ravitsemuksellinen epätasapaino tarkoittaa? Kuka keksi tasapainoisen ruokavalion? Tällä hetkellä negatiivinen rooli epigenetiikassa on liiallinen ravitsemus. Syömme liikaa ja rasvaa. Tässä tapauksessa heitämme 50% ruoasta roskakoriin. Tämä on suuri ongelma. Ja ravitsemuksellinen tasapaino on puhtaasti kaupallinen ominaisuus. Tämä on kaupallinen ankka.
Elämän pidennys, terapia ja ihmiskunnan tulevaisuus
- Voimmeko käyttää epigenetiikkaa ihmisen tulevaisuuden ennustamiseen?
Emme voi puhua tulevaisuudesta, koska emme tiedä myöskään nykyisyyttä. Ja ennustaminen on sama kuin veden päällä veikkaus. Ei edes kahvijauheella.
Jokaisella on oma epigenetiikkansa. Mutta jos puhumme esimerkiksi elinajanodotteesta, on olemassa yleisiä malleja. Korostan - tänään. Koska aluksi ajattelimme, että perinnölliset piirteet haudattiin herneisiin, sitten - kromosomeihin ja lopulta - DNA: han. Kävi ilmi, että loppujen lopuksi ei todellakaan DNA: ssa, vaan pikemminkin kromosomeissa. Ja nyt alamme jopa sanoa, että monisoluisen organismin tasolla, ottaen huomioon epigenetiikka, merkit on jo haudattu herneeseen.
Tietoa päivitetään jatkuvasti.
Nykyään on olemassa sellainen asia kuin epigeneettinen kello. Eli olemme laskeneet ihmisen keskimääräisen biologisen iän. Mutta he tekivät sen meille tänään modernien ihmisten mallin mukaan.
Jos otamme eilisen henkilön - sen, joka asui 100-200 vuotta sitten - hänelle tämä epigeneettinen kello voi osoittautua täysin erilaiseksi. Mutta emme tiedä, mitkä, koska nämä ihmiset eivät ole enää siellä. Tämä ei siis ole universaali asia, emmekä tämän kellon avulla voi laskea, millainen tulevaisuuden henkilö on.
Tällaiset ennustavat asiat ovat mielenkiintoisia, viihdyttäviä ja tietysti tarpeellisia, koska tänään ne antavat työkalun kädessään - vivun, kuten Archimedes. Mutta tukipistettä ei vielä ole. Ja nyt leikataan vivulla vasemmalle ja oikealle yrittäen ymmärtää, mitä kaikkea tästä voidaan oppia.
- Mikä on ihmisen elinajanodote DNA -metylaation mukaan? Ja mitä tämä merkitsee meille?
Meille tämä tarkoittaa vain sitä, että suurin biologinen ikä, jonka luonto on meille tänään antanut, on noin 40 vuotta. Ja todellinen ikä, joka on tuottavaa luonnolle, on vielä pienempi. Miksi niin? Koska kuolema on elämän tärkein asia. Jos organismi ei vapauta tilaa, aluetta ja ruoka -aluetta uudelle geneettiselle muunnokselle, niin ennemmin tai myöhemmin tämä johtaa lajin rappeutumiseen.
Ja me, yhteiskunta, tunkeudumme näihin luonnollisiin mekanismeihin.
Ja kun olemme saaneet tällaiset tiedot nyt, voimme parin sukupolven aikana tehdä uuden tutkimuksen. Ja me varmasti näemme, että biologinen ikämme kasvaa 40: stä 50: een tai jopa 60: een. Koska me itse luomme uusia epigeneettisiä olosuhteita - kuten Randy Girtl teki hiirillä. Turkiksemme on valkaiseva.
Mutta sinun on silti ymmärrettävä, että on olemassa puhtaasti fysiologisia rajoituksia. Solumme ovat täynnä roskia. Ja elämän aikana genomiin kertyy paitsi epigeneettisiä, myös geneettisiä muutoksia, jotka johtavat sairauksien puhkeamiseen iän myötä.
Siksi on korkea aika ottaa käyttöön sellainen tärkeä parametri kuin terveen elämän keskimääräinen pituus. Koska epäterveellinen voi olla pitkä. Joillekin se alkaa aikaisin, mutta lääkkeillä nämä ihmiset voivat elää jopa 80 vuotta.
- Jotkut tupakoitsijat elävät 100 vuotta, ja terveellisiä elämäntapoja harrastavat ihmiset voivat kuolla 30 -vuotiaana tai sairastua vakavasti. Onko tämä vain arpajaisia vai onko kyse vain genetiikasta tai epigenetiikasta?
Olet varmaan kuullut vitsin, että juopot ovat aina onnekkaita. Ne voivat pudota jopa kahdeskymmenennestä kerroksesta eivätkä rikkoutua. Tietenkin tämä voi olla. Mutta opimme tästä tapauksesta vain niiltä juoppoilta, jotka selvisivät. Suurin osa kaatuu. Näin on myös tupakoinnin kanssa.
Itse asiassa on ihmisiä, jotka ovat alttiimpia esimerkiksi diabetekselle sokerin kulutuksen vuoksi. Ystäväni on opettaja 90 vuotta, ja hän syö sokeria lusikoilla, ja hänen verikokeensa ovat normaalit. Mutta päätin luopua makeisista, koska verensokerini alkoi nousta.
Jokainen yksilö on erilainen. Tätä varten tarvitaan genetiikkaa - vankka perusta, joka kestää koko elämän DNA: n muodossa. Ja epigenetiikka, joka mahdollistaa tämän hyvin yksinkertaisen geneettisen perustan sopeutua ympäristöönsä.
Joillekin tämä geneettinen perusta on sellainen, että heidät on alun perin ohjelmoitu olemaan herkempiä jollekin. Toiset ovat vakaampia. On mahdollista, että epigenetiikalla on jotain tekemistä tämän kanssa.
- Voiko epigenetiikka auttaa meitä luomaan lääkkeitä? Esimerkiksi masennuksesta tai alkoholismista?
En oikein ymmärrä miten. Tapahtuma koski satoja tuhansia ihmisiä. He ottivat useita kymmeniä tuhansia ihmisiä, analysoivat ja huomasivat, että sen jälkeen heillä on jollain matemaattisella todennäköisyydellä jotain, mitä heillä ei ole.
Se on vain tilastoja. Tämän päivän tutkimus ei ole mustavalkoinen.
Kyllä, löydämme mielenkiintoisia asioita. Meillä on esimerkiksi kohonneet metyyliryhmät hajallaan koko genomissa. Mitä sitten? Loppujen lopuksi emme puhu hiirestä, jonka ainoa ongelmallinen geeni tiedämme etukäteen.
Siksi emme voi tänään puhua työkalun luomisesta kohdennettuun vaikutukseen epigenetiikkaan. Koska se on jopa monimuotoisempaa kuin genetiikka. Kuitenkin patologisten prosessien, esimerkiksi kasvainprosessien, vaikuttamiseksi tutkitaan parhaillaan useita terapeuttisia lääkkeitä, jotka vaikuttavat epigenetiikkaan.
- Onko olemassa epigeneettisiä saavutuksia, joita käytetään jo käytännössä?
Voimme ottaa kehossolusi, kuten ihon tai veren, ja tehdä siitä zygoottisolun. Ja sieltä saat itsesi. Ja sitten on eläinten kloonaus - loppujen lopuksi tämä on muutos epigenetiikassa muuttumattomalla genetiikalla.
- Mitä neuvoja voit antaa Lifehackerin lukijoille epigeneettisenä?
Elä iloksi. Syöt vain vihanneksia - syö vain niitä. Jos haluat lihaa, syö se. Pääasia on, että se rauhoittaa ja antaa toivoa, että teet kaiken oikein. Sinun täytyy elää sopusoinnussa itsesi kanssa. Ja tämä tarkoittaa, että sinulla on oltava oma yksilöllinen epigeneettinen maailma ja hallittava sitä hyvin.
Lue myös🧐
- "Voin poistaa kuumia kattiloita liesiltä, ja talvella käteni eivät jäädy": haastattelu kyborgin Konstantin Deblikovin kanssa
- "Jokaisella meistä on noin sata rikkoutunutta geeniä": haastattelu bioinformaatikko Mikhail Gelfandin kanssa
- ”Olimme erityisiä kauan ennen apinanlaskua”: Haastattelu neurotieteilijä Nikolai Kukushkinin kanssa
- "Älä pelkää ruokaa": haastattelu allergologi-immunologi Olga Zhogolevan kanssa
Tutkijat ovat nimenneet koronaviruksen delta -kannan tunnusomaiset oireet. Ne eroavat tavallisesta COVID-19-taudista
Arvovaltainen tieteellinen lehti Nature kirjoitti Sputnik V: n turvallisuudesta ja tehokkuudesta.
Tutkijat ovat osoittaneet prototyypin suojamaskista, jolla voidaan testata koronavirusta