Мабуть, найємніше і в той же час точне визначення епігенетики належить видатному англійському біологу, нобелівському лауреату Пітеру Медавару: «Генетика передбачає, а епігенетика має в своєму розпорядженні».
Чи знаєте ви, що наші клітини володіють пам'яттю? Вони пам'ятають не тільки те, що ви зазвичай їдите на сніданок, але і чим харчувалися під час вагітності ваша мама і бабуся. Ваші клітини добре пам'ятають, чи займаєтеся ви спортом і як часто вживаєте алкоголь. Пам'ять клітин зберігає в собі ваші зустрічі з вірусами і те, наскільки сильно вас любили в дитинстві. Клітинна пам'ять вирішує, чи будете ви схильні до ожиріння і депресій. Багато в чому завдяки клітинній пам'яті ми не схожі на шимпанзе, хоча маємо з ним приблизно однаковий склад геному. І цю дивовижну особливість наших клітин допомогла зрозуміти наука епігенетика.
Епігенетика - досить молодий напрямок сучасної науки, і поки вона не так широко відома, як її «рідна сестра» генетика. У перекладі з грецького привід «епі-» означає «над», «вище», «поверх». Якщо генетика вивчає процеси, які ведуть до змін в наших генах, в ДНК, то епігенетика досліджує зміни активності генів, при яких структура ДНК залишається колишньою. Можна уявити, ніби якийсь «командир» у відповідь на зовнішні стимули, такі як харчування, емоційні стреси, фізичні навантаження, віддає накази нашим генам посилити або, навпаки, послабити їх активність.
Багаторічна епігенетика
Епігенетичні процеси реалізуються на декількох рівнях. Метилювання діє на рівні окремих нуклеотидів. Наступний рівень - це модифікація гістонів, білків, що беруть участь в упаковці ниток ДНК. Від цієї упаковки також залежать процеси транскрипції і реплікації ДНК. Окрема наукова гілка - РНК-епігенетика - вивчає епігенетичні процеси, пов'язані з РНК, у тому числі метилювання інформаційної РНК.
Керування мутацією
Розвиток епігенетики як окремого напрямку молекулярної біології почався в 1940-х. Тоді англійський генетик Конрад Уоддінгтон сформулював концепцію «епігенетичного ландшафту», що пояснює процес формування організму. Довгий час вважалося, що епігенетичні перетворення характерні лише для початкового етапу розвитку організму і не спостерігаються в дорослому віці. Однак в останні роки була отримана ціла серія експериментальних доказів, які справили в біології та генетиці ефект бомби, що розірвалася.
Переворот у генетичному світогляді стався наприкінці минулого століття. Відразу в декількох лабораторіях було отримано ряд експериментальних даних, які змусили генетиків сильно задуматися. Так, у 1998 році швейцарські дослідники під керівництвом Ренато Паро з Університету Базеля проводили експерименти з мухами дрозофілами, у яких внаслідок мутацій був жовтий колір очей. Виявилося, що під впливом підвищення температури у мутантних дрозофіл народжувалося потомство не з жовтими, а з червоними (як в нормі) очима. У них активувався один хромосомний елемент, який і міняв колір очей.
На подив дослідників, червоний колір очей зберігався у нащадків цих мух ще протягом чотирьох поколінь, хоча вони вже не піддавалися тепловому впливу. Тобто відбулося успадкування набутих ознак. Вчені були змушені зробити сенсаційний висновок: викликані стресом епігенетичні зміни, що не торкнулися сам геном, можуть закріплюватися і передаватися наступним поколінням.
Але, може, таке буває тільки у дрозофіл? Не тільки. Пізніше з'ясувалося, що у людей вплив епігенетичних механізмів теж відіграє дуже велику роль. Наприклад, була виявлена закономірність, що схильність дорослих людей до діабету 2-го типу може багато в чому залежати від місяця їх народження. І це при тому, що між впливом певних факторів, пов'язаних з часом року, і виникненням самого захворювання проходить 50 − 60 років. Це наочний приклад так званого епігенетичного програмування.
Що може пов "язувати схильність до діабету та дату народження? Новозеландським вченим Пітеру Глюкману і Марку Хансону вдалося сформулювати логічне пояснення цього парадоксу. Вони запропонували «гіпотезу невідповідності» (mismatch hypothesis), згідно з якою в організмі, що розвивається, може відбуватися «прогностична» адаптація до умов проживання, що очікуються після народження. Якщо прогноз підтверджується, це збільшує шанси організму на виживання в світі, де йому належить жити. Якщо ні - адаптація стає дезадаптацією, тобто хворобою.
Наприклад, якщо під час внутрішньоутробного розвитку плід отримує недостатню кількість їжі, в ньому відбуваються метаболічні перебудови, спрямовані на запасання харчових ресурсів впрок, «на чорний день». Якщо після народження їжі дійсно мало, це допомагає організму вижити. Якщо ж світ, в який потрапляє людина після народження, виявляється більш благополучним, ніж прогнозувалося, такий «запасливий» характер метаболізму може призвести до ожиріння і діабету 2-го типу на пізніх етапах життя.
Досліди, проведені 2003 року американськими вченими з Дюкського університету Ренді Джиртлом і Робертом Вотерлендом, вже стали хрестоматійними. Кількома роками раніше Джиртлу вдалося вбудувати штучний ген звичайним мишам, через що ті народжувалися жовтими, товстими і болючими. Створивши таких мишей, Джиртл з колегами вирішили перевірити: чи не можна, не видаляючи дефектний ген, зробити їх нормальними? Виявилося, що можна: вони додали в корм вагітним мишам агуті (так стали називати жовтих мишачих «монстрів») фолієву кислоту, вітамін В12, холін і метіонін, і в результаті цього з'явилося нормальне потомство. Харчові фактори виявилися здатними нейтралізувати мутації в генах. Причому вплив дієти зберігався і в декількох наступних поколіннях: дитинчата мишей агуті, які народилися нормальними завдяки харчовим добавкам, самі народжували нормальних мишей, хоча харчування у них було вже звичайне.