Я — не моя ДНК. Генетика предполагает, эпигенетика располагает

Эпигенетика — термин с историей

Эпигенетические изменения не перестают удивлять ученых в последние десятилетия, но сейчас мы приближаемся к более научному, более рациональному определению эпигенетики, причем некоторые из вопросов, которые выдвигает современная наука, например что именно управляет формированием эмбриона после слияния яйцеклетки и сперматозоида, уже были заданы биологами XIX века. Они, сами о том не подозревая (поскольку термин «эпигенетика» не появится до второй половины XX века), заложили основу этой дисциплины.

Хотя эпигенетика не существовала (или ее так не называли), действительно было слово «эпигенез», которое впервые использовал в 1850 году ученый Каспар Фридрих Вольф, берлинец, родившийся в 1733 году и почитаемый сегодня как отец современной эмбриологии. Он получил докторскую степень в Университете в Галле за работу «Theoria Generations», которую написал в 25 лет и опубликовал в 1759 году. В этой работе Вольф восстанавливает теорию эпигенеза, ранее выдвинутую Аристотелем и Уильямом Гарвеем, в которой утверждается, что любая особь развивается из зиготы, или оплодотворенной яйцеклетки. Вольф, основываясь на очень точных наблюдениях и научных исследованиях, пришел к выводу о том, что у эмбриона разные органы развиваются из однородной недифференцированной массы благодаря некоей организующей существенной (эссенциальной) силе. Сегодня это утверждение кажется нам очевидным, но в свое время оно произвело фурор, так как восставало против теории преформации, безраздельно царившей в физиологии того времени. Согласно этой теории, организмы уже преформированы в семени. Это, чтобы вы понимали, то же самое, что утверждать, что каждое живое существо развивается из точной миниатюры взрослой особи, заложенной в сперме. Так, согласно преформациони-стам, развитие эмбриона представляет собой не что иное, как увеличение в размере уже существующих и сформированных органов, вызванное накоплением питательных элементов.

Новатор Вольф, наоборот, говорил не о маловероятной идее «разрастания», а о существовании процесса, при котором загадочные силы природы допускают формирование структур de novo из бесструктурных масс, делая слияние яйцеклетки и сперматозоида возможным. И эта магия, обозначим это таким образом, эта «существенная сила», как он ее назвал, была нечем иным, как эпигенезом.

С точки зрения современной науки (ни много ни мало два с половиной века спустя!), хотя Вольф и не осмелился предположить, какие именно силы отвечают за организацию материи, которая позволяет зиготе создавать организм, можно сказать, что отчасти его теория уже тогда признавала процессы перепрограммирования и контролируемой регуляции генетической экспрессии.

Однако термин «эпигенетика» сам по себе появился только в 1942 году, когда Конрад Уоддингтон, профессор Эдинбургского университета, предложил его для определения соотношения между генотипом и фенотипом. Уоддингтон родился в 1905 году и провел первые годы жизни в Индии, учился в Кембридже, где окончил отделение палеонтологии и геологии, но вскоре его привлекла генетика, причем до такой степени, что он стал блестящим эмбриологом, генетиком, биологом и даже философом. Благодаря своим исследованиям и достижениям он сформулировал многие концепции генетической канализированности (также используются термины «автономность», «авторегуляция»), генетической ассимиляции и эпигенетического ландшафта, с помощью которых сделал предположение о противопоставлении процессов, которыми занимается генетика, то есть наследования, и механизмов, которыми занимается эпигенетика, по которым генотип становится основой для фенотипа.

Хотя в тот момент Уоддингтон не мог предложить никакие модели механизмов и работы эпигенетических процессов, его определение и особенно принятие существования двух разных типов развития, задействованных в наследовании, сделали его прародителем эпигенетики и принесли ему признание и награды. Его вклад был настолько значителен, что позволил ему открыть первую эпигенетическую лабораторию в 1950 году.

Определение Уоддингтона оставалось нетронутым в течение десятков лет, пока в 1987 году его не переформулировал молекулярный биолог Робин Холлидей — один из первых ученых, который использовал молекулярную биологию в изучении процессов старения. Свое детство он провел, переезжая с места на место со своей семьей, затем поступил в Кембридж, а в 1953 году, когда будущий ученый учился на последнем курсе, была расшифрована структура двойной спирали ДНК. В 1954 году, за год до окончания университета, после участия в конференции, посвященной этому открытию, он решил, что хочет посвятить все свои силы генетическим исследованиям. Он добился выдающихся результатов, и его исследования и открытия дали толчок невероятному прогрессу в этой области. В 1964 году он, например, предложил модель рекомбинации, то есть обмена генетической информацией между молекулами ДНК, которая был назван в его честь — «структура Холлидея». Речь идет о чрезвычайно важной модели, поскольку она предлагает объяснение тому, как две гомологичные молекулы ДНК могут скрещиваться и обмениваться генетическим материалом.

Десять лет спустя, в 1975 году, Холлидей смог доказать, что метилирование ДНК влечет за собой сайленсинг генов у млекопитающих. До самой своей смерти в 2014 году он не переставал работать и заниматься исследованиями. Однако, по нашему мнению, самое выдающееся его достижение заключалось в том, что он дал ясное описание того, что такое эпигенетика и чем она отличается от генетики. Он сделал это самым точным образом, после его объяснения никакие слова больше не нужны:

Свойства генов высших организмов могут изучаться на двух уровнях: первый — механизм их наследственной передачи, который является основным компонентом генетики и хорошо изучен, и второй — механизм их деятельности в процессе развития организма, от оплодотворенного яйца до взрослой особи, который до сих пор не до конца понятен. Изменения в генной активности в процессе развития известны как эпигенетические. […].