Книга: Супергены. На что способна твоя ДНК?

Научное объяснение изменений

На сегодняшний день связь физической активности с эпигенетикой – вопрос настолько новый, что исследований по нему крайне мало, но это не повод не считать их огромным вкладом в генетику. Теперь мы знаем, что всеобъемлющий подход к изменению образа жизни – не просто чье-то личное предпочтение, это насущная необходимость для каждого человека. Потому что в сотнях, а иногда даже тысячах случаев генная активность меняется вместе с образом жизни и принятыми решениями, а потому нельзя изменить только уровень физической активности, не затронув при этом питание или умение справляться со стрессом. У этих перемен множество последствий.

Например, снижаются риски для здоровья, вызванные сидячим образом жизни. Если бы вы спросили врача-терапевта, чем опасно отсутствие в жизни физической активности, он скорее всего сказал бы вам лишь об атрофии мышц – исчезновении мышечной ткани при неиспользовании мышц. А теперь мы понимаем, что от малоподвижного образа жизни происходит целый ряд проблем, связанных с сознанием и телом, в том числе и многочисленные сердечно-сосудистые заболевания, тревожность, депрессия, гипертония и диабет. Милая картинка пухленькой бабушки в кресле-качалке уже стала символом ухудшающегося самочувствия и плохого здоровья.

Все эти пагубные эффекты можно отследить по статистике относительно всех групп населения, но когда-нибудь эпигенетика сможет просчитать и персональные риски для каждого. Общеизвестно, что отсутствие физической активности ведет к ожирению, поскольку калории, которые вы не расходуете, откладываются в виде жира. Но, как мы уже убедились, старое утверждение «сколько калорий вошло, столько же должно выйти» не вполне верно.

В Лундском университете, Швеция, провели исследование с целью выяснить влияние физической активности на эпигенетические генные изменения в жировых клетках. Исследователи обнаружили, что физическая активность вела к эпигенетическим изменениям в генной активности (посредством меток метилирования), которая влияет на жировые отложения в организме. Они рассмотрели геном жировых клеток у 23 здоровых людей в возрасте 35 лет до и после посещения занятий по аэробике в течение полугода приблизительно дважды в неделю и обнаружили, что физическая нагрузка привела к 7000 изменений, многие из которых оказывали влияние на метилирование ДНК по всему геному жировых клеток и изменяли генную активность в сторону улучшения метаболизма жиров.

Метильные группы у метилированных генов могут исчезать при должном воздействии гистонов, работа которых тесно связана с ДНК при эпигенетических модификациях, когда на ней либо остается эпигенетическая метка, либо она пропадает, то есть, по сути, переключение гена становится либо доступным, либо недоступным. При физической активности меняются структуры метилирования: активность некоторых генов прекращается за счет метильных меток, а у некоторых – запускается за счет деметилирования. Это комплексные изменения, но, по сути, прекращается (или ослабевает) активность генов, которая вызывает воспаление, тогда как активность генов, которая подавляет воспаление, запускается (или усиливается). Существует всесторонняя связь с тем же процессом, который обусловлен питанием. Вне всякого сомнения, растущее количество доказательств изменений во всех аспектах образа жизни окажется важным для всей системы «разум – тело».

Снижение веса – обычная цель при занятиях физическими упражнениями. Однако расход калорий при занятиях спортом не так велик, как считают люди. Хоть сколько-нибудь энергичная ходьба сжигает 280 калорий в час, и это количество возрастает до 350, если вы совершаете длительные пешие прогулки, ухаживаете за садом, танцуете или занимаетесь силовыми тренировками. Езда на велосипеде (со скоростью ниже 16 км/ч) сжигает немного больше, чем пешая ходьба, – 290 калорий в час. При интенсивной физической нагрузке – беге, плавании, аэробике – расход энергии возрастает до 475–550 калорий в час. Но даже оживленный бейсбольный матч сожжет только 440 калорий в час. При том, что средних размеров черничный кекс содержит 425 калорий, это сильный аргумент в пользу того, что одними физическими упражнениями лишний вес не согнать.

Если применить комплексный подход, когда вы физически активны, с вами происходит столько изменений, что количество калорий теряет свою важность. В ходе одного исследования людей с лишним весом разделили на три группы. Первая пробежала 2 километра быстро, вторая – трусцой, а третья прошла то же расстояние. К концу эксперимента больше всего веса потеряла группа, которая ходила. Одна из причин кроется в метаболизме. Как только вы вспотеете, ваш организм переходит от аэробного метаболизма, который сжигает калории, к анаэробному, который не сжигает. Так что примеры достижения лучших результатов при меньших затраченных усилиях тоже существуют. Поддержание даже легкой, но постоянной активности может оказаться ключевым. Но эту радостную новость омрачает то обстоятельство, что физическая активность – это работа, следовательно, она заставляет вас проголодаться. Более интенсивные упражнения помогают нарастить мышечную массу, а мышцы тяжелее жира. Мы рассмотрели эти переменные и продолжаем придерживаться принципа, что сначала стоит принять несколько легких решений, а затем продолжать и не останавливаться.

Об эпигенетическом воздействии попыток снижения веса известно мало. С одной стороны, выяснилось, что ожирение у взрослых берет начало в детском и подростковом возрасте и продолжается в последующие годы. Метилирование может запечатлеть вредные привычки и переедание в генной активности человека. Также существует вопрос, в какой степени эпигенетическое влияние передается от страдающих ожирением родителей к их детям. Мы приводили данные о голоде в Голландии в период Второй мировой войны, но это результат опыта экстремального голодания, которое привело к генетическим изменениям, обусловившим высокий риск ожирения у детей в зависимости от того, в голодный или сытый период их вынашивали матери. Совсем другое дело – выявить эпигенетические метки, которые помогают запустить этот механизм, если родители с ожирением могут легко передать по наследству нарушения пищевого поведения, а также эпигенетические метки их собственного опыта до и во время беременности.

Такими же важными могут оказаться результаты исследования, проведенного в Испании, в ходе которого 204 подростка с ожирением или лишним весом на протяжении 10 недель жили в режиме, который способствовал потере веса. Хорошо известно, что ожирение в подростковом возрасте в дальнейшем ведет к повышению риска развития целого ряда заболеваний, а не только ожирения. Программа исследования была разносторонней. Подросткам определили индивидуальную диету и программу физических упражнений. Каждую неделю они посещали собрания, на которых им рассказывали о пользе правильного питания и физических упражнений и оказывали психологическую поддержку.

Через 10 недель исследователи отобрали из участников тех, для кого программа оказалась наиболее и наименее эффективной, в зависимости от результата измерения ИМТ (индекс массы тела, который рассчитывается по процентному содержанию жира в организме) и степени потери веса. При исследовании эпигенома обнаружились четкие взаимосвязи. У наиболее и наименее успешно прошедших программу наблюдалась разница метилирования на 97 различных участках всей их ДНК. На посвященном эпигенетике сайте EpiBeat исследователи сообщили, что нашли связь этого процесса с воспалением. «Задействованные гены принадлежат к сетям, которые имеют отношение к раку, воспалительной реакции, клеточному циклу, миграции иммунных клеток, а также развитию и работе гематологической системы».

На пяти участках изменения отличались настолько, что, просто изучив метки метилирования, можно было предсказать, на кого программа подействует наиболее эффективно, а на кого наименее. Чем эффективнее действовала программа на участника исследования, тем сильнее были изменения в его ДНК. Это открывает две возможности. Во-первых, создание эпигенетических профилей может дать нам возможность прогнозировать, кому будет легче избавиться от лишнего веса, а кому сложнее. Во-вторых, мы сможем точно определить, активность каких именно генов усиливает физическая активность.

Установление более точной связи с генами решает только одну часть проблемы. Раньше считалось, что метилирование происходит в матке, и его действие длится всю жизнь. Теперь мы осознаем то, что эпигенетические изменения динамичны, постоянны и часто происходят очень быстро, иногда даже в пределах 24 часов. Химические соединения под названием деметилазы, которые могут убирать метильные метки, связаны с геном FTO (который отвечает за массу жира и транскрипт ожирения). Варианты именно этого гена больше всего связаны с риском ожирения, чем любых других генов. Как сообщают исследователи в области эпигенетики из Алабамского университета в Бирмингеме, считается, что инструкции, зашифрованные в гене FTO, создают белок, который действует как деметилаза. Этот белок может прекращать или запускать активность генов, ответственных за развитие ожирения, но точный механизм этого процесса пока не известен, а также неизвестно, почему ген FTO связан с ожирением. Но самое главное открытие заключается в том, что регулярная физическая активность «значительно устраняет повышенный риск ожирения, связанный с вариантами гена FTO. Гены больше ни для кого не приговор», – сказала руководитель исследовательской группы Молли Брэй.

Что касается микробиомы, ее связь с физической активностью изучена мало. Однако группа исследователей из Ирландского национального университета в Корке сделала одно любопытное открытие, когда они сравнили данные 40 профессиональных игроков в регби с контрольной группой из здоровых взрослых мужчин. Спортсмены во время подготовки к игровому сезону жили в тренировочном лагере, это была контролируемая среда, в которой они ели и тренировались вместе. Исследователи проверили их кровь на показатели воспаления, которые также отвечали за иммунитет и обмен веществ.

Оказалось, что микробиома у спортсменов была намного более разнообразной. Их показатели по воспалению, иммунному ответу организма и обмену веществ также были лучше, чем у контрольной группы. Хотя некоторых улучшений они могли достичь за счет питания, это исследование все равно важно для понимания, пусть даже и весьма общего, того, как кишечные бактерии реагируют на физическую активность.

Учитывая данные современной науки, мы считаем, что наилучшим практическим подходом будет полагаться на деметилирование, которое можно запустить через позитивные перемены в образе жизни, другими словами, делать то, что вам по силам, чтобы регулировать активность полезных генов и сосредоточиться на снижении показателей воспаления. В настоящее время не существует способа вызвать только изменения веса, но это не главное для людей, у которых лишний вес незначителен. Общая программа, которую мы рекомендуем, – лучшее лекарство, которое только можно было изобрести, и его подкрепляют основательные научные данные.