Знакомьтесь, ваши гены

Генетика изучает гены, генетические вариации и их наследование. Ген – это участок ДНК, который наследуется ребенком от его родителей. ДНК состоит из молекул, расположенных в виде двойной спирали, форма которой похожа на винтовую лестницу. Каждая ступень этой лестницы состоит из пары оснований. Основание представляет собой соединение двух из четырех возможных химических соединений: аденин (A), тимин (T), цитозин (C) и гуанин (G). Их иногда называют генетическим алфавитом. Конкретная последовательность четырех оснований (например, ATCGTT против ATCGCT) на каждой «ступени» передает клетке генетическую программу, инструкции или, если хотите, рецепт по созданию белков, необходимых организму для функционирования. Эти белки могут стать ферментами, антителами, гормонами и т. д. Процесс преобразования генетической информации (рецепта) из кода ДНК в белки – технический процесс, известный как экспрессия генов. Просто потому, что конкретный ген кодируется в ДНК, связанный с ним признак или белок не обязательно будет экспрессироваться (создаваться). Рецепт, может быть, и записан в книге, но нужен повар, чтобы приготовить блюдо.

Видимые внешние признаки, такие как цвет кожи и волос, называют фенотипом (от греческого phainein, что означает «показывать», и typos, что означает «образец»). Он является результатом взаимодействия между нашими генами и окружающей средой. Например, после того как люди мигрировали севернее экватора, цвет их кожи стал светлее. Это позволило человеку поглощать больше витамина D. Процесс адаптации нашего организма к новой среде занял тысячи лет. Но сегодня из-за ежедневного воздействия огромного количества новых внешних и внутренних факторов наша ДНК не успевает адаптироваться. Для наших генов это то же самое, что внезапно переселиться на Луну. Множество внешних факторов, которые мы обсуждаем в этой книге, могут повредить ДНК. Это, в свою очередь, может привести к мутациям. Мутация – это стойкое изменение последовательности ДНК, обусловленное либо удалением, либо заменой части кода. Представьте, что в рецепте ошибка: вместо чайной ложки записана столовая. Из-за этой описки портится вкус блюда, в нашем случае – образуется онкоген.

Существует два типа генетических мутаций: герминальные и соматические. Герминальные, или наследственные, мутации передаются от одного из родителей и на протяжении всей жизни человека присутствуют в каждой клетке его организма. Соматические мутации – это изменения в ДНК, которые происходят после рождения. Соматические мутации могут, но не всегда становятся причиной рака. Они обусловлены многочисленными факторами: диетой, наличием стресса, качеством сна, количеством физической активности, воздействием канцерогенов, например сигаретного дыма или пестицидов, вирусами, дефицитом питательных веществ, ошибками при репликации ДНК или делении клетки и многим другим. При каждом делении клетки есть определенная вероятность возникновения мутации. Клетки, которые делятся чаще, подвергаются большему воздействию токсинов, провоцирующих мутагенез. Следовательно, риск появления мутаций в них резко возрастает. На протяжении жизни человека в среднем происходит более десяти миллионов миллиардов делений клеток. Страшно даже подумать, но соматические мутации появляются постоянно, тысячи раз в день. Иногда они могут так изменить генетическую программу, что здоровая клетка становится раковой. Лишь благодаря встроенному механизму восстановления ДНК опухолевые процессы не происходят в нашем организме каждый день. Для этого предусмотрены системы проверок и корректировки. Они называются системами контроля целостности генома. Их задача – обеспечивать сайленсинг, то есть подавление экспрессии онкогенов. Почти все раковые клетки имеют дефекты в этих системах. Именно это позволяет им выживать и размножаться лучше, чем другим клеткам.

Один из генов, который отвечает за контроль клеток, называется TP53. В здоровом состоянии он останавливает рост и деление нежелательных клеток. Когда TP53 мутирует, клетка перестает получать указание о том, что нужно прекратить расти, и вместо этого начинает бесконтрольно размножаться, что является одним из отличительных признаков раковых клеток. Более того, мутантный TP53 также повреждает клеточный метаболизм, заставляя клетку использовать для выживания путь ферментации (с брожением на последнем этапе). В момент замены дыхания брожением происходит переход от нерегулируемого роста клеток к раку.

Два самых известных гена, которые связывают с образованием рака – BRCA1 и BRCA2, – играют центральную роль в восстановлении ДНК и функционировании митохондрий. Когда BRCA1 или BRCA2 перестают корректно работать, комплексная система восстановления ДНК не может сформироваться. Если в клетке отсутствует BRCA1 или BRCA2, они становятся гиперчувствительными к повреждающим агентам (например, самым разным химическим канцерогенам, содержащимся в наших продуктах питания и средствах личной гигиены, которые мы обсудим в главе 5, в разделе «Более глубокий взгляд на канцерогены»). К счастью, многие компоненты пищи участвуют в восстановлении ДНК и митохондрий. Но сначала давайте рассмотрим другой тип генной мутации, который, наряду с уже описанными наследственными и соматическими мутациями, также изменяет функционирование генов. Однонуклеотидный полиморфизм, также известный как SNPs (произносится как «снип»), – тип генетической вариации, который передается от родителя к ребенку. Анализ SNPs человека становится критически важным элементом в персонализированной медицине. Именно он в течение многих лет был ключевым элементом нашей частной практики и имел решающее значение в терапии многих случаев рака 4 стадии, которыми занималась доктор Наша.