Факторы окружающей среды, которые могут влиять на экспрессию генов (и, вероятно, эволюцию и физиологию), очень разнообразны. Сюда относятся как экологические особенности (температура или количество света), так и факторы стресса, и стиль питания (например, низкокалорийная или белковая диета). Множество химических веществ в окружающей среде, от фитохимических веществ (биологически активных соединений в растениях) до синтетических токсинов, также могут влиять на наши индивидуальные особенности и здоровье. Будущие исследования обязательно помогут нам изучить все этапы, от экологических сигналов до наследуемых изменений в структуре хроматина и экспрессии ДНК. Мы также знаем, что факторы окружающей среды могут влиять на эпигенетические метки у детей и развивающихся в матке эмбрионов. Моя работа была посвящена именно влиянию химических веществ, разрушающих эндокринную систему, на растущий организм, клеточное программирование которого может навсегда измениться под влиянием эпигенетических факторов.

Вы знали, что особенности развития в первые месяцы жизни могут влиять на появление хронических заболеваний в зрелом возрасте? Одним из первых это обнаружил англичанин Дэвид Баркер. В 1979 году он стал профессором клинической эпидемиологии в Университете Саутгемптона. Изучая записи регистрации рождения и смерти в Великобритании, он отметил, что недоношенные младенцы, родившиеся с низкой массой тела, в будущем чаще умирали от ишемической болезни сердца. Он выдвинул гипотезу внутриутробного происхождения болезней, известную как «гипотеза Баркера». Ее суть в том, что питание и рост в первые месяцы жизни во многом определяют предрасположенность человека к развитию нарушений обмена веществ и сердечно-сосудистой системы. Если мать была истощена во время беременности, плод приспосабливался к скудной питательной среде и родившийся ребенок был более подвержен хроническим заболеваниям, таким как диабет, высокое кровяное давление, порок сердца или ожирение. Своими наблюдениями профессор Баркер поделился в статье, опубликованной в 1989 году в журнале Lancet. Оказывается, среди 5654 мужчин из британского Хартфордшира чаще всего от заболеваний сердца умирали те, кто родился с недостаточным весом или не мог набрать нормальный вес в течение года[78]. Дэвид Баркер был не первым ученым, искавшим корни взрослых болезней в раннем детстве. Первоначально эту гипотезу сформулировал в 1977 году норвежец Андерс Форсдал. Он работал общественным врачом в бедном районе и наблюдал немало случаев сердечно-сосудистых заболеваний среди бедняков. Доктор Форсдал сделал вывод, что условия жизни матери во время беременности и первые годы жизни ребенка сильно влияют на риск возникновения хронических заболеваний в будущем[32].

Дэвиду Баркеру часто приписывают создание теории внутриутробного программирования, но он лишь развил гипотезу Форсдала (и цитировал его в своей знаменитой статье). В одном из последних публичных выступлений он заявил: «Следующие поколения не должны страдать от пороков сердца или остеопороза. Эти заболевания не предусмотрены геномом человека, их практически не существовало 100 лет назад. При желании мы могли бы их предотвратить». У профессора Баркера были критики и оппоненты, и все же его работа вдохновила других ученых на исследование эмбрионального происхождения болезней у взрослых. Питер Глюкман из Оклендского университета и Марк Хансон из Университета Саутгемптона показали, насколько важен период развития для будущего здоровья человека. Они положили начало новой области медицинских исследований под названием «Зависимость здоровья и болезней от первых этапов развития, или Парадигма DOHaD». В 2006 году они написали книгу «Несоответствие», раскрыв секрет возникновения так называемых болезней цивилизации[33].

Что же такое болезни цивилизации и почему предрасположенность к ним закладывается еще в утробе матери и в первые месяцы жизни? Сюда относятся все хронические недуги, которые я уже упоминал: сердечно-сосудистые и легочные заболевания, включая астму, неврологические отклонения, в том числе СДВГ, аутизм и нейродегенеративные заболевания, например старческое слабоумие, иммунные и аутоиммунные состояния, болезни эндокринной системы, нарушения репродуктивной функции, рак, ну и, конечно же, нарушения обмена веществ, включая ожирение и диабет. Еще один важный факт. Программирование развития этих отклонений почти полностью эпигенетическое, поскольку последовательность ДНК не меняется. Проще говоря, предрасположенность к заболеваниям появляется из-за эпигенетических изменений. В период внутриутробного развития и сразу после рождения организм программируется на всю оставшуюся жизнь.

Онтогенез – это уникальный процесс. С одной стороны, развитие сложных организмов обычно происходит очень гладко, как это ни удивительно. У нас есть что-то вроде встроенных функций дублирования и резервного копирования на случай ошибки, которая могла бы привести к серьезным патологиям. Известный немецкий эмбриолог и лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине Ханс Шпеман как-то сказал, что развитие всегда носит пояс и подтяжки, чтобы его метафорические штаны не спадали. У наших клеток есть сложные механизмы восстановления ДНК, а также программа самоуничтожения, если будет обнаружено слишком много мутаций (этот процесс называется апоптозом). Здесь важно упомянуть о так называемых критических периодах уязвимости, когда даже небольшие изменения могут иметь серьезные последствия. Возьмем, к примеру, эмбрион лягушки. Если наклонить его в один из таких критических периодов – прямо перед тем, как оплодотворенное яйцо разделится на две клетки, – вы получите зародыш с двумя идеальными головами. Сделайте то же самое через тридцать минут, и эмбрионы останутся полностью нормальными. Любые воздействия в эти периоды могут привести к серьезным врожденным дефектам. Например, если женщины принимали талидомид от утренней тошноты в первый месяц беременности (на двадцатый – тридцать шестой день после оплодотворения), 80 % младенцев рождались с серьезными дефектами конечностей. Однако если будущие мамы принимали это лекарство после окончания критического периода, у детей таких врожденных дефектов не появлялось[34].

Определенные воздействия в период раннего развития приводят и к более незаметным изменениям. В этом случае неблагоприятные последствия для здоровья и повышенный риск возникновения заболеваний могут не наблюдаться в течение нескольких лет. Например, рацион будущей мамы, курение или воздействие химических веществ могут иметь необратимые последствия для ее детей. Замедленное развитие плода – одно из последствий воздействия никотина – тесно связано с такими хроническими заболеваниями, как порок сердца, диабет и ожирение. Помните рекомендации, которые врачи дают беременным женщинам? Они неспроста просят их отказаться от некоторых лекарств, принимать витамины, содержащие фолат, не курить и не употреблять алкоголь. Воздействие вредных веществ на плод может иметь разрушительные и необратимые последствия.