На протяжении десятилетий считалось, что гены – это неизменные наследственные составляющие нашего организма, вместе с тем эволюция все-таки происходит. Не изменяя саму последовательность нуклеотидов в ДНК , ряд факторов влияют на активность и экспрессию генов. Эти механизмы влияния и изменения их активности играют ключевую роль в развитии организма, его адаптации к условиям окружающей среды, в возникновении и профилактике различных заболеваний. Они являются предметом изучения этой относительно новой науки эпигенетики, основные положения которой и будут рассмотрены в настоящем сообщении.

В каждой клетке нашего организма содержатся хромосомы. Каждая из них состоит из нитей ДНК, содержащих сотни соединённых между собой генов. На протяжении десятилетий считалось, что гены – это неизменные наследственные составляющие нашего организма, определяющие все – от внешности до предрасположенности к болезням. Действительно гены в организме относительно стабильны, но не абсолютно неизменны. Последовательность ДНК (геном) в большинстве клеток остается постоянной на протяжении жизни.

И тем не менее изменения могут происходить. Это так называемые соматические рекомбинации – процесс перестройки участков ДНК. Он прежде всего важен для иммунной системы, где в Т- и В-лимфоцитах происходит рекомбинация генов иммуноглобулинов и Т-клеточных рецепторов, в результате чего образуются миллионы новых антител и рецепторов, способных распознавать огромное количество патогенов.

Изменения – мутации могут происходить также из-за ошибок репликации, воздействия радиации, химических веществ, вирусов. Они могут быть нейтральными, вредными и в редких случаях, благоприятными.

Эпигенетические модификации –это обратимые химические изменения клеточной ДНК и гистонов, которые не изменяя саму последовательность нуклеотидов в ДНК , влияют на активность и экспрессию генов [1].Гисто́ны (от греч. ἱστός «ткань») – это белки которые принимают участие в упаковке нитей ДНК и в регуляции таких процессов в ядре клетки, как транскрипция, репликация и репарация. Эти механизмы модификаций, их влияния на экспрессию генов и являются предметом изучения эпигенетики,

Экспрессия генов – это изменение не структур самих генов, а их активности, когда ген «включается» и начинает работать, создавая РНК и белки. Процесс идет в два этапа: Транскрипция – с ДНК снимается копия в виде молекулы РНК. Трансляция – РНК используется как инструкция для создания белка. Экспрессия генов определяет, какие белки и в каком количестве они вырабатываются. Активность гена сопоставима с лампочкой, которая может быть включена и выключена. Если ген активен, то идет его экспрессия. Уровень этой экспрессии, как яркость света, может быть разным. Экспрессия – это не изменение гена, а его работа по «инструкции». Это процесс, при котором информация из гена превращается в рабочий продукт – чаще всего в белок. Ген как рецепт: он хранит инструкции, а клетка «читает» их и делает нужные молекулы. Гены «включаются» и «выключаются» в зависимости от сигналов внутри клетки и окружающей среды.

Эти процессы запрограммированы, но могут меняться под влиянием разных факторов. Окружающая среда играет ключевую роль в формировании эпигенетических модификаций. Такие факторы, как уровень физической активности, стресс, диета, воздействие токсических веществ, инфекции и другие факторы могут изменять экспрессию генов.

Изучением этих процессов и занимается эпигенетика. Это относительно новое направление в генетике, которое исследует, как внешние факторы влияют на активность генов без изменения их структуры и последовательности [2]. Она изучает изменения над ДНК, которые регулируют активность генов.(Эпидермис – наружный слой кожи, над дермой. Эпицентр – точка на поверхности Земли, расположенная над очагом землетрясения. Эпифиз – железа в мозге, расположенная над средним мозгом).

На протяжении десятилетий считалось, что гены – это неизменный "план" нашего организма, определяющий все, от внешности до предрасположенности к болезням. Однако с развитием науки о эпигенетике стало ясно, что наши гены не работают в вакууме: окружающая среда организма человека, многочисленные и непрекращающиеся нем процессы, образ жизни и другие факторы могут влиять на их действия – "включать" или "выключать" определенные гены.

Основные механизмы влияния:

1. Метилирование ДНК: добавление метильных групп(–CH₃), которые могут подавлять или активировать работу гена. Метилирование – это контролируемая передача метильной группы (СН₃) от одного вещества к другому – белкам, аминокислотам, ферментам и ДНК. Метилирование ДНК –это подобно стикерам, которые наклеивают на некоторые слова или страницы объемной книги и тогда они не читаются. Метильная группа, прикрепленная к гену как небольшой химический "ярлык", меняющий свойство вещества. Она может включать и выключать клетки, а в необходимых случаях помогает им «запоминать», какие гены должны быть активны, а какие – нет. Например, в клетках кожи работают нужные для кожи, а гены, отвечающие за работу печени, там выключены. Таким образом этот процесс регулируется и в других тканях и органах. Но если метилирование идет неправильно (например, из-за старения или болезней), клетки могут начать работать неправильно, что может привести к различным патологиям.

Так что метилирование – это способ управления генами, который помогает клеткам работать так, как надо. Оно влияет на развитие организма, старение, работу иммунной системы. Может изменяться под воздействием образа жизни (питания, стресса, токсинов). Правильное метилирование – залог нормального функционирования организма. Нарушения могут привести к болезням, включая рак, нейродегенеративные и сердечно-сосудистые заболевания

2. Модификация гистонов. Гистоны – находятся в ядре клеток. Они являются основными структурными белками, на которые наматывается ДНК (как нитка на катушку), чтобы компактно уместиться в ядре клетки. Гистоны в хромосомах находятся вдоль всей длины ДНК, что позволяет эффективно упаковать длинные молекулы ДНК в ядро клетки. Вместе с ДНК они образуют хроматин – материал, из которого состоят хромосомы

Рис.1. Строение гистонов.

Химические изменения гистонов регулируют, насколько плотно или свободно намотана ДНК, что обуславливает активность генов. Если ДНК намотана плотно – гены «выключены», если ДНК намотана свободно – гены «включены».

Под действием различных факторов окружающей среды и в процессе жизнедеятельности организма гистоны могут подвергаться химическим модификациям. которые регулируют доступ к ДНК и активность генов.

Виды модификаций:

1. Ацетилирование – добавление ацетильных групп (-COCH₃), при этом ДНК ослабляет «объятия» с гистонами → гены активны.

2. Метилирование – присоединение метильных групп (-CH₃), что может как включать, так и выключать гены.

3. Фосфорилирование – добавление фосфатных групп (-PO₄³⁻) важно для деления клетки и восстановления ДНК.

Эти модификации взаимодействуют друг с другом, создавая "эпигенетический код", который, не изменяя структуру ДНК и генов, определяет, какие из них будут активны, а какие выключены в конкретной клетке. Они работают как переключатели, помогая клетке регулировать экспрессию генов.

3. МикроРНК – небольшие молекулы РНК (рибонуклеиновой кислоты), которые регулируют активность и экспрессию генов, подавляя синтез белков. Они участвуют в работе мозга, что имеет значение для нейродегенеративных заболеваний (например, болезни Альцгеймера). Некоторые микроРНК участвуют в процессах метаболизма и клеточного старения, в иммунном ответе, влияя на созревание и функцию иммунных клеток [3].

Мы рассмотрели внутренние генетические факторы, регулирующие активность и экспрессию генов. Это процесс, при котором информация из гена используется для синтеза белков или РНК, необходимых для функционирования клетки. Их активность играет важную роль в поддержании здоровья и предотвращении различных заболеваний. Вместе с тем экспрессия генов регулируется и множеством внешних факторов, которые также подлежат рассмотрению.

Влияние стресса на гены и ДНК через эпигенетику В переводе с английского «стресс» – это «напряжение, давление, нажим».
Он сопровождает нас на протяжении жизни и избежать ситуаций, которые его вызывают, – непросто.. Стресс могут вызвать целый ряд факторов и обстоятельств – нанесенная обида, негативная информация, сильные эмоциональные переживания и ряд других [4]. Ганс Селье сформулировал понятие стресса как «неспецифичный ответ организма на любое предъявленное ему требование». Стресс является одним из ключевых факторов, вызывающих эпигенетические изменения, которые могут влиять на здоровье и долголетие. Длительный стресс может привести к увеличению метилирования генов (гиперметилированию). изменять и подавлять их активность, провоцировать воспалительные процессы, изменение иммунной системы и реакций организма, ускоренное старение за счет укорочения теломер, повышение риска развития хронических заболеваний (сердечно-сосудистых, метаболических и онкологических). Его последствия могут привести расстройству здоровья, повышать предрасположенность к депрессии и тревожности, нервным и психическим расстройствам.

Поэтому профилактика и лечение стрессовых состояний в современных условиях становится весьма важной и актуальной проблемой [5]. Несмотря на то, что стрессовые ситуации в современной жизни неизбежны, их влияние на эпигенетику можно смягчить через здоровый образ жизни, своевременной профилактикой, лечением и реабилитационными мероприятиями. Осознанное управление стрессом помогает защитить ДНК и продлить активное долголетие.

Рациональное питание является одной из важнейших составляющих нашей жизни. Оно обеспечивает энергией, необходимой для роста и активной жизнедеятельности организма. Современные исследования подтверждают: питание – это не просто источник энергии, но и мощный фактор, способный изменять экспрессию генов. Осознанный выбор продуктов может способствовать долголетию и здоровью, повышению иммунитета, снижению риска острых и хронических заболеваний. Эти благоприятные изменения происходят без мутации ДНК и во многом за счёт эпигенетических механизмов, влияющих на метаболизм, старение и воспалительные процессы.

Существует несколько ключевых механизмов эпигенетического влияния пищи. Они регулируются определенными продуктами питания. Так процесс метилирования или добавление метильных групп (-CH3) к ДНК, поддерживается такими продуктами, как зелёные листовые овощи – шпинат, брокколи, бобовые, печень, яйца (холин), витамин B12.

На модификацию гистонов– изменение и экспрессию белков, вокруг которых упакована ДНК, оказывают влияние полифенолы – куркумин из куркумы, катехины из зелёного чая, ресвератрол из красного вина, черники, голубики.
Так куркумин повышает концентрацию активных форм кислорода в клетках, что приводит к экспрессии микроРНК, подавляющих миграцию раковых клеток и предотвращающих образование метастазов [6].

Природный полифенолресвератрол стимулирует экспрессию гена SIRT1. Его активация играет ключевую роль в регуляции обмена липидов и глюкозы, контроле секреции инсулина, воспалительных процессов, оксидативного стресса и т. д. Ресвератрол способствует улучшению метаболических процессов, замедляет старение, оказывает многостороннее влияние на экспрессию генов, регулируя важные процессы в организме, что объясняет его потенциальные терапевтические эффекты при различных заболеваниях. [7].

Рациональное питание, представленное сегодня Средиземноморской диетой, благоприятно влияет не только на жизнедеятельность, рост и развитие организма, но и на метилирование и экспрессию генов, защищает сердце, и организм от воспалительных процессов. И здесь наряду с вышеуказанными продуктами важную роль играют и такие из них, как брокколи, виноград, зеленый чай, чеснок и другие, которые меняют эпигенетические метки, снижая риск заболеваний[8].

Сон – это естественное физиологическое состояние, при котором происходит отдых всего организма. Во время сна восстанавливаются и готовятся к новому дню все системы и органы, снимается напряжение мышц, снижается температура тела и артериальное давление, активизируются процессы регенерации клеток и тканей, восстанавливаются резервные силы организма. Вместе с тем гены нашего организма оказывает свое значительное влияние на сон [9.].

Сон и гены взаимодействуют в обе стороны: гены определяют наши потребности во сне, а сам сон влияет на экспрессию генов, регулируя здоровье и процессы старения. Недостаток сна изменяет уровень метилирования ДНК и модификации гистонов, влияя на экспрессию генов. Недостаток сна или нарушение режима сбивают их работу, что связано с ожирением, диабетом и сниженной когнитивной функцией. Хроническое недосыпание снижает активность генов, связанных с восстановлением тканей и иммунной защитой. Дефицит сна увеличивает экспрессию провоспалительных генов (IL-6, TNF-α), что ведет к хроническим воспалительным процессам и ускоренному старению. Сон оказывает мощное влияние на активность генов, и это взаимодействие играет ключевую роль в регуляции здоровья, долголетия и предрасположенности к различным заболеваниям.

Гормоны играют существенную роль в экспрессии генов нашего организма. Такие из них, как кортизол и половые гормоны, регулируют активность множества генов посредством взаимодействия с клеточными рецепторами и влияния на процессы транскрипции (снятие копий с ДНК). Образованный комплекс гормон–рецептор перемещается в ядро, где взаимодействует с определенными последовательностями ДНК, называемыми гормон-ответными элементами (HRE). Это взаимодействие модифицирует активность генов, усиливая или подавляя их экспрессию. Пептидные гормоны –например, инсулин связываются с мембранными рецепторами, активируя сигнальные каскады внутри клетки. Эти каскады могут включать фосфорилирование различных белков, изменение активности транскрипционных факторов и, в итоге, регулировать экспрессию генов, связанных с метаболизмом и другими клеточными процессами [10].

Организм человека предоставляет среду обитания для микробов, вирусов и бактерий. Самой многочисленной считается микробиота кишечника, на её долю приходится 60% микроорганизмов, колонизирующих организм человека [11]. Их совокупная популяция и составляет микробиоту, а совокупность ее генов – микробиом. Кишечные бактерии продуцируют метаболиты, которые могут влиять на экспрессию генов в кишечнике и других органах [12]. Метаболиты – это продукты, которые образуются в результате обмена веществ (метаболизма). Среди них аминокислоты, необходимые для формирования белков, жиры, углеводы, нуклеотиды –составные части ДНК, РНК, и ряд других. Метаболиты играют ключевую роль в поддержании жизнедеятельности организма, участвуя в таких процессах, как выработка энергии, рост клеток, детоксикация и регуляция различных физиологических функций. Самой многочисленной считается микробиота кишечника, на её долю приходится 60% микроорганизмов, колонизирующих организм человека. Современные исследователи считают, что микроорганизмы и микробиота кишечника оказывают влияние даже на качество и продолжительность жизни [13].

Так, существуют данные о том, что бактерии кишечной микрофлоры и их метаболиты способны влиять на экспрессию генов. Они не только помогают переваривать пищу, но и могут «включать» или «выключать» наши гены. Бактерии, перерабатывая нашу пищу(,овощи, фрукты, злаки, животные и другие продукты), выделяют особые вещества, которые влияют на клетки, а они в свою очередь – на активность генов. Микробы действуют и «обучают» иммунную систему реагировать на внешние угрозы, что влияет на гены активизирует их экспрессию, повышая защитные силы организма. Некоторые бактерии выделяют крошечные «пакеты» с информацией – внеклеточными везикулами (ВВ), содержащие белки, нуклеиновые кислоты – ДНК, РНК, липиды, метаболиты, которые могут проникать в наши клетки и изменять их работу. Изменения в составе микробиоты, под влиянием различных факторов в процессе жизни, могут приводить к эпигенетическим модификациям, влияющим на здоровье и предрасположенность к заболеваниям. Понимание этих взаимодействий открывает перспективы для разработки новых диагностических и терапевтических подходов, направленных на модуляцию микробиоты и связанных с ней эпигенетических изменений. В связи с этим микробиом находит не только научное обоснование, но и применение с лечебной и профилактической целью.

Трансплантация микробиоты от здорового донора к больному проводится для стимуляции иммунной системы, Определенные микроорганизмы и их производные успешно используются для лечения болезни Крона, хеликобактерной инфекции, энтероколите новорожденных, диабете, инфекционной диарее, ожирении и других. С помощью микробиоты уже диагностируются онкологические заболевания. Используется микробиота и в лечении ожирения, когда от худого человека вводится человеку с ожирением, и это помогает сбросить вес. Способов применения уже большое количество[14].

Микробиом неотъемлемая составляющая нашего организма, ответственная за здоровье. Ведущие мировые центры по его изучению, проводят поиск и выделения защитных микроорганизмов против конкретных заболеваний, В целом рекомендации по уходу за микробиомом совпадают с рекомендациями для поддержания здоровья организма в целом: соблюдать санитарную гигиену, есть побольше богатых клетчаткой овощей и злаков, не злоупотреблять сахаром, пить достаточно воды, хорошо спать и регулярно двигаться. В полезном списке всё те же богатые антиоксидантами ягоды и фрукты, молочнокислые продукты, орехи и рыба с высоким содержанием жирных кислот омега-3 и другие.

Физические нагрузки и упражнения физкультуры могут изменять активность наших генов через процессы, известные как эпигенетические изменения, которые не затрагивают последовательность ДНК, но влияют на то, как гены «включаются» или «выключаются». Физическая активность включает гены, которые помогают клеткам вырабатывать больше энергии, улучшая работу мышц и сердца. Регулярные тренировки активируют гены, которые борются с воспалением и защищают от диабета и болезней сердца. Снижение метилирования генов, участвующих в транспорте глюкозы в клетки при двигательной активности, улучшает ее усвоение мышцами, что оправдывает наставления врачей выполнять физические упражнения– ходьбу, бег, катание на велосипеде и другие в качестве лечебно-профилактического средства при диабете. Аэробные нагрузки улучшают работу мозга активируют гены, отвечающие за выработку нейротрофических факторов, улучшающих память и когнитивные функции Физические нагрузки замедляют процессы старения и повышают активность генов, связанных с репарацией ДНК и антиоксидантной защитой [15].

Курение, как фактор, нарушающий состояние и функцию генов Рассматривая воздействие внешних факторов на изменения в генах следует обратить внимание на курение, как реальный фактор, который оказывает значительное влияние на наши гены. вызывая эпигенетические изменения, мутации и повреждения ДНК. Научные исследования, проведенные Уппсальским университетом Швеции (Uppsala University), продемонстрировали, что курение приводит к изменениям в работе генов, что приводит к нарушению преобразование ДНК в белки. [16]. Курение и компоненты табачного дыма изменяют уровень метилирования ДНК, что влияет на экспрессию генов, связанных с воспалением, иммунитетом и сахарным диабетом. Это может приводить к развитию хронических заболеваний, включая рак, сердечно-сосудистые и легочные заболевания

Курение вызывает и такие изменения в генах, как мутации Канцерогены в табачном дыме, такие как бензопирен, повреждают ДНК, приводя к мутациям в онкогенах (например, KRAS) и генах-супрессорах опухолей (например, TP53). Это повышает риск рака легких, поджелудочной железы, ротовой полости и других злокачественных заболеваний. Курение снижает эффективность систем восстановления ДНК, что делает клетки более уязвимыми к мутациям и ускоряет старение.

Исследование, опубликованное в журнале Science, проводила международная группа ученых из британского Института Сенгера в графстве Кембриджшир и Лос-Аламосской национальной лаборатории в Нью-Мексико, США.Анализ выявил прямую связь между количеством выкуриваемых на протяжении жизни сигарет и числом мутаций в опухолевых клетках. Ученые обнаружили, что, в среднем, одна пачка сигарет в день ведет к образованию:150 мутаций в каждой клетке легких ежегодно, 97 мутаций в клетках гортани и голосового аппарата, 23 мутаций в ротовой полости,18 - в мочевом пузыре и - в печени. Руководитель исследования, профессор Майк Страттон из Института Сенгера пояснил: "Чем больше мутаций, тем выше шанс, что они произойдут в генах, которые мы называем раковыми, что превращает обычную клетку в раковую". В тканях легких, непосредственно подверженных воздействию дыма, ученые увидели признаки мутаций, из которых минимум 60 были канцерогенными [17].

Некоторые эпигенетические изменения могут передаваться потомкам. Например, исследования показывают, что у детей курильщиков могут наблюдаться измененные метки метилирования ДНК, связанные с риском астмы и других заболеваний. В итоге курение действует не только на курящего человека, но и на его потомков, увеличивая риск различных болезней через генные и эпигенетические механизмы [18].

Генетика предполагает, а эпигенетика располагает. Ранее считалось, что генетические данные статичны. Современная наука доказывает, что наши гены – это не приговор. Эпигенетика– эта сравнительно новая наука провозгласила, что в условиях неизменности самих генов, их активность может меняться. Во многом это зависит от факторов нас окружающих. Образ жизни, питание, физическая активность, уровень стресса и качество сна могут включать или выключать определенные гены, влияя на продолжительность жизни и состояние здоровья. Так в условиях недельного недосыпа в организме может измениться активность 700 генов [19].

Таким образом наши гены в какой-то степени подвластны нашему образу жизни. Новые методы эпигенетической терапии, разрабатываемые современной наукой и медициной, могут стать ключом к лечению многих болезней. Например, ингибиторы ДНК-метилаз и гистондеацетилаз, которые могут восстанавливать нормальную активность генов, уже применяются для лечения опухолевых процессов. Эпигенетика показывает, что даже у людей с предрасположенностью к определенным заболеваниям (например, диабету, сердечно-сосудистым болезням, нейродегенеративным расстройствам) правильный образ жизни может снизить риск их развития. Наше правильное поведение, питание, физические нагрузки и здоровые привычки способны так благоприятно воздействовать на эпигенетические изменения, что они могут не только предотвратить болезни, но и способствовать замедлению процессов старения и увеличению продолжительности жизни.

Литература:

1. Russell Peter J. iGenetics: A Molecular Approach. — 3rd edition. — San Francisco: Pearson Benjamin Cummings, 2010. — ISBN 978-0-321-56976-9.

2. Эпигенетика: Почему образ жизни влияет на наши гены?! Beam.kzhttps://beam.kz › publication › vi

3. Maksimenko LV. Epigenetics as an evidence base of the impact of lifestyle on health and disease. Russian Journal of Preventive Medicine. 2019;22(2):115‑120. (In Russ.)

4. Как окружающая среда может изменять нашу ДНК? poc.carehttps://www.poc.care › blog › article.

5. 3 миллиона израильтян страдают от психических расстройств после 7 октября / MigNews - Новости Израиля и Мира на русском языке. MigNews – 11.02.2025.
6.Куркумин может подавлять метастазирование при ...PCR News https://pcr.news › novosti › kurkumin-mozhet-podavly. –

7. Сиртуины: открытые пути к долголетию и здоровьюAnti-Age Expert https://antiage-expert.com › blog › belki-sirtuiny-biolo...

8. Эпигенетика: как ваш образ жизни влияет на ваши гены. Editversehttps://editverse.com › epigenetics-how-your-lifestyle-aff...

9. Обнаружены 47 генов, влияющих на сон человека - Indicator.Ruhttps://indicator.ru › Медицина.,

10. Основы молекулярных механизмов регуляции экспрессии генов пептидаз в прокариотной клетке. Лаврентьева Е. В., Банзаракцаева Т.Г., Раднагуруева А. А., Буянтуева Л.Б. Улан-Удэ 2012 транскрипция

11. Айтбаев К. А., Муркамилов И. Т., Фомин В. В., Муркамилова Ж. А. Влияние кишечной микробиоты на эпигенетику: механизмы, роль в развитии заболеваний, диагностический и терапевтический потенциал. Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. 2018;154(6): 122–129.

12. Кишечник, который управляет: микрофлора … Indicator.Ruhttps://indicator.ru › Биология. Опубликовано 24 ноября 2016.

13. Могут ли бактерии кишечника продлить жизнь? - Atlas.ru. https://atlas.ru › blog › moghut-li-ba.

14. Что такое микробиом, и какие перспективы он открывает. https://minsknews.by ›

15. Какая простая ежедневная привычка поможет ...РБКhttps://www.rbc.ru › Санкт-Петербург и область

16 Курение меняет гены человека ГБУ РО «Городская клиническая больница №11»https://gkb11.medgis.ru › materials › view › kurenie-me...

17. Ученые: курение вызывает сотни изменений в ДНК - BBC News Русская служба

18. Шведские ученые заявляют: курение влияет на геном человека / Щотижневик АПТЕКА. Аптека online » RSS Стрічка »

19. Эпигенетика наука будущего. https://www.b17.ru › article