How early life experience is written into DNA | Moshe Szyf

Перекладач: Olena Sobolieva Утверджено: Khrystyna Romashko

So it all came to life

Основний задум виник

in a dark bar in Madrid.

в одному із затишних барів Мадрида.

I encountered my colleague from McGill, Michael Meaney.

Я зустрів Майкла Міні, колегу з університету МакГілла.

And we were drinking a few beers,

Ми випили пива,

and like scientists do,

і, як заведено у науковців,

he told me about his work.

завели мову про роботу.

And he told me that he is interested in how mother rats lick their pups

Він розповів мені, що вивчає, як самки щурів вилизують дитинчат

after they were born.

у перші дні життя.

And I was sitting there and saying,

Я відповів йому:

"This is where my tax dollars are wasted --

«Ось на що витрачаються мої податки...

(Laughter)

(Сміх)

on this kind of soft science."

на подібні експерименти».

And he started telling me

Тоді він сказав,

that the rats, like humans,

що щури, подібно до людей,

lick their pups in very different ways.

вилизують дитинчат по-різному.

Some mothers do a lot of that,

Деякі матері занадто ретельні,

some mothers do very little,

інші піклуються недостатньо,

and most are in between.

більшість проявляють помірну активність.

But what's interesting about it

Але, що цікаво,

is when he follows these pups when they become adults --

коли щурята виростають, а їхні матері помирають...

like, years in human life, long after their mother died.

коли за людською міркою спливають роки,

They are completely different animals.

вони стають зовсім різними за характером.

The animals that were licked and groomed heavily,

Ті щурята, яких ретельно вилизували і пильнували,

the high-licking and grooming,

матері яких приділяли їм багато часу,

are not stressed.

є менш схильними до стресу.

They have different sexual behavior.

Вони проявляють іншу сексуальну поведінку.

They have a different way of living

Ведуть інший спосіб життя

than those that were not treated as intensively by their mothers.

на відміну від щурят, якими матері опікувалися менше.

So then I was thinking to myself:

Саме тоді я подумав:

Is this magic?

«Чи так це насправді?

How does this work?

Як це взагалі діє?»

As geneticists would like you to think,

Як стверджують генетики,

perhaps the mother had the "bad mother" gene

у таких самок щурів може бути присутній ген «поганої матері»,

that caused her pups to be stressful,

який робить щурят більш податливими до стресу

and then it was passed from generation to generation;

і передається від покоління до покоління;

it's all determined by genetics.

в основі всього лежить генетика.

Or is it possible that something else is going on here?

Можливо, існує інше пояснення?

In rats, we can ask this question and answer it.

Вивчаючи щурів, ми знайдемо відповідь на це запитання.

So what we did is a cross-fostering experiment.

Отже, ми спробували замінити дитинчат.

You essentially separate the litter, the babies of this rat, at birth,

Тобто ми розділили приплід, новонароджених щурят,

to two kinds of fostering mothers --

між двома різними прийомними матерями...

not the real mothers, but mothers that will take care of them:

не біологічними матерями, але тими, що піклуватимуться про них:

high-licking mothers and low-licking mothers.

облизуючи щурят часто або рідко.

And you can do the opposite with the low-licking pups.

І зробили протилежне зі щурятами, яких облизували рідко.

And the remarkable answer was,

Відповідь нас приголомшила:

it wasn't important what gene you got from your mother.

гени, отримані від матері, не мають значення.

It was not the biological mother that defined this property of these rats.

Особливості характеру щурят залежали не від кровного споріднення.

It is the mother that took care of the pups.

А від матері, яка піклувалась про них.

So how can this work?

Тож як це працює?

I am an a epigeneticist.

Я - епігенетик.

I am interested in how genes are marked

Я вивчаю маркування генів,

by a chemical mark

хімічне,

during embryogenesis, during the time we're in the womb of our mothers,

під час ембріонального розвитку, у материнській утробі,

and decide which gene will be expressed

а також, як гени проявляються

in what tissue.

у різних тканинах.

Different genes are expressed in the brain than in the liver and the eye.

У мозку, печінці та очах існує експресія різних генів.

And we thought: Is it possible

У нас виникла думка: чи можливо,

that the mother is somehow reprogramming the gene of her offspring

що мати якимось чином змінює ген дитини

through her behavior?

своєю поведінкою?

And we spent 10 years,

Ми займались цим 10 років

and we found that there is a cascade of biochemical events

і виявили низку біохімічних процесів,

by which the licking and grooming of the mother, the care of the mother,

завдяки яким облизування і догляд, піклування матері

is translated to biochemical signals

перетворюються на біохімічні сигнали,

that go into the nucleus and into the DNA

що поступають до нервового центру та ДНК

and program it differently.

і перепрограмовують їх.

So now the animal can prepare itself for life:

Таким чином тварина готується до того, що чекає на неї у майбутньому.

Is life going to be harsh?

Чи буде життя важким?

Is there going to be a lot of food?

Чи вистачить їжі?

Are there going to be a lot of cats and snakes around,

Навколо кишітимуть змії та коти,

or will I live in an upper-class neighborhood

чи пощастить жити у розкішному районі,

where all I have to do is behave well and proper,

де достатньо лише поводитися пристойно,

and that will gain me social acceptance?

аби заслужити суспільне прийняття?

And now one can think about how important that process can be

Давайте розглянемо, наскільки важливий цей процес

for our lives.

для нас.

We inherit our DNA from our ancestors.

Ми успадковуємо ДНК від предків.

The DNA is old.

ДНК існує дуже давно.

It evolved during evolution.

Вона виникла у ході еволюції.

But it doesn't tell us if you are going to be born in Stockholm,

Але ДНК не визначить, чи судилося вам народитися у Стокгольмі,

where the days are long in the summer and short in the winter,

де дні довші влітку і коротші взимку,

or in Ecuador,

чи в Еквадорі,

where there's an equal number of hours for day and night all year round.

де світлий час доби однаковий впродовж року.

And that has such an enormous [effect] on our physiology.

Ці фактори мають неабиякий вплив на нашу фізіологію.

So what we suggest is, perhaps what happens early in life,

Тож припустимо, що події, які трапилися на початку життя,

those signals that come through the mother,

ті сигнали, що передаються від матері,

tell the child what kind of social world you're going to be living in.

дають дитині уявлення про соціум, що її оточуватиме.

It will be harsh, and you'd better be anxious and be stressful,

Він буде жорстокий, тож треба починати хвилюватися,

or it's going to be an easy world, and you have to be different.

або ж життя буде легким, і можна стати, ким забажаєш.

Is it going to be a world with a lot of light or little light?

Чи буде в її житті достатньо світла?

Is it going to be a world with a lot of food or little food?

Чи вистачить їжі?

If there's no food around,

Бо якщо їжі буде мало,

you'd better develop your brain to binge whenever you see a meal,

слід підготувати мозок до необхідності з'їдати все до останньої крихти

or store every piece of food that you have as fat.

і перетворювати кожну калорію на жир.

So this is good.

Тож все продумано.

Evolution has selected this

Цей еволюційний процес

to allow our fixed, old DNA to function in a dynamic way

розвиває у нашій незмінній ДНК здатність до пристосування

in new environments.

до нового оточення.

But sometimes things can go wrong;

Але іноді щось може піти не так;

for example, if you're born to a poor family

наприклад, дитина народилась у бідній родині

and the signals are, "You better binge,

і отримує сигнал: «Наїдайся,

you better eat every piece of food you're going to encounter."

з'їдай всю їжу, що трапляється на твоєму шляху».

But now we humans and our brain have evolved,

Але людський мозок розвивається,

have changed evolution even faster.

еволюціонує швидкими темпами.

Now you can buy McDonald's for one dollar.

За долар можна поїсти у МакДональдсі.

And therefore, the preparation that we had by our mothers

Отже, всі підготовчі сигнали, отримані від матері,

is turning out to be maladaptive.

більше не відповідають дійсності.

The same preparation that was supposed to protect us from hunger and famine

Вони повинні були захистити нас від голоду,

is going to cause obesity,

а натомість викликають ожиріння,

cardiovascular problems and metabolic disease.

серцево-судинні захворювання і порушення обміну речовин.

So this concept that genes could be marked by our experience,

Тож концепція маркування генів на основі минулого досвіду,

and especially the early life experience,

особливо досвіду перших років життя,

can provide us a unifying explanation

може пояснити,

of both health and disease.

як фактори здоров'я, так і причини захворювань.

But is true only for rats?

Але чи справджується теорія тільки на щурах?

The problem is, we cannot test this in humans,

Справа у тому, що ми нездатні перевірити її на людях,

because ethically, we cannot administer child adversity in a random way.

бо, з етичних міркувань, не можемо довільно розподіляти несприятливі фактори.

So if a poor child develops a certain property,

Тож якщо дитина у бідній родині матиме певну рису,

we don't know whether this is caused by poverty

ми не знатимемо, чи причина у бідності,

or whether poor people have bad genes.

чи у поганій генетиці.

So geneticists will try to tell you that poor people are poor

Генетики скажуть, що бідні люди є бідними,

because their genes make them poor.

бо такими їх роблять гени.

Epigeneticists will tell you

Епігенетики скажуть вам,

poor people are in a bad environment or an impoverished environment

що бідні люди опинились у несприятливому оточенні,

that creates that phenotype, that property.

що формує цей фенотип, цю якість.

So we moved to look into our cousins, the monkeys.

Тож ми почали вивчати наших найближчих родичів – мавп.

My colleague, Stephen Suomi, has been rearing monkeys

Мій колега, Стівен Суомі, виховував мавп

in two different ways:

двома різними способами:

randomly separated the monkey from the mother

обрані довільним чином мавпенята передавались

and reared her with a nurse

на виховання няньці

and surrogate motherhood conditions.

в умовах сурогатного материнства.

So these monkeys didn't have a mother; they had a nurse.

У них не було матері – лише нянька.

And other monkeys were reared with their normal, natural mothers.

Інші мавпенята виховувались рідними матерями.

And when they were old, they were completely different animals.

Коли вони виросли, то виявились зовсім різними.

The monkeys that had a mother did not care about alcohol,

Мавпи, що росли із матір'ю, не вживали алкоголь,

they were not sexually aggressive.

не проявляли сексуальну агресію.

The monkeys that didn't have a mother were aggressive, were stressed

Мавпи, у яких не було матері, були агресивними, напруженими,

and were alcoholics.

вони стали алкоголіками.

So we looked at their DNA early after birth, to see:

Ми вивчали їх ДНК відразу після народження, щоб дізнатися:

Is it possible that the mother is marking?

чи насправді матір маркує гени?

Is there a signature of the mother in the DNA of the offspring?

Чи залишає вона свій відбиток на ДНК дитини?

These are Day-14 monkeys,

Цим мавпам 14 днів.

and what you see here is the modern way by which we study epigenetics.

І саме так працює сучасна епігенетика.

We can now map those chemical marks, which we call methylation marks,

Ми позначаємо хімічні мітки, які називаються мітками метилювання,

on DNA at a single nucleotide resolution.

на ДНК на мононуклеотидній здатності.

We can map the entire genome.

Ми можемо позначити цілий геном.

We can now compare the monkey that had a mother or not.

І маємо можливість порівняти тварин, які росли з матір'ю і без.

And here's a visual presentation of this.

Ось як це виглядає.

What you see is the genes that got more methylated are red.

Гени з більшим рівнем метилювання позначені червоним.

The genes that got less methylated are green.

А гени з меншим рівнем метилювання – зеленим.

You can see many genes are changing,

Як бачите, деякі гени змінюються,

because not having a mother is not just one thing --

тому що сирітство впливає не лише на один аспект життя...

it affects the whole way;

воно змінює світовідчуття;

it sends signals about the whole way your world is going to look

ми отримуємо сигнал про те, яким буде навколишній світ

when you become an adult.

у майбутньому.

And you can see the two groups of monkeys

Ми маємо дві групи мавп,

extremely well-separated from each other.

що надзвичайно відрізняються одна від одної.

How early does this develop?

Коли ж починається цей процес?

These monkeys already didn't see their mothers,

Ці мавпенята не знали своїх матерів,

so they had a social experience.

тож отримали соціальний досвід.

Do we sense our social status, even at the moment of birth?

Чи соціальний статус усвідомлюється при народженні?

So in this experiment, we took placentas of monkeys

Ми провели експеримент, в якому взяли плаценти мавп

that had different social status.

з різним соціальним статусом.

What's interesting about social rank is that across all living beings,

Що цікаво, всі живі істоти групують соціальне положення

they will structure themselves by hierarchy.

за ієрархічною структурою.

Monkey number one is the boss;

Мавпа номер один – лідер;

monkey number four is the peon.

мавпа номер чотири – підлеглий.

You put four monkeys in a cage,

Якщо помістити чотирьох мавп у клітку,

there will always be a boss and always be a peon.

серед них завжди буде лідер і буде підлеглий.

And what's interesting is that the monkey number one

Що цікаво, мавпа номер один

is much healthier than monkey number four.

набагато здоровіша, ніж мавпа номер чотири.

And if you put them in a cage,

Опинившись у клітці,

monkey number one will not eat as much.

мавпа номер один матиме помірний апетит.

Monkey number four will eat [a lot].

А мавпа номер чотири їстиме багато.

And what you see here in this methylation mapping,

Даний розподіл метилювання вказує

a dramatic separation at birth

на значну різницю при народженні

of the animals that had a high social status

між тваринами з високим соціальним статусом

versus the animals that did not have a high status.

і тваринами, які такого статусу не мали.

So we are born already knowing the social information,

У момент народження ми вже володіємо певною інформацією

and that social information is not bad or good,

щодо соціального стану, яка не є доброю чи поганою,

it just prepares us for life,

а просто готує нас до життя;

because we have to program our biology differently

нашим біологічним механізмам потрібно налаштуватися

if we are in the high or the low social status.

відповідно до визначеного соціального статусу.

But how can you study this in humans?

Але як перевірити цю теорію на людях?

We can't do experiments, we can't administer adversity to humans.

Ми не можемо проводити експерименти, довільно розподіляючи негаразди.

But God does experiments with humans,

Але Бог сам експериментує на людях,

and it's called natural disasters.

ми називаємо це стихійними лихами.

One of the hardest natural disasters in Canadian history

Одна з найбільших катастроф в історії Канади

happened in my province of Quebec.

відбулась у провінції Квебек.

It's the ice storm of 1998.

Велика ожеледь 1998 року.

We lost our entire electrical grid because of an ice storm

Вона спричинила втрату всієї електромережі

when the temperatures were, in the dead of winter in Quebec,

у розпал зими у Квебеці при температурі

minus 20 to minus 30.

від мінус 20 до мінус 30 градусів.

And there were pregnant mothers during that time.

Деякі жінки очікували немовлят у той час.

And my colleague Suzanne King followed the children of these mothers

Моя колега, Сьюзен Кінг, продовжувала спостерігати за тими немовлятами

for 15 years.

протягом 15 років.

And what happened was, that as the stress increased --

Зі збільшенням рівня стресу –

and here we had objective measures of stress:

а в даному випадку ми могли його об'єктивно виміряти –

How long were you without power? Where did you spend your time?

Як довго не було електроенергії? Де ви провели цей час?

Was it in your mother-in-law's apartment or in some posh country home?

У свекрусиній квартирі чи розкішному маєтку?

So all of these added up to a social stress scale,

Ці фактори складають шкалу соціального стресу;

and you can ask the question:

і ми поставили собі питання:

How did the children look?

як виглядають ті діти зараз?

And it appears that as stress increases,

Виявляється, зі збільшенням рівня стресу

the children develop more autism,

у дітей з'являються аутистичні риси,

they develop more metabolic diseases

метаболічні розлади

and they develop more autoimmune diseases.

та аутоімунні захворювання.

We would map the methylation state,

При графічному позначенні метилювання

and again, you see the green genes becoming red as stress increases,

ми бачимо, що зелені гени перетворюються на червоні зі збільшенням стресу,

the red genes becoming green as stress increases,

а червоні гени при цьому стають зеленими,

an entire rearrangement of the genome in response to stress.

У відповідь на стрес відбувається повний перерозподіл геному.

So if we can program genes,

Отже, якщо ми зможемо програмувати гени,

if we are not just the slaves of the history of our genes,

якщо перестанемо залежати від генетичної історії,

that they could be programmed, can we deprogram them?

чи зможемо ми змінити генетичну програму?

Because epigenetic causes can cause diseases like cancer,

Епігенетичні фактори можуть викликати рак,

metabolic disease

метаболічні розлади

and mental health diseases.

та психічні захворювання.

Let's talk about cocaine addiction.

Візьмемо, наприклад, кокаїнову залежність.

Cocaine addiction is a terrible situation

Це жахливий стан,

that can lead to death and to loss of human life.

який може призвести до летальних наслідків.

We asked the question:

Ми поставили питання:

Can we reprogram the addicted brain

чи можна перепрограмувати мозок із залежністю так,

to make that animal not addicted anymore?

щоб залежність зникла?

We used a cocaine addiction model

Ми скористалися моделлю кокаїнової залежності,

that recapitulates what happens in humans.

яка повторює людську.

In humans, you're in high school,

Наприклад, у старших класах

some friends suggest you use some cocaine,

друзі пропонують спробувати кокаїн,

you take cocaine, nothing happens.

ми згоджуємось, нічого не відбувається.

Months pass by, something reminds you of what happened the first time,

Через деякий час ми згадуємо, як це було вперше,

a pusher pushes cocaine,

купуємо кокаїн знову,

and you become addicted and your life has changed.

розвивається залежність і наше життя змінюється назавжди.

In rats, we do the same thing.

Ми відтворили це на щурах.

My colleague, Gal Yadid,

Мій колега Гал Ядід

he trains the animals to get used to cocaine,

привчає тварин до кокаїну,

then for one month, no cocaine.

потім місяць – жодного кокаїну.

Then he reminds them of the party when they saw the cocaine the first time

Потім він нагадує їм про ситуацію, в якій вони вперше його спробували,

by cue, the colors of the cage when they saw cocaine.

через кольорові сигнали із періоду вживання кокаїну.

And they go crazy.

І вони божеволіють.

They will press the lever to get cocaine

Натискають на важіль, щоб отримати кокаїн,

until they die.

доки не помирають.

We first determined that the difference between these animals

Ми визначили, що основна різниця між тваринами у тому,

is that during that time when nothing happens,

що у період утримання від наркотиків,

there's no cocaine around,

відсутності кокаїну,

their epigenome is rearranged.

відбувається перерозподіл епігеному.

Their genes are re-marked in a different way,

Маркування генів є зовсім іншим,

and when the cue comes, their genome is ready

але коли надходить сигнал, їхній геном

to develop this addictive phenotype.

розвиває фенотип, що формує залежність.

So we treated these animals with drugs that either increase DNA methylation,

Цим тваринам давали препарати, що або збільшували рівень метилювання ДНК,

which was the epigenetic marker to look at,

який є епігенетичним маркером,

or decrease epigenetic markings.

або зменшували його.

And we found that if we increased methylation,

Ми визначили, що при збільшенні рівня метилювання

these animals go even crazier.

тварини божеволіли ще більше.

They become more craving for cocaine.

Їхня потреба у кокаїні збільшувалась.

But if we reduce the DNA methylation,

Але при зменшенні рівня метилювання ДНК

the animals are not addicted anymore.

залежність не розвивалася.

We have reprogrammed them.

Це – генетичне перепрограмування.

And a fundamental difference between an epigenetic drug

Основною різницею між епігенетичним препаратом

and any other drug

та іншим препаратом

is that with epigenetic drugs,

є те, що епігенетичні препарати

we essentially remove the signs of experience,

стирають минулий досвід,

and once they're gone,

який більше не повертається,

they will not come back unless you have the same experience.

якщо не пережити його заново.

The animal now is reprogrammed.

Відбувається перепрограмування.

So when we visited the animals 30 days, 60 days later,

Коли ми перевірили тварин через 30 днів, 60 днів,

which is in human terms many years of life,

що за людською міркою дорівнює десяткам років,

they were still not addicted -- by a single epigenetic treatment.

залежність відсутня... після одного прийому епігенетичного препарату.

So what did we learn about DNA?

Що ж ми дізнались про ДНК?

DNA is not just a sequence of letters;

ДНК – це не просто послідовність букв;

it's not just a script.

не просто запис.

DNA is a dynamic movie.

ДНК – це динамічна структура

Our experiences are being written into this movie, which is interactive.

Наш минулий досвід записується, наче на плівку.

You're, like, watching a movie of your life, with the DNA,

На ДНК записано фільм про наше життя,

with your remote control.

а ми маємо пульт управління.

You can remove an actor and add an actor.

Тож можемо додати героя чи видалити його.

And so you have, in spite of the deterministic nature of genetics,

Попри детермінований характер нашої генетики

you have control of the way your genes look,

ми маємо певний контроль над генами,

and this has a tremendous optimistic message

і це надзвичайно гарна новина,

for the ability to now encounter some of the deadly diseases

що надає можливість боротися зі смертельними хворобами,

like cancer, mental health,

такими як рак, психічні розлади,

with a new approach,

використовуючи нові підходи,

looking at them as maladaptation.

з точки зору недостатнього пристосування.

And if we can epigenetically intervene,

Якщо ми зможемо провести епігенетичне втручання,

[we can] reverse the movie by removing an actor

[то ми] зможемо перезняти фільм, видаливши актора

and setting up a new narrative.

і додавши нову сюжетну лінію.

So what I told you today is,

Отже, основна ідея моєї сьогоднішньої доповіді:

our DNA is really combined of two components,

наша ДНК складається з двох основних компонентів,

two layers of information.

двох шарів інформації.

One layer of information is old,

Перший шар – давня інформація,

evolved from millions of years of evolution.

що еволюціонувала за мільйони років.

It is fixed and very hard to change.

Її фіксована структура майже не змінюється.

The other layer of information is the epigenetic layer,

Другий шар інформації – епігенетичний,

which is open and dynamic

відкритий та динамічний,

and sets up a narrative that is interactive,

що має інтерактивний характер,

that allows us to control, to a large extent, our destiny,

і надає нам значний контроль над нашою власною долею,

to help the destiny of our children

вплив над долею наших дітей

and to hopefully conquer disease

та, сподіваюсь, шанс подолати хвороби

and serious health challenges

і серйозні розлади здоров'я,

that have plagued humankind for a long time.

що довгий час переслідують людство.

So even though we are determined

І хоча нас визначають

by our genes,

наші гени,

we have a degree of freedom

ми отримали певну свободу,

that can set up our life to a life of responsibility.

що навчить нас відповідальному ставленню до життя.

Thank you.

Дякую.

(Applause)

(Оплески)