Кофе и пиво являются наиболее популярными напитками на земном шаре. Поклонники этих напитков замечали, что после употребления кофе наблюдается повышение, а после пива — снижение активности, энергичности и инициативности. Однако в ходе недавнего исследования ученые департамента молекулярной биологии Университета Тель-Авива (Tel Aviv University), Израиль, и отделения биологических наук Колумбийского университета (Columbia University), США, выявили, что эти напитки диаметрально противоположно влияют не только на самочувствие, но и на геном. Оказалось, что кофеин способен укорачивать, а алкоголь — удлинять теломеры (концевые участки хромосом, которые, по мнению специалистов, причастны к процессам старения и развитию онкологических заболеваний). Результаты исследования опубликованы в журнале «PLOS Genetics».
Между смертью и бессмертием
Теломеры состоят из линейной хромосомной ДНК и являются концевыми участками хромосом. Они имеют большое значение в копировании нитей ДНК. Эти структуры описаны более 70 лет назад американским ученым Барбарой Мак-Клинток (Barbara McClintock), которая предположила, что их основной задачей является защита целостности хромосом. С тех пор ученые доказали, что длина теломеров жестко регламентирована и зависит от этапа клеточного старения. Известно, что хромосомы копируются во время каждого деления клетки, однако теломеры с каждым новым циклом становятся все короче. Когда же теломеры становятся слишком короткими — клетка умирает. Избежать этой участи удается только клеткам плода и опухолевым клеткам: они всегда идут по пути размножения.
В ходе данной работы ученые задались целью расширить исследования, предложенные в 2004 г. Элизабет Блэкберн (Elizabeth Blackburn), лауреатом Нобелевской премии. Она предположила, что эмоциональный стресс способен приводить к укорачиванию теломеров из-за генерации свободных радикалов в клетках. В ходе исследования ученые вырастили клетки дрожжей Saccharomyces cerevisiae в условиях, способствующих образованию свободных радикалов, и с удивлением выявили, что длина теломеров в клетках не изменялась. Затем они проанализировали влияние на дрожжевые клетки еще 12 агрессивных факторов. Однако действие большинства раздражителей, включая различные химические вещества, изменения температуры и pH, не приводило к изменению длины теломеров. И лишь низкая концентрация кофеина, аналогичная той, которая присутствует в чашке кофе, приводила к укорочению теломеров, а воздействие 5–7% раствора этанола — к их удлинению, причем влияние алкоголя не зависело от способности клеток к его метаболизму. Исследователи обратили внимание на то, что после алкогольной нагрузки теломеры отличались не только длиной, но и гетерогенностью, что указывает на нарушение механизма, ответственного за избирательное удлинение только коротких теломеров.
От дрожжей к человеку
Для изучения механизмов, лежащих в основе полученных результатов, ученые проанализировали 6000 штаммов дрожжей, в каждом из которых был инактивирован отдельный ген. Затем они провели генетическое тестирование штаммов, у которых отмечали наиболее короткие и наиболее длинные теломеры. Оказалось, что главную роль, обеспечивающую реализацию негативного действия агрессивных факторов, играют два гена — Rap1 и Rif1. В целом ученые отметили, что длина теломеров, как и стабильность всего генома, поддерживается благодаря взаимодействию более 400 генов, и большинство из них присутствуют в геноме человека.
Автор исследования доктор Мартин Купиец (Martin Kupiec) отметил, что в начале работы идентифицированы несколько факторов, способных изменять длину теломеров, и изучен механизм этих воздействий. В данном исследовании впервые проанализирована сложная система, в которой было известно влияние всех изучаемых генов. Он полагает, что полученные результаты могут в конечном итоге привести к открытию новых методов профилактики и лечения наиболее распространенных патологий.
В то же время ученые подчеркивают, что для доказательства наличия причинно-следственной связи, а не просто изучения соотношения между длиной теломеров и старением или развитием онкологических заболеваний, необходимо провести еще много исследований. И только после получения достоверных результатов о том, что теломеры человека отвечают на те же сигналы, что и теломеры дрожжей, можно будет давать какие-либо рекомендации о принципах питания или методах лечения.
- American Friends of Tel Aviv University (2013) Coffee or beer? The choice could affect your genome. ScienceDaily, December 5 (www.sciencedaily.com /releases/2013/12/131205142127.htm).
- Romano G.H., Harari Y., Yehuda T. et al. (2013) Environmental stresses disrupt telomere length homeostasis. PLoS Genetics, 9(9): e1003721.
Юлия Котикович
