So it all came to life in a dark bar in Madrid. I encountered my colleague from McGill, Michael Meaney. And we were drinking a few beers, and like scientists do, he told me about his work. And he told me that he is interested in how mother rats lick their pups after they were born. And I was sitting there and saying, "This is where my tax dollars are wasted --
Всё началось в тёмном баре Мадрида. Я случайно встретил коллегу из Университета Макгилл, Майкла Мини. Мы выпили несколько кружек пива, и, как все учёные, он поведал мне о своей работе. Он сказал, что заинтересовался тем, как мамы-крысы вылизывают детёнышей после рождения. Я сидел и говорил: «Вот на что уходят мои налоги…
(Laughter)
(Смех)
on this kind of soft science."
на подобные гуманитарные исследования».
And he started telling me that the rats, like humans, lick their pups in very different ways. Some mothers do a lot of that, some mothers do very little, and most are in between. But what's interesting about it is when he follows these pups when they become adults -- like, years in human life, long after their mother died. They are completely different animals. The animals that were licked and groomed heavily, the high-licking and grooming, are not stressed. They have different sexual behavior. They have a different way of living than those that were not treated as intensively by their mothers.
Он стал рассказывать мне, что крысы, как люди, вылизывают своих детёнышей самыми разными способами. Некоторые матери — много, другие — очень мало, а большинство — посередине. Интересно посмотреть на этих крысят, когда они вырастают, — спустя долгие годы по человеческим меркам, гораздо позже смерти их матери. Это совершенно разные животные. Те, за кем много ухаживали и часто вылизывали, кто получал такой заботы больше всего, не переживали без повода. У них было другое половое поведение. Он жили иначе, чем те, о ком матери заботились не так сильно.
So then I was thinking to myself: Is this magic? How does this work? As geneticists would like you to think, perhaps the mother had the "bad mother" gene that caused her pups to be stressful, and then it was passed from generation to generation; it's all determined by genetics. Or is it possible that something else is going on here?
И я подумал: «Это что, магия? Как так получается?» Генетики сказали бы вам, что у крысы, возможно, был ген «плохой матери», передававшийся из поколения в поколение и заставлявший её детей постоянно беспокоиться, что всё это определяется генетикой. А возможно ли, что здесь происходит что-то другое?
In rats, we can ask this question and answer it. So what we did is a cross-fostering experiment. You essentially separate the litter, the babies of this rat, at birth, to two kinds of fostering mothers -- not the real mothers, but mothers that will take care of them: high-licking mothers and low-licking mothers. And you can do the opposite with the low-licking pups. And the remarkable answer was, it wasn't important what gene you got from your mother. It was not the biological mother that defined this property of these rats. It is the mother that took care of the pups. So how can this work?
С помощью крыс мы смогли найти ответ на этот вопрос. Для этого мы провели эксперимент по перекрёстному воспитанию. В нём выводок — детёнышей крысы — при рождении отделили от матери и передали двум видам приёмных матерей… не настоящим матерям, а тем, кто позаботится о детёнышах: часто вылизывающим крысят и редко вылизывающим. С крысятами, которых вылизывают редко, можно сделать противоположное. Был получен удивительный результат: неважно, какой ген вы получаете от матери. Названные особенности крыс не определялись биологической матерью. Всё зависит от самки, которая заботится о крысятах. Как это может происходить?
I am an a epigeneticist. I am interested in how genes are marked by a chemical mark during embryogenesis, during the time we're in the womb of our mothers, and decide which gene will be expressed in what tissue. Different genes are expressed in the brain than in the liver and the eye. And we thought: Is it possible that the mother is somehow reprogramming the gene of her offspring through her behavior? And we spent 10 years, and we found that there is a cascade of biochemical events by which the licking and grooming of the mother, the care of the mother, is translated to biochemical signals that go into the nucleus and into the DNA and program it differently. So now the animal can prepare itself for life: Is life going to be harsh? Is there going to be a lot of food? Are there going to be a lot of cats and snakes around, or will I live in an upper-class neighborhood where all I have to do is behave well and proper, and that will gain me social acceptance? And now one can think about how important that process can be for our lives.
Я эпигенетик. Мне интересно, как гены химически маркируются во время эмбриогенеза, когда мы находимся в утробе матери, и как определяется, какой ген будет экспрессироваться в той или иной ткани. В мозге экспрессируются совсем другие гены, нежели в печени и глазах. И мы подумали: «Возможно ли, что мать своим поведением как-то перепрограммирует ген детёныша?» Мы работали десять лет и обнаружили, что существует цепочка биохимических процессов, при помощи которых вылизывание и уход за детёнышем, материнская забота, переводятся в биохимические сигналы, которые идут в ядро и ДНК и программируют её по-другому. Благодаря этому животные могут подготовиться к жизни: «Будет ли она тяжёлой? Будет ли много еды? И будет ли вокруг много кошек и змей, или я стану частью высшего общества, где нужно будет всего лишь вести себя хорошо и вежливо, чтобы быть своим?» Теперь представим, каким важным этот процесс может быть для нашей жизни.
We inherit our DNA from our ancestors. The DNA is old. It evolved during evolution. But it doesn't tell us if you are going to be born in Stockholm, where the days are long in the summer and short in the winter, or in Ecuador, where there's an equal number of hours for day and night all year round. And that has such an enormous [effect] on our physiology. So what we suggest is, perhaps what happens early in life, those signals that come through the mother, tell the child what kind of social world you're going to be living in. It will be harsh, and you'd better be anxious and be stressful, or it's going to be an easy world, and you have to be different. Is it going to be a world with a lot of light or little light? Is it going to be a world with a lot of food or little food? If there's no food around, you'd better develop your brain to binge whenever you see a meal, or store every piece of food that you have as fat.
Мы наследуем ДНК от предков. ДНК старая. Она изменялась за время эволюции. Но она не сообщает о том, родитесь ли вы в Стокгольме, где летом дни длинные, а зимой короткие, или в Эквадоре, где дни и ночи равны по времени весь год. Это оказывает огромное влияние на наш организм. Мы считаем, возможно, то, что происходит в детстве, те сигналы, которые идут от матери, сообщают ребёнку, в какой среде он будет жить. Окажется ли она суровой, где лучше быть на чеку и готовым ко всему, или она будет благоприятной, и можно расслабиться. Там будет много или мало света? А сколько там будет еды? Если еды не хватает, надо настроить мозг объедаться, когда пища есть, либо запасать каждый кусочек в виде жира.
So this is good. Evolution has selected this to allow our fixed, old DNA to function in a dynamic way in new environments. But sometimes things can go wrong; for example, if you're born to a poor family and the signals are, "You better binge, you better eat every piece of food you're going to encounter." But now we humans and our brain have evolved, have changed evolution even faster. Now you can buy McDonald's for one dollar. And therefore, the preparation that we had by our mothers is turning out to be maladaptive. The same preparation that was supposed to protect us from hunger and famine is going to cause obesity, cardiovascular problems and metabolic disease. So this concept that genes could be marked by our experience, and especially the early life experience, can provide us a unifying explanation of both health and disease.
Это хорошо. Эволюция выбрала это, чтобы позволить нашей прошлой неизменчивой ДНК функционировать в новой обстановке динамически. Но иногда всё может пойти не так; например, если вы родились в бедной семье и сигналы сообщали: «Лучше переедай, поглощай каждый кусочек, который попадётся». Мы — люди, и наш мозг развился, что ускорило эволюцию. Сейчас в «Макдоналдс» можно поесть за доллар. Следовательно то, к чему нас готовили матери, становится неэффективным. То, что должно было защитить нас от голода и нехватки еды, будет приводить к ожирению, проблемам с сердечно-сосудистой системой и нарушению обмена веществ. Концепция влияния опыта на гены, особенно опыта, приобретёного в раннем детстве, помогает дать обобщающее объяснение и для здоровья, и для болезней.
But is true only for rats? The problem is, we cannot test this in humans, because ethically, we cannot administer child adversity in a random way. So if a poor child develops a certain property, we don't know whether this is caused by poverty or whether poor people have bad genes. So geneticists will try to tell you that poor people are poor because their genes make them poor. Epigeneticists will tell you poor people are in a bad environment or an impoverished environment that creates that phenotype, that property.
Но только ли для крыс это верно? Проблема в том, что невозможно проверить это на людях, поскольку заставлять детей испытывать жизненные тяготы противоречит этике. Если у бедного ребёнка разовьётся какое-то качество, мы не поймём, произойдёт это из-за нищеты, или из-за того, что у бедных людей плохие гены. Генетики будут говорить вам, что люди бедны из-за генов, которые заставляют их жить в нищете. Эпигенетики скажут, что бедные люди окружены неблагоприятной нищей средой, которая создаёт этот фенотип, это свойство.
So we moved to look into our cousins, the monkeys. My colleague, Stephen Suomi, has been rearing monkeys in two different ways: randomly separated the monkey from the mother and reared her with a nurse and surrogate motherhood conditions. So these monkeys didn't have a mother; they had a nurse. And other monkeys were reared with their normal, natural mothers. And when they were old, they were completely different animals. The monkeys that had a mother did not care about alcohol, they were not sexually aggressive. The monkeys that didn't have a mother were aggressive, were stressed and were alcoholics. So we looked at their DNA early after birth, to see: Is it possible that the mother is marking? Is there a signature of the mother in the DNA of the offspring?
Мы решили посмотреть на наших родственников — обезьян. Мой коллега Стивен Суми выращивал обезьян двумя разными способами: он случайным образом выбирал обезьянок, отделял их от матери и отдавал медсестре, которая становилась их опекуном. У этих обезьян не было матери: вместо неё была кормилица. А другие обезьянки оставались со своими родными матерями. Повзрослев, они стали совершенно разными животными. Те, кого выращивала мать, не проявляли интереса к алкоголю и не были сексуально агрессивными. Те же, у кого не было матери, были враждебно настроенными, напряжёнными и зависимыми от алкоголя. Мы посмотрели на их ДНК почти сразу после рождения, чтобы узнать, возможно ли, что мать маркирует гены? Есть ли её маркеры в ДНК потомства?
These are Day-14 monkeys, and what you see here is the modern way by which we study epigenetics. We can now map those chemical marks, which we call methylation marks, on DNA at a single nucleotide resolution. We can map the entire genome. We can now compare the monkey that had a mother or not. And here's a visual presentation of this. What you see is the genes that got more methylated are red. The genes that got less methylated are green. You can see many genes are changing, because not having a mother is not just one thing -- it affects the whole way; it sends signals about the whole way your world is going to look when you become an adult. And you can see the two groups of monkeys extremely well-separated from each other. How early does this develop? These monkeys already didn't see their mothers, so they had a social experience. Do we sense our social status, even at the moment of birth?
Этим обезьянкам 14 дней от роду, и здесь вы видите современный способ изучения эпигенетики. Теперь мы можем выявить химические метки, называемые маркерами метилирования, в одном нуклеотиде ДНК. Так мы можем картировать весь геном. Мы можем сравнить обезьян, которые росли с матерями и без них. Вот наглядное представление этого. Гены с бо́льшим уровнем метилирования помечены красным цветом, а гены с меньшим уровнем метилирования — зелёным. Как видите, изменено много генов, потому что отсутствие матери влияет не на один аспект жизни, а затрагивает сразу всё, даёт полное понимание о том, каким будет окружающий мир, когда вы вырастете. Вы видите две группы обезьян, невероятно отличающиеся друг от друга. Когда же это происходит? Эти обезьяны не видели своих матерей, и поэтому приобрели социальный опыт. Осознаём ли мы своё социальное положение в момент рождения?
So in this experiment, we took placentas of monkeys that had different social status. What's interesting about social rank is that across all living beings, they will structure themselves by hierarchy. Monkey number one is the boss; monkey number four is the peon. You put four monkeys in a cage, there will always be a boss and always be a peon. And what's interesting is that the monkey number one is much healthier than monkey number four. And if you put them in a cage, monkey number one will not eat as much. Monkey number four will eat [a lot]. And what you see here in this methylation mapping, a dramatic separation at birth of the animals that had a high social status versus the animals that did not have a high status.
В новом эксперименте мы взяли плаценту у обезьян с разным социальным статусом. В теме социального положения интересен тот аспект, что все живые существа устанавливают иерархию. Обезьяна под номером один — главная, а под номером четыре — подчинённая. Когда четырёх обезьян сажают в клетку, среди них всегда кто-то будет главным, а кто-то — подчинённым. Любопытно, что обезьяна под номером один намного здоровее той, что под номером четыре. И если поместить их в клетку, первая будет есть не так уж много, в отличие от последней. В этой генетической карте вы видите невероятную разницу при рождении между животными с высоким социальным статусом и животными, у которых он не столь высок.
So we are born already knowing the social information, and that social information is not bad or good, it just prepares us for life, because we have to program our biology differently if we are in the high or the low social status.
Мы рождаемся, уже зная о своём социальном положении, и эти сведения не хорошие и не плохие, они просто готовят нас к жизни, потому что нам нужно по-разному программировать свою биологию в зависимости от того, какое у нас положение в обществе.
But how can you study this in humans? We can't do experiments, we can't administer adversity to humans. But God does experiments with humans, and it's called natural disasters.
Как же мы можем исследовать это на людях? Нам нельзя ставить на них эксперименты, подвергать их опасностям и лишениям. Но Бог проводит такие эксперименты, и это зовётся стихийными бедствиями.
One of the hardest natural disasters in Canadian history happened in my province of Quebec. It's the ice storm of 1998. We lost our entire electrical grid because of an ice storm when the temperatures were, in the dead of winter in Quebec, minus 20 to minus 30. And there were pregnant mothers during that time. And my colleague Suzanne King followed the children of these mothers for 15 years.
Одно из самых страшных стихийных бедствий в истории Канады произошло в моей провинции Квебек — ледяной шторм 1998 года. Он полностью разрушил электросеть, и это в середине зимы, когда температура в Квебеке держалась от -20 до -30 градусов. Некоторые женщины были беременны. Моя коллега Сюзанна Кинг наблюдала за их детьми пятнадцать лет.
And what happened was, that as the stress increased -- and here we had objective measures of stress: How long were you without power? Where did you spend your time? Was it in your mother-in-law's apartment or in some posh country home? So all of these added up to a social stress scale, and you can ask the question: How did the children look? And it appears that as stress increases, the children develop more autism, they develop more metabolic diseases and they develop more autoimmune diseases. We would map the methylation state, and again, you see the green genes becoming red as stress increases, the red genes becoming green as stress increases, an entire rearrangement of the genome in response to stress.
Она заметила, что по мере роста уровня стресса… а мы можем объективно оценить уровень стресса. Как долго вы были без электричества? Где проводили своё время: в квартире своей тёщи или шикарном загородном доме? Всё это в сумме составляет шкалу социальной адаптации. Вы можете спросить: «Какими же были те дети?» Выяснилось, что по мере роста уровня стресса у детей учащаются случаи развития аутизма, метаболических расстройств и аутоиммунных заболеваний. Можно составить карту уровня метилирования ДНК и вновь увидеть, что зелёные гены по мере роста стресса становятся красными, а красные — зелёными. Весь геном реконструируется в ответ на стресс.
So if we can program genes, if we are not just the slaves of the history of our genes, that they could be programmed, can we deprogram them? Because epigenetic causes can cause diseases like cancer, metabolic disease and mental health diseases.
Если мы можем программировать гены, если мы не просто рабы своей генетической истории и гены можно изменять, то как это сделать? Ведь эпигенетические факторы могут вызывать такие болезни, как рак, метаболические и психические расстройства.
Let's talk about cocaine addiction. Cocaine addiction is a terrible situation that can lead to death and to loss of human life. We asked the question: Can we reprogram the addicted brain to make that animal not addicted anymore? We used a cocaine addiction model that recapitulates what happens in humans. In humans, you're in high school, some friends suggest you use some cocaine, you take cocaine, nothing happens. Months pass by, something reminds you of what happened the first time, a pusher pushes cocaine, and you become addicted and your life has changed.
Поговорим о кокаиновой зависимости. Она ужасна и может привести к смерти. Мы захотели узнать, можно ли перепрограммировать мозг зависимого и так избавить его от этой тяги? Мы использовали модель возникновения и развития кокаиновой зависимости, которая воспроизводит происходящее с людьми. У нас это так: в старшей школе друзья предлагают попробовать кокаин, вы его принимаете, ничего не происходит. Через несколько месяцев что-то напоминает о том первом разе, дилер даёт вам кокаин, вы становитесь зависимым, и вся жизнь меняется.
In rats, we do the same thing. My colleague, Gal Yadid, he trains the animals to get used to cocaine, then for one month, no cocaine. Then he reminds them of the party when they saw the cocaine the first time by cue, the colors of the cage when they saw cocaine. And they go crazy. They will press the lever to get cocaine until they die. We first determined that the difference between these animals is that during that time when nothing happens, there's no cocaine around, their epigenome is rearranged. Their genes are re-marked in a different way, and when the cue comes, their genome is ready to develop this addictive phenotype.
То же самое мы проделали с крысами. Мой коллега Гал Ядид приучал животных к этому наркотику, а затем месяц не давал его. Потом он напоминал крысам сигналами, цветом клетки об обстоятельствах, когда они попробовали кокаин впервые. Они сходили с ума. Чтобы получить наркотик, они продолжали жать на рычаг, пока не умирали. Сначала мы выяснили, что разница между этими животными в том, что пока ничего не происходит, кокаина поблизости нет, их эпигеном перестраивается, их гены маркируются по-другому. И когда сигнал приходит, их геном готов к тому, чтобы сформировать фенотип наркомана.
So we treated these animals with drugs that either increase DNA methylation, which was the epigenetic marker to look at, or decrease epigenetic markings. And we found that if we increased methylation, these animals go even crazier. They become more craving for cocaine. But if we reduce the DNA methylation, the animals are not addicted anymore. We have reprogrammed them. And a fundamental difference between an epigenetic drug and any other drug is that with epigenetic drugs, we essentially remove the signs of experience, and once they're gone, they will not come back unless you have the same experience. The animal now is reprogrammed. So when we visited the animals 30 days, 60 days later, which is in human terms many years of life, they were still not addicted -- by a single epigenetic treatment.
Мы давали крысам препараты, которые либо повышают уровень метилирования ДНК, либо понижают его, и наблюдали за эпигенетическими маркерами. Оказалось, что при повышении уровня метилирования крысы вели себя ещё безумнее и хотели кокаин сильнее. Но если мы понижали уровень метилирования генов, животные переставали быть зависимыми. Мы перепрограммировали их. Основное различие между эпигенетическим препаратом и любым другим состоит в том, что при помощи первого мы, по сути, убираем следы опыта. Когда они исчезают, то уже не возвращаются, пока подобный опыт не повторится. Крысы теперь перепрограммированы. Когда мы проследили за ними через 30, а потом 60 дней, что по человеческим меркам составляет много лет жизни, зависимости не было. Благодаря одной эпигенетической терапии.
So what did we learn about DNA? DNA is not just a sequence of letters; it's not just a script. DNA is a dynamic movie. Our experiences are being written into this movie, which is interactive. You're, like, watching a movie of your life, with the DNA, with your remote control. You can remove an actor and add an actor. And so you have, in spite of the deterministic nature of genetics, you have control of the way your genes look, and this has a tremendous optimistic message for the ability to now encounter some of the deadly diseases like cancer, mental health, with a new approach, looking at them as maladaptation. And if we can epigenetically intervene, [we can] reverse the movie by removing an actor and setting up a new narrative.
Что же мы узнали о ДНК? ДНК не просто последовательность букв, не просто код. Это — динамичный фильм. Наш опыт записывается в этот интерактивный фильм. Вы словно смотрите кино о своей жизни при помощи ДНК — вашего пульта управления. Можно убирать и добавлять актёров. Несмотря на детерминистическую природу генетики, вы можете контролировать, какими будут ваши гены. Это прекрасная новость, ведь теперь к лечению некоторых смертельных заболеваний, таких как рак и психические расстройства, можно подойти с другой стороны, рассматривая их как проявление дезадаптации. При помощи эпигенетического вмешательства мы можем обратить фильм вспять, убрав старого актёра и поставив нового.
So what I told you today is, our DNA is really combined of two components, two layers of information. One layer of information is old, evolved from millions of years of evolution. It is fixed and very hard to change. The other layer of information is the epigenetic layer, which is open and dynamic and sets up a narrative that is interactive, that allows us to control, to a large extent, our destiny, to help the destiny of our children and to hopefully conquer disease and serious health challenges that have plagued humankind for a long time.
Сегодня я хочу сказать вам, что наша ДНК состоит из двух частей, двух информационных слоёв. Один из них — древний, изменявшийся на протяжении миллионов лет эволюции. У него фиксированная структура, плохо поддающаяся изменению. Второй информационный слой — эпигенетический. Он открыт и гибок, задаёт повествование, интерактивен. Он позволяет нам в значительной степени контролировать свою судьбу, изменять к лучшему судьбу наших детей, и, надеюсь, справиться с болезнями и серьёзными проблемами со здоровьем, от которых долгое время страдает человечество.
So even though we are determined by our genes, we have a degree of freedom that can set up our life to a life of responsibility.
Хотя гены и определяют нас, мы обладаем степенью свободы, которая поможет взять ответственность за свою жизнь.
Thank you.
Спасибо. (Аплодисменты)
(Applause)