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 --
Основний задум виник в одному із затишних барів Мадрида. Я зустрів Майкла Міні, колегу з університету МакГілла. Ми випили пива, і, як заведено у науковців, завели мову про роботу. Він розповів мені, що вивчає, як самки щурів вилизують дитинчат у перші дні життя. Я відповів йому: «Ось на що витрачаються мої податки...
(Laughter)
(Сміх)
on this kind of soft science."
на подібні експерименти».
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.
Тоді він сказав, що щури, подібно до людей, вилизують дитинчат по-різному. Деякі матері занадто ретельні, інші піклуються недостатньо, більшість проявляють помірну активність. Але, що цікаво, коли щурята виростають, а їхні матері помирають... коли за людською міркою спливають роки, вони стають зовсім різними за характером. Ті щурята, яких ретельно вилизували і пильнували, матері яких приділяли їм багато часу, є менш схильними до стресу. Вони проявляють іншу сексуальну поведінку. Ведуть інший спосіб життя на відміну від щурят, якими матері опікувалися менше.
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?
Саме тоді я подумав: «Чи так це насправді? Як це взагалі діє?» Як стверджують генетики, у таких самок щурів може бути присутній ген «поганої матері», який робить щурят більш податливими до стресу і передається від покоління до покоління; в основі всього лежить генетика. Можливо, існує інше пояснення?
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?
Вивчаючи щурів, ми знайдемо відповідь на це запитання. Отже, ми спробували замінити дитинчат. Тобто ми розділили приплід, новонароджених щурят, між двома різними прийомними матерями... не біологічними матерями, але тими, що піклуватимуться про них: облизуючи щурят часто або рідко. І зробили протилежне зі щурятами, яких облизували рідко. Відповідь нас приголомшила: гени, отримані від матері, не мають значення. Особливості характеру щурят залежали не від кровного споріднення. А від матері, яка піклувалась про них. Тож як це працює?
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 - епігенетик. Я вивчаю маркування генів, хімічне, під час ембріонального розвитку, у материнській утробі, а також, як гени проявляються у різних тканинах. У мозку, печінці та очах існує експресія різних генів. У нас виникла думка: чи можливо, що мати якимось чином змінює ген дитини своєю поведінкою? Ми займались цим 10 років і виявили низку біохімічних процесів, завдяки яким облизування і догляд, піклування матері перетворюються на біохімічні сигнали, що поступають до нервового центру та ДНК і перепрограмовують їх. Таким чином тварина готується до того, що чекає на неї у майбутньому. Чи буде життя важким? Чи вистачить їжі? Навколо кишітимуть змії та коти, чи пощастить жити у розкішному районі, де достатньо лише поводитися пристойно, аби заслужити суспільне прийняття? Давайте розглянемо, наскільки важливий цей процес для нас.
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.
Ми успадковуємо ДНК від предків. ДНК існує дуже давно. Вона виникла у ході еволюції. Але ДНК не визначить, чи судилося вам народитися у Стокгольмі, де дні довші влітку і коротші взимку, чи в Еквадорі, де світлий час доби однаковий впродовж року. Ці фактори мають неабиякий вплив на нашу фізіологію. Тож припустимо, що події, які трапилися на початку життя, ті сигнали, що передаються від матері, дають дитині уявлення про соціум, що її оточуватиме. Він буде жорстокий, тож треба починати хвилюватися, або ж життя буде легким, і можна стати, ким забажаєш. Чи буде в її житті достатньо світла? Чи вистачить їжі? Бо якщо їжі буде мало, слід підготувати мозок до необхідності з'їдати все до останньої крихти і перетворювати кожну калорію на жир.
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.
Тож все продумано. Цей еволюційний процес розвиває у нашій незмінній ДНК здатність до пристосування до нового оточення. Але іноді щось може піти не так; наприклад, дитина народилась у бідній родині і отримує сигнал: «Наїдайся, з'їдай всю їжу, що трапляється на твоєму шляху». Але людський мозок розвивається, еволюціонує швидкими темпами. За долар можна поїсти у МакДональдсі. Отже, всі підготовчі сигнали, отримані від матері, більше не відповідають дійсності. Вони повинні були захистити нас від голоду, а натомість викликають ожиріння, серцево-судинні захворювання і порушення обміну речовин. Тож концепція маркування генів на основі минулого досвіду, особливо досвіду перших років життя, може пояснити, як фактори здоров'я, так і причини захворювань.
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.
Але чи справджується теорія тільки на щурах? Справа у тому, що ми нездатні перевірити її на людях, бо, з етичних міркувань, не можемо довільно розподіляти несприятливі фактори. Тож якщо дитина у бідній родині матиме певну рису, ми не знатимемо, чи причина у бідності, чи у поганій генетиці. Генетики скажуть, що бідні люди є бідними, бо такими їх роблять гени. Епігенетики скажуть вам, що бідні люди опинились у несприятливому оточенні, що формує цей фенотип, цю якість.
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?
Тож ми почали вивчати наших найближчих родичів – мавп. Мій колега, Стівен Суомі, виховував мавп двома різними способами: обрані довільним чином мавпенята передавались на виховання няньці в умовах сурогатного материнства. У них не було матері – лише нянька. Інші мавпенята виховувались рідними матерями. Коли вони виросли, то виявились зовсім різними. Мавпи, що росли із матір'ю, не вживали алкоголь, не проявляли сексуальну агресію. Мавпи, у яких не було матері, були агресивними, напруженими, вони стали алкоголіками. Ми вивчали їх ДНК відразу після народження, щоб дізнатися: чи насправді матір маркує гени? Чи залишає вона свій відбиток на ДНК дитини?
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?
Цим мавпам 14 днів. І саме так працює сучасна епігенетика. Ми позначаємо хімічні мітки, які називаються мітками метилювання, на ДНК на мононуклеотидній здатності. Ми можемо позначити цілий геном. І маємо можливість порівняти тварин, які росли з матір'ю і без. Ось як це виглядає. Гени з більшим рівнем метилювання позначені червоним. А гени з меншим рівнем метилювання – зеленим. Як бачите, деякі гени змінюються, тому що сирітство впливає не лише на один аспект життя... воно змінює світовідчуття; ми отримуємо сигнал про те, яким буде навколишній світ у майбутньому. Ми маємо дві групи мавп, що надзвичайно відрізняються одна від одної. Коли ж починається цей процес? Ці мавпенята не знали своїх матерів, тож отримали соціальний досвід. Чи соціальний статус усвідомлюється при народженні?
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.
Ми провели експеримент, в якому взяли плаценти мавп з різним соціальним статусом. Що цікаво, всі живі істоти групують соціальне положення за ієрархічною структурою. Мавпа номер один – лідер; мавпа номер чотири – підлеглий. Якщо помістити чотирьох мавп у клітку, серед них завжди буде лідер і буде підлеглий. Що цікаво, мавпа номер один набагато здоровіша, ніж мавпа номер чотири. Опинившись у клітці, мавпа номер один матиме помірний апетит. А мавпа номер чотири їстиме багато. Даний розподіл метилювання вказує на значну різницю при народженні між тваринами з високим соціальним статусом і тваринами, які такого статусу не мали.
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.
У момент народження ми вже володіємо певною інформацією щодо соціального стану, яка не є доброю чи поганою, а просто готує нас до життя; нашим біологічним механізмам потрібно налаштуватися відповідно до визначеного соціального статусу.
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.
Але як перевірити цю теорію на людях? Ми не можемо проводити експерименти, довільно розподіляючи негаразди. Але Бог сам експериментує на людях, ми називаємо це стихійними лихами.
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.
Одна з найбільших катастроф в історії Канади відбулась у провінції Квебек. Велика ожеледь 1998 року. Вона спричинила втрату всієї електромережі у розпал зими у Квебеці при температурі від мінус 20 до мінус 30 градусів. Деякі жінки очікували немовлят у той час. Моя колега, Сьюзен Кінг, продовжувала спостерігати за тими немовлятами протягом 15 років.
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.
Зі збільшенням рівня стресу – а в даному випадку ми могли його об'єктивно виміряти – Як довго не було електроенергії? Де ви провели цей час? У свекрусиній квартирі чи розкішному маєтку? Ці фактори складають шкалу соціального стресу; і ми поставили собі питання: як виглядають ті діти зараз? Виявляється, зі збільшенням рівня стресу у дітей з'являються аутистичні риси, метаболічні розлади та аутоімунні захворювання. При графічному позначенні метилювання ми бачимо, що зелені гени перетворюються на червоні зі збільшенням стресу, а червоні гени при цьому стають зеленими, У відповідь на стрес відбувається повний перерозподіл геному.
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.
Отже, якщо ми зможемо програмувати гени, якщо перестанемо залежати від генетичної історії, чи зможемо ми змінити генетичну програму? Епігенетичні фактори можуть викликати рак, метаболічні розлади та психічні захворювання.
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.
Візьмемо, наприклад, кокаїнову залежність. Це жахливий стан, який може призвести до летальних наслідків. Ми поставили питання: чи можна перепрограмувати мозок із залежністю так, щоб залежність зникла? Ми скористалися моделлю кокаїнової залежності, яка повторює людську. Наприклад, у старших класах друзі пропонують спробувати кокаїн, ми згоджуємось, нічого не відбувається. Через деякий час ми згадуємо, як це було вперше, купуємо кокаїн знову, розвивається залежність і наше життя змінюється назавжди.
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.
Ми відтворили це на щурах. Мій колега Гал Ядід привчає тварин до кокаїну, потім місяць – жодного кокаїну. Потім він нагадує їм про ситуацію, в якій вони вперше його спробували, через кольорові сигнали із періоду вживання кокаїну. І вони божеволіють. Натискають на важіль, щоб отримати кокаїн, доки не помирають. Ми визначили, що основна різниця між тваринами у тому, що у період утримання від наркотиків, відсутності кокаїну, відбувається перерозподіл епігеному. Маркування генів є зовсім іншим, але коли надходить сигнал, їхній геном розвиває фенотип, що формує залежність.
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.
Цим тваринам давали препарати, що або збільшували рівень метилювання ДНК, який є епігенетичним маркером, або зменшували його. Ми визначили, що при збільшенні рівня метилювання тварини божеволіли ще більше. Їхня потреба у кокаїні збільшувалась. Але при зменшенні рівня метилювання ДНК залежність не розвивалася. Це – генетичне перепрограмування. Основною різницею між епігенетичним препаратом та іншим препаратом є те, що епігенетичні препарати стирають минулий досвід, який більше не повертається, якщо не пережити його заново. Відбувається перепрограмування. Коли ми перевірили тварин через 30 днів, 60 днів, що за людською міркою дорівнює десяткам років, залежність відсутня... після одного прийому епігенетичного препарату.
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.
Що ж ми дізнались про ДНК? ДНК – це не просто послідовність букв; не просто запис. ДНК – це динамічна структура Наш минулий досвід записується, наче на плівку. На ДНК записано фільм про наше життя, а ми маємо пульт управління. Тож можемо додати героя чи видалити його. Попри детермінований характер нашої генетики ми маємо певний контроль над генами, і це надзвичайно гарна новина, що надає можливість боротися зі смертельними хворобами, такими як рак, психічні розлади, використовуючи нові підходи, з точки зору недостатнього пристосування. Якщо ми зможемо провести епігенетичне втручання, [то ми] зможемо перезняти фільм, видаливши актора і додавши нову сюжетну лінію.
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.
Отже, основна ідея моєї сьогоднішньої доповіді: наша ДНК складається з двох основних компонентів, двох шарів інформації. Перший шар – давня інформація, що еволюціонувала за мільйони років. Її фіксована структура майже не змінюється. Другий шар інформації – епігенетичний, відкритий та динамічний, що має інтерактивний характер, і надає нам значний контроль над нашою власною долею, вплив над долею наших дітей та, сподіваюсь, шанс подолати хвороби і серйозні розлади здоров'я, що довгий час переслідують людство.
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.
І хоча нас визначають наші гени, ми отримали певну свободу, що навчить нас відповідальному ставленню до життя.
Thank you.
Дякую.
(Applause)
(Оплески)