Основы биохакинга: знай свой генетический код

Француженка Жанна Кальман умерла в возрасте 122 года в статусе официального рекордсмена-долгожителя. Состояние её отца, а затем и мужа позволило не работать почти всю жизнь занимаясь теннисом, прогулками на велосипеде и походами на природу. В тоже время с молодости Жанна ежедневно курила, а свою долгую жизнь объясняла регулярным употреблением портвейна и шоколада, которого она съедала около 1 кг в неделю. Можно предположить наличие генетической предрасположенности Жанны к долголетию, но средняя продолжительность жизни ее ближайших родственников составляет 72 года, что вполне обычно для Франции прошлого века. В чем же секрет долголетия Жанны и других долгожителей?

Введение
Большая вариабельность продолжительности жизни у людей не характерна для других приматов. Следовательно, на изменчивость данного показателя у человека влияет некий довольно значимый фактор, и результаты исследования этого вопроса указывают на существенную роль образа жизни:

Действительно, от животных люди отличаются более разнообразным образом жизни: мы по-разному питаемся, имеем различную физическую активность и живем в очень неоднородной экологической обстановке. Однако анализ образа жизни долгожителей не обнаруживает универсального рецепта долголетия - большинство из них ведут посредственный образ жизни и даже имеют вредные привычки. Высокое генетическое разнообразие человеческой популяции также значительно влияет на изменчивость продолжительность жизни. В тоже время исследования близнецовым методом демонстрируют лишь умеренный вклад генов в продолжительность жизни долгожителей. Возникает парадокс, когда вклад образа жизни и генетики очевиден, но у долгожителей нет значимых особенностей ни в генотипе, ни в образе жизни. Между тем, данный парадокс легко разрешается, если анализировать гены и образ жизни не по отдельности, а взаимодействия между данными факторами.

Скорее всего, феномен долголетия - это результат удачного сочетания индивидуальных особенностей генотипа человека с выбранным образом жизни. Согласно данной концепции, с одной стороны, генетические предрасположенности к заболеваниям у долгожителей компенсируются соответствующими факторами образа жизни и среды, а с другой - влияние вредных привычек и экологических факторов нивелируется соответствующими генами в их геноме (это важное предложение - перечитайте его еще раз!). Например, риск рака легких сильно зависит от частоты и стажа никотинизации, и Жанна Кальман за 95 лет курения с определенной вероятностью могла заболеть и преждевременно умереть от этого заболевания. Однако Жанна могла иметь защиту от рака легких в результате мутации гена миелопероксидазы, которая в норме используется лейкоцитами для уничтожения бактерий, а в качестве побочного эффекта способна превращать компоненты табачного дыма в канцерогены. Мутация в данном гене нивелирует влияние курения на риск развития рака легких, при этом практически не влияет на иммунную функцию. Кроме того, до самых последних лет жизни Жанна отличалась хорошим состоянием нервной и сердечно-сосудистой системы, что также можно объяснить удачным сочетанием особенностей ее образа жизни с генетикой.

Генетическое тестирование
К сожалению, Жанна Кальмен не дожила всего 6 лет до завершения программы "Геном человека", и теперь мы можем только догадываться о соответствии ее генетических особенностей с образом жизни. Зато в наше время есть возможность изучить свои гены и настроить свой образ жизни с учетом особенностей генотипа. С этой целью я воспользовался услугой компании Атлас, которая предоставила набор для генетического тестирования:

Если программа "Геном человека" обошлась в $3 млрд и продолжалась 13 лет, то современные технологии позволяют за несколько дней прочесть наиболее значимые отрезки вашего генома всего за 19900 рублей, то есть в миллионы раз дешевле и гораздо быстрее. Все что требуется - это собрать в пластиковую пробирку слюну и через личный кабинет вызвать курьера, услуги которого включены в стоимость. В личном кабинете также можно отслеживать все этапы доставки и исследования пробы, а также ознакомиться с результатами. Предлагаю взглянуть на мои результаты и узнать, как я собираюсь их использовать на практике.

Генетический тест включает анализ следующих мишеней в геноме:
Мутации, вызывающие врожденные заболевания;
Полиморфизмы, влияющие на риск развития приобретенных заболеваний;
Предрасположенность к спорту;
Реакции на еду;
Происхождение.

Врожденные заболевания
В тестирование входит анализ 321 мутации, наличие которых ведет к врожденным патологиям с вероятностью, зависящей от типа наследования. Так, например, при аутосомно-рецессивном наследовании родители могут быть здоровыми носителями мутации при наличии нормального гена во второй половине своей ДНК, но их дети с вероятностью 25% получат мутированные варианты гена от обоих родителей и будут иметь развитие болезни:

Например, мутация в гене гемоглобина, полученная от обоих родителей, снижает способность эритроцитов транспортировать кислород в ткани, что ведет к развитию тяжелой анемии. При комбинации нормального и мутантного гена эритроциты содержат смесь нормального и измененного гемоглобина, в результате чего болезнь практически не проявляется, а человек является лишь носителем мутации. В результате такого наследования бессимптомное носительство мутации встречается гораздо чаще, чем само заболевание. Так, например, до 50% населения Африки являются носителями мутации гена гемоглобина, а болезнь развивается лишь у 0,2%. Столь высокое распространение данной мутации обусловлено ее способностью защищать от малярии, возбудитель которой не успевает завершить свой цикл развития в эритроцитах с дефектным гемоглобином. В процессе эволюции наши африканские предки с нормальным гемоглобином погибали от малярии, а устойчивые к инфекции носители мутации получили преимущество в естественном отборе. Таким образом, данную мутацию также можно рассматривать в качестве примера взаимодействия генотипа с окружающей средой. Но если вы живете не в Африке, то какой практический смысл можно извлечь из результатов генотипирования врожденных заболеваний?

В моем геноме данных мутаций не обнаружено, да и детей уже есть комплект, но эта информация может быть очень полезна будущим родителям, планирующим зачатие. В случае обнаружения носительства критических мутаций, применение современных технологий позволит выявить их передачу на ранних сроках беременности и предотвратить рождение ребенка с критической патологией. Впрочем, многие мутации обуславливают заболевания, при которых прерывание беременности будет чрезмерным. Например, некоторые мутации ведут к врожденному снижению слуха или зрения, порокам развития нёба или сердца, что вполне поддается лечению при своевременном выявлении. Есть и такие мутации, которые не ведут к врожденным патологиям, но могут значительно увеличивать риски приобретенных заболеваний.

Риски заболеваний
Результаты анализа рисков развития по 21 приобретенному заболеванию "обрадовали" меня наличием повышенной склонности к атопическому дерматиту. Казалось бы, пустяки, но атопический дерматит считается дебютом "аллергического марша", то есть предсказывает развитие других аллергических заболеваний. Например, с детства моя кожа очень резко реагирует на укусы насекомых, царапины кошек и шерсть собак. Более того, у 34% людей с атопическим дерматитом в зрелом возрасте развивается бронхиальная астма. По похожему сценарию у моего отца тяжелая бронхиальная астма развилась на фоне безобидной аллергии на кота, лишь после смерти которого болезнь отступила. У меня выявлен средний риск развития бронхиальной астмы, поэтому при наличии генетической предрасположенности к атопическому дерматиту необходимо исключить контакт с аллергенами для снижения риска более серьезных заболеваний.

Также у меня обнаружен повышенный риск развития артериальной гипертензии (есть у отца) и средний риск гипотиреоза (есть у матери). В первом случае риск снижается до среднего уровня высокой физической активностью, а во втором - рекомендуется регулярный контроль состояния щитовидной железы. Оба заболевания снижают качество и продолжительность жизни, поэтому я обязательно ставлю их на контроль. По остальным приобретенным заболеваниям риск развития ниже среднего, чем в популяции. Например, от ожирения я защищен не только генетикой и высокой физической активностью, но и составом кишечной микробиоты, о роли которой в обмене веществ я уже писал.

Кстати, на примере ожирения можно проиллюстрировать концепцию сочетания генов с образом жизни. Известно, что мутация rs3751812 в гене FTO значительно увеличивает риск ожирения, в тоже время повышение физической активности у носителей данной мутации позволяет сбросить лишний вес легче и быстрее, чем людям без мутации, полнота которых вызвана другими факторами. С другой стороны, самый популярный способ увеличения физической активности с помощью бега у людей с рядом других мутаций может значительно увеличивать риск травм и заболеваний опорно-двигательного аппарата, например, остеопороза. В таком случае для нивелирования генетических рисков как ожирения, так и остеопороза следует сделать выбор в пользу более силовых видов спорта.

Спорт
Три основных спортивных показателя - сила, выносливость и мышечный рост - в основном предопределены гормональным статусом, кислородной емкостью крови и способностью мышц усваивать аминокислоты. Так, например, тестостерон при активной работе мышц быстро усваивается мышечными волокнами, в которых ферментом 5-альфаредуктазой превращается в более мощный андроген дигидротестостерон. При малоподвижном образе жизни и малом объеме мускулатуры тестостерон трансформируется в дигидротестостерон в основном в простате, что необходимо для ее развития в подростковый период, но с возрастом увеличивает риск аденомы и рака простаты. Таким образом, физическая активность буквально определяет эффекты тестостерона по принципу "пан или пропал". Особенности моего генотипа предрасполагают к низким уровням тестостерона и дигидротестостерона, что обуславливает слабое развитие мускулатуры.

Действительно, слабое развитие мускулатуры - характерная для меня проблема, для решения которой последние 3 года я занимаюсь в спортзале (читайте мой пост о том, как накачать дрища). Благодаря высокой физической активности уровень тестостерона в результатах моих анализов ближе к верхней границе нормы, а вовсе не низкий, как предсказывают гены.

Что касается выносливости, то это как раз сильная сторона моего здоровья. Гены предсказывают нормальные уровни эритроцитов и гормона эритропоэтина, который работает подобно допингу при нагрузках на выносливость. Также мои гены увеличивают скорость связывания мышечными волокнами незаменимых аминокислот, что создает условия для роста мускулатуры, конечно, при наличии достаточного количества белка в пище.

Реакции на еду и алкоголь
Модная в последние десятилетия палеодиета (диета пещерного человека) заключается в отказе от злаковых, молочных, алкогольных и других продуктов, которые стали повседневными в рационе человека с момента появления сельского хозяйства. Адепты палеодиеты обосновывают свою точку зрения примерами непереносимости данных продуктов питания.

Так, например, содержащийся в злаках глютен считается причиной хронического воспаления кишечника, что нарушает всасываемость аминокислот, микроэлементов и витаминов. Эта взаимосвязь действительно имеет место, но лишь у 1-6% людей с разновидностью гена системы HLA, которая участвует в распознавании инфекционных патогенов. У этих людей в кишечнике молекулы HLA связывают глютен, как будто бы это белок патогенного микроорганизма, что инициирует воспаление и развитие серьезного заболевания - целиакии. Интересно, что гены непереносимости глютена повышают устойчивость к бактериальным инфекциям, что могло послужить причиной их сохранения в человеческой популяции после возникновения земледелия, несмотря на риск целиакии. В тоже время у остальных людей глютен совершенно безобиден. Тем не менее, 30% американцев предпочитают покупать безглютеновые продукты, а 41% считает их более полезными. Так как безглютеновые продукты можно встретить в отделах с диетическими товарами, они ошибочно ассоциируются со здоровым питанием. Между тем, необоснованный отказ от злаковых продуктов, напротив, может нанести вред здоровью, так как их безглютеновые аналоги содержат меньше клетчатки, незаменимых аминокислот и витаминов, но насыщены быстрыми углеводами и жирами. Генетическое тестирование поможет установить предрасположенность к целиакии и после консультации со специалистом можно будет обоснованно отказаться от глютенсодержащих продуктов.

Другой пример палеодиеты - отказ от молока, которое до появления сельского хозяйства употреблялось предками человека лишь во младенчестве. Непереносимость молока заключается в снижении синтеза фермента лактазы, расщепляющей молочный сахар лактозу. В результате этого лактоза накапливается в толстой кишке, задерживая в ней воду, а также частично катаболизируется микрофлорой с образованием больших объемов водорода и метана, что закономерно сопровождается диареей и метеоризмом. Непереносимость лактозы в различных популяциях имеет частоту встречаемости от 0 до 100% взрослого населения. Интересно, что самый низкий процент мутаций характерен среди европеоидов, и, предположительно, переносимость лактозы в зрелом возрасте обеспечило им в свое время важное демографическое преимущество, позволившее индоевропейским языкам распространиться столь широко. Так что, отказываясь от употребления молока без веских оснований, мы отказываемся от преимуществ, которые обеспечиваются полезными свойствами данного продукта.

Что касается алкоголя, то несмотря на его отсутствие в рационе наших древних предков, гены ферментов, расщепляющих этанол, есть в геномах всех млекопитающих, так как данный спирт синтезируется некоторыми клетками организма и микрофлорой. Конечно, у разных людей активность данных ферментов сильно варьирует, что влияет на способность усваивать этанол и риск интоксикации и развития алкоголизма. Этанол расщепляется клетками печени через две стадии с образованием двух последовательных продуктов: первый из них - токсичный ацетальдегид, обуславливающий синдром похмелья, второй - безопасный ацетат, который быстро выводится из организма. Первый этап зависит от активности фермента алкогольдегидрогеназа (АДГ), а второй - от активности альдегиддегидрогеназы (АЛДГ). Рассмотрим для примера вторую реакцию на схеме ниже. Если у человека снижена активность АДГ, то употребление алкоголя вызывает сильное и продолжительное опьянение, а токсичный ацетальдегид накапливается медленно и быстро расщепляется АЛДГ, поэтому синдром похмелья не выражен. Сильное опьянение без похмелья располагает к регулярной алкоголизации. В свою очередь регулярная алкоголизация нарушает обмен нейромедиаторов, что при попытки прервать запой вызывает сильнейший абстинентный синдром.

Теперь рассмотрим третий вариант на схеме. Если у человека снижена активность АЛДГ, то токсичный ацетальдегид не успевает утилизироваться и быстро накапливается - короткое опьянение вскоре сменяется очень тяжелым похмельем. Такие люди редко становятся алкоголиками, так как алкоголь ассоциируется у них не с удовольствием, а с отравлением. Для представителей азиатской расы характерно наличие мутации гена фермента АЛДГ, поэтому алкоголь менее популярен в соответствующих культурах, а в случае злоупотребления пивом увеличивается риск рака пищевода. У представителей северных народов чаще наблюдается мутация гена фермента АДГ, поэтому алкоголизм в них более распространен. Генетическое тестирование на непереносимость этанола может помочь осознать степень интоксикации организма метаболитами этанола и риски развития алкоголизма.

Заключение
Нет плохого и хорошего генотипа, ведь гены каждого человека когда-то обеспечили выживание сотням поколений наших предков. Все они пережили холод и голод палеолита, первые эпидемии неолита, каждый из них собственными руками создавал орудия труда и строил жилье, покорял города и женщин, а те с риском для жизни рожали следующее поколение. Уже только поэтому гены практически каждого современного человека безупречны, и долгожители в этом смысле не отличаются от абсолютного большинства. Однако приобретенная в процессе эволюции генетическая безупречность весьма условна. Так, например, сегодня мы обнаружили, что один и тот же ген может как увеличить продолжительность жизни, так и обернуться смертельным заболеванием - исход будет зависеть лишь от образа жизни. Следовательно, для здоровья и долголетия принципиально условие - соответствие образа жизни особенностям генотипа человека.

В традиционном обществе образ жизни передавался из поколения в поколение с семейными традициями и стереотипами поведения параллельно с передачей генетической информации. Методом проб и ошибок образ жизни приходил в соответствие генотипу, что способствовало сохранению рода и соответствующих стереотипов образа жизни в популяции. Поэтому для традиционных сообществ характерна наибольшая частота случаев долгожительства. Между тем, в условиях глобализации традиционный образ жизни человека постоянно меняется под воздействием мультикультурного общества, моды, рекламы, современных условий труда, пристрастий и привычек. В итоге образ жизни современного человека редко соответствует его уникальной генетике. В этом свете различные практики ЗОЖ - всего лишь набор шаблонов для изменения образа жизни, что без учета особенностей генотипа может принести как пользу, так и вред. Я же предлагаю персонализированное решение - модифицировать свой образ жизни согласно индивидуальной инструкции к собственному организму, учитывающей уникальные особенности генотипа. А задачи по анализу генов и разработки такой инструкции можно доверить генетикам и биоинформатикам компании Атлас.

В следующий раз расскажу о результатах исследования истории миграции моих генетических предков по планете и доле неандертальских генов в моем геноме. Чтобы не пропустить - подписывайтесь на обновления.