Гены
Чтобы разобраться в том, как именно действуют гены, ученые исследуют цепочку: гены - мозг - поведение. Ведь поведение зависит от того, как взаимодействуют между собой нервные клетки, использующие в межклеточных контактах химические вещества - нейромедиаторы: норадреналин, серотонин, дофамин и другие. Об этом нейрофизиологам уже многое известно из экспериментов на лабораторных животных, ибо биохимия мозга едина что у крысы, что у человека. А работа нейромедиаторов зависит от генов, которые кодируют управляющие ими белки.
«Различные типы поведения связаны с активностью нейромедиаторных систем мозга, - продолжает Вера Голимбет. - Активность дофаминовой системы оказывает влияние на тип поведения, называемый наступательным. Напротив, серотониновая и норадреналиновая системы определяют поведение, связанное с тревожностью (избегающее). У человека эти типы поведения определяются темпераментом - это способность реагировать на людей, события и устройство окружающего мира».
От гена к поведению
Мы можем считать, что непохожи на родителей. Но иногда (порой совершенно неожиданно) в нас просыпается «голос крови», точнее, «голос генов». «То, что особенности человеческой психики, включая интеллектуальные способности, темперамент, агрессивность, а также многие психические расстройства могут передаваться по наследству, интуитивно было понятно уже давно. Но с развитием психогенетики это подтвердилось, - рассказывает «Деталям мира» доктор биологических наук Вера Голимбет, руководитель лаборатории клинической генетики Научного центра психического здоровья РА МН. - Когда стало возможным количественно оценить наследуемость психических признаков, оказалось, что для показателей интеллекта она составляет 70-80%, для черт темперамента - 30-60%, а в случае психических расстройств (шизофрения, биполярный психоз, аутизм) достигает 80%».
Ген авантюризма
Такое название заслужил один из генов дофамина. Точнее, ген его рецептора - DRD4, расположенный на 11-й хромосоме. Нейроны, работающие с дофамином, передают все, что связано с разного рода удовольствиями: вкусная еда, секс, выигрыш, романтическая любовь. Поэтому дофамин часто называют гормоном удовольствия, хотя это и неверно (гормон - вещество, передающееся с током крови). Дофамин выделяется из окончания одного нейрона, поступает в синаптическую щель и доходит до мембраны другого нейрона. На этой мембране он взаимодействует с белком-рецептором. Собственно, такова схема работы любого нейромедиатора. «Активность дофамина зависит от плотности и активности дофаминовых рецепторов, которые находятся под генетическим контролем», - уточняет Вера Голимбет.
Ученые знают, что у дофамина несколько рецепторов и несколько отвечающих за них генов.
Ген, о котором пойдет речь, - ген рецептора к дофамину четвертого типа. Он обладает изменчивым участком, который построен из разного числа копий одного и того же фрагмента длиной в 48 нуклеотидов. И этот фрагмент в гене разных людей может повторяться от 2 до 11 раз. То есть, условно говоря, ген может быть «длинным» или «коротким». От этого зависит плотность и активность рецепторов. А значит, и сила действия дофамина.
Выяснилось, что длина гена коррелирует с некоторыми чертами характера человека. Носители «длинного» гена из семи повторов (7R) плохо переносят монотонный образ жизни, склонны к поиску новых ощущений, более расторможены, импульсивны, любят риск и чаще нарушают правила, чем носители «коротких» вариантов - 4R и 2R.
Личностные качества могут проявляться по-разному. Среди обладателей «длинного» гена больше людей предприимчивых и активных, любителей экстремального спорта, поэтому его и окрестили геном авантюризма. Но в то же время больше и тех, кто склонен к алкоголизму, наркомании, азартным играм, другим зависимостям. Чаще встречаются и дети с синдромом дефицита внимания и гиперактивности. Люди с «коротким» геном, напротив, более склонны следовать традициям и соблюдать правила.
«Длинный» ген DRD4 распределен по этническим группам неравномерно. «Гены влияли и на то, кто именно уйдет искать новые земли, а кто останется в уже обжитых местах, - пишет Светлана Боринская, ведущий научный сотрудник Института общей генетики им. Н. И. Вавилова РА Н в книге «Люди и их гены». - Чем дальше от центров расселения живет популяция, тем выше у нее частота того варианта гена рецептора DRD4, который связан со стремлением к новизне. В Европе самая высокая частота этого аллеля среди исследованных групп найдена у ирландцев, а в мире - у индейцев Южной Америки». У русских и украинцев частота его встречаемости, по подсчетам специалистов, составляет 4-6%. А самые оседлые люди поселились в Юго-Восточной Азии (1,9%).
Гены необдуманных поступков
У дофамина несколько типов рецепторов, в том числе и такие (D2 и D3), которые связывают избыток дофамина, синтезируемого клеткой, снижая его действие. Они называются ауторецепторами. Их нехватка приводит к импульсивности, толкает человека на необдуманные поступки.
Команда специалистов из Университета Вандербильта исследовала импульсивность людей. И заодно при помощи позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) с использованием радиоизотопа ученые получили карты распределения активных ауторецепторов D2 и D3 в мозге. Чем меньше ауторецепторов, тем больше дофамина выделялось в ответ на воздействие. И тем импульсивнее оказывались испытуемые, и тем хуже они просчитывали последствия своих поступков. Кстати, эти же люди сильнее реагировали на амфетамин. Следовательно, они легче, чем остальные, могут подсесть на наркотик. Результаты исследования ученые опубликовали в журнале Science.
Ген измены
Ученые из университета Бингемтона (США) посмотрели, как соотносится длина гена DRD4 со склонностью мужчин и женщин к изменам и случайным связям. После опроса около 200 молодых людей об особенностях их интимной жизни генетики взяли на анализ их ДНК и проанализировали искомый ген. Оказалось, среди обладателей «длинного» гена вдвое больше испытуемых (45%) признались в случайных связях, чем среди обладателей «короткого» гена (22%). Изменяют своему постоянному партнеру 50% опрошенных с «длинным» геном и 22% с «коротким» геном. Разницы между мужчинами и женщинами генетики не обнаружили.
В журнале PloS ONE ученые обсуждают полученные результаты с точки зрения эволюции и отбора. В человеческой популяции есть и «длинный», и «короткий» варианты гена, потому что в разных условиях преимущество получает либо один, либо другой. В стабильной среде, где приветствуется моногамия, а измены осуждаются обществом, отбор благоприятствует «короткому» гену, и он встречается чаще. В нестабильной среде, где нужно обзавестись большим числом потомков, отбор поддерживает «длинный» вариант гена. Поэтому его частота выше в полигамных культурах.
Ген тревожности
Из генов другого нейромедиатора - серотонина наиболее изучен ген 5-HTTLPR. Он кодирует белок - переносчик серотонина, который контролирует уровень этого нейромедиатора, объясняет «Деталям мира» Вера Голимбет. Переносчик в синаптической щели захватывает серотонин, который еще не связался с рецептором.
В гене, кодирующем этот белок, тоже есть изменчивый участок с разным числом повторов фрагмента из 22 нуклеотидов. У человека он чаще всего состоит из 18 повторов («длинный» ген) или 16 повторов («короткий» ген). Активность «короткого» гена ниже, чем длинного.
Генетики подсчитали, что среди европейцев 36% обладают двумя «длинными» генами, еще 48% - одним «длинным» и одним «коротким», а остальные - двумя «короткими». Для азиатских популяций более характерен «короткий» вариант гена. Оказалось, что носители одного или двух «коротких» генов более тревожны, эмоционально неустойчивы, сильнее переживают стресс.
Нейрофизиологи показали, что у носителей «коротких» генов активнее работают зоны мозга, обрабатывающие эмоциональную информацию. Клинические же исследования свидетельствуют, что такие люди более склонны к депрессии (особенно на фоне хронического стресса). «Во многих исследованиях показано, что у депрессивных больных частота короткого аллеля выше, чем в контрольных группах. Кроме того, такие больные реагируют на лечение иначе, чем носители длинного аллеля. И хотя еще рано говорить об использовании этого открытия в практической медицине, но первый шаг в индивидуальном подходе к лечению депрессии с учетом генотипа больного уже сделан», - считает Вера Голимбет. В лаборатории клинической генетики Научного центра психического здоровья РА МН, которой она руководит, получены сходные результаты: эмоциональные нарушения у здоровых и больных людей связаны с особенностями гена переносчика серотонина.
«К сожалению, пока непонятно, какие физиологические механизмы обусловливают повышенную чувствительность к стрессовым событиям у людей с короткими аллелями переносчика серотонина», - продолжает Вера Голимбет. Известно лишь, что этот вариант гена увеличивает содержание гормона стресса - кортизола, отметила собеседник «Деталей мира».
Ген страха
Ученые медицинского центра Университета Дьюка в Дареме изучали ген 5-HTTLPR на обезьянах - макаках-резусах. Четыре из восьми макак обладали двумя «длинными» генами 5-HTTLPR, а у остальных имелся один «длинный» и один «короткий». Животным показывали на мониторе фотографии различных самцов-резусов и регистрировали их реакцию при помощи инфракрасной видеокамеры. Оказалось, что макаки - носители «короткого» гена меньше, чем носители двух «длинных» генов, рассматривали фотографии самцов и меньше смотрели им в глаза. Особенно животные избегали смотреть в глаза высокоранговых самцов. Они явно испытывали больший социальный страх. А носителей «длинных» генов фотографии чужих самцов, напротив, возбуждали и привлекали.
Результаты эксперимента в полной мере применимы и к людям. Но, как рассуждают ученые в статье в журнале Plos ONE, если «короткий» ген все же распространен среди людей, значит, он дает какие-то преимущества. Социальный страх - это плохо, он парализует волю, но чувствительность к социальным сигналам, исходящим от другого, полезна. Она помогает общению и позволяет избежать конфликтов.
Ген чуткости и доброты
Тот же самый ген переносчика серотонина (5-HTTLPR) ученые связывают с мягкостью и чуткостью по отношению к другим - с эмпатией. Он также влияет на преодоление человеком моральных дилемм. Ученые из Кембриджского и Гарвардского университетов экспериментально доказали, что серотонин усиливает неприятие насилия в отношении другого лица. Испытуемым предлагали задачу, в которой надо было пожертвовать жизнью одного, чтобы спасти пятерых. Люди решали, приемлем ли для них такой подход. Затем им вводили вещество, которое повышает уровень серотонина, и повторяли вопрос. Под действием препарата число людей, которые отказались «приносить в жертву» человека, резко увеличилось. Во втором эксперименте серотонин ухудшил настроение людей, которые смотрели на страдания другого. Так же действует ген 5-HTTLPR - он влияет на содержание серотонина и, соответственно, на поведение, направленное на других.
Ген агрессии
Американские генетики и криминалисты из университетов Флориды, Айовы и Сент-Луиса изучили ДНК более чем 2500 мужчин, преступивших закон. Они анализировали ген фермента моноаминоксидазы А (МАОА), который по результатам предыдущих исследований показал связь со склонностью к насилию. Один из вариантов этого гена чаще выявлялся у участников банд, отличавшихся наибольшей жестокостью. Ген МАОА интересен тем, что расположен на Х-хромосоме. А из этого следует, что свое влияние он оказывает на мужчин, поскольку у них, в отличие от женщин, только одна Х-хромосома. Если же такой «плохой» вариант гена наследует женщина, он у нее практически всегда компенсируется «хорошим» геном на второй Х-хромосоме. Кстати, далеко не все мужчины - носители данного варианта гена МАОА станут насильниками или убийцами. Повышенный уровень агрессии может проявиться у них в мирных целях, например, в спорте.
Моноаминоксидаза А - это фермент, который разрушает дофамин, непрореагировавший в синаптической щели. Определенная мутация - замена одного нуклеотида на другой - приводит к низкой активности фермента. Это и ведет к агрессивности и асоциальному поведению. Но надо сказать, что влияние «плохого» гена чаще всего можно наблюдать в неблагополучных семьях. Там же, где с воспитанием все в порядке, он не проявляется.
Гены альтруизма и ксенофобии
Близнецовый метод продемонстрировал, что доброта и альтруизм также имеют генетическую основу. Склонность людей совершать добрые поступки в ущерб личной выгоде связана с вариациями генов OXTR и AVPR1, кодирующих рецепторы гормонов окситоцина и вазопрессина. Окситоцин долгое время именовали гормоном любви - он очень важен для социального поведения животных и человека. Многочисленные эксперименты показывали, что под действием окситоцина люди становились добрее, терпимее, доверчивее. Недаром его количество возрастает в организме кормящих матерей, усиливая их привязанность к новорожденному младенцу.
Но затем исследователи из Университета Амстердама поняли: окситоцин усиливает любовь только к своим. Участники эксперимента закапывали себе в нос окситоцин либо плацебо. А затем выполняли несколько тестов, показывающих их отношения к представителям других этнических групп - для голландцев это были арабы и немцы. Окситоцин усиливает степень любви к своей и нелюбви к чужим этническим группам, пишут авторы статьи в журнале PNAS. Так что ген, повышающий число рецепторов окситоцина, способствует ксенофобии. С точки зрения развития социальности это понятно - нашим предкам нужно было помогать своим и защищаться от чужих.
«Плохие» гены можно укротить
Как окружающая среда влияет на проявления генов?
«Окружающая среда может в очень большой степени их смягчить, - отвечает «Деталям мира» Вера Голимбет. - И для гена переносчика серотонина, и для гена дофаминового рецептора D4 показано, что определяемые ими черты темперамента проявляются в полной мере, если ребенок растет в неблагополучной, эмоционально холодной атмосфере.
В этом случае и склонность к депрессии, и девиантное поведение проявятся с большей вероятностью. А если обстановка в семье дружественная, родители участвуют в жизни детей, то неблагоприятный генотип может и не сказаться». По словам Светланы Боринской, взаимодействие генов и среды можно сравнить с карточной игрой - хороший игрок может выиграть и с плохими картами.
Быстрые волокна - быстрая мысль
Нейрофизиологи Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе подошли к оценке генетических основ интеллекта через исследование проводящих путей мозга. Они исходили из того, что для работы мозга важны не только сами нейроны, но и волокна, образованные длинными отростками нейронов - аксонами. Из тел нейронов состоит кора - серое вещество мозга и подкорковые ядра, а из волокон - белое вещество. Это проводящие пути, по которым идут нервные импульсы, своего рода мозговая электропроводка. Длинные отростки нейронов - аксоны изолированы подобно электрическим проводам оболочкой из вещества миелина нулевой проводимости. По аксону в изоляции нервный импульс идет в несколько раз быстрее, чем по «голому». Миелин белого цвета, поэтому волокна и составляют белое вещество мозга.
В исследовании приняли участие 23 пары однояйцевых и 23 пары разнояйцевых близнецов. Ученые измерили уровень их интеллекта (IQ) по специализированным опросникам. Архитектуру мозговых проводящих путей они изучали новейшим методом диффузионно-тензорной визуализации (DTI), который основан на измерении диффузии воды в мозговой ткани, помещенной в высокое магнитное поле. Метод указывает на степень миелинизации - развития миелиновой оболочки аксонов в разных областях мозга. Полученный показатель экспериментаторы сопоставили с результатами IQ-тестов. Подвердилось: чем больше скорость проведения нервного импульса, тем быстрее реакция и выше интеллект. Быстрые волокна - быстрая мысль. Сравнив эти характеристики у однояйцевых и разнояйцевых близнецов, ученые сделали вывод о том, как наследуется быстрота проведения импульсов. В разных точках наследуемость оказалась разной (от 45 до 100%), так что авторы построили трехмерную карту мозга с указанием степени генетического влияния в разных точках. В некоторой степени эту карту можно считать и картой наследования интеллектуальных способностей. В статье журнала Journal of Neuroscience ученые предлагают и несколько генов - кандидатов на передачу интеллекта.
Экспериментально подтверждается вклад генов в интеллектуальное долголетие. Команда исследователей из Эдинбургского университета (Шотландия) изучила без малого 2000 человек от 65 лет и старше. У них измеряли уровень интеллекта в 11 лет и в преклонном возрасте. Результаты первого обследования ученые взяли из архивов. У одних испытуемых к преклонным годам интеллектуальные способности падали, у других оставались на молодом уровне. Для генетического анализа специалисты выделили ДНК из клеток крови испытуемых и сравнили ее по 500 000 генетических вариаций (однонуклеотидный полиморфизм). Эти данные сопоставили с уровнем интеллекта пожилых людей. Биологи, опубликовавшие результаты в журналах Nature и Molecular Psychiatry, пришли к выводу, что интеллектуальная стабильность (хорошая сохранность работы мозга в старости) на 24% обусловлена генетическими особенностями. Но нельзя рассчитывать только на гены - сохранить интеллект в старости поможет тренировка мозга, правильное питание и физическая активность.