Биологиядағы ақтаңдақ : эпигенетика геннің дирижері

АҚШ-тағы UC Berkeley университетінде еңбек ететін қазақ ғалымы Жадыра Еркеш – осы саладағы ізденістердің басы-қасында жүр. Бүгінде Нобель лауреаттарымен тізе қоса отырып ДНҚ құрылымы мен эпигенетиканы зерттейтін маман бізге адам ағзасында гендердің қалай реттелетінін түсіндіріп берді.

Генетика – кесіп-пішіп қойған тағдыр емес

– Жадыра, сіздің зерттеу аяңыз ДНҚ құрылымындағы хроматин мен жалпы эпигенетиканың биохимиясын қамтиды екен. Мұны зерттеу не үшін маңызды? Қарапайымдау тілмен түсіндіріп беріңізші.

– Заманауи ғылымдағы ең ірі сабақтың бірінен бастайын. 2003 жылы аяқталған «Адам Геномы» жобасы – тарихтағы ең ауқымды ғылыми жобаның бірі болды. Оның мақсаты әуелгіде қарапайым болып көрінді – адамның ДНҚ-сын «оқып», аурулардың кілтін табу. 2000 жылы Ақ үйде жобаның нәтижеcін жариялаған сәтте сол кездегі АҚШ президенті Клинтон: «Бүгін біз Құдайдың тіршілікті жаратқан тілін үйренеміз», – деген еді. Жобаның нәтижесі бәрін таңғалдырды. Бірінші жаңалық – адамда небәрі шамамен 20 000 ғана ген бар екені анықталды. Са­лыстырмалы түрде айтсақ, көзге көрін­бейтін топырақ құрты C. elegans, яғни бар-жоғы 959 жасушадан тұратын микрос­копиялық жәндікте де шамамен 20 000 ген бар екені белгілі. Ондаған жыл бойы адамда кемінде 100 000 ген бар деп сенген ғалымдар үшін бұл расымен күтпеген хабар болды. Сонда ген тұрғысынан адам мен құрт арасында айырмашылық  мүлдем болмағаны ма деген сауал маза бермеді. Ал бүгін біз не білеміз? Организм неғұрлым күрделі болса, гендердің саны өспейді екен: қайта сол бар гендердің қашан, қай жасушада, қалай оқылатынын реттейтін молекулалық жүйе соғұрлым күрделенеді екен. Адамның C. elegans құртынан ерек­шелігі ген санының көптігінде емес, олардың регуляциясының қыр-сырында жатыр екен.

Екінші қызық жаңалық – адам ДНҚ-сының шамамен 1,5%-ы ғана гендерді кодтайды екен. Ал қалған 98%-ға жуығы бастапқыда «қоқыс ДНҚ» деп аталып, жылдар бойы ескерусіз қалған еді. Бірақ кейінгі ENCODE жобасы бұл пікірді түбегейлі жоққа шығарды: сол «қоқыстың» 80%-дан астамы биологиялық белсенді, гендердің жұмысын реттейтін күрделі молекулалар екені белгілі болды.

Үшінші жаңалық (бәлкім, ең маңыз­дысы) – жүрек ауруы, қант диабеті, депрес­сия, Альцгеймер сияқты созылмалы аурулардың таза генетикалық үлесі орта есеппен 20%-дан аспайды екен. Яғни, генетикаңызда осы ауруларға бейімділік болса да, бұл оған міндетті түрде шалды­ғасыз дегенді білдірмейді. Қалған 80% – қоршаған орта, тамақтану, стресс, өмір салты сияқты факторларға байланысты. Осы тұста сұрақ туады: бұл сыртқы фак­тор­лар денеге қалай әсер етеді? Олар ДНҚ тізбегін өзгертпейді, бірақ гендердің қашан және қай жасушада оқылатынын реттейді. Мысалы, созылмалы стресс белгілі бір гендердің белсенділігін төмендетеді, ал тамақтану хроматин құрылымына әсер етіп, гендердің экспрессиясын өзгертеді. Кейбір жағдайда бұл өзгерістер ұрпаққа да берілуі мүмкін. «Адам Геномы» жобасының басты сабағы мынау болды: созылмалы аурулардың кілті гендердің өзінде емес, олардың реттелу жүйесінде жатыр екен. Дәл осыны зерттейтін ғылым – эпигенетика.

– Адамның өмірінде геннің рөлі қаншалықты? Эпигенетика бұл шекараны қалай өзгертеді?

– Өмірде неден таңдау жасай аласыз, ал нені таңдай алмайсыз? Ата-анасын ешкім таңдап тумайды. Ал сол ата-анадан мұраға берілген гендер – сіздің биология­­лық «стартыңыз». Генетика белгілі бір мағынада детерминистік: қай ауруларға бейіміңіз бар, дене ерекшеліктеріңіз қандай болады – мұның бір бөлігі өмірге келген сәтте белгіленіп қойған.

Дегенмен генетика – кесіп-пішіп қойған тағдыр емес. Мұны ең айқын дәлелдейтін құбылыс – генетикасы бірдей егіздер. Мысалы, ДНҚ-лары 100% бірдей болса да, 40-50 жасқа келгенде егіздің бір сыңарында жүрек ауруы бар, ал екіншісінде жоқ болуы өте жиі кездеседі. Яғни, бірі дұрыс тамақпен, ұйқымен, белсенді өмірмен гендерінің «жаман жақтарын» тежеп ұстаған, ал екіншісі нашар диета мен қозғалысы өте аз болғандықтан оның эпигеномы  мүлдем басқа жолмен кеткен.

– Қоршаған орта мен өмір салты эпигенетикаға қалай әсер етеді, бұл өзгерістер қаншалықты ұзақ сақталады (тіпті, ұрпаққа берілуі мүмкін бе) және олардың психикалық денсаулықпен байланысы қандай?

– Қоршаған орта мен өмір салты эпигеномға тікелей әсер етеді. Мысалдар өте көп: темекі тартқанда ДНҚ тізбегіндегі С (цитозинге) метил тобы қосылып, өкпе ауруларына қатысты гендер белсенеді. Созылмалы ұйқысыздық иммундық жүйені реттейтін гендерді бұзады. Тіпті, балалық шақтағы стресс те ұзақмерзімді із қалдырады.

Бұл өзгерістердің ұрпаққа берілуін transgenerational epigenetic inheritance дейміз. 2013 жылы Эмори университетінің ғалымдары тышқандарды алқызыл гүл иісінен қорқуға үйретті. Ең қызығы, сол қорқыныш тышқандардың ұрпақтарына берілген екен: бұл реакция тіпті жасанды ұрықтандыру арқылы туған балаларда да байқалған. Яғни, қорқыныш ата-ана мен баланың тікелей қарым-қатынасы арқылы емес, таза биологиялық жолмен де беріледі екен. 

Мұны естігенде заңды сұрақ тууы мүмкін: жаңа ғана генетика детерминистік деп айттыңыз, ал енді эпигенетика да ұрпаққа берілетін болса, екеуінің айыр­машылығы қайда? Негізі айырмашылы­ғы – түбегейлігінде, себебі эпигенетикалық өзгерістер – қайтымды процестер. Ге­нетикалық тұрғыдан айтқанда, ДНҚ тізбегі өзгермейді – ол тайға таңба бас­қандай денеңіздегі 30 триллион жасушаның әрқайсысында сіз тумай жатып қалып­тасқан  және сол күйінде қалады. Ал эпигенетикалық белгілер динамикалық болып келеді: оларды өмір салтыңыз, ас-ауқатыңыз, ортаңыз арқылы өзгертуге болады. «Нашар» эпигенетикалық белгімен өмірге келдіңіз бе – ол өте үлкен проблема емес және бұл – эпигенетиканың медицина үшін ең маңызды қасиеті.

«Қайтымды аурулар» санаты пайда болуы мүмкін

– Соңғы жылдары эпигенетикалық өзгерістерді нысанаға алатын жаңа терапия түрлері дамып келеді. Осыған байланысты, эпигенетикалық терапия деген не және оның болашағы қандай деп ойлайсыз?

– Эпигенетикалық жолмен «өшірілген» генді қайта қосуға немесе артық белсенген ауру генін өшіруге болады. Дәл осы мүмкіндік эпигенетикалық терапияны бүгінгі медицинадағы ең перспективалы бағыттардың біріне айналдырып отыр.

Эпигенетикалық терапия онкологиядан тыс та кеңейіп келеді, әсіресе 2-типті қант диабеті, жүрек жеткіліксіздігі, би­полярлық бұзылыс, аутизм, нейродегене­ративті аурулардың барлығында эпигене­тикалық механизмдердің рөлі зерттеліп жатыр. Соның ішіндегі ең батыл бағыт – қартаюды биологиялық деңгейде кері айналдыру десем артық емес. 2006 жылы жапон ғалымы Яманака ересек жасуша­ларды жас эмбриондық жасушаларға айналдыратын транскрипция факторларын ашып,  бұл жаңалығы үшін Нобель сый­лығын алды. Кейінгі зерттеулер жасу­шаларды бір апта ішінде эпигенетикалық жолмен жасарта алатын химиялық коктейльдерді анықтады. Паспорттық жас өзгермей, биологиялық жас азаяды, бұл бағыт әзірше эксперименттік, бірақ болашағы өте зор.

Менің ойымша, алдағы жылдары эпигенетикалық терапия онкологиядан нейродегенеративті аурулар мен психиатрияға дейін кеңейеді; адамның «нақты биологиялық жасын» өлшейтін эпигенетикалық маркерлер клиникалық практикаға енеді; ең бастысы, «қайтымды аурулар» деген жаңа медициналық категория пайда болады. 

 Қызығушылықтан туған зерттеу аса маңызды

– Жуырда Жер шарындағы ең көне организмде пайда болған молекуланы зерттеп жатқаныңызды бөліскен едіңіз. Зерттеу барысы қалай?

– Адамзат пайда болғанға дейін 3 миллиардтан астам жыл бойы тіршілік етіп келе жатқан алғашқы организмдердің бірі – архейлер. Ол кезде Жер шары улы газдарға толы әрі өте ыстық болды, бұл жағдай өсімдіктер мен жануарлар үшін уытты, бірақ архейлер үшін қолайлы еді. Олар сыртқы пішіні жағынан бактерияға ұқсас – ядросыз, бір жасушалы. Бірақ ең қызығы, молекулалық деңгейде архейлерде геннің оқылу аппараты бактерияларға емес, адам жасушасындағы механизмдерге  айтарлықтай ұқсас. Яғни тіршілік ағашының ең алыс бұтағындағы бұл ежелгі организм – бізге бактериядан жақынырақ. Оларды зерттеу молекулалық уақыт машинасында артқа жүру деп айтсақ та болады.

Мен қазір осы организмді зерттейтін басқа зертханамен коллаборациялық жобада жұмыс істеп жатырмын. Зерттеу нысаны – архейлердегі ең көне ақуыздар­дың бірі, ол молекула гендердің дұрыс бөлінуін реттеуге жауап береді. Жоба белсенді зерттеу сатысында болғандықтан, оған қатысты мәліметтер әзірге құпия, сәті түскенде қуана айтып беремін.

– Ғылымда «curiosity-driven research» деген ұғым бар. Таза қызығушылықтан туындайтын зерттеулер қаншалықты маңызды?

– Бұл сұрақ маған өте жақын, өйткені мен өзім осындай зерттеушімін. Мысалы, архейлерді зерттеген кезде ешкім «бұның практикалық қолданысы не?» деп сұра­майды – біз оларды зерттейміз, өйткені олар таңғажайып және «бұл қалай жұмыс істейді?» деген сұрақ – адамзат біліміндегі маңызды, іргелі олқылықты толтыруға бағытталған.

Тарих мұндай зерттеулердің потен­циалын қайта-қайта дәлелдеген. 1960 жылдары бактериологтар бактериялардың вирустарға қарсы иммунитетін зерттеді – ешқандай медициналық мақсатсыз, тек «бұл қызық» деп. Сол таза қызығушы­лықтан туған жұмыс бүгін CRISPR деп аталады: ол – адамзат тарихындағы ең революциялық биомедициналық жаңалықтардың бірі. Ешкім бұны алдын ала жоспарлаған жоқ. Александр Флеминг зертханасына оралып, пластинкасындағы зеңге таңырқап қараған кезде зерттеу бюджетін дәлелдеп отырған жоқ еді, ол ғалымды жай қызықтырды. Нәтижесі – пенициллин, миллиардтаған өмірді сақтап қалған антибиотик.

Бүгінгі ғылым қаржыландыру жүйесі «нәтиже не болады?» деп сұрайды. Бірақ шынайы жаңалық алдын ала болжауға келмейді. Тек «пайдалы» деп белгіленген нәрсені ғана зерттесек, біз картаны жай қайта сызамыз, жаңа континент ашпаймыз. Curiosity-driven research – ғылымның жаңартылмайтын ресурсы. Оны тоқ­татсаңыз, бес жылдан кейін не жоғалт­қаныңызды байқамауыңыз мүмкін, бірақ ұзақ уақыттан кейін оны әлбетте түсіне­сіз – бірақ кеш болады.

Ғылыммен айналысқанның даусы бар

– Бұрынғы академиялық тәжірибеңізбен салыстырғанда, UC Berkeley-дегі жүйе несімен өзгеше? Нобель лауреаттарына арналған автотұрақ сияқты символикалық дүниелердің өзі бұл университеттегі ғылыми атмосфераны аңғартатындай. Осындай ортада интеллектуалдық еркіндік пен үлкен идеяларға ұмтылыс қалай қалыптасады?

– Берклиге келгенде бірінші байқаға­ным – академиялық мәртебенің қарым-қатынасқа кедергі жасамайтыны. Нобель лауреаттары, жас постдоктар, студент­­тер – бәрі бір семинарда бірдей белсенділікпен пікір алмасады. 

Ең маңызды айырмашылық – колла­борация мәдениеті. Мұнда әр зертхана өз ішінде ғана жұмыс істемейді. Химик биологпен, математик нейробиологпен бірлесіп жұмыс жасайды. Мұндай байла­ныстар мұнда табиғи түрде қалыптасады, өйткені жүйе соған ынталандырады. Семинарларда студент профессорға қарсы пікір айта алады – бұл қалыпты жағдай және бұл сыни ойлаудың нормаға айналғанын көрсетеді. Жалпы айтсам, Беркли ортасы батыл сұрақтарға мүмкіндік беріп қана қоймайды, сізден оны күтеді. Бұл – психологиялық тұрғыдан маңызды айырмашылық. Дұрыс ғылыми орта зерттеушінің тақырып таңдауына, идея ұсынуына, тіпті қателесуге деген қарым-қатынасына тікелей әсер етеді.

– Ғылымдағы әртүрлілік (diversity) зерттеу нәтижелеріне әсер етеді деп ойлайсыз ба?

– Бұл сұраққа мен абстрактілі емес, өз тәжірибемнен жауап берейін. Өйткені мен – Берклидегі жалғыз қазақ әйел ғалымымын. Статистикалық тұрғыдан алғанда, «сирек кездесетін» катего­риядамын.

Ғылымдағы diversity тек әділет мәсе­лесі емес, ғылымның сапасына да әсер етеді. Мысал келтірейін, жүрек ауруы белгілері ондаған жылдар бойы негізінен ер адамдарда зерттелді. Нәтижесінде, әйелдердегі инфаркт белгілері мүлдем өзгеше екенін ұзақ уақыт байқамадық: ол белгі – кеудедегі күшті ауырсыну емес, жүрек айну, шаршау, иық ауруы екен. Сол белгілермен келген әйелдер дұрыс диагноз алмай кетіп жатты. Ғылыммен кім айналысса, қандай сұрақ қойы­латынын да сол шешеді.

Менің өз зерттеу бағытыма да бұл ті­келей қатысты. Эпигенетика саласындағы зерттеулердің басым бөлігі Батыс популя­цияларында жүргізілген. Қазақстан халқы­ның тарихи тәжірибесі – ашаршы­лық, депортация, кеңестік дәуірдегі озбыр саясаттың біздің халыққа эпигенетикалық тұрғыдан қалай әсер еткені мүлдем зерт­телмеген, себебі сондай сұрақты қоятын ғалымдар болмаған.

Diversity – жай алуан түрлі беттер жиналған бөлме емес. Бұл алуан түрлі тәжірибе, алуан түрлі сұрақтар, алуан түрлі «қалыпты» деген түсінік. Ғылым объективтілікке ұмтылады, бірақ оны жасайтын адамдар – субъект. Сондықтан зерттеушілер неғұрлым алуан түрлі болса, объективтілікке соғұрлым жақын боламыз. 

Birbala Books – айдентити жобасы

– Айтпақшы, сіздің Birbala books жобаңыз шетелдегі қазақ ата-аналары арасында айтарлықтай танымал болып келе жатыр. Amazon маркетплейсіндегі қазақша кітаптарыңызды көріп қуанып қалғанымыз рас. Жалпы, бұл идея қалай, қашан туды? Жобаның мақсаты, мүмкіндіктері, жемісі жайлы айтып өтсеңіз?

– Birbala books – бір қарағанда балалар кітабы жобасы. Бірақ шын мәнінде миссиясы әлдеқайда күрделі жоба. 

Өзімнен бастайын. Мен Қытайдың Алтай өңірінде туып, Алматыда өстім. Екеуі де қазақ ортасы болғанымен, мәдениеті, менталитеті, тіпті қазақ тілінің өзі де екі басқа. Магистратураны Астанада (НУ), докторантураны оқығанда Сауд Арабиясында тұрдым, ал қазір Америка­ның Беркли қаласындамын. Бүгінде америкалық-қазақ баланың анасымын. Иммиграция да, ана болу да өзіңді жаңадан тануға мәжбүрлейтін процестер. Осы екеуі қосылған кезде, бір сұрақ үнемі ойыңда жүреді: балам қандай адам боп қалыптасады? Ал жалпы, өзіме де, Шәкәрім атамыз айтпақшы, «Келдім қайдан, нетсем пайдам, өлгеннен соң не болам» деген экзистенциялық сұрақтар маза бермейтін.

Зерттеулер көрсеткендей, екі мәдениет арасында өскен балалар (оны «third culture kids» деп атап жүрміз) егер өздерінің мәдени тамырымен байланыс орнатпаса, ересек шақта жеке басын тану дағдарысына (identity crisis) жиі ұшырайды. Тіл – тек сөздер жиынтығы емес, ол – дүниені қабылдау тәсілі және мәдени код. Бала өз тілін жоғалтқанда, ол сөздерді ғана емес, өзінің бір бөлігін жоғалтады. Сон­дықтан Birbala Books – identity жобасы.

Бірақ бұл жобаның тағы бір бағыты бар, ол – ғылыми қыры. Ғылыми карьера маған бір нәрсені үйретті: олқылықты көрсең, оның орнын толтырасың. Диас­порадағы және тіпті Қазақстанның өзіндегі қазақ балаларына (әсіресе, 5 жастан кіші) арналған сапалы, заманауи кітап жоқты­ғы – осындай зор олқылық еді. Сонымен қатар ғылым маған кітаптарды зерттеуге негіздеп жасауды үйретті. Баланың тілді қалай меңгеретіні, иллюстрацияның танымдық дамуға әсері, эмоциялық интеллектті дамыту, қазақи құндылықтар, екітілді форматтың артықшылықтары – осының бәрі біздің кітаптарда ескерілген.

 Мен үшін бұл жоба – ана болу мен ғалымның жұмысы тоғысқан жер. Ал өмірімнің қазіргі кезеңінде сол білімді өз халқыма осы форматта қайтара алаты­ным – мен үшін үлкен бақыт. Балалар­ды қандай ортада қалыптасты­руымыз – біздің жауапкершілік. Біз бес айда 3 кітап шығардық, олар әлемнің 12 елінде саты­лымда және тегін аудиокітаптарды дүние­нің кез келген бұрышынан birbala.com сайтына кіріп тыңдауға болады. 

Мен қазақ тілінің, мәдениетінің адвокатымын және бұл – саяси позиция емес, жүректен шыққан сезім. Кітап – өзің жайлы айтудың (self-expression) ең адал тәсілдерінің бірі деп ойлаймын. Бұл жобада ғалымдығым да, ана ретіндегі болмысым да, халқыма деген шексіз сүйіспеншілігім де жатыр.

– Мазмұнды әңгімеңіз үшін көп рақмет! 

Сұхбаттасқан 

Ботагөз МАРАТҚЫЗЫ,

Калифорния, АҚШ