Читаем The Epigenetics Revolution полностью

A team led by Dr Jeffrey Craig in 2010 at the Royal Children’s Hospital in Melbourne also examined DNA methylation in identical and fraternal twin pairs[32]. They investigated a few relatively small regions of the genome in greater detail than in Manel Esteller’s earlier paper. Using samples just from newborn twin pairs, they showed that there was a substantial amount of difference between the DNA methylation patterns of fraternal twins. This isn’t unexpected, since fraternal twins are genetically non-identical and we expect different individuals to have different epigenomes. Interestingly, though, they also found that even the MZ twins differed in their DNA methylation patterns, suggesting identical twins begin to diverge epigenetically during development in the uterus. Combining the information from the two papers, and from additional studies, we can conclude that even genetically identical individuals are epigenetically distinct by the time of birth, and these epigenetic differences become more pronounced with age and exposure to different environments.

Of mice and men (and women)

These data are consistent with a model where epigenetic changes could account for at least some of the reasons why MZ twins aren’t phenotypically identical, but there’s still a lot of supposition involved. That’s because for many purposes humans are a quite hopeless experimental system. If we want to be able to assess the role of epigenetics in the problem of why genetically identical individuals are phenotypically different from one another, we would like to be able to do the following:

Analyse hundreds of identical individuals, not just pairs of them;

Manipulate their environments, in completely controlled ways;

Transfer embryos or babies from one mother to another, to investigate the effects of early nurture;

Take all sorts of samples from the different tissues of the body, at lots of different time points;

Control who mates with whom;

Carry out studies on four or five generations of genetically identical individuals.

Needless to say, this isn’t feasible for humans.

This is why experimental animals have been so useful in epigenetics. They allow scientists to address really complex questions, whilst controlling the environment as much as possible. The data that are generated in these animal studies produce insights from which we can then try to infer things about humans.

The match may not be perfect, but we can unravel a surprising amount of fundamental biology this way. Various comparative studies have shown that many systems have stayed broadly the same in different organisms over almost inconceivably long periods. The epigenetic machinery of yeast and humans, for example, share more similarities than differences and yet the common ancestor for the two species lies about one billion years in the past[33]. So, epigenetic processes are clearly fairly fundamental things, and using model systems can at least point us in a helpful direction for understanding the human condition.

In terms of the specific question we’ve been looking at in this chapter – why genetically identical twins often don’t seem to be identical – the animal that has been most useful is our close mammalian relative, the mouse. The mouse and human lineages separated a mere 75 million or so years ago[34]. 99 per cent of the genes found in mice can also be detected in humans, although they aren’t generally absolutely identical between the two species.

Scientists have been able to create strains of mice in which all the individuals are genetically identical to each other. These have been incredibly useful for investigating the roles of non-genetic factors in creating variation between individuals. Instead of just two genetically identical individuals, it’s possible to create hundreds, or thousands. The way this is done would have made even the Ptolemy dynasty of ancient Egypt blush. Scientists mate a pair of mice who are brother and sister. Then they mate a brother and sister from the resulting litter. They then mate a brother and sister from their litter and so on. When this is repeated for over twenty generations of brother-sister matings, all the genetic variation gets bred out, throughout the genome. All mice of the same sex from the strain are genetically identical. In a refinement of this, scientists can take these genetically identical mice and introduce just one change into their DNA. They may use such genetic engineering to create mice which are identical except for just one region of DNA that the experimenters are most interested in.

A mouse of a different colour

Перейти на страницу:

Похожие книги

Основы психофизиологии
Основы психофизиологии

В учебнике «Основы психофизиологии» раскрыты все темы, составляющие в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования содержание курса по психофизиологии, и дополнительно те вопросы, которые представляют собой «точки роста» и привлекают значительное внимание исследователей. В учебнике описаны основные методологические подходы и методы, разработанные как в отечественной, так и в зарубежной психофизиологии, последние достижения этой науки.Настоящий учебник, который отражает современное состояние психофизиологии во всей её полноте, предназначен студентам, аспирантам, научным сотрудникам, а также всем тем, кто интересуется методологией науки, психологией, психофизиологией, нейронауками, методами и результатами объективного изучения психики.

Юрий Александров , Юрий Иосифович Александров , Людмила Александровна Дикая , Игорь Сергеевич Дикий

Детская образовательная литература / Биология, биофизика, биохимия / Биология / Книги Для Детей / Образование и наука
Происхождение мозга
Происхождение мозга

Описаны принципы строения и физиологии мозга животных. На основе морфофункционального анализа реконструированы основные этапы эволюции нервной системы. Сформулированы причины, механизмы и условия появления нервных клеток, простых нервных сетей и нервных систем беспозвоночных. Представлена эволюционная теория переходных сред как основа для разработки нейробиологических моделей происхождения хордовых, первичноводных позвоночных, амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих. Изложены причины возникновения нервных систем различных архетипов и их роль в определении стратегий поведения животных. Приведены примеры использования нейробиологических законов для реконструкции путей эволюции позвоночных и беспозвоночных животных, а также основные принципы адаптивной эволюции нервной системы и поведения.Монография предназначена для зоологов, психологов, студентов биологических специальностей и всех, кто интересуется проблемами эволюции нервной системы и поведения животных.

Сергей Савельев , Сергей Вячеславович Савельев

Биология, биофизика, биохимия / Зоология / Биология / Образование и наука
Энергия, секс, самоубийство. Митохондрии и смысл жизни
Энергия, секс, самоубийство. Митохондрии и смысл жизни

Испокон веков люди обращали взоры к звездам и размышляли, почему мы здесь и одни ли мы во Вселенной. Нам свойственно задумываться о том, почему существуют растения и животные, откуда мы пришли, кто были наши предки и что ждет нас впереди. Пусть ответ на главный вопрос жизни, Вселенной и вообще всего не 42, как утверждал когда-то Дуглас Адамс, но он не менее краток и загадочен — митохондрии.Они показывают нам, как возникла жизнь на нашей планете. Они объясняют, почему бактерии так долго царили на ней и почему эволюция, скорее всего, не поднялась выше уровня бактериальной слизи нигде во Вселенной. Они позволяют понять, как возникли первые сложные клетки и как земная жизнь взошла по лестнице восходящей сложности к вершинам славы. Они показывают нам, почему возникли теплокровные существа, стряхнувшие оковы окружающей среды; почему существуют мужчины и женщины, почему мы влюбляемся и заводим детей. Они говорят нам, почему наши дни в этом мире сочтены, почему мы стареем и умираем. Они могут подсказать нам лучший способ провести закатные годы жизни, избежав старости как обузы и проклятия. Может быть, митохондрии и не объясняют смысл жизни, но, по крайней мере, показывают, что она собой представляет. А разве можно понять смысл жизни, не зная, как она устроена?16+

Ник Лэйн

Биология, биофизика, биохимия / Биология / Образование и наука
Логика случая. О природе и происхождении биологической эволюции
Логика случая. О природе и происхождении биологической эволюции

В этой амбициозной книге Евгений Кунин освещает переплетение случайного и закономерного, лежащих в основе самой сути жизни. В попытке достичь более глубокого понимания взаимного влияния случайности и необходимости, двигающих вперед биологическую эволюцию, Кунин сводит воедино новые данные и концепции, намечая при этом дорогу, ведущую за пределы синтетической теории эво люции. Он интерпретирует эволюцию как стохастический процесс, основанный на заранее непредвиденных обстоятельствах, ограниченный необходимостью поддержки клеточной организации и направляемый процессом адаптации. Для поддержки своих выводов он объединяет между собой множество концептуальных идей: сравнительную геномику, проливающую свет на предковые формы; новое понимание шаблонов, способов и непредсказуемости процесса эволюции; достижения в изучении экспрессии генов, распространенности белков и других фенотипических молекулярных характеристик; применение методов статистической физики для изучения генов и геномов и новый взгляд на вероятность самопроизвольного появления жизни, порождаемый современной космологией.Логика случая демонстрирует, что то понимание эволюции, которое было выработано наукой XX века, является устаревшим и неполным, и обрисовывает фундаментально новый подход – вызывающий, иногда противоречивый, но всегда основанный на твердых научных знаниях.

Евгений Викторович Кунин

Биология, биофизика, биохимия