Исследование витамина B12 показывает, что диета может влиять на наследственность

Фото из открытых источников

Ученые обнаружили, что витамин B12 может вызывать у червей развитие плотоядной формы рта, которую их потомство наследует без изменений в ДНК. Это открытие превращает распространенное питательное вещество в биологический сигнал, связывающий рацион питания с наследственностью из поколения в поколение. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

В лабораторных линиях Pristionchus pacificus это открытие было обнаружено в ротовых частях, которые либо оставались узкими, либо приобретали хищнический вид. Отслеживая эти формы в разных поколениях, Шейла Перл Киобе из Тюбингенского института биологии им. Макса Планка (MPI) задокументировала витамин B12 как фактор, связанный с наследственной склонностью к хищничеству.

Изменения не ограничились червями, которые потребляли витамин, а продолжились и после того, как последующие поколения вернулись к обычной пище. Эта настойчивость привлекла внимание к тому, что передавали матери, связывая питание и наследственность через питательные вещества, хранящиеся в яйцах.

Витамин B12 способствовал быстрому появлению хищной ротовой формы червей, когда они поедали бактерии или добавляли питательные вещества в обработанные чашки Петри. При достаточно высоких дозах витамин сохранял свою форму и после того, как животные возвращались к обычному питанию.

Даже в небольших количествах формировалась хищническая модель поведения, однако наследственный эффект исчезал через одно-два поколения с изменением рациона питания. «Наши исследования показывают, что витамин B12 влияет не только на человека, который его потребляет, но и может формировать биологию будущих поколений», — сказал Киобе.

Бактерия Novosphingobium подталкивала червей к нападению хищников, поскольку она снабжала их витамином B12 и другими пищевыми сигналами. Когда учёные использовали бактерии, неспособные вырабатывать этот витамин, потомки утратили унаследованный хищнический инстинкт, как только изменилась пища.

Добавление витамина B12 восстановило этот эффект, в то время как дефектные бактерии по-прежнему частично повлияли на первое поколение. Другие химические вещества, выделяемые бактериями, могут способствовать формированию ротового аппарата, но витамин B12 обеспечивал сохранение сигнала на протяжении длительного времени. Матери передают это воздействие через вителлогенин, белок желтка, который питает эмбрионы, а не через сам витамин B12.

Богатая витаминами диета повышала активность гена вителлогенина, что обеспечивало поступление большего количества питательных веществ в яйца до начала развития на протяжении нескольких поколений.

Черви, у которых отсутствует система откладывания яиц, могут стать хищниками, но их потомство утрачивает эту особенность в следующем поколении. Полученные данные позволяют сопоставить содержимое яиц с последовательностью ДНК как часть наследственных изменений, происходящих из поколения в поколение.

Черви унаследовали связанную с поведением форму рта без изменения ДНК, что и является самым важным результатом этого открытия. Биологи называют такое наследование эпигенетическим переносом, когда условия влияют на потомков, не изменяя напрямую генетические признаки после окончания одного поколения.

Более ранние исследования последствий голода у людей выявили устойчивые различия в ДНК-маркировке после внутриутробного воздействия, однако механизмы этих изменений по-прежнему трудно разделить.

Эксперименты с червями позволяют ученым установить более четкую причинно-следственную связь между питанием и результатами исследований на людях, не допуская при этом никаких выводов на этот счет. В очень малых количествах добавленный витамин B12 сохранял «память» о хищниках после того, как черви покидали богатую пищу.

При умеренном употреблении животные по-прежнему формировали хищные рты, но передача генетического материала прекращалась, не достигая истинного наследственного характера, после исчезновения витамина.

Даже следовые количества могли вызвать изменение состояния ротового аппарата, в то время как крайне низкие количества оставляли червей в состоянии, близком к их обычному, при тех же условиях. 

Дозировка имела значение, потому что первая реакция начиналась легко, но для формирования памяти требовалось больше витамина на протяжении нескольких поколений. Для продолжения передачи витаминного сигнала клеткам необходим метионин, аминокислота, используемая в построении белков.

Добавки метионина постепенно формировали ротовую полость, характерную для плотоядных животных, и сохраняли эту форму на протяжении нескольких последующих поколений после многократного воздействия.

Напротив, фолат – еще один витамин группы В, участвующий в клеточной химии, – не вызывал явной хищнической реакции в ходе этих тестов. Этот контраст указывает на специфический путь внутри клеток, а не на общий эффект более богатой пищи или условий на тарелке.

Задолго до этого исследования витаминов группа Макса Планка наблюдала за 110 группами генетически схожих червей на протяжении 101 поколения, при этом их рацион питания различался.

В более ранних работах было показано, что хищные ротовые органы сохранялись только после как минимум пяти поколений на бактериальной диете, после чего линии возвращались к исходному состоянию. В природе эти черви часто передвигаются верхом на жуках и сталкиваются с нехваткой пищи после того, как насекомые погибают в почве по мере их прибытия.

Сохранившаяся хищническая форма может помочь потомкам конкурировать, когда бактерии, грибы и другие черви делят одну тушу в течение этого короткого периода времени.

Человеку также необходим витамин B12 для функционирования нервной системы, клеток крови и поддержания ДНК, но эти результаты анализа на глистов не являются медицинской рекомендацией.

В период беременности и в раннем детстве витамин B12 поддерживает рост, поскольку делящимся клеткам он необходим для протекания ключевых химических реакций. Никакие исследования на людях не показали, что программы витамина B12 передавали людям определенные признаки через этот путь передачи.

Тем не менее, это открытие уточняет более важный вывод: питание может изменять биологические процессы у некоторых животных не только в течение одной жизни. Объединив в единую цепочку диету, химический состав бактерий, питательную ценность яиц и наследственное поведение, данная работа представляет собой редкий чистый пример.

В будущих исследованиях следует измерить продолжительность памяти у потомства и выявить другие питательные вещества, которые оказывают аналогичное воздействие на контролируемые линии потомства.