В сентябре 2020 года небо над Орегоном стало оранжевым от лесных пожаров. Пятнадцать детёнышей макак-резусов, родившихся за несколько месяцев до этого, дышали этим дымом девять дней подряд — просто потому, что жили в уличных вольерах. Через четыре года их кровь рассказала историю, которую никто не ожидал услышать.
Иммунные клетки этих животных ответили на бактериальный стимул заметно слабее, чем у контрольной группы. Секреция интерлейкина-6, фактора некроза опухоли и других сигнальных молекул была снижена, особенно у самцов. В крови увеличилась доля цитотоксических Т-клеток и уменьшилась доля B-клеток. Среди Т-клеток произошёл сдвиг от наивных форм к эффекторным клеткам памяти. Чем младше было животное на момент воздействия, тем сильнее оказались изменения. Иммунная система словно настроилась на другой лад и сохранила эту настройку на годы.
Метилирование ДНК — это химическая метка, которая меняет активность генов, не трогая саму последовательность. У животных, переживших задымление, эти метки оказались переставлены так, будто они постарели быстрее. Затронутые участки генома связаны с окислительным стрессом, врождённым иммунитетом и дифференцировкой Т-клеток. Причём 20,6% этих участков совпали с регуляторными элементами иммунных клеток человека.
Учёные использовали уникальную естественную модель: 15 детёнышей макак-резусов, родившихся за 0–3 месяца до катастрофических пожаров в Орегоне в сентябре 2020 года, содержались на открытом воздухе и вдыхали дым девять дней подряд. Контролем служили 8 животных, родившихся позже или находившихся в помещении с HEPA-фильтрами. Через четыре года у всех взяли кровь и выделили мононуклеарные клетки. Их стимулировали бактериальным липополисахаридом (имитация инфекции) и форболовым эфиром (активация внутриклеточного сигнального пути). Затем провели мультиплексный анализ 27 цитокинов, секвенирование РНК одиночных клеток (185 910 клеток) и полногеномное профилирование метилирования ДНК.
Дым в младенчестве действует как настройка иммунной системы на другой лад, который сохраняется годами. Раньше считалось, что дым лесных пожаров — это временный раздражитель: переждал, откашлялся, и всё прошло. Теперь видно, что один эпизод сильного задымления в первые месяцы жизни может программировать здоровье на годы вперёд. Это меняет оценку рисков для детей, живущих в регионах, подверженных задымлению. Если иммунная система ребёнка с самого начала настроена на приглушённый воспалительный ответ, это может повлиять на устойчивость к инфекциям и риск хронических заболеваний во взрослой жизни.
Результаты напрямую касаются педиатрии, общественного здравоохранения и экологической эпидемиологии. Они дают биологическое обоснование для ужесточения нормативов качества воздуха во время лесных пожаров и для разработки рекомендаций по защите детей раннего возраста. Кроме того, выявленные эпигенетические изменения могут стать основой для новых методов мониторинга долгосрочного ущерба от загрязнения воздуха. Оранжевое небо над Орегоном оставило след не только в памяти людей, но и в иммунных клетках животных, которые тогда были ещё совсем маленькими.
Во время пожаров 2020 года в Орегоне концентрация мелкодисперсных частиц PM2.5 в воздухе возле центра приматов достигала значений, соответствующих категории «опасно для здоровья» по шкале Агентства по охране окружающей среды США, в течение нескольких дней подряд. При этом у макак, находившихся на улице, суточная доза частиц на единицу массы тела была значительно выше, чем у взрослых людей в тех же условиях, из-за более высокой частоты дыхания и меньшего размера тела.
Сюжет о том, как кратковременное воздействие токсина в раннем возрасте меняет судьбу организма на всю жизнь, перекликается с романом Фрэнка Герберта «Дюна», где воздействие Пряности в детстве определяет уникальные способности и уязвимости персонажей. В данном случае дым лесных пожаров выступает аналогом такого «программирующего» фактора, оставляющего неизгладимый след в иммунной системе.
Работа опубликована не на arXiv. Здесь её страница, PDF и формализация: проверить можно самим, а не только прочитать наш разбор.