Революция в голове. Как новые нервные клетки омолаживают мозг - Кемперманн Герд

В результате подобных исследований накопилось множество косвенных признаков того, что, по крайней мере, в гиппокампе человека нейрогенез взрослых мог бы протекать точно так же, как у мышей и крыс. Были также очень убедительные, хотя и несколько умозрительные сообщения, например, о том, что, возможно, при шизофрении это явление ограничено. Поскольку методы использовались косвенные, а количественная оценка затруднена, очень сложно делать подобные заключения, но не следует безоговорочно отметать их на основании методологических сомнений. Такого рода сообщения продолжали подогревать эмоции. Что, если нарушения в нейрогенезе взрослых позволят объяснить одно из самых пугающих человеческих заболеваний? Все острее стояла необходимость в независимом подтверждении работ Эрикссона 1998 года.

Как нейробиологи бомбу полюбили

Средство, как это сделать, наметилось к 2005 году. Его опять нашли шведы. Йонасу Фрисену и его коллеге Кирсти Сполдинг из Каролинского института в Стокгольме пришла в голову идея, которую следовало бы назвать совершенно сумасбродной. Но самое безумное в ней было то, что в результате она сработала (см. рис. 6 на вклейке).

Возраст мумий, костей динозавра или произведений искусства, которые якобы созданы в Средние века, определяют с помощью так называемой радиоуглеродной датировки. В основе этого метода лежит радиоактивный распад углерода-14 (14C), обладающего большой энергией, до изотопа с низкой энергией – углерода-12 (12C).

Фрисен и Сполдинг решили использовать углеродную датировку, чтобы доказать существование нейрогенеза взрослых. Правда, вскоре стало ясно, что это едва ли возможно, потому что у атомов углерода слишком длинный период распада. И все же ученые сосредоточились на другом способе углеродной датировки, который они пусть и не открыли, но усовершенствовали (абсолютно потрясающим образом) настолько, что с его помощью удалось подтвердить нейрогенез в гиппокампе взрослого человека.

Земля постоянно находится под обстрелом космических лучей, но – к счастью – в нас из них попадают немногие. Когда эти лучи сталкиваются в атмосфере с атомами углерода (а в составе углекислого газа их там хоть отбавляй, как в последнее время все знают из разговоров о глобальном потеплении), обычные атомы углерода-12 (12C) получают дополнительную энергию и превращаются в углерод-14 (14C). Такое случается не слишком часто. Атом углерода в результате становится чуточку тяжелее, но это мало что меняет. В общем и целом космическое излучение очень стабильно, так что содержание 14C в атмосфере на протяжении тысячелетий было почти постоянным и всегда оставалось очень низким. На триллион атомов 12C приходится всего один атом 14C.

Однако с 1945 по 1963 год был еще один источник излучения, которое воздействовало на атомы углерода так же, как лучи из космических глубин. В течение этих восемнадцати лет проводили наземные атомные взрывы – в испытательных целях, за исключением двух бомб, сброшенных на Хиросиму и Нагасаки. При этом испытывали не только технику, но и действие жестов запугивания, на котором в годы холодной войны держался хрупкий баланс всеобщего страха. В 1963 году жарковато стало уже самим атомным державам, и Договор о нераспространении ядерного оружия положил конец наземным ядерным испытаниям. Вовсю продолжались подземные взрывы, но над землей, в атмосфере, содержание 14С к этому моменту уже выросло в тысячи раз по сравнению с предшествующими миллионами лет. С тех пор количество 14С в атмосфере быстро сокращается, но не из-за радиоактивного распада, а потому, что растения поглощают углекислый газ и используют содержащийся в нем углерод как строительный материал для стволов, ветвей, листьев и цветков. Кое-что также выпадает с дождями и уходит в землю. Через 50 лет после подписания Договора о нераспространении ядерного оружия основная масса 14C уже исчезла.

Таким образом, произошел резкий всплеск (рост и спад) в концентрации 14C, которая в течение многих лет до этого оставалась равномерной (и, будем надеяться, будет такой же впоследствии). Его можно сравнить с колебаниями при введении меченного радиоактивностью тимидина (как в исследованиях Альтмана, Ноттебома и Элизабет Гульд) или БДУ. Дело в том, что растения быстро поглотили углерод-14, а затем передали его животным и людям, которые употребляют их в пищу; люди также получают его от животных в виде мяса и колбасных изделий. Как мы уже говорили, при делении клетка дублирует свою ДНК, а в качестве строительного материала для этого она в конечном итоге использует углерод, и если уж ей попадется 14C вместо 12C, она его употребит. Для самого процесса никакой разницы нет, но новая ДНК после этого выглядит чуточку иначе. Когда 14C в атмосфере было больше, чем 12C, их соотношение в молекулах также было иным, чем до и после этого. Остается «просто-напросто» определить эту пропорцию в клетке, чтобы вполне точно сказать, когда она появилась относительно пика концентрации 14C в атмосфере, достигнутого в 1963 году. Звучит прямолинейно, но при реализации этой авантюрной затеи ученым пришлось продемонстрировать высший пилотаж. Что весьма необычно, их продвижение к успеху проходило на глазах научной общественности. Первая публикация, в которой был представлен данный метод, вышла в 2006 году и оказалась весьма сенсационной – а в ней авторы всего лишь доказали, что в новой коре головного мозга у человека новые нервные клетки не образуются{16}. Что ж, это было интересно, но не слишком волнующе. Человеческий неокортекс имеет огромные размеры по сравнению с гиппокампом или обонятельной луковицей; настолько же проще исследовать ее, а не какую-либо из этих областей.

Сполдинг, Фрисен и их коллеги брали образцы мозга умерших людей (разумеется, с их предварительного согласия) и выделяли клетки. Они метили нейроны антителами к белку, который встречается только в их ядрах и называется NeuN (читается: «ной-эн»)[13]. Затем они пропускали отдельные клетки через так называемый сортировщик клеток, прибор FACS. FACS расшифровывается как Fluorescence-activated cell sorting (сортировка клеток с активированной флуоресценцией). Флуоресцентные маркеры, прикрепленные к антителам, распознающим белок NeuN, накапливаются только в определенных клетках – в данном случае тех, которые синтезируют этот белок, то есть только в нейронах. Струя жидкости с клетками пересекает лазерный луч, который заставляет светиться флуоресцентный маркер, фотоэлектрический умножитель считывает этот сигнал, и, в случае положительного сигнала, компьютер мгновенно активирует электрическое поле, отклоняющее струю раствора, содержащего отдельные клетки, безошибочно направляя NeuN-позитивные клетки по одной (!) в специально подготовленный отдельный приемник. Таким образом клетки сортируются, пока в конце концов в одной емкости не окажутся только нейроны, а в другой – все остальное. Даже организовать все это было непростым предприятием, хотя метод FACS уже много лет широко применяется в науке.

За этим следовал еще более сложный шаг. Выделение ДНК из нейронов – рутинная задача, но потом нужно было измерить в молекулах соотношение 14C и 12C. Как это сделать? С помощью масс-спектрометрии. Она позволяет установить распределение масс в смеси веществ. 14C совсем немного тяжелее, чем 12C. Сможет ли прибор измерить эту бесконечно малую разницу, зависит от его чувствительности. Быстро стало понятно, что обычный масс-спектрометр на это неспособен. Но в науке есть и другие вопросы, для ответа на которые требуется высокочувствительная масс-спектрометрия. Фрисен и Сполдинг стали искать такое устройство, и нашли, можно сказать, у себя же под боком – в Уппсале, ровно на 75 км к северу от Стокгольма. Обычный масс-спектрометр по размерам похож на персональный компьютер 80-х, но то, что построили в помещениях Уппсальского университета, скорее можно сравнить с ракетой «Сатурн-5» в горизонтальном положении. Это устроено так же, как кольца ускорителей в ЦЕРНе[14]: больше размер – выше чувствительность. Почти никакой другой масс-спектрометр не может сравниться по этому параметру с тем, что установлен в Уппсале (см. рис. 7 на вклейке).