И. Дроздова - Удивительная биология
Добровольская в сомнениях. Ситуация, как у пассажира с чемоданом из анекдота: и нести тяжело, и бросить жалко. И тем не менее Добровольская во время своей поездки по Америке после безуспешных попыток решить эту проблему говорит: «Наилучшее решение состоит, видимо, в том, чтобы бросить эти бестолковые хвосты и вернуться в свою область, к раковым исследованиям».
Судьбе угодно, чтобы эта фраза была произнесена в Колумбийском университете, в лаборатории Лесли Кларенса Данна. Данн от этих бестолковых хвостов пришел в восторг и воскликнул: «Если так, то отдайте их мне». Хочу, чтобы вы поняли, что чувствовал он в этот момент. Ведь даже теперь, когда число описанных мутаций у мышей перевалило за 300, у любого генетика, проводящего опыты на мышах, замирает сердце, если он видит нового мутанта. Что же говорить о времени этого исторического разговора, ведь мутаций у мышей было описано очень мало. И кроме того, это был не простой мутант, а совершенно загадочный. И потом стоит учесть, что за человек был Лесли Кларенс Данн.
Лучше всего о нем сказала его ученица Доротея Беннет: «Он был генетиком из генетиков и биологом из биологов. Он исчерпывающе знал все, что касается генетики, и обладал твердой уверенностью в том, что именно генетика является той наукой, которая связывает все биологические дисциплины. Это свойство давало ему возможность компетентно разговаривать с любым человеком, интересующимся биологическими проблемами: и с соседями, жалующимися на неспособность вырастить вкусные помидоры, и с политическими деятелями – о генетической абсурдности расовой дискриминации».
Данна особенно привлекало то, что мы называем наследственной изменчивостью, в какой бы форме она ни проявлялась. Это делало его истинным натуралистом. Он одинаково интересовался человеком, мышами и садовыми цветами. Этот всеобъемлющий интерес отразился в том биологическом материале, с которым Данн работал: мыши, куры, дрозофила, человек. Самого ученого такая собственная широта раздражала, он чувствовал, что это делает его дилетантом во всем и специалистом ни в чем. В действительности было не так: то, что Данн называл дилетантизмом, было отражением его способности использовать генетику как связующую цепь между биологическими науками.
Разумеется, Данн не был дилетантом ни в одной из областей, где он работал. Он был классиком. Одним из последних классиков. Все его работы по дрозофиле, курам и мышам стали теперь классическими. Пример тому – его исследования с короткохвостыми мышами. Добровольская прислала их Данну в 1931 г.
Первой задачей, которую Данн поставил перед собой, была проверка гипотезы Добровольской о летальности гомозигот по аллелю Т. Это предположение сразу же подтвердилось. При вскрытии короткохвостых самок через 10 дней после оплодотворения короткохвостым самцом ученый обнаружил, что 25 % их эмбрионов имеют хвост, «обрубленный по самые плечи». У этих эмбрионов была только голова и передние лапы.
Исследователи проследили, когда впервые начинают проявляться отличия между нормальными зародышами и гомозиготами по Т, и остановились на 8-м дне беременности.
Это сейчас все кажется таким простым. Но ведь работа делалась в 1931 г. Стадии нормального эмбрионального развития мыши еще не были исследованы. И Данну, эмбриологией по сути не занимавшемуся, пришлось сделать эту работу, чтобы сравнить особенность развития мутантных и нормальных эмбрионов. Сейчас и эта его работа считается классической. Это было не только первое описание эмбриональных эффектов летального гена у млекопитающих. Это была первая демонстрация влияния генетических факторов на процессы эмбриональной индукции. Данн показал, что уродства, наблюдаемые у гомозигот по аллелю Т, и их гибель связаны с тем, что их клетки теряют способность к дифференцировке. С этой работы началась та наука, которую мы сейчас называем генетикой развития.
Теперь, когда гипотеза Добровольской о летальности Т-гомозигот была подтверждена, Данн мог заняться вплотную генетикой этих бестолковых хвостов, вернее, отсутствия таковых. Для начала он воспроизвел результат Добровольской: скрещивание двух бесхвостых мышей одного происхождения действительно давало только бесхвостых потомков.
Первое время Данн работал с потомками от скрещивания (Т/+) самца с испанской дикой мышью. Эта линия особенно заинтриговала его своим диким природным происхождением, ибо он был прежде всего натуралистом. Однако Данн более внимательно, чем Добровольская, относился к арифметике.
Ученый заметил, что если при скрещивании двух короткохвостых мышей (Т/+) друг с другом среднее количество потомков уменьшается по сравнению с нормой на четверть, то при скрещивании бесхвостых – наполовину. На основе этой арифметики он предположил, что в последнем случае гибнет не один, а два гомозиготных класса. Тогда выжившие бесхвостые мыши есть гетерозиготы по двум летальным мутациям: уже известному доминантному аллелю Т и новому, рецессивному аллелю t, существование которого еще предстояло доказать. Итак, в одном и том же локусе есть два летальных в гомозиготе аллеля. Причем, когда эти два аллеля объединяются в гетерозиготе T/t, летальность исчезает. С таким феноменом генетика еще не встречалась.
Нечто похожее нашел в свое время на дрозофиле Герман Меллер. Но в его случае эти два гена не были в строгом смысле аллелями (относились к разным локусам), между ними иногда проходил кроссин-говер.
Данну пришлось отказаться от поисков аналогий. Он предложил рабочую гипотезу: гены, по крайней мере эти гены, – несколько более громоздкие устройства, чем предполагалось раньше, и различные аллели могут контролировать разные процессы в ходе раннего развития. Эта данновская гипотеза затем была блестяще подтверждена им и его учениками и сейчас стала самоочевидной. Однако все это случилось много позднее, а в тот момент у Данна не было времени и возможностей для подробной проверки гипотезы: ситуация вдруг резко усложнилась.
Как вы помните, Данн получил от Добровольской две линии бесхвостых мышей: линию А, идущую от французских белых мышей, и линию 29, ведущую свою родословную от испанской дикой мыши. Обе эти линии в инбредных (от инбридинг – близкородственное скрещивание) скрещиваниях рождали живых бесхвостых мышей, а гомозиготы по Т и по рецессивному аллелю t гибли до рождения. Когда же Данн скрестил бесхвостых мышей линии А с такими же представителями линии 29, он опять получил совершенно неожиданный результат. Размер помета равнялся 3/4 от нормы, а не 1/2, как ожидалось, и, что самое удивительное, среди потомков были мыши с совершенно нормальными хвостами! Будучи научен предыдущим опытом, Данн быстро нашел верное решение. Он предположил, что рецессивные летальные аллели в линиях А и 29 были разными. Они нарушают разные этапы эмбриогенеза и в гетерозиготе ta/t29 оказываются не только жизнеспособными, как и в случае с T/t, но даже не нарушают развитие хвоста, то есть компенсируются, исправляются дефекты обоих свойств: и жизнеспособности, и хвостатости. На этом основании Данн предсказал, что как и сами эмбриональные дефекты, так и время их проявления у гомозигот по трем известным теперь мутациям в локусе Т должны быть разными.
Все это привело Данна к мысли, что он имеет дело не с геном в строгом смысле, а с достаточно большим районом хромосомы, который выступает как целое в функциональном и структурном плане. Впереди было огромное поле работы. Но прежде всего необходимо было выяснить, каковы механизмы летального действия этих аллелей.
Самые первые результаты свидетельствовали о том, что в большинстве случаев причина заключалась в неспособности клеток у летальных гомозигот общаться друг с другом. Уже в наше время с использованием тонких иммунологических методов было показано: многие стадиеспе-цифические эффекты некоторых t-аллелей, действующие на процесс развития, объясняются аномалиями клеточной поверхности. У клеток эмбрионов с таким генотипом нарушена способность вступать в контакты друг с другом, опознавать друг друга и индуцировать дальнейшую дифференцировку.
Как здесь не вспомнить мудрость Винни-Пуха: надо искать то, что не ищешь, и тогда найдешь то, что искал. Вы помните, что наша длинная история начиналась с раковых исследований Добровольской. И через 50 лет клетки t-эмбрионов оказались моделью для понимания поведения раковых клеток. Они ведь тоже имеют измененные клеточные поверхности, не способны общаться с нормальными клетками и вступать на путь дифференцировки.
Не волнуйтесь, это вредно вашим потомкам
Стресс… А что, собственно, это такое? Канадский ученый Ганс Селье, который ввел в науку это слово, недавно посетовал: «Сейчас все говорят про стресс. И никто не знает, что это такое. И все понимают под этим разные вещи». Сам Селье называет стрессом неспецифическую защитную реакцию на любое чрезвычайное воздействие. Ключевым в этом определении является слово «неспецифическая».
