Танец жизни. Новая наука о том, как клетка становится человеком - Зерницка-Гетц Магдалена

Оглядываясь назад, я жалею, что мы редко с ней виделись. Я была слишком молода и не понимала, что она не всегда будет рядом, и, разумеется, не занимаясь человеческими эмбрионами и даже не интересуясь ими, я имела лишь смутные представления о том, какой влиятельной фигурой она была в дебатах о человеческой эмбриологии. Позже мы поговорим о ее наследии.

Энн погибла в автокатастрофе в 2007 году по дороге со свадьбы Роджера Педерсена (важной фигуры в области исследования стволовых клеток, вместе с которым довелось поработать) и Лиз Уинтер (которая со временем стала моим близким другом). Смерть Энн обозначила конец деятельности, изменившей направление человеческой репродукции. Даже в детстве Энн произвела впечатление, сыграв в 1936 году в британском научно-фантастическом фильме «Облик грядущего» по роману Герберта Дж. Уэллса. Как онтогенетик, она пошла по стопам Тарковского и тоже скрещивала эмбрионы, создавая химеры. Она возглавляла подразделение Совета по медицинским исследованиям и разработала новаторскую методику, которая привела к появлению экстракорпорального оплодотворения (ЭКО). Эта методика показала, что мышиный эмбрион можно сначала растить в пробирке, а затем, имплантировав его в матку суррогатной самки, получить молодую мышь.

Энн была одаренным коммуникатором и серьезно влияла на дебаты в Соединенном Королевстве, в ходе которых оттачивалась и разрабатывалась государственная политика в области регулирования репродуктологии. На момент своей смерти Энн консультировала Европейскую комиссию по вопросам социального и этического влияния новой технологии. Как Энн любила подчеркивать, ее интересовало «все, что связано с преемственностью поколений» [13].

Мировоззрение Энн сформировалось до Второй мировой войны, когда она симпатизировала коммунистам и даже была членом Коммунистической партии Великобритании [14]. Думаю, ей бы понравился тот факт, что я продолжила исследования человеческих эмбрионов, важные для понимания человеческого индивидуального развития и способные в один прекрасный день привести к решению проблем пороков развития и невынашивания беременности. Хотя при жизни Энн мне не приходило в голову заниматься человеческими эмбрионами, приятно думать, что ее наследие сыграло важную роль в моих исследованиях.

Первая вылазка за пределы имплантации

На фоне всего происходящего в личной жизни я не переставала думать о том, что если действительно существует связь между клетками раннего эмбриона и их судьбой на стадии бластоцисты, что происходит с этими клетками после имплантации, когда очерчивается план будущего организма? Серьезный вопрос, ответить на который не так просто. Чтобы хоть что-то понять, надо было пометить маленькие клетки бластоцисты и отследить их потомков вплоть до стадии гаструляции — критического момента в развитии, когда клетки перегруппировываются и превращаются в форму, из которой и будет развиваться животное. Как любил повторять онтогенетик Льюис Уолперт, «не рождение, свадьба или смерть, а гаструляция является самым важным событием в жизни» [15].

Проблема в том, что в лаборатории Мартина не было подходящего оборудования для того, чтобы поместить GFP в такие маленькие клетки (хотя зигота достигает 90 микрон в поперечнике, размер клеток бластоцисты равен примерно 10 микронам). Мы хотели изменить электрические свойства клеточной мембраны, чтобы ввести GFP внутрь клетки, не повреждая ее иглой. Для изучения развития бластоцисты я обратилась к Ричарду Гарднеру из Оксфорда, у которого были схожие идеи наряду с нужными навыками и оборудованием.

Я ездила на автобусе туда-сюда между университетскими городами (по три часа в каждом направлении), таская с собой большой белый ящик с сухим льдом, охлаждающим мРНК моего модифицированного GFP (мРНК очень нестабильна и должна храниться в холоде). Когда я приезжала в лабораторию Ричарда, он вводил MmGFP в качестве маркера в клетки, которые выбирал точно на обоих концах оси симметрии бластоцисты, определяя анимальный полюс по второму полярному тельцу — прочной связи между яйцеклеткой и бластоцистой, которую сам же и обнаружил [16].

Промаркировав бластоцисты, Ричард переносил их в приемных матерей, позволяя там развиваться, а через несколько дней извлекал. Эти эмбрионы я забирала в Кембридж и проверяла под конфокальным микроскопом расположение MmGFP-меченых клеток относительно передне-задней оси эмбриона прямо на входе в стадию гаструляции.

Результат деликатного труда по созданию многих десятков эмбрионов нас разочаровал. Мой MmGFP-маркер не работал. По мере деления клеток он «разбавлялся» из-за высокой скорости роста эмбриона между стадиями бластулы и гаструлы. К моменту гаструляции ни одна клетка уже не светилась зеленым. Ричард потерял надежду, да и я тоже. Но не окончательно.

Я вернулась к этой проблеме, когда случайно познакомилась с Роджером Педерсеном на конференции в Юте, где представляла свои первые результаты отслеживания клеток. Роджеру понравилась моя мечта подсмотреть за клетками на протяжении всей стадии имплантации, потому что он сам когда-то исследовал клеточные линии в Калифорнийском университете в Сан-Франциско. Ему настолько понравилась идея, что он одолжил мне недостающую часть оборудования из своей лаборатории и, что примечательно, пожелал взять творческий отпуск и поработать вместе со мной в моей недавно сформированной группе в Кембридже.

После многих неудачных недель мы наконец-то добились успеха. Секрет состоял в том, чтобы вводить маркер в строго определенном количестве — не слишком мало, чтобы он не «разбавился» на заключительном этапе эксперимента (гаструляции), и не слишком много, чтобы он не перегрузил клетку и не привел к ее гибели. Так, благодаря принципу Златовласки[6] мы смогли проследить, где оказались помеченные нами клетки.

Интерпретировать результаты было нелегко, поскольку у меченых клеток было множество потомков, которые не всегда выполняли те же функции. Нас так и подмывало сделать вывод о том, что клетки растут случайным образом, и прекратить дальнейшие поиски доказательств. Но мы решили продолжить. В тот момент Роджер внес еще один значимый вклад в наш проект. Он убедил Роберту Вебер, занимавшую штатную должность в Калифорнийском университете в Сан-Франциско, поработать техником в моей лаборатории.

Но даже с помощью Роберты и подходящего оборудования понадобился год, чтобы произвести достаточное количество меченых эмбрионов для распознавания связи между полярностью бластоцисты и полярностью эмбриона после имплантации. Эта связь не была детерминированной и поэтому всегда похожей, но все-таки мы добыли много информации. Мы с Роджером написали статью и опубликовали ее в 1999 году все в том же Development [17]. В дальнейшем эти результаты подтвердили мою гипотезу о том, что причины нарушения симметрии возникают в процессе развития раньше, чем предполагалось.

Эмбриологическое искусство

У меня по-прежнему польский акцент, и мне нравится думать о том, что я его сохраняю ради Джона Гёрдона, который просил меня никогда его не терять. Из-за дислексии я долго осваивала английский язык, чтобы знать его в совершенстве. Может, поэтому я до сих пор люблю открывать мир искусства, от живописи и фотографии до дизайна, театра и кино. Художественное мышление по-разному отразилось на моих исследованиях, от раскрашивания клеток, позволяющего разобраться в сложных клеточных узорах эмбриона, до создания из стволовых клеток эмбрионоподобных структур.

Этот вид искусства подарил мне не только завораживающие рисунки, но и новые идеи, а также раскрыл детали онтогенеза, превратив молекулярные процессы в яркие цвета, видимые невооруженным глазом.

Оттачиваемое моей командой искусство маркировки и перемещения клеток изменило мое представление о танце жизни. Увидев, что клетки в четырехклеточном эмбрионе и, вероятно, в двухклеточном не идентичны друг другу (как утверждают учебники), я поняла, что придется приложить много усилий, чтобы убедить себя в реальности увиденного, и еще больше усилий, чтобы убедить в этом своих коллег. Мне надо было довести до совершенства свою работу и свое эмбриологическое искусство.