Льюис Уолперт - Чудесная жизнь клеток: как мы живем и почему мы умираем
Когда автомобильные тормоза, предназначенные для того, чтобы обеспечить безопасное вождение, отказывают, случается авария. Точно так же если преступные наклонности человека имеют некоторую генетическую основу, что отнюдь не является точно установленным фактом, то они проявляются не потому, что существует пресловутый «ген преступности», но потому, что изменения во множестве генов привели к нежелательным последствиям. Подобные изменения могли, например, повлиять на развитие мозга на ранней стадии или вызвать изменения в функционировании нервных клеток уже взрослого мозга.
Важно осознать, что в настоящий момент даже обладание знаниями обо всех генах человека не поможет нам точно предсказать, как будет функционировать его клетка или как будет развиваться его эмбрион. Возьмите, к примеру, следующую фразу: «Намерен тлена соединенью двух сердец я не может ли знает любви и безмерной измена мешать конец любовь не положить убыли». Слова, из которых она составлена, взяты из начальных строк знаменитого сонета Шекспира. По ним можно представить себе, чему посвящен его сонет, — кажется, речь в нем идет о любви, однако из набора этих слов совершенно невозможно понять, какие мысли автор сонета выражает в связи с этим. Примерно в таком же положении мы находимся сейчас в отношении понимания роли генов.
Мы знаем всю последовательность спирали ДНК человеческого генома, то есть последовательность цепочки ДНК всех человеческих генов. И это является выдающимся достижением, ведь мы можем идентифицировать 30 тысяч генов, которые контролируют наше развитие и нашу жизнь. Однако каждый из этих генов — что-то вроде отдельного слова в поэме и сам по себе мало что говорит нам о том, как будет вести себя в человеческом теле тот белок, который синтезируется на основе заключенной в нем наследственной информации, и о том, как этот белок будет взаимодействовать с другими белками. Выяснение последовательности человеческого генома — это только начало познания, и существует еще слишком много неизвестного, что только предстоит открыть. Если мы узнаем, как контролируется развитие эмбриона, то тогда, может быть, доберемся и до смысла шекспировского текста, который должен выглядеть так:
Мешать соединенью двух сердецЯ не намерен. Может ли изменаЛюбви безмерной положить конец?Любовь не знает убыли и тлена.
Всего шесть лет назад были опубликованы две версии последовательности генома человека. Обе эти версии — результат сравнительных исследований геномов многих анонимных доноров. Не так давно один американский ученый, Крейг Вентер, опубликовал последовательность своего собственного генома.
Сложно представить, что именно приводит Вентера в восторг, когда он рассматривает свой собственный геном, однако в принципе изучение последовательности нуклеотидов в гене может быть потенциально полезным, — например, благодаря этому можно выявлять известные науке виды мутаций генов, увеличивающих риск тех или иных заболеваний.
Можно ли, исследуя геном человека, предсказать, как будет вести себя организм в целом? Относительно отдаленного будущего ответ, вероятно, будет утвердительным, но сейчас это так же невозможно, как реконструировать связный текст сонета по отдельным хаотично разбросанным словам. Ключ к пониманию того, как функционируют живые системы, — это белки, а гены всего лишь предоставляют информацию, благодаря которой белки синтезируются. Знание структуры человеческого генома подскажет, какие белки будут синтезироваться в клетках, однако это не позволит нам получить легкий ответ на вопрос, когда и где такие белки будут синтезироваться в теле растущего эмбриона. Ведь десятки тысяч белков постоянно и непрерывно взаимодействуют друг с другом внутри клетки, но при этом геном сам по себе не может задавать ни характер, ни последовательность этих взаимодействий.
5. Как заменяются наши клетки
Как стволовые клетки воспроизводят сами себя
Стволовые клетки обладают функцией самообновления — они могут делиться снова и снова, порождая многие другие типы клеток. Они ежедневно делятся в нашем теле, порождая клетки крови, клетки кожи, клетки, выстилающие наш кишечник, клетки хрящей, даже некоторые нервные клетки и клетки, обеспечивающие работу нервных окончаний. Таким клеткам, как клетки кожи и кишечника, которые постоянно отмирают, все время требуется замена. После деления стволовой клетки одна из образовавшихся дочерних клеток так и остается стволовой, в то время как вторая развивается в специализированную клетку — например, клетку кожи. Стволовые клетки могут делиться и симметрично, то есть так, что обе новые дочерние клетки остаются стволовыми.
Из-за способности к громадному числу делений, равно как и способности порождать самые разнообразные типы клеток, стволовые клетки представляют собой восхитительный многообещающий инструмент, который можно было бы использовать для лечения различных болезней. Они могли бы стать основой регенеративной медицины.
При этом наивысшей способностью развиваться во все существующие типы клеток обладают стволовые клетки, взятые из человеческого эмбриона, — эмбриональные стволовые клетки. Это обстоятельство спровоцировало целую массу этических проблем. Многие люди, которые, зачастую в силу религиозных представлений, считают человеческого эмбриона на ранней стадии его развития и даже саму оплодотворенную яйцеклетку уже готовым человеческим существом, возражают против того, чтобы с эмбрионом проводились какие-либо медицинские манипуляции и из него извлекались клетки.
Следующий набор этических проблем связан с вопросом клонирования. В принципе возможно создать эмбрион с генами какого-то конкретного индивида, поместив взятое из клетки этого человека ядро в яйцеклетку, заранее лишенную ядра, и таким образом получив стволовые клетки, обладающие генами донора. Эти последние достижения клеточной биологии вызвали ряд жарких дискуссий и одновременно открыли новые возможности, — например, весьма вероятно, что благодаря стволовым клеткам будет найден способ заменять нервные клетки пациентов, страдающих болезнью Паркинсона, или клетки в больном сердце.
Весь этот ажиотаж, связанный со стволовыми клетками, побуждает нас исследовать вопрос о том, как происходит развитие оплодотворенной яйцеклетки. Пока нет ясности в вопросе о развитии яйцеклетки, невозможно квалифицированно судить о том, порождают стволовые клетки и клонирование этические проблемы или нет. Я также постараюсь развеять некоторые заблуждения, из-за которых эти вопросы стали настолько спорными.
Когда выяснилось, что радиоактивное облучение помогает излечивать некоторые виды рака, а трансплантация костного мозга способствует восстановлению клеток крови, уничтоженных радиацией, ученые взялись за изучение механизмов этих процессов. Двое канадцев, Джеймс Тилл и Эрнест Мак-Каллох, провели серию экспериментов, делая различные объемы инъекций клеток костного мозга мышам после того, как они получали смертельную дозу радиации. Джеймс Тилл вспоминает: «Чем больше костного мозга мы вводили, тем выше был процент выживших мышей». Объектом исследования ученых стали кроветворные ткани мышей, и в конце концов Эрнест Мак-Каллох обнаружил странные комочки в селезенках некоторых подопытных. «Мы оба обладали опытом в культивировании клеток, помещенных в искусственную питательную среду, и сразу же подумали о том, что в селезенках мышей возникли новые колонии клеток», — вспоминает Джеймс Тилл.
Им удалось доказать, что странные комочки — это действительно колонии клеток, которые каким-то образом развились из введенных мышам клеток костного мозга. Основываясь на результатах своих экспериментов, Тилл и Мак-Каллох разработали определение стволовых клеток, которое является верным и по сей день: это самовозобновляющиеся клетки, способные к интенсивному размножению и превращению при этом в клетки самых разных типов. Канадские ученые доказали, что стволовая клетка костного мозга может произвести любую клетку крови.
Пересадка костного мозга пациентам, страдающим от лейкемии, осуществляется после того, как стволовые клетки, вызывающие разрастание раковой опухоли, уничтожаются при помощи радиоактивного облучения. Пересадка демонстрирует роль тех стволовых клеток, которые содержатся в донорских порциях костного мозга. Чтобы восстановить работу кроветворной системы организма, их требуется незначительное число. Правда, при этом возникает серьезная проблема — отторжение чужих стволовых клеток иммунной системой организма; это происходит даже тогда, когда эти клетки для пересадки берутся у близкого родственника.
Все наши кровяные клетки берут начало из стволовых кровяных клеток, находящихся в костном мозге вместе с теми стволовыми клетками, которые сформировались у нас в печени, когда мы были эмбрионами. Эти стволовые клетки делятся, и их дочерние клетки способны породить любой из нескольких типов кровяных клеток, имеющихся в нашем организме, — прежде всего красные кровяные клетки.
