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

Подобно космосу, жизнь формируется симметрией и ее нарушением, от легкого смещения внутри отдельной клетки до оси, вокруг которой организована группа клеток, составляющая эмбрион. В конце концов, нарушение симметрии формирует наше тело от расположения головы и пальцев ног до локализации внутренних органов, от симметричных легких и почек до сердца, которое у нас слева. Все это, в свою очередь, вытекает из асимметрии на молекулярном уровне.

Нарушение симметрии необходимо для многих самых существенных фаз нашего развития. Благодаря нарушению симметрии мы из круглого оплодотворенного яйца через пять дней превращаемся в полую структуру из примерно двухсот клеток, размером в одну-две десятых миллиметра в поперечнике. На этом этапе эмбрион готов имплантироваться в стенку матки. Здесь сливаются границы двух жизней. Поэт и философ Сэмюэл Тейлор Кольридж однажды заметил, что девять месяцев, предшествующих рождению, «вероятно, куда интереснее... чем все последующие семьдесят лет» [11]. Я думаю, то же самое вполне можно сказать о первых девяти днях развития.

На пути к появлению этого изысканного образца материи под названием «организм» скрывается еще много тайн. И это неудивительно, ведь человек, быть может, гораздо сложнее, чем все безбрежное пространство света и тьмы под названием «космос» [12].

Такова история моей науки и моего путешествия к пониманию того, как появляются клетки в раннем эмбрионе; как они начинают узнавать друг друга и взаимодействовать; как шаг за шагом они с ошеломляющей точностью формируют человека; как они направляют собственное развитие; как они понимают, что процесс пошел не так, и как нам самим обнаружить эту ошибку и установить ее причину.

Чтобы важные процессы развития происходили в нужное время и в нужной последовательности, должен быть некий вариант клеточных часов, но как они работают? Другими словами, с помощью какого механизма эмбрион отмечает проходящие часы и дни? Почему через два с половиной дня у всех клеток появляются разные концы, так называемая наружно-внутренняя полярность? Почему беременность длится девять месяцев, а не пять или двенадцать? В развивающемся эмбрионе клетка, базовая единица жизни, размножается и меняется согласно хореографии, четко скоординированной в пространстве и времени, — можем ли мы понять этот самый потрясающий, замысловатый и всепоглощающий танец жизни?

Это лишь несколько вопросов, вызванных результатами исследований на современном этапе научного понимания, и все они чрезвычайно увлекательны. Несмотря на все мои усилия и усилия многих других ученых, наши ответы имеют предел. Тем не менее в последние годы мы все же добились прогресса.

Глава 1

Белое платье

Звонок застал меня в Кембриджском университете; я стояла у окна в своем кабинете и любовалась садами Даунинг-колледжа. Всякий раз, сталкиваясь с неразрешимой задачей, я смотрела через дорогу на эти просторные лужайки, деревья, по ветвям которых скакали белки, а прямо под окнами студенты на велосипедах спешили на очередную лекцию. Несколько минут, проведенных вот так, наедине с собой, помогали прояснить мысли. И порой задача решалась.

Весна переходила в лето, деревья пестрили зеленью и золотом, когда сквозь листья проникали солнечные лучи. Я была одета в белое хлопковое индийское платье без рукавов, приобретенное еще в студенческие годы. Я помню это отчетливо, потому что в этом платье моя беременность была незаметна. В тот момент я не хотела, чтобы кто-нибудь о ней знал.

Женский голос в трубке звучал обеспокоенно. Меня спросили, одна ли я, а затем посоветовали присесть.

Мне объяснили, что мой пренатальный скрининг выявил генетические аномалии у четверти протестированных клеток. Врачи обнаружили, что вторая хромосома (она же — вторая по величине упаковка ДНК в клетках человека) присутствовала в трех копиях вместо нормальных двух. В тесте использовались клетки из плаценты, но предполагалось, что аномалии были и у ребенка. Голос в телефоне сказал, что я должна вернуться в больницу и обсудить, что делать дальше.

Тогда я не подозревала, что моя жизнь и работа вскоре сольются воедино. Пережитый опыт оказал на меня личное и профессиональное воздействие. Он изменил направление моих исследований, повлияв на эксперименты, которые я проводила в следующие годы. Даже сейчас, когда я пишу эти строки, моя команда занимается исследованием, отчасти обусловленным потрясением того дня.

До рокового звонка я успела изучить так много эмбрионов, что знала их вдоль и поперек. Будучи ученым, я провела десятки лет в попытках понять природу жизни, как она начинается и откуда берутся ошибки.

Я увлекалась странствиями отдельных клеток внутри эмбриона, начиная с момента его зарождения, и старалась понять их поведение — от индивидуальной активности до кооперации с другими клетками. Но особенно мне хотелось знать, как решается судьба клеток. Я пыталась установить, на чем все это основано, начиная с тончайших молекулярных различий (их можно назвать уклоном), которые подталкивали клетки закрепить или изменить направление развития.

Еще в детстве я была очарована работой мозга, его способностью принимать решения, пластичностью и умением учиться. Поэтому сначала я планировала заниматься медициной или психологией. Сегодня же я смотрю на пластичность и процесс принятия решений с точки зрения биолога, изучающего стволовые клетки и онтогенез. Как клетки принимают решения на пути от эмбриона до взрослого человека? У клеток нет мозга, однако они делают выбор, часто сложный и также часто не окончательный, который можно повернуть вспять.

Несмотря на то что многие аспекты эмбриологии были мне хорошо знакомы, я почувствовала себя как любая будущая мать, когда осознала потенциальные последствия сказанного мне по телефону, — это была тяжелая новость. Вне всяких сомнений. Однако... я чувствовала надежду, поскольку знала, что эмбрионы обладают удивительной пластичностью, позволяющей им в процессе развития реагировать на обстоятельства подобно тому, как мы способны реагировать и приспосабливаться к условиям окружающей среды. Я изучала эту пластичность как профессионал, и внезапно она стала моей личной проблемой.

Мой тест

Тот день был обычным; лаборатория, работа над множеством проектов одновременно. В последующие дни результаты теста не выходили у меня из головы — мне хотелось выяснить их настоящий смысл.

Должна подчеркнуть, врачи на консультациях всегда объясняют, что результаты подобных тестов нельзя интерпретировать со всей уверенностью. Как онтогенетик, годами исследующий эмбрионы, я всегда могла проанализировать различные причины аномалий. Сознательно или нет, но мои попытки наметить детали развития моего нерожденного ребенка, чтобы лучше понять результаты теста, помогали мне сохранять душевное равновесие.

В самом начале развития, когда эмбрион представляет собой лишь горстку быстро делящихся клеток, он невероятно устойчив. Можно, например, изъять одну клетку, и зачастую оставшиеся клетки продолжают расти и развиваться в полноценного взрослого. Впервые приехав в Кембридж для проведения постдокторского исследования[2], я уже обладала опытом подобных экспериментов на мышиных эмбрионах. Мне хотелось узнать пределы и механизмы их пластичности. Предполагается, что это верно и для человеческих эмбрионов, поскольку на такой ранней стадии эмбрионы всех млекопитающих развиваются схожим образом.

Эту жизнь ребенок и плацента начинают как одно целое; самые ранние клетки могут превратиться как в плод, так и в ткани, поддерживающие его развитие. Когда эмбрион представляет собой шарик из клеток, лишь крошечная группа клеток внутри этого шарика продолжает развиваться в собственно эмбрион, а затем — в ребенка. Наружные клетки тем временем продолжают зарываться в стенку матки, чтобы стать плацентой.

Скрининговый тест проводился на плацентарных клетках, соединявших меня с моим нерожденным малышом, поэтому возможно, что аномалия развилась лишь в клетках плаценты и после того, как они отделились от тех клеток раннего эмбриона, которым суждено было стать ребенком. Это был бы наилучший исход, ведь в этом случае у моего ребенка был высокий шанс родиться нормальным. Разумеется, в тот момент я не могла знать наверняка.