Старая, старая «сказка для научных сотрудников младшего возраста»
- Вылупился, — спокойно сказал Роман, глядя в потолок.
- Кто? — Мне было не по себе: крик был женский.
- Выбегаллов упырь, — сказал Роман. — Точнее, кадавр.
А.Стругацкий, Б.Стругацкий.
«Понедельник начинается в субботу».
Рождение человека будит в нас размышления о тайнах возникновения жизни. Философские вопросы бытия встают перед нами, и неизменно удивление: как? Как это произошло? Трудно найти в нашем мире явление, сопоставимое с поразительным феноменом эмбрионального развития. Спор о том, как оно происходит, по-прежнему не решен. Сегодня мы столкнулись с тем, что человечеству предлагают использовать эту тайну вполне по-земному, в собственных нуждах. Что это? Мистификация или величайшее открытие двадцатого столетия? А может быть, игра вслепую, наугад? Об этом наш корреспондент Екатерина Павлова беседует с доктором биологических наук, заведующим лабораторией развития нервной системы человека Института морфологии человека РАМН Сергеем Вячеславовичем Савельевым.
- Сергей Вячеславович, сейчас на наших глазах происходит невероятный взрыв интереса к генетике. Это вызвано широковещательными сообщениями ученых о достижениях в клонировании. Фотографии овечки Долли обошли все печатные издания мира. Но вам как эмбриологу лучше, чем кому-либо известно, сколь сложен и даже загадочен процесс эмбрионального развития. Наверное, следовало бы восхищаться тем, что он вообще возможен. Мы не сознаем того, что взрослый организм — это лишь одна стадия в длинной последовательности ступеней развития. И как знать, главная ли…
- Эмбриогенез — удивительная вещь. Из генетической линейной структуры ДНК получается трехмерный организм. Как — до сих пор никто не знает.
Существует линейная запись генетического кода в молекулах ДНК, она представляет собой запись последовательности аминокислот для молекул различных белков. Аминокислоты собираются в белки. Но ген — это линейная структура, нет в них никакой записи формы уха, нет записи формы глаза, носа или длины ног. Да и быть не может. Там записаны только белки, из которых все строится, и как максимум время появления белков, или, как говорят генетики, время экспрессии генов. Часть генов репрессирована, то есть неактивна, часть генов — активна.
В эмбриональном развитии в разное время появляются разные белки. Существуют гены-регуляторы, которые регулируют время и скорость синтеза или количество синтезируемого белка. И все. К форме организма это не имеет никакого отношения. Например, мы можем взять клетку с внутренней стороны щеки, размножить ее и получить килограмм таких клеток. И что дальше? Удастся ли из этого килограмма клеток сделать хотя бы кончик вашего носа при том, что мы многое умеем в генетике? Никогда в жизни, потому что мы не знаем законов, по которым из линейной структуры белков возникает трехмерная форма.
Размножать клетки в пробирке сейчас уже может любой лаборант, а вот сделать из них хоть что-нибудь вне организма нельзя. Проблема не только сложна, но даже драматична в том смысле, что механизмами формообразования, то есть превращения линейной структуры в форму, на сегодняшний день никто не занимается. По сути дела, за последние несколько десятилетий мы далеко не продвинулись. Более того, чем дальше, тем яснее становится, что генетической детерминации развития нет, судьба клеток не закодирована геном, она вероятностна. Звучит ошеломляюще, но это так. Законы формообразования играют в эмбриогенезе не меньшую роль, чем генетическое наследование.
Вот вам пример, который, кстати, прекрасно демонстрирует и то, насколько иллюзорны могут быть научные победы. Некоторое время назад группа генетиков получила Нобелевскую премию за открытие генетической детерминации развития формы мозга. На ранних стадиях развития в мозге возникают складочки, которые называются сегментами головного мозга или нейромерами. Они обозначают будущие места выхода черепно-мозговых нервов, то есть представляют собой эмбриональную временную структуру, которая потом исчезает. Было показано, что нейромеры возникают в точном соответствии с активацией определенных генов. На каждые два сегмента приходится экспрессия одного гена. Вот, казалось бы, как все хорошо: ген экспрессировался — появилось два нейромера, два сегмента головного мозга. Учитывая, что работают гены с перекрыванием, получается, что каждая пара сегментов закодирована парой определенных генов. Вот вам и Нобелевская премия.
А что же происходит на самом деле? При внимательном чтении статей авторов эксперимента из их же собственных данных делается ясно, что соответствующие гены проявляются в зоне образования складочек после того, как структуры возникли и исчезли! Не гены определили появление складочек в мозге, а морфологические структуры появились и привели к их проявлению. Но в генетическом подходе заложен некий стереотип, который не позволил ученым признать, что большое событие может предшествовать маленькому; поэтому, предпочитая не верить глазам своим, они объяснили то, что видят, привычным образом. И сделали вывод, что форма мозга генетически предопределена, хотя факты говорят об обратном.
Само явление уже подробнейшим образом разобрано. А вот как сначала возникла форма, а уж потом активировались гены — абсолютно не ясно. В этом-то весь фокус. Хотя примеров того, что сначала происходит морфологическое событие, а затем уже экспрессируются гены, достаточно много. Особенно хорошо это видно на ранних стадиях эмбриогенеза, когда количество работающих генов еще не так велико. Дальше картина начинает маскироваться, и на поздних стадиях развития уже, конечно, невозможно отличить, где причина, а где следствие.
У нас есть определенные представления по поводу механики развития, но по-настоящему законов формообразования мы не знаем ни одного. И более того, не занимаемся ими. Уровень нашего незнания эмбриогенеза очень высок. Более или менее прилично современная наука представляет себе генетику организмов, клеток, событий, финальную анатомию, а вот механизмы развития так и остаются тайной.
Генетический подход — эта новая религия XX века — себя в известной степени исчерпал. Поэтому генетики сегодня пытаются привлечь в свою область средства из той области, которая к ним отношения не имеет. И именно поэтому мы сегодня обсуждаем проблему клонирования.
- В зоотехнике известны методы получения клонов высокопородных животных, основанные на оплодотворении «в пробирке». Насколько работа шотландских ученых с ними сопоставима?
- Что такое оплодотворение «в пробирке»? Берут яйцеклетки у женщины из яичника, выпускают их в чашку Петри. Какая-то из яйцеклеток оказывается зрелой. Потом подпускают мужскую сперму. Сперматозоид внедряется в эту яйцеклетку. Дальше есть три варианта.
Либо инкубируют яйцеклетки пару дней, а затем впрыскивают их через трубу в матку, подготовленную для прикрепления зародыша, то есть для имплантации.
Или же берут эти оплодотворенные яйцеклетки, отбирают ту, что начинает дробиться, и несколько дней держат в баночке с физиологическим раствором, чтобы она поделилась побольше. Это повышает вероятность удачной имплантации, которая в норме-то происходит через две недели. Подождут, пока появятся подходящие условия, и тоже впрыскивают все это в матку.
Третий вариант — самый сложный, когда сперматозоид никак не может пробиться в яйцеклетку. Тогда берут, вытряхивают из него ядро, засасывают в капилляр, что тоже, кстати, абсолютно элементарно, и может быть продемонстрировано в течение получаса. Протыкают яйцеклетку и вводят ядро сперматозоида в яйцеклетку. Этим успешно занимаются уже сорок или пятьдесят лет! Клонирование овцы отличается лишь тем, что взяли ядро из соматической клетки, а не из половой клетки. Убрали ядро материнской яйцеклетки, а соматическое ядро туда посадили.
На мой взгляд, методически такой эксперимент даже не имеет прямого отношения к генетике, это ветеринария. Пересадили ядро примитивной техникой. В эмбриологии такие опыты делаются с начала века. Например, пересаживали ядра эмбриональных клеток лягушки в зародышей вьюна и наблюдали деления. Частота делений была, как у лягушки, а форма — как у вьюна. Это вульгарная технология. Вообще ядра пересаживали многократно, особенно трансплантацией ядер увлекались в шестидесятые годы. Если «поднять» научную литературу этих лет, возможно, окажется, что и соматические ядра тоже уже пересаживали. Абсолютно ничего нового в этом нет.
Единственная удача, что удалось пересадить яйцеклетку так, что она прижилась и развилась. Но при современном оборудовании, которое позволяет работать с клеткой в автоматическом режиме, ничего не стоит подготовить несколько тысяч яйцеклеток, а потом всем подряд овцам вливать, в конце концов, может быть и можно получить результат такого рода. Хотя, если сказать откровенно, я не верю в то, что этот эксперимент по сути был удачен.
- Непонятно и другое. Каким образом взрослая соматическая клетка вообще «смогла» начать все сначала и опять пройти все стадии эмбриогенеза. Может быть, повлияло то, что пересаженное ядро оказалось в нужном «цитоплазматическом окружении», все-таки оно попало в яйцеклетку?
- Да, может быть. Но это надо как-то объяснить. Понимаете, ведь предполагать можно все. Здесь, мне кажется, есть принципиальные противоречия, которые довольно трудно преодолеть. Загадка репрограммирования. И у меня на этот счет большие подозрения. Конечно, я бы хотел это увидеть. Над этой проблемой бьются специалисты по клеточным культурам.
- Как же тогда расценивать перспективы создания соматической копии человека?
- Знаете, мы с вами обсуждаем какой-то фантастический роман, интересный, но абсолютно нереалистичный. Вот, например, половая дифференцировка. Если с ней не справились, значит нормального процесса развития органов не будет, не говоря уже о нормальном человеке. Будет аномальный зародыш, у меня в шкафу такие в банках стоят, могу показать. Гормонально несбалансированный, он разовьется в идиота. Никаких научных доказательств того, что эта проблема решена, я не слышал, налицо только демонстрация пресловутой овцы.
Давайте предположим, что каким-то загадочным образом, обойдя все препятствия, клонируют человека. Хорошо. Но как решится проблема размножения соматических клеток? Существует одна маленькая проблема. Из экспериментов с клеточными культурами достоверно известно, что клетки больше пятидесяти раз поделиться не могут. Иными словами, число циклов деления ограничено у всех клеток позвоночных животных. Бесконечно размножаться могут только клетки, у которых нарушено деление, то есть клетки с онкологическими свойствами.
Это серьезное препятствие в использовании соматических клеток для трансплантации ядра. Представим себе бездетную пару. Соматическую клетку берут у людей такого возраста, как, например, мы с вами, а мы уже почти полжизни прожили. Значит, половину циклов размножения клетки уже прошли. Что же получается? Ядро такой клетки пересаживают в яйцеклетку. Зародыш подрастет немножко, а дальше — все. Соматическая клетка больше делиться не может. И известно, почему. К каждой хромосоме привязан довольно сложный белковый комплекс, как бы такой хвост. И за каждое деление от этого хвостика отделяется некоторая часть. Этим накладываются ограничения на общее число делений. Таким образом, делящиеся клетки попадут в парадоксальное положение: они закончат свою жизнь ровно с той же скоростью, что и донор. Как обойдена эта проблема, мне тоже непонятно.
Почему бы у клонированной овцы не взять ткань для исследования состояния ДНК в соматических клетках и не опубликовать данные в генетическом журнале? Овца-то не должна дожить до взрослого состояния. И уж тем более клонированный человек не дорастет. Вот вам еще один аргумент в пользу того, что скорее всего мы имеем дело не с соматической копией, а с чем-то другим.
Если генетикам удалось «запустить» соматическую клетку в бесконечное размножение, что, по сути дела, и утверждается демонстрацией этой овцы, значит должны быть какие-то объяснения. Как она не превратилась просто в огромную опухоль? То же самое относится и к перспективе клонирования человека.
- Еще более странной, чем клонирование человека, представляется идея о возможности выращивания отдельных органов с целью пересадки. Ведь для этого нужно вырастить целый организм? Или сегодня есть какие-то другие возможности?
- В органогенезе человека и животных нельзя отдельно сформировать какую-то часть. Действительно, нельзя вырастить отдельно руку ни при каких обстоятельствах. Всем известно, что существует динамика сложнейших взаимовлияний, индукционных процессов. Что вне организма вырастить вообще что-либо практически невозможно. Действительно, надо сделать весь организм целиком, а затем отрезать нужный орган. По-другому не получится.
Многие жизненно важные процессы происходят в момент рождения. Например, переключение с эмбрионального кровообращения на взрослое. Сердце при этом претерпевает серьезные морфологические изменения. Поэтому и без самого акта рождения невозможно обойтись. Но растить жертву придется до взрослого состояния. Последние дифференцировки мозга наступают в момент полового созревания. Да и само по себе половое созревание, формирование половой системы идет до восемнадцати лет. Процессы роста заканчиваются тоже во взрослом состоянии.
Даже если представить себе такую чудовищную вещь, как расчленение зародыша, вырастить потом отчлененный орган тоже невозможно. Не возникнет пояс передних конечностей, если зародыш без головы. Должен идти очень сложный комплекс взаимодействий. И нервы должны врасти. Если без нервов, то есть без головы, без спинного мозга, значит без чувствительности? А кровеносные сосуды? Кто будет этот орган питать? А гормональная регуляция? Понимаете, нет законов отдельно для руки или для ноги. Законов эмбриологии генетики не учитывают. Тем не менее нарушить их нельзя. В организме все, абсолютно все взаимосвязано, и примеры можно приводить бесконечно.
Как, скажем, вырастить коленную чашечку без биомеханических связей, которые возникают при функционировании растущей конечности? Нужно вырастить и крестообразную связку колена, иначе не сформируются мениски. Нога при этом должна быть напряжена, чтобы ткань, из которой они формируются, располагалась определенным образом под воздействием напряжений конечности. Вне ноги это невозможно, то есть вне организма.
Почка — орган, который умеют пересаживать, — должна в ходе развития постепенно включаться в физиологические процессы, а это достижимо тоже только внутри организма. И так далее.
Таким образом, если речь идет о клонировании органов, значит будут клонировать людей, а затем отрезать от них органы, от живых людей. Если выращивать целиком человека, например, соматическую копию донора, то, значит, потом его надо будет убить. Я уже говорил, что предполагаемые попытки осуществить клонирование людей или отдельных органов напоминают мне какой-то фантастический роман. По-моему, социальный аспект подобной затеи можно не комментировать. В какой голове могла родиться такая идея?
Современное состояние биологии развития таково, что вырастить отдельный орган невозможно. Вообще проблемой органогенеза за последние сто лет занимались от силы три лаборатории во всем мире. Никто нигде в мире не может выращивать никакие органы, и это принципиально. Создание же целого организма трансплантацией соматического ядра весьма сомнительно и нуждается в серьезном обосновании. Есть принципиальные вопросы, не зная ответов на которые, всерьез рассуждать о клонировании организма невозможно. Уровень наших сегодняшних представлений о законах формообразования делает эту проблему неразрешимой и в ближайшем будущем.
