Тайная жизнь тела. Клетка и ее скрытые возможности

Вейсман Михаил

Дело в том, что у растений (в отличие от животных) клетки по мере роста не теряют своей универсальности – они сохраняют способность реализовывать всю заложенную в них генетическую информацию. Проще говоря, из клетки почки вполне можно вырастить ствол и даже корень – и наоборот. Это свойство клетки легло в основу нового метода, разработанного в семидесятых годах прошлого века, и породило новое направление генетики – растениям начали задавать новые свойства уже не на уровне черенка или опыления, а на уровне одной-единственной клетки.

Здесь надо иметь в виду, что при вегетативном размножении и при клонировании гены не распределяются по потомкам,

как в случае полового размножения, а сохраняются в полном составе в течение многих поколений. Все организмы, входящие в состав определенного клона, имеют одинаковый набор генов и с точки зрения ДНК не различаются между собой. Впрочем, нам это нисколько не вредит. Ведь, съедая ягодку клубники, мы нисколько не страдаем от того, что она – точная копия предыдущей.

А вот клетки человека (да и всех животных) с развитием дифференцируются – становятся частью той или иной ткани – и уже не способны превратиться ни во что иное (за исключением так называемых стволовых клеток; но об этом – чуть позже). Это заложено в наших ДНК. Поэтому в случае с овечкой Долли или человеческими органами речь идет совсем о другом механизме.

Впервые его применили в начале 1950-х годов в опытах на лягушках. Американские исследователи Бриггс и Кинг разработали микрохирургический метод пересадки ядер эмбриональных клеток с помощью тонкой стеклянной пипетки в лишенные ядра (энуклеированные) яйцеклетки-икринки. Они установили, что если брать ядра из клеток зародыша на ранней стадии его развития, то примерно в 80 % случаев зародыш благополучно развивается дальше и превращается в нормального головастика. Если же развитие зародыша, донора ядра, продвинулось на следующую стадию, то яйцеклетки в большинстве своем погибали. Таким образом, было доказано главное отличие клеток животных от клеток растений.

Впрочем, опыты, произведенные чуть позже, пошатнули эту теорию. И виноваты в этом оказались… южноафриканские жабы. Английский биолог Гердон в 1962 году попробовал переиначить опыты. Он взял не зародышевые клетки, а уже «взрослые» и сформировавшиеся клетки, выстилающие внутреннюю часть кишечника жабы. Ядра икринок-яйцеклеток он удалял не хирургическим путем, а разрушал ультрафиолетовыми лучами. В принципе, можно сказать, что и его эксперименты провалились – из всех икринок только 1 % развился в половозрелые особи. Но тем не менее был доказан новый принцип – «взрослые» клетки можно «пробудить» и напомнить им об их потенциальных возможностях.

Затем Гердон вместе со своим коллегой Ласки стали выращивать клетки в пробирке – в питательной среде вне организма. Они брали клетки почек, легкого и кожи жаб и вживляли их в лишенные ядра яйцеклетки. Они даже изобрели новый, ступенчатый метод пересадки – сначала ядро подсаживали в одну яйцеклетку, а когда она развивалась до определенной стадии – извлекали и пересаживали в более «зрелую» икринку. При таких серийных пересадках им удалось вырастить несколько «клонированных» головастиков. Но, главное, было доказано, что клетки трех разных тканей взрослого позвоночного (а жаба в этом плане практически не отличается от человека) содержат ядра, которые могут обеспечить развитие по крайней мере до стадии головастика.

Параллельно такие же эксперименты проводились с клетками крови – эритроцитами. Они дали примерно такие же результаты: часть эмбрионов удавалось вырастить до головастиков, но не более того. Получалось, что клонировать позвоночных теоретически можно, но только на стадии зародыша в раннем этапе развития.

Получалось, что главный постулат подтверждается – «взрослая» клетка животного может принадлежать только определенному типу ткани и теряет универсальные свойства, что сопровождается разрушением невостребованных ДНК. Но одновременно с этим были обнаружены так называемые «стволовые» клетки, которые отличаются от обычных меньшей дифференциацией – то есть они частично сохраняют способность видоизменяться. И именно эти клетки смогли обеспечить клонирование головастиков.

Глава 2. Мышки-первопроходчики

Успешные опыты с амфибиями заставили ученых задуматься о клонировании эмбрионов млекопитающих, в частности мышей. Забегая вперед, скажем, что мышам это не очень понравилось – несмотря на то, что к середине семидесятых годов прошлого века биология и генетика млекопитающих были весьма основательны, ученые столкнулись с серьезными трудностями. В основном они были связаны с тем, что размер яйцеклетки у мыши в тысячу раз меньше, чем икринка жабы. Но даже это не смутило естествоиспытателей. Они научились удалять ядро из оплодотворенной яйцеклетки и вводить туда клеточные ядра ранних зародышей (о клетках кожи, крови и почках речь даже не заходила).

Спрашивается, а зачем вообще потребовалось мучить бедных подопытных животных? Что, у них были какие-то проблемы с оплодотворением? Конечно, нет. По сути, все эти эксперименты были направлены на то, чтобы «подсмотреть в спальню Бога», – понять, как именно зарождалась жизнь и можно ли повторить этот эксперимент в производственных масштабах?

Надо сказать, что на этот раз исследователи получили довольно ощутимый щелчок по носу – размножаться в пробирке мыши не захотели.

Правда, в 1977 году появилось сенсационное сообщение ученых Хоппе и Илменси о том, что они получили семь взрослых самок мышей. Они заявили, что им удалось не только клонировать мышек, но и задать им определенные свойства – пять мышек развивались по материнскому генотипу, а две – по отцовскому. Получалось, что они научились управлять наследственностью и могут, по желанию, закреплять на генном уровне те или иные наследуемые качества. Это открытие должно было стать прорывом в сельском хозяйстве, в селекции, ведь ранее для выведения породы с закрепленными особо ценными качествами требовались десятки лет работы.

Однако все это оказалось не более чем уткой.

Как только не пытались ученые повторить заявленный результат! Меняли стадию развития клетки-донора и яйцеклетки, использовали мужские и женские зародышевые клетки, изобретали новые методы и технологии, но мышки клонироваться категорически отказывались.

Положительным результатом стало только интенсивное развитие методологии и вывод, что для нормального развития зародыша необходим полный набор хромосом – как мужских, так и женских.

Ученые решили, что в отличие от амфибий (лягушек и жаб) млекопитающие (по крайней мере, мыши) отличаются тем, что их клетки теряют способность меняться на очень ранних стадиях развития. То есть дифференцируются практически с первых дней своего существования. Поэтому клонировать их, как головастиков, и не удавалось.

Каково же было их удивление, когда оказалось, что кролики, овцы и коровы в этом плане гораздо более податливей мышей! Клетки их зародышей «определяются» с тем, кем им быть, не на стадии двухклеточного зародыша, а чуть позже – на стадии 8-16 клеток. Именно так и появилась овечка Долли…