По образу и подобию

Само слово «клон» латинского происхождения и означает тонкую ветку дерева, побег и т. д. В европейских языках на основе этого слова возникло такие понятие, как «клан», то есть семья, род, близкие и тесные связи между людьми. Клонирование не является чем-то новым или запретным для ученых, особенно ботаников и специалистов в разведении растений. То же черенкование или размножение клубники с помощью усиков является чистой воды клонированием, то есть методом получения генетически идентичного потомства. В отличие от размножения полового, когда в геноме потомков воедино сливаются половинки геномов родителей.

Дарвин в отличие от Менделя полагал, что наследственности родителей сливаются в потомстве подобно воде и чернилам. Мендель же доказал, что «Чарлз, ты не прав», — слияния никакого нет, и во втором внучатом поколении родительские признаки могут вновь «выщепиться». В этом и революционность открытия Менделя, несмотря на все его «гибридизаторство».

Ботаники клонирование называют еще вегетативным или бесполым размножением, поскольку репродукция организмов происходит без половых или генеративных клеток. Очень много пользовался этим методом наш выдающийся селекционер Мичурин — вспомните его подвои и привои.

Примеры клонирования мы видим также при регенерации тканей и органов, а также при знаменитом партеногенезе. Афина, дочь Зевса, носит также прозвище «Партеиос». Именно в честь нее главный храм Афин назван Парфенон («т» и «ф» довольно часто чередуются в русском языке при заимствовании греческих слов: Теодор — Федор, имя переводится как «Богдан», «Дар божий»; тета — фита, атеист — «афеист» Пушкина и т. д.).

Мы уже говорили, что Афина рождена была из главы Зевса, то есть бесполым, «непорочным» путем. Партеногенез был «соблюден» и при рождении Христа, о чем также говорилось выше. Партеногенетически размножаются даже животные организмы с весьма сложной организацией, вплоть до ящериц. В экспериментальных условиях удалось получить даже партеногенетических индюков, правда бесплодных. У млекопитающих непорочное развитие не отмечено, если не считать мифологических сюжетов.

За счет чего же происходит клонирование организмов и их тканей? Чтобы попять это, необходимо вновь обратиться к истории биологической и экспериментальной мысли. И тут не обойтись без имени нашего талантливого и пытливого исследователя Александра Александровича Максимова (1874—1928).

К своему вящему удивлению, я обнаружил его имя в советских энциклопедиях, хотя и знал, что Максимов эмигрировал из нашей страны еще в 1922 г. В статье, помещенной в Большой медицинской энциклопедии под редакцией Семашко, говорилось, что наш ученый провел последние годы своей жизни в Чикаго, где плодотворно трудился, изучая проблемы гистогенеза и воспаления.

Гистогенез — это образование тканей, например в ходе того же эмбрионального развития. Максимов работал в период бурного развития описательной биологии и медицины. Два открытия начала века оказали на него формирующее влияние. В 1908 году Нобелевскую премию присудили нашему И. Мечникову, который доказал центральную роль лимфоцита-макрофага в воспалении — защитной реакции нашей иммунной системы.

Через четыре года в Стокгольм вызвали француза А. Карреля, который в далекой Америке разработал и усовершенствовал свой метод культивирования органов и тканей. С 1916 года метод был взят на вооружение Максимовым. С его помощью он пытался решить проблему, которая так и не далась Мечникову: откуда при воспалении появляется то множество клеток, накопление которых приводит к образованию нарыва, флюса и гноя (гноем занимался еще Мишер в середине XIX века).

Второй вопрос, волновавший Максимова как исследователя, был кроветворение. Благодаря опытам по переливанию крови, за открытие групп которой нобелевской награды в 1930 г. был удостоен К. Ландштейнер, было известно, что жизнь клеток крови недолговечна. Новые поступают в кровоток из костного мозга, являющегося органом нашего кроветворения. Но каким же образом «кроветворящие» клетки сохраняются с эмбрионального развития во взрослом организме?

В результате своих скрупулезных исследований Максимов пришел к удивительному выводу: в пашем организме на протяжении всей жизни сохраняются недифференцированные — «мезенхимальные» — клетки, которые по аналогии с ботаниками он назвал «камбиальными».

Камбий — это тонкий слой клеток растений, которые лежат под корой или кожицей и начинают бурно размножаться, если обрезать или обломать ветку дерева. Именно за счет размножения камбия каждый год растение увеличивает свой объем и формирует годовые кольца. Есть такие клетки и в нашем организме, в частности в костном мозгу и других тканях.

В «простой как правда» Америке Максимов был вынужден отказаться от заумной латыни и греческого, поэтому назвал такие клетки попросту «стволовыми». Можно отпилить все ветки того же тополя, но если сохранен ствол, то дерево скоро отпустит новые побеги, благодаря чему возможны самые разные фигурные «стрижки» деревьев в садах и парках. Так этот научный «сленг» и закрепился в терминологии. Теперь клетки, способные давать клопы своих потомков, называют во всем мире стволовыми.

Например, лимфоцит при соответствующей стимуляции способен давать до 6—8 тысяч (!) своих потомков. Что же тут удивляться появлению гноя, образующегося при гибели миллионов клеток белой крови? Вся иммунологическая «память» об инфекциях, с которыми нам приходилось встретиться на своем жизненном пути, есть совокупность разных лимфоцитарных клопов, существование которых поддерживается в случае кори с раннего детства до самых последних дней. Вот почему обычно корью мы больше одного раза не болеем.

Стволовые клетки начинают размножаться, когда мы по неосторожности наносим царапину коже. Они, как выяснилось не так давно, «сидят» глубоко в мозгу, давая новые клетки нервной системы. Это открытие опровергает привычный тезис о том, что «нервные клетки не восстанавливаются». Восстанавливаются, и еще как. Без нервных стволовых клеток наш мозг отказывал бы намного раньше, как это происходит у людей с различными мутациями, приводящими к развитию нейродегенеративных заболеваний.

Максимов о стволовых клетках писал: «Это блуждающие клетки в покое, которые могут превращаться в различные клеточные формы». Именно благодаря им решается вопрос о новообразовании клеток при мечниковском воспалении. Остается удивляться тому, почему наука не пошла по широкому и ясному пути, указанному нашим выдающимся ученым еще во второй половине 20-х годов XX века.

Этому могут быть два объяснения. Во-первых, Америка в те годы еще не была научным центром мира. Достаточно вспомнить открытия П. Рауса в области раковых вирусов, за которые он получил Нобелевскую премию «всего» лишь через 55 лет (хорошо, что дожил!). Не восприняли европейские ученые и открытия О. Эйвери, который доказал, что именно ДНК суть вещество гена.

Во-вторых, надо помнить, что Каррель был уникумом в своем роде. Ему удавалось поддерживать — в отсутствии не то что антибиотиков, но даже и сульфаниламидов, — жизнеспособность культур на протяжении десятков лет! Воспроизвести подобные результаты стало возможно только в 50-е годы, когда в распоряжении ученых появился пенициллин.

Скажем также пару слов о дифференцировке. Это процесс специализации клеток, обретения ими формы и функции. Все начинается с оплодотворенной яйцеклетки, имеющей шаровидную форму. Затем начинается развитие и дифференцировка, в результате чего образуется до сотни различных клеточных типов не похожих друг на друга. И функции они выполняют совершенно разные: мышечная сокращается, а нейрон посылает электрические импульсы, чтобы мышцы сокращались или расслаблялись. Секреторные синтезируют и выделяют свой секрет — наружу или в кровь (в последнем случае железы называют эндокринными или внутренней секреции).

Считается, что раковая клетка «де-дифференцирована», то есть не встает на праведный путь дифференцировки, выполнения функции и запрограммированного умирания (апоптоза). Поэтому она может безостановочно делиться. В норме же дифференцировка направляется работой, или «экспрессией», генов, которые в норме без соответствующей стимуляции «молчат». Классическим примером молчания генов является простой рост ребенка без развития. Но вот по прошествии определенного числа лет «включаются» гены в клетках половых желез, которые начинают буквально накачивать организм гормонами.

А гормоны представляют собой мощные регуляторы генной активности-экспресии. И вот буквально за какой-то год ребенок преображается, и уже не спутать юношу и девушку. К тому же в организме включаются механизмы спермо-генеза (образования спермиев) и овуляции, у девушек налаживается менструальный цикл. Развитие заканчивается, организм становится способным к репродуцированию — размножению.

К началу 90-х развитие науки создало условия практического выделения стволовых клеток. Во многом этому способствовал сонм работ ученых, занимавшихся проблемами бесплодия и клонирования тех же лягушек. Помнится, как в конце 60-х мир был взволнован сообщениями профессора зоологии из Оксфордского университета Дж. Гёрдона, которому удалось получить клонированных лягушат.

Для этого в икринки африканской шпорцевой лягушки Ксенопус он вводил ядра из клеток слизистой кишечника (ядерный перенос, или нуклеарный трансфер). Опыты удавались не всегда, поэтому тогда так и не поняли, что лишь перенос ядра стволовой клетки приводит к успеху. Откуда же в кишках стволовые клетки?

Именно в кишечнике стволовых клеток, наверно, больше всего. Дело в том, что слизистая кишечника сменяется каждые три-четыре дня. Уж очень велико механическое воздействие пищевых масс на нежные клетки, которые гибнут и слущиваются. На их место постоянно приходят новые из так называемых крипт.

Криптами греки называли подземные кладовые и хранилища храмов, где они хранили запасы зерна, вина и оружия. Криптами кишечника называются «впадины» кишечных складок, где и «сидят» стволовые клетки. Из них на вершины складок мигрируют новообразованные клетки слизистого эпителия.

Сообщение Гёрдона взбудоражило людей. Сразу стали вспоминать мифы о клонировании. Например, о том же Кадме, брате Европы, который засеял поле зубами убиенного им дракона. Из зубов дракона выросли железные воины, которые начали яростно сражаться друг с другом.

Воспоминание об агрессивном прошлом породило немало фантазий. Одной из наиболее ярких был роман американского писателя Айры Левина «Мальчики из Бразилии», в котором катаклизмы мировой бойни проецировались на ближайшее будущее. «Героем» романа стал бесноватый фюрер, кусок кожи которого под грохот наших орудий был вывезен из окруженного Берлина. И там, где-то в далеких и влажных джунглях Бразилии из клеток Адольфа как на конвейере фашистские недобитки стали производить маленьких шикльгруберов.

Более новая версия этого утопического кошмара рассказывает о воссоздании «Парка Юрского периода». Для клонирования вымерших динозавров где-то на одном из островов Карибского бассейна ученые используют белые клетки крови, выпитой сотни миллионов лет назад мезозойским комаром, который затем по неосторожности попал в смолу хвойных; превратившуюся затем в прозрачный золотистый янтарь.

Затем общественный интерес к клонированию упал. Ученые «утешили» обеспокоенных тем, что яйцеклетки млекопитающих в сотни, если не тысячи раз меньше икринок амфибии, поэтому возможность манипулирования первыми ничтожна. Нынешнему поколению людей жить «в эту пору прекрасную» не доведется.

Гораздо важнее было решение проблемы бездетности и бесплодия. Еще в 1943 году в самый разгар войны журнал «Сайенс» поместил статью известного акушера Дж. Рока, который оплодотворил в пробирке яйцеклетку бесплодной женщины спермой своих молодых сотрудников. Спустя девять лет Р. Бриггс и Т. Кинг разработали метод ядерного трансфера в икринки ксенопуса.

В 1973 г. профессор Колумбийского университета в Нью-Йорке Л. Шеттлз заявил, что готов воспроизвести первого ребенка из пробирки. Проведение эксперимента было запрещено пресвитерианской церковью США и Ватиканом (редкий пример «объединения» заклятых врагов — католиков и протестантов).

Англичанам Ватикан вот уже на протяжении пяти столетий не указ, поэтому первый ребенок из пробирки — Луиза Браун — родилась в Кембридже в 1978 году в семье водителя грузовика и домохозяйки. Через несколько лет чета Браунов родила и второго ребенка подобным же образом. Сегодня пробирочных детей во всем мире насчитывается уже десятки тысяч. И способы их производства на свет все более и более совершенствуются, поскольку в этой области «крутятся» большие деньги.

Шеттлз «отметился» еще раз в 1981 году, когда заявил, что получены три клонированных зародыша человека. Было ли это правдой, сейчас уже трудно сказать. В принципе технических препятствий этому не было никаких. Благодаря тому, что были созданы микроманипуляторы, в которых электроника «гасила» тепловые и вибрационные колебания. Это позволило работать с микроскопическими по размерам яйцеклетками тех же мышей.

В начале XX века Ваидербильды, упоминаемые в «Двенадцати стульях» Ильфа и Петрова, дали денег на организацию мышиной «фермы» на острове Бар у побережья самого северного американского штата Мэп. И вот в 1981 году Питер Хопп из Джексонской лаборатории, как называется эта ферма, где разводится чуть ли не миллион мышек с самыми разными мутациями и характеристиками, и его швейцарский коллега Карл Иллмензее из Женевского университета впервые «клонировали» мышей.

С этой целью из зародыша серой мыши были удалены «внутренние» — есть такие — клетки, после чего их разделили с помощью ферментативной обработки. Затем ядро клетки серой мыши перенесли в оплодотворенную яйцеклетку черной, вернее в ее цитом, то есть цитоплазму, из которой с помощью пипетки «откачано» собственное ядро.

Образовавшийся зародыш был перенесен в «подготовленную» гормональными инъекциями матку белой мышки, которая таким образом стала «суррогатной» матерью. В результате 363 попыток родились три очаровательных сереньких микки-мауса. Подобное соотношение успеха и неудач было и при клонировании овечки Долли.

Это было естественно не полное клонирование, поскольку ядро было от эмбриональной клетки, потенциал которой намного выше обычной соматической (от греч. «сома» — тело). В то же время сам метод был создан и начиная с 1992 года активно «эксплуатируется» при так называемом «выключении» генов.

Журнал «Тайм», сообщая об этом успехе ученых, пророчески писал, что «однажды при некоторой вариации метода он может быть использован при клонировании животных — племенных быков — и даже человека»! Как в воду глядели. Вторым технологическим «прорывом» было использование суррогатной матери, которая получает зародыш «извне». Возможность суррогатного материнства у мышей доказала, что гормоны способны творить чудеса.

Четвертого января 1985 года весь мир облетела сенсационная новость: жительница северного Лондона по имени Мэри Коттон стала первой в мире суррогатной матерью, выносив и успешно родив девочку для американских приемных родителей. Девочка была даже на сутки «арестована», поскольку лондонцы протестовали против «разбазаривания национального достояния», но потом все успокоились и по распоряжению министра внутренних дел ребенка с кормилицей отпустили за океан. А потом чуть ли не каждая страна гордилась своей первой суррогатной матерью, в том числе и мы.

В своей статье «По образу и подобию» я рассказывал об успехе Джералда Холла из университета им. Джорджа Вашингтона в американской столице. Ему вместе с сотрудником Р. Стилманом удалось впервые клонировать человеческие зародыши. Из 17 эмбрионов было получено в целом 48 клонов, то есть в среднем по три на каждый исходный.

Наибольший успех был получен на стадии 2—4 зародышевых клеток. В 8-клеточном каждая из клеток получается уже слишком дифференцированной, чтобы «безболезненно» перенести разделение с помощью ферментов на отдельные «составляющие». Некоторые клонированные эмбрионы достигали стадии 32 клеток, когда их обычно подсаживают в матку. Ученые же просто «приостанавливали» их развитие, т. е. убивали согласно требованиям федеральных властей. Тем не менее психологический и технологический порог был преодолен. Оставалось ждать всего три года...

Через три года «Медицинская газета» опубликовала мою статью, которую я озаглавил «Без мужского начала». Редакция предпослала тексту врезку, начинавшуюся словами: «Хороша парочка — баран да ярочка». Тем самым подчеркивалось разделение высших организмов на два пола и в то же время равно необходимое участие обоих полов в деле воспроизведения потомства.

Далее в статье рассказывалось о сенсационном на тот момент достижении ученых из института в Рослине, пригороде Эдинбурга, который уже упоминался выше. Журнал «Нейчур» сообщил об очередном успехе ученых как раз накануне Международного женского дня.

Начиналось все как обычно. Обычным половым путем были получены 9-дневные эмбрионы горной уэллской породы с белой шерстью. После чего из зародышевых клеток сделали культуру, которую неоднократно «обновляли» в ходе последовательных пассажей. Благодаря этому клетки стали уплощенными и похожими на клетки эпителия, покрывающего, например, внутреннюю поверхность щеки.

Опыты показывают, что успешное развитие эмбриона зависит от синхронизации перенесенного ядра и цитома-реципиепта. Известно, что цитоплазматические белки и ферменты могут повреждать хромосомы перенесенного ядра. Это приводит к рассогласованию синтеза ДНК, мутациям и даже озлокачествлению клеток, что крайне нежелательно.

С этой целью и производят синхронизацию циклов ядра и цитоплазмы. Это делается с помощью биотехнологических продуктов в виде различных протеинов и гормонов. В частности, яйцеклетки от черноголовых овец шотландской породы получали после инъекций гормона гонадотропина, стимулирующего «созревание» граафовых пузырьков в яичниках и их разрыв с высвобождением ооцитов.

Готовность яйцеклеток к «оплодотворению» оценивалась по появлению в них так называемых маркеров дифференцировки — белков цитокератина, которого много в наших кератиноцитах кожи, дающих ороговевающий эпителий (от греч. «керос» — рог), и ядерного ламина. Ламин образует «слои», отсюда такие знакомые теперь слова, как «ламинирование«и «ламинат». Появление этих белков сигнализирует о том, что цитом яйцеклетки «готов» к ядерпому трансферу, то есть переносу чужого ядра.

После осуществления «подготовки» яйцеклеток из них удалили собственные ядра и в «пустую» цитоплазму перенесли ядра клеток эмбриональной культуры, несущие двойной набор хромосом (от отца и от матери). Напомним, что эти клетки были от белошерстных овец. После формирования зародыша его переносили в матку суррогатной овцы, которая и вынашивал плод до рождения ягненка. Наступление беременности проверяли с помощью ультразвука.

У семи овечек, «оплодотворенных» подобным образом, начали развиваться восемь эмбрионов. Через положенное время у серых черноголовых мамаш родились пять совершенно белых ягнят. Двое из них дожили на момент публикации до 9-месячного возраста. Что сулит нам новая работа шотландских ученых? — задавал я вопрос в конце статьи. Тогда автор еще и представить себе не мог, что до рождения Долли осталось меньше года!

Но тем не менее предпоследний абзац начинался с вопроса, «а как насчет людей?». Далее я писал, что «при генетических заболеваниях типа дальтонизма и гемофилии важно получать только девочек. Пока мы не научились «исправлять» гены. А в перспективе нет теоретических запретов получения культуры клеток женщины, одним из ядер которой можно будет «оплодотворить» лишенную хромосомного материала цитоплазму яйцеклетки (своей или чужой). И таким образом получить свою абсолютную копию!