Текст книги "Я — не моя ДНК. Генетика предполагает, эпигенетика располагает"

Автор книги: Манель Эстейер

сообщить о нарушении

Текущая страница: 3 (всего у книги 12 страниц)

Подождите… Настоящий успех?

Однако для того чтобы понять и оценить в полной мере последствия и значимость клонирования Долли, нужно немного углубиться в историю. Первые попытки клонирования восходят не к Долли, как многие ошибочно полагают. На самом деле эту тему исследовали еще до рождения овечки и ставили соответствующие эксперименты в различных лабораториях. Можно сказать, что первые результаты были получены в 1980-е годы XX века в процессе разработки метода ядерной пересадки, который позволил заменить ДНК, содержащуюся в ядре зиготы, на ДНК ядра другой клетки. Результатом этой пересадки стало животное-реплика животного – донора ядра. Но для того, чтобы эта стратегия увенчалась успехом, донором должен быть эмбрион в начальной стадии развития, в то время как попытки клонирования с помощью клеток взрослых животных неизменно проваливались. Многие биологи пришли к выводу, что клонирование с использованием взрослых клеток невозможно, так как ДНК внутри ядра взрослых клеток претерпевает эпигенетические изменения, которые считались необратимыми, потому что эти клетки были предназначены для специализированной работы ткани, которой они принадлежали, например для производства или выделения молока.

Теломеры – концевые участки хромосом. Последовательности некодирующей ДНК, чья главная функция заключается в обеспечении стабильной работы хромосом.

Однако в 1997 году успех рождения Долли доказал, что ДНК взрослой клетки может перепрограммироваться или, как минимум, быть перепрограммированной, став частью яйцеклетки.

Очевидно, что реакция СМИ на клонирование Долли оказала влияние на выводы и мнение участников ток-шоу, обозревателей со всего мира и любого жителя любой точки земного шара в частности. Посмотрим, можно ли клонировать овец… может, и людей можно… Такая возможность всегда казалась угрозой человечеству (и виной этому в большей степени научная фантастика). Вопреки необоснованным страхам, параноидальным теориям и домыслам, эксперименты с клонированием животных активно продолжаются по сей день. Реальность такова: информация об эксперименте с Долли была повсеместно опубликована, потому что он увенчался успехом после сотен неудачных попыток. И несмотря на технический прогресс, достигнутый с 1997 года, успех продуктивного клонирования зависит от многих факторов, большую часть которых очень сложно контролировать. Именно поэтому процент неудачных попыток в образовании жизнеспособных клонов все еще очень высок.

Зигота – клетка, сформированная вследствие слияния двух гоноцитов (сперматозоида и яйцеклетки). Также может быть сформирована путем введения ядра взрослой клетки в яйцеклетку, ядро которой было заранее извлечено.

Кроме того, к сложностям самого процесса ядерной пересадки нужно добавить проблемы, связанные с имплантацией эмбриона в матку. На самом деле Долли была единственным удовлетворительным результатом из 277 попыток, что, в конечном итоге, дает очень низкий процент (0,36 %) в сравнении с естественным путем оплодотворения.

На конференции по эпигенетике в Кистоуне в феврале 2002 года «отец» Долли Иэн Уилмут перечислил трудности, связанные с клонированием млекопитающих. Действительно, клонирование животных было опробовано на овцах, коровах, мышах, козах и обезьянах, но во всех случаях была констатирована низкая эффективность этого метода.

С другой стороны, даже в случае успеха оказались неизбежны проблемы, которые проявляются у клонированных особей в виде дыхательной недостаточности, сердечно-сосудистых заболеваний, иммунодефицита и короткой продолжительности жизни по сравнению с «нормальными» особями соответствующей породы. Необходимо заметить, что эти пороки поражают и животных, полученных обычным образом, хотя у них уровень заболеваемости гораздо ниже.

В целом весь этот список трудностей связан с техническими вопросами, которые еще не решены. Известно (и здесь мы возвращаемся к началу этой главы), что большая часть технических сложностей, которые необходимо устранить, возникает из-за эпигенетических дефектов.

Мурашки по коже, правда?

А сейчас несколько фактов, чтобы параноики могли спать спокойно

Последствия «пропуска» оплодотворения

Доказано, что многие клонированные животные рождаются с проблемами, даже с серьезными аномалиями. Причина кроется в том, что у нормальных особей, не клонированных, в сперматозоидах происходит удлинение теломер (концевых участков хромосом, которые укорачиваются по мере старения) в течение первых этапов эмбрионального развития. В клонированных же организмах длина теломер взрослой клетки остается неизменной: она не увеличивается, что отражается на развитии таких аномалий, как преждевременное старение и рак. Из этого можно заключить, что как минимум до того момента, как наука сможет продвинуться в этом вопросе, пропуск этапа оплодотворения будет сказываться на особях, созданных или рожденных, так сказать, нетрадиционным способом.

Почему в лабораторных условиях невозможно воспроизвести не только геном, но и эпигенетику?

Геном организма практически одинаков во всех клетках (отличается он в гаметах и В– и Т-лимфоцитах). Однако каждая клетка организма будет располагать разной эпигенетической информацией в зависимости от ее типа, функции, этапа развития, пролиферации, активности и т. д. Поэтому в настоящее время воспроизвести все эпигенетические модификации клетки в определенный момент – задача невыполнимая.

Какие именно факторы отвечают за то, что клонирование животных не всегда проходит успешно?

Процесс репродукции приводит к сильному стрессу клеток, которые в нем участвуют. Кроме того, для репродукции используются сложные технологии, которые оказывают влияние как на клетки, так и на их ядра, так что коэффициент результативности, как мы убедились, довольно низкий.

Вспомним еще раз, что в случае овечки Долли клонирование прошло успешно после неудачного использования 277 яйцеклеток. Так что до сих пор поставить клонирование млекопитающих на поток, как в одном из эпизодов «Звездных войн», не получается.

Спокойно, обитатели Галактики, сегодня войны клонов возможны только благодаря магии кино.

Если вдруг кто-то не верит, вот данные по клонированию людей

В прессе недавно было объявлено, что получилось клонировать стволовые клетки человеческого эмбриона. Неужели мы приблизились к клонированию людей? Нет, потому что, как мы уже говорили, проблема этого метода в том, что в процессе клонирования используются уже специализированные клетки взрослых организмов, в которых теломеры состарились (то есть укоротились), что и является главным препятствием для клонирования человека.

Конечно, мы также не должны забывать о совершенно закономерно возникающих в отношении клонирования этических и законодательных ограничениях.

Для особо настойчивых, которые до сих не верят: даже если, несмотря на все препятствия, о которых мы упомянули (среди которых законодательный запрет на клонирование), все же найдутся желающие клонировать людей без оплодотворения, теоретически они смогли бы добиться успеха (так же, как смогли клонировать овечку Долли). Однако – и это очень важно – даже если клонирование удастся, клоны будут подвержены серьезным заболеваниям, вызванным преждевременным старением клеток в процессе эмбрионального развития.

После того как мы предельно ясно обрисовали возможные варианты создания человеческого клона, перейдем к научной теории и соотнесем все, что знаем о клонировании, с интересующей нас областью – эпигенетикой, чтобы раскрыть, до какой степени эта наука необходима в нашем развитии. Мы стремимся доказать, что на самом деле именно она является основным препятствием на пути клонирования.

Как получаются эмбриональные клетки? Как они используются?

Существует два метода получения эмбриональных клеток.

С одной стороны, метод собственно клонирования, который заключается в том, что извлекается ядро оплодотворенной яйцеклетки и в нее помещается ядро взрослой соматической клетки. В результате получается эмбрион-клон человека – донора соматического ядра. В процессе эмбрионального развития появляется возможность отделить эмбриональные клетки. Это вызывает неизбежные этические противоречия, так как эмбрион таким образом разрушается и используется как источник для стволовых клеток, хотя мог бы превратиться в живого человека, если бы ученые не препятствовали его развитию.

Другой метод состоит в том, чтобы взять взрослую клетку и способствовать ее «перепрограммированию» в эмбриональную клетку, то есть, например, превратить клетку кожи или крови в эмбриональную плюрипотентную клетку Таким образом мы можем избежать этических вопросов, потому что не трогаем никакие эмбрионы ни на каком этапе. Необходима только группа клеток с плюрипотентными свойствами, чтобы воспроизвести любой тип ткани. Проблема этого метода заключается в том, что перепрограммирование клеток влечет за собой появление тератом (опухолей эмбрионального происхождения, сформированных зародышевыми плюрипотентными клетками) с прогрессивным прорастанием.

Действует ли эпигенетика на эмбриональные клетки так же, как и на человека? Могут ли эти клетки изменить свой потенциал из-за внешних факторов, которые каким-либо образом воздействуют на них?

Априори дела обстоят следующим образом: доказано, что окружающая среда влияет на эпигенетику эмбриональных клеток. То есть профиль метилирования ДНК (одной из классических эпигенетических меток) выращенных в лабораторных условиях клеток подвержен воздействию внешних факторов.

Возможно ли в связи с этим создать новые стволовые клетки, которые смогут превратиться в органы, или это все еще из области научной фантастики?

Во взрослом организме существует огромное количество клеток и тканей, не способных регенерироваться, и всего несколько стволовых клеток, способных изменяться в конкретные ткани, например сателлитные мышечные клетки, которые регенерируют поврежденную мышцу (но только в молодом организме, не в постаревшем), или гемопоэтические стволовые клетки, которые производят кровяные клетки.

Поэтому открытие допустимого источника стволовых клеток стало бы поворотным моментом для решения многих медицинских проблем, связанных с отсутствием регенерации, и предоставило бы целый ряд возможностей для регенеративной медицины. Представим на минуту, что бы это означало для пациентов: пережившие инфаркт могли бы рассчитывать на стволовые клетки, которые трансформировались бы в сердечную мышцу, клетки поджелудочной железы стали бы доступны для больных диабетом, даже для лечения спинного мозга нашлись бы нервные клетки.

Плюрипотентная клетка – клетка, потомки которой могут давать начало практически всем органам и тканям, за исключением экстраэмбриональных (например, плаценты).

На данный момент – мы не устанем это повторять – существуют этические, законодательные и методологические ограничения, связанные с получением стволовых клеток для этих целей. Но в долгосрочной перспективе это может стать лучшим лечением для тех серьезных заболеваний, которые мы только что перечислили, и многих других, так как, помещая стволовые клетки в определенную среду (что отражается на их эпигенетике), мы смогли бы дифференцировать те типы клеток, которые интересуют нас в каждом конкретном случае.

И все же, обсуждая эту тему, важно помнить, что одно дело – заполучить клетки и совсем другое – воспроизвести ткани и мышцы, которые являются структурами высокой сложности. Сегодня существует множество исследовательских групп, которые работают над регенерацией органов ex vivo (вне организма).

Возможно ли будет в будущем управлять стволовыми клетками внутри человека, используя только «целевые лекарственные препараты»?

Скорее всего, да, так как медицинские технологии движутся в очень многообещающем направлении. Ярким примером является изучение лекарств с магнитными частицами, которые с помощью магнитных полей направляются в поврежденные зоны организма.

Эта технология – не только пример, демонстрирующий, как происходит развитие в этой области. Кто знает, может, в ближайшем будущем ученые смогут производить стволовые клетки и направлять их в те места организма, где необходима регенерация, чтобы вызвать их дифференцировку.

Глава 3
Эксперименты Второй мировой войны в Голландии
Чему нас научила голодная зима 1944 года

В области научных исследований существуют некоторые непреодолимые границы, которые препятствуют их прогрессу. В предыдущей главе мы уже говорили об этических и законодательных ограничениях реализации всех возможностей, которые могло бы предоставить клонирование. Точно так же существует множество других экспериментов, которые безопасным образом доказали бы некоторые биологические теории, но по моральным причинам их невозможно осуществить на людях. Надеемся, так оно и будет во веки веков. Эти ограничения, эта идея «не выходить за рамки» особенно применимы в области генетики и, в частности, в изучении наследования признаков, приобретенных через эпигенетические модификации, которые передаются следующему поколению.

Для того чтобы вам не показалось, что мы строим невразумительные теории с непонятными терминами, перейдем к конкретному примеру, который должным образом продемонстрирует полемику, о которой идет речь. Вот один из вопросов, которые ученый может задать себе: действительно ли изменения, происходящие с ребенком, если с ним плохо обращаются в детстве, превращают в агрессивного взрослого не только его самого, но и его потомков? Речь идет о теме, интересной с точки зрения исследователя, и ответ был бы чрезвычайно полезен. Без сомнения, если с помощью науки можно было бы решить этот вопрос, было бы известно куда больше о механизмах, которые вызывают агрессию и жестокость, что внесло бы значительный вклад в их предотвращение и искоренение.

Однако этот вопрос так и останется без ответа в течение долгого времени, потому что, естественно, ни один исследователь-человек никогда не взялся бы проводить подобные эксперименты на людях, поместив ребенка в заведомо плохие условия, чтобы исследовать изменения в его мозге и у его потомства!

Но иногда история человечества становится непередаваемо жестокой и порождает возможности, которые позволяют исполнить данные эксперименты, о которых мы никогда не осмелились бы даже подумать. Они известны как «естественные эксперименты», в которых одна переменная неожиданным образом меняется, так что позднее можно изучать последствия этого изменения, чтобы крупномасштабно исследовать возможные проблемы со здоровьем.

Один из таких случаев связан с приобретенным признаком, переданным по схеме эпигенетического наследования. Случилось это в Нидерландах в последние годы

Второй мировой войны. Виноваты были, и по-другому быть не могло, нацисты.

Голландский голод: случай в эпигенетике

В конце 1944 года в Голландии наступила суровая холодная зима. Вторая мировая война была уже на исходе: вражеская немецкая армия отступала, побежденная в большей части Европы, фатальной для нее оказалась высадка войск в Нормандии, а союзники продвигались на всех фронтах. После освобождения Бельгии и юга Голландии следующим шагом было освобождение оккупированного севера, но помешал неожиданный провал операции Маркет Гарден, целью которой было вернуть контроль над мостами через Рейн. Ответный удар не заставил себя долго ждать. В качестве наказания за восстание профсоюзов, которые бастовали, требуя конца оккупации, нацисты наложили тотальное эмбарго на продовольствие – совершенно жестокий и преступный способ возмездия – и перекрыли все дороги, в том числе железные. Более того, при отступлении они взорвали шлюзы, которые сдерживали воду и защищали поля и плодородные земли (напомним, что большая часть Нидерландов находится ниже уровня моря). Затопленные участки стали непригодными для земледелия. Единственным способом доставить продовольствие населению были судоходные каналы, использовавшиеся для грузовых и пассажирских перевозок, но они были скованы льдом из-за суровой зимы, самой холодной за столетие. Не зря ей дали имя Hongerwinter («голодная зима»). Сейчас можно было бы сказать, что Голландию накрыл «идеальный шторм»: все неблагоприятные факторы, как военные, так и климатические, совпали и привели к катастрофе, затронувшей гражданское население.

С сентября 1944 года жителей городов Северной Голландии настиг голод, который можно описать только словом «зверский», так как он стал непосредственной причиной смерти двадцати тысяч человек, а еще несколько тысяч умерли в течение этого периода или некоторое время спустя из-за болезней, вызванных недостатком питания. Случаи голода во время голландской зимы и осады Ленинграда – самые жестокие на Старом континенте за всю историю XX века.

Нужда и отчаяние достигли такого градуса, что жители Амстердама, Роттердама и Арнема отваживались, несмотря на опасность, проходить по полям и грунтовым дорогам десятки километров, прячась от немцев и преодолевая собственную слабость, чтобы добраться до сельскохозяйственных районов и достать что-нибудь поесть в обмен на какие-нибудь ценности. Однако и крестьян трудности не обошли стороной: запасы зерна истощились до того, как они успели собрать новый урожай, а поля оставались затопленными.

В течение первых трех месяцев голода население выживало, получая примерно треть необходимого количества калорий в день, но с ноября запасы истощились, и еда делилась из расчета чуть больше пятисот килокалорий на человека в день. Люди делали все, что могли, чтобы преодолеть голод, и отчаяние подстегивало их воображение: варили дома луковицы тюльпанов, чтобы съесть, или делали из них что-то наподобие муки, из которой потом готовили кашу и печенье. Надо ли говорить, что вкус такой еды оставлял желать лучшего. Конечно, не осталось никаких домашних питомцев: любое животное, которое не требовалось для каких-либо работ или умирало от старости, немедленно разбиралось на кусочки прямо на улице голодными жителями городов.

Все попытки стран-союзников доставить провиант голодающим были тщетны. Только шведскому правительству удалось тайно переправить муку, так что голландские пекари подпольно производили так называемый шведский хлеб, хотя выпекался он на голландской территории. Однако голландцы вынуждены были бороться не только с голодом, но еще и с холодом суровой зимы того года, так как не было и топлива: ни дерева, ни угля для отопления домов (немцы перекрыли железнодорожные пути, по которым шли поставки угля в города). Поэтому люди, отчаявшись, заходили в парки в поисках уже даже не деревьев, а любого предмета, который будет гореть. В интернете можно найти огромное количество душераздирающих фотографий, запечатлевших тот страшный период. На некоторых из них люди, взрослые и дети, вырывают шпалы из железнодорожного полотна, чтобы поджечь их.

Голод 1944–1945 годов был жестоким, особенно он повлиял на детей и беременных женщин, хотя, как мы позже убедимся, имел совершенно разные последствия для беременных на первом триместре и тех, что были на втором или третьем: сейчас мы уже знаем, что недостаток питания по-разному влияет на плод в зависимости от срока беременности.

7 мая 1945 года вермахт наконец оставил Нидерланды, за время оккупации были истреблены сотни тысяч человек: люди были казнены, отправлены в концлагеря, из которых многие не вернулись (как юная Анна Франк), или погибли из-за недостатка питания и его последствий.

После окончательной победы союзников над нацистским режимом жизнь понемногу возвращалась на круги своя, и еда начала появляться во всех уголках страны за довольно короткий промежуток времени. Однако многие дети, рожденные и выращенные в условиях голода, не росли теми же темпами, как обычно росли дети, принадлежащие к голландской нации – «обладательнице» самых рослых людей в мире: несмотря на то что в течение всей жизни они следовали калорийной диете Западной Европы, они сохраняли свою худобу и низкий рост. Сейчас объясним почему.

Почему некоторые не полнели?

Потому что в их клетках осталась химическая память, эпигенетический дефект, который не позволял им поправляться. В течение нескольких месяцев их организм адаптировался выживать с минимумом энергии, а когда все закончилось, продемонстрировал, что не оставит так легко эту привычку, несмотря на то что впоследствии располагал более чем достаточным количеством еды.

С точки зрения эпигенетики известно, что у этих детей голод вызвал аномальное метилирование гена ИФР-2 (инсулиноподобный фактор роста-2), ключевого белка в развитии плода. Напомним, что метилирование – основной процесс, «включающий» или «выключающий» гены.

Подобные исторические катастрофы, связанные с голодом, в Сомали, Китае (в период «культурной революции» Мао) и России, возможно, оставили похожий эпигенетический след у людей, которые их пережили, но голландский голод 1944–1945 годов является самым изученным и задокументированным благодаря скрупулезности и тщательности ведения медицинских архивов того периода.