Текст книги "Тайная жизнь тела. Клетка и ее скрытые возможности"

Автор книги: Михаил Вейсман

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 12 страниц) [доступный отрывок для чтения: 5 страниц]

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…

Но ее старшими братишками стали шесть живых кроликов, которые появились на свет, когда ядра 8-клеточных эмбрионов одной породы пересадили в лишенные ядра яйцеклетки кроликов другой породы. Фенотип (то есть набор хромосом) родившихся крольчат полностью соответствовал фенотипу кролика-донора.

Однако только шесть из 164 реконструированных яйцеклеток (3,7 %) развились в нормальных животных. Это, конечно, был очень низкий выход, практически не позволявший рассчитывать на получение таким методом клона генетически идентичных животных.

Глава 3. Овца – как венец клонирования

Клонирование крупного рогатого скота (коров или овец) шло немного не так, как с мышами или кроликами. Первоначальную яйцеклетку выращивали не в пробирке, а в живом доноре. Овце (или корове) перевязывали яйцевод и вводили туда подготовленную клетку зародыша. Затем оплодотворенную яйцеклетку вымывали и «переселяли» в матку второго донора – овцы или коровы соответственно. Там клетка развивалась до рождения детеныша. От искусственного оплодотворения (не считая самого принципа замены ядер клеток) этот метод отличался именно тем, что позволял получать генетических двойников, чего никогда нельзя было достичь обычной селекцией. Ведь даже из 12 щенков или поросят в одном помете только несколько наследуют лучшие качества породы. Остальные – выбраковка.

Впрочем, в ходе первых опытов выбраковка была еще выше: из 463 клонированных зародышей удалось получить 92 живых теленка, и только семь из них оказались генетическими близнецами. Тем не менее общие принципы были сформулированы – клонирование яйцеклеток, при условии вынашивания детенышей живой «мамой», вполне возможно.

И тут пришла очередь овцы.

В ходе экспериментов ученые выяснили, что зародышевые клетки овцы сохраняют память о своих потенциальных возможностях даже на стадии 16-клеточного эмбриона. Первые три живые овечки получились из клона 8-клеточного зародыша, и они были абсолютно идентичны друг другу. Правда, прожили они недолго. Это вообще стало проблемой исследователей – ягнята вполне благополучно развивались в утробе матери, но в момент родов они чаще всего погибали. Ученые пришли к выводу, что «универсальность» клетки даже на стадии эмбриона все-таки имеет свои пределы, что не позволяет клону развиваться нормально.

И только в 1993–1995 годах была изобретена технология, которая позволила родиться пяти клонированным овечкам, две из которых дожили до восьми-девятимесячного возраста. Но Долли среди них не было.

Сенсационная статья, объявившая миру о рождении первого полноценного клона, дожившего до половой зрелости, была опубликована в начале 1997 года. Британский ученый Ян Уилмут навсегда обессмертил свое имя, сфотографировавшись с плодом своего труда – той самой овечкой Долли, судьба которой перевернула все наши представления о мире.

Революционным стало не просто долгожительство клона, но и сам способ его создания. Уилмут взял ядро клетки молочной железы овцы – до него это никто не смог осуществить – клетки плода и эмбриональные клетки. Донором стала шестилетняя овца породы «финн дорсет», находящаяся на последнем триместре беременности. Ядра клеток доноров пересаживали из эмбриона в эмбрион больше 20 раз – каждый раз останавливая развитие клеток на определенной стадии. Только такая кропотливая работа смогла дать нужный результат. Правда, из 277 реконструированных яйцеклеток удалось получить только одну живую овечку. Овца по кличке Долли развилась из реконструированной яйцеклетки, донором ядра которой была культивируемая клетка молочной железы овцы породы «финн дорсет», генетически она не отличалась от овец этой породы, но анализ ее ДНК совсем не совпадал с анализом овцы-«мамы».

Итак, самая известная в мире овечка родилась в 1997 году. Ее появление на свет ознаменовало новую эру в развитии биологии – ученые доказали, что они не просто разгадали «божественный замысел», но и смогли его повторить. Правда, похоже, бедное животное было наказано за гордыню людей.

В 2002 году Долли заболела артритом, он усугубился целой россыпью других болезней, и в феврале 2003 года овечку усыпили из-за прогрессирующего воспаления легких. Считается, что «сбой программы» стал результатом генных мутаций, инициированных процессом клонирования. Долли умерла в возрасте шести лет. С тех пор никаких сколь либо серьезных прорывов в технологии клонирования сделано не было.

Глава 4. Мой сосед – клон?

Так возможно ли хотя бы теоретически клонировать человека? Настанут ли времена, когда мы будем размножаться не только традиционно (через соитие и девятимесячную беременность), но и «почкованием», как растения? У этого вопроса есть не только биологическая, но и нравственная сторона.

С точки зрения науки клонирование человека возможно. Так, в 2006 году ученым из американской компании Advanced Cell Technology (ACT)впервые в мировой истории удалось клонировать эмбрион человека. Представители компании, предвидя критику, заранее сообщили, что целью проведенного эксперимента было не клонирование человека, а создание препаратов для лечения таких распространенных заболеваний, как диабет, рак, СПИД, болезнь Паркинсона и т. д. Ее исполнительный директор Майкл Уэст поспешил заявить, что «речь идет лишь о создании человеческой молекулярной жизни, а не просто человеческой жизни». Он пояснил, что ACTне клонировала человека, а создала эмбрионы, не предназначенные для репродуктивных целей. Впрочем, все эти заявления и пояснения не спасли компанию от критики как со стороны официальных властей США, так и со стороны общественных и религиозных организаций, выступающих против воспроизведения человека в лабораторных условиях.

Суть поставленного эксперимента, как пояснили в компании, заключалась в том, что ученые удалили ДНК из человеческой яйцеклетки и заменили ее на ДНК из клетки кожи, после чего активировали с помощью электрического заряда. Две из восьми задействованных в эксперименте клеток дважды поделились надвое, образовав эмбрионы из четырех клеток, а одна яйцеклетка успела достичь шестиклеточной стадии, прежде чем процесс деления остановился. Как пояснил вице-президент компании по медицинским и научным разработкам Роберт Ланза, это достижение открывает потенциально безграничные возможности для клонирования совместимых с индивидуальной иммунной системой клеток, необходимых для косметической и трансплантационной медицины. Полученные американскими учеными так называемые зародышевые стволовые клетки, составляющие основу человеческого организма, могут быть преобразованы в любой вид ткани, будь то мышцы, кровь, кожа или мозг.

Церковь против

Реакция на этот эксперимент со стороны Ватикана последовала незамедлительно. По мнению Католической церкви, даже избавление практически от всех болезней не может оправдать действия ученых, нарушающих таинство зачатия. Ватикан настаивает на том, что генетикам стоит выбрать другой путь, который бы соответствовал моральным ценностям: например, использовать ткани взрослых людей или кровь. Один из высших иерархов Ватикана кардинал Тарцисио Бертоне по этому поводу заявил, что «создание и уничтожение одного человеческого существа для излечения другого недопустимо». «В данном случае цель не оправдывает средства», – прокомментировал он.

По мнению Ватикана, жизнь, созданная даже таким «противоречащим человеческой природе» способом, достойна «уважения, как всякая человеческая сущность». Папа римский Иоанн Павел II неоднократно высказывался категорически против подобных проектов. Представитель папы заявил, что, прежде чем делать выводы, необходимо дождаться научно обоснованного подтверждения открытия, но если в результате экспериментов был создан реальный эмбрион, то такие исследования «должны быть подвергнуты осуждению».

Ведь терапевтическое клонирование для последующего извлечения стволовых клеток лишь предположительно способно помочь в создании органов для больных (чему нет пока ни одного свидетельства). Хотя всем известно, что при получении стволовых клеток из эмбриона убивается этот эмбрион (человеческий зародыш). Получается, что, для того чтобы спасти чью-то жизнь, приходится «высосать» всю кровь из невинного, беззащитного младенца. И если мы сегодня согласны идти на такие жертвы, то не совсем понятно, почему кто-то просто не попытается брать детей из детдомов и пускать их органы на донорские программы, ведь один такой ребенок может спасти несколько жизней состоятельных людей.

По мнению Ватикана, использование эмбриональных клеток для клонирования является преступлением независимо от конечной цели. «Эмбрион человека – это не источник клеток… а настоящая человеческая жизнь», – говорится в заявлении Церкви. Таким образом, использование эмбриона как источника клеток для клонирования может быть приравнено к убийству. Одновременно в заявлении Ватикана подчеркивается, что вместо эмбриональных клеток вполне можно использовать клетки взрослых людей или в крайнем случае клетки эмбрионов, погибших в результате выкидыша. Как следует из официального заявления Римско-Католической церкви, жизнь зарождается уже в первый миг существования эмбриона, поэтому любые эксперименты с человеческими зародышами можно расценивать как убийство.

В связи с прошедшим экспериментом высказалась и Русская православная церковь. От ее имени выступил представитель Московского патриархата отец Антоний Ильин, который сообщил, что православным людям, занимающимся клонированием или использующим результаты клонирования в медицинских целях, грозит отлучение от Церкви. Представитель РПЦ называл лицемерием информацию о том, что благодаря этим исследованиям удастся получить новые способы лечения не побежденных человеком болезней. Клонирование человеческих эмбрионов и любые действия с эмбрионами приравниваются Русской православной церковью к уничтожению эмбрионов, а «по каноническим правилам уничтожение эмбрионов приравнивается к аборту, а значит, и к убийству», – сказал он.

«Церковь напоминает, что это не просто исследование, а тяжкий грех, так как данное уничтожение эмбриона приравнивается к греху аборта, который в свою очередь является убийством. Таким образом, люди, проводящие эти исследования, сами ставят себя вне Церкви», – подчеркнул отец Антоний. Он заметил, что для Церкви нет принципиальной разницы между репродуктивным и так называемым терапевтическим клонированием, о котором сегодня идет речь. «Мы считаем, что с момента зачатия эмбрион является человеческим существом. И терапевтическое клонирование представляется преступлением против человечности, поскольку речь идет о сознательном изготовлении эмбрионов для их последующего уничтожения с целью получения стволовых клеток для лечения некоторых заболеваний», – пояснил отец Антоний. Он заметил, что Церковь «не является противником науки и не препятствует лечению человеческих недугов, но не любой ценой». «Нельзя превращать человеческое существо в сырье», – добавил отец Антоний. По словам представителя РПЦ, существует альтернативный источник получения стволовых клеток от взрослого человека – в частности, из клеток костного мозга, крови и молочной железы. При этом никто не приносит себя в жертву ради блага других людей, сказал он. Отец Антоний подчеркнул, что если вопрос о клонировании эмбрионов будет так или иначе поставлен в России, то Церковь станет всеми возможными средствами добиваться законодательного запрета как на репродуктивное, так и на терапевтическое клонирование.

Стоит напомнить, что российское правительство ввело пятилетний запрет на клонирование человека в 2002 году и продлило его в 2008-м. Впрочем, российские ученые признают, комментируя этот запрет, что прежде всего для серьезных опытов у нас нет материально-технической базы.

Подводя итоги, следует признать, что говорить о клонировании человека можно лишь сугубо теоретически. В сущности, речь идет даже не о клонировании, а о получении копии отдельного индивида, поскольку термин «клонирование» предполагает получение некоего множества особей. Но слово уже прижилось, поэтому имеет смысл пользоваться им по-прежнему. Очевидно, что сегодня вероятность отрицательных последствий этой процедуры значительно перевешивает ее выгоды, поэтому, по мнению большинства ведущих ученых мира, работы по клонированию человека, как в настоящее время, так и в ближайшем будущем, проводить нецелесообразно.

Возможно, через какое-то время, когда будут усовершенствованы все этапы этого сложного биотехнологического метода, ученые, социологи и другие заинтересованные лица смогут вернуться к обсуждению целесообразности клонирования человека. Однако это время наступит не скоро, и в любом случае решение вопроса о клонировании того или иного человека будет регламентироваться строгими рамками и правилами, касаясь, возможно, только некоторых медицинских проблем, скажем, непреодолимого другими методами бесплодия.

В то же время работы с домашними животными очень важны с практической точки зрения. Клонирование ценных трансгенных животных может быстро и экономично обеспечить человечество новыми лекарственными препаратами, содержащимися в молоке специально полученных для этого генно-инженерными методами овец, коз или коров. Клонирование высокопродуктивных домашних животных, в частности молочных коров, может произвести буквально революцию в сельском хозяйстве, так как только этим методом можно создать не отдельные экземпляры, а целые стада элитных коров-рекордисток. Это же относится к размножению выдающихся спортивных лошадей, ценных пушных зверей, сохранению редких и исчезающих животных в природных популяциях и т. д.

Глава 5. Инженеры по генам

Но если вопрос по клонированию человека еще долгое время можно будет считать открытым, то другое направление работы с молекулой ДНК – генная инженерия – только набирает обороты. У него тоже много противников и защитников. Противники считают, что «подправлять» природу, вводя изменения в генетический код зародыша, недопустимо, а защитники приравнивают такое вмешательство к обычной терапии – ведь если младенец, к примеру, вывихнет плечико, никто же не будет возражать против того, чтобы его вправить? Так почему бы не «вылечить» генетические заболевания?

К тому же, согласитесь, сама идея довольно заманчива. Ведь с помощью техники генного инжиниринга можно не только бороться с некоторыми, казавшимися ранее неизлечимыми заболеваниями, но и задавать будущему малышу вполне определенные качества. Например, заложить в геном зародыша музыкальный слух Моцарта или спортивный дар Рональдиньо.

Пока эти споры носят чисто теоретический характер, но все предпосылки для широкого применения генного моделирования уже есть. Около десяти лет назад было сделано несколько фундаментальных открытий. Был впервые получен изолированный, «химически чистый» ген. Затем были открыты ферменты – рестриктазы и лигазы. С помощью рестриктаз ген можно разрезать на кусочки – нуклеотиды. С помощью лигаз такие кусочки можно «склеивать», соединять в иной комбинации, конструируя новый ген.

Почти одновременно успешно завершились многолетние попытки «прочитать» ту биологическую информацию, которая «записана» в генах. Эта работа была проделана английским ученым Ф. Сенгером и американским ученым У. Гилбертом. За нее ученые были удостоены Нобелевской премии по химии (1980). Для Сенгера эта премия была уже второй; он стал первым химиком, получившим награду дважды; первый раз он был награжден за расшифровку строения белка.

Как известно, в генах содержится информация-инструкция для синтеза в организме молекул белков-ферментов. Значит, для того чтобы заставить клетку синтезировать новые, необычные для нее вещества, надо, чтобы в ней синтезировались соответствующие наборы ферментов. А для этого необходимо или целенаправленно изменить находящиеся в ней гены, или ввести в нее новые гены, чуждые ей. Изменения генов в живых клетках – это мутации. Они происходят под действием, например, мутагенов – химических ядов или излучений. Но такие изменения нельзя контролировать или направлять. Поэтому ученые сосредоточили усилия на попытках разработать методы введения в клетку новых, совершенно определенных генов, нужных человеку. Для этого, во-первых, необходимо было научиться получать желаемые гены.

Первоначально такие гены пытались просто выделить из подходящих клеток, но потом оказалось, что, зная их строение, проще получать их синтетически, с помощью отработанных биохимических методик. Во-вторых, необходимо было разработать методику введения гена в клетку. Причем нужно было научиться не просто вводить ген в цитоплазму, а встраивать его в собственную молекулу ДНК клетки так, чтобы новая информация могла быть «прочитана» биосинтетическим аппаратом клетки, вырабатывающим белки, а также воспроизводящим гены при делении клетки. Осуществление этих двух этапов – получение гена и введение его в клетку – и составляет, собственно, основу той отрасли биотехнологии, которая получила название индустрии ДНК.

Разработать методику как первого, так и второго этапов было невероятно трудно. Однако за очень короткий срок биохимики научились синтезировать гены. Сейчас процесс синтеза генов разработан очень хорошо и даже автоматизирован. Существуют специальные аппараты, снабженные ЭВМ, в памяти которых заложены программы синтеза различных структурных генов. За день такой аппарат синтезирует необходимые отрезки ДНК длиной 100–120 азотистых оснований (содержащих информацию для синтеза участка полипептидной цепи белка в 30–40 аминокислотных остатков).

Основные трудности были связаны с введением готового гена в наследственный аппарат клетки. Собственно, именно из-за этих трудностей еще 15–20 лет назад затеи с модификацией генетического аппарата считали безнадежным и даже фантастическим делом.

Необходимо было создать общий и воспроизводимый метод включения кусочков гена в полный генетический аппарат клетки. При этом новый фрагмент гена должен был быть помещен очень точно с соблюдением ряда условий, для того чтобы клетка действительно начала синтезировать новые ферменты. Надо было также обойти сопротивляемость клетки-хозяина: как правило, все изменения генетического аппарата воспринимаются клеткой как «ошибки информации» и исправляются специальными механизмами.

Однако в природе наблюдаются случаи, когда чужеродная ДНК (вируса или бактериофага) включается в генетический аппарат клетки и с помощью ее обменных механизмов начинает синтезировать «свой» белок. Ученые исследовали особенности внедрения чужеродной ДНК и использовали как принцип введения генетического материала в клетку.

На людях технология генной инженерии была впервые применена для лечения Ашанти Де Сильвы, четырехлетней девочки, страдавшей от тяжелой формы иммунодефицита. Ген, содержащий инструкции для производства белка аденозиндезаминазы (ADA), был у нее поврежден. А без белка ADA белые клетки крови умирают, что делает организм беззащитным перед вирусами и бактериями.

Работающая копия гена ADA была введена в клетки крови Ашанти с помощью модифицированного вируса. Клетки получили возможность самостоятельно производить необходимый белок. Через шесть месяцев количество белых клеток в организме девочки поднялось до нормального уровня.

После этого область генной терапии получила толчок к дальнейшему развитию. С 1990-х годов сотни лабораторий ведут исследования по использованию генной терапии для лечения заболеваний. Сегодня мы знаем, что с помощью генной терапии можно лечить диабет, анемию, некоторые виды рака, болезнь Хантингтона и даже очищать артерии. Сейчас идут более 500 клинических испытаний различных видов генной терапии.

Неблагоприятная экологическая обстановка и целый ряд других подобных причин приводят к тому, что все больше детей рождается с серьезными наследственными дефектами. В настоящее время известно 4000 наследственных заболеваний, для большинства из которых не найдено эффективных способов лечения.

Сегодня существует возможность диагностировать многие генетические заболевания еще на стадии эмбриона или зародыша. Пока можно только прекратить беременность на самой ранней стадии в случае серьезных генетических дефектов, но скоро станет возможным корректировать генетический код, исправляя и оптимизируя генотип будущего ребенка. Это позволит полностью избежать генетических болезней и улучшить физические, психические и умственные характеристики детей.

Сегодня мы можем отметить, что за тридцать лет своего существования генная инженерия не причинила никакого вреда самим исследователям, не принесла ущерба ни природе, ни человеку. Свершения генной инженерии как в познании механизмов функционирования организмов, так и в прикладном плане весьма внушительны, а перспективы поистине фантастичны.

Амбициозный проект

В 1990 году в США был начат проект «Геном человека», целью которого было определить весь генетический год человека. Проект, в котором важную роль сыграли и российские генетики, был завершен в 2003 году В результате проекта 99 % генома было определено с точностью 99,99 % (1 ошибка на 10000 нуклеотидов). Завершение проекта уже принесло практические результаты, например, простые в применении тесты, позволяющие определять генетическую предрасположенность ко многим наследственным заболеваниям.

И вот из последних новостей: английские ученые утверждают, что они нашли способ подправить ДНК, переписав код таким образом, чтобы можно было убрать все генетические ошибки и дефекты. Таким образом, можно предупредить развитие болезней вроде кистозного фиброза, мышечной дистрофии и некоторых видов рака.

Ведь ДНК влияет на работу организма через производство белков, качество которых может страдать от ошибок или мутаций, возникающих в ходе прочтения нитей ДНК. Одна из самых распространенных мутаций заключается в том, что клетка перестает считывать генетические «инструкции» раньше времени и в итоге получается неполный, укороченный протеин.

Данные неполные протеины как раз и стоят за названными выше генетическими расстройствами. Ученые утверждают, что им удалось разработать методику, позволяющую сигнал «стоп» перевести в сигнал «продолжать». Это даст возможность клетке нормально считывать информацию и создавать нормальной длины протеин.

Исследователи смогли добиться успеха как в пробирке, так и с живыми клетками дрожжей. По словам руководителя научной работы профессора И-Дао Ю, суть метода заключается в изменении мРНК (матричной рибонуклеиновой кислоты), которая обычно передает инструкции ДНК клеткам относительно того, как образовывать протеины.

Кто знает, что готовит уже завтрашний день генной инженерии?