Танец жизни. Новая наука о том, как клетка становится человеком

Во время перерыва в наших исследованиях развития четырехклеточных эмбрионов и до того, как мы занялись изучением молекулярных свойств отдельных клеток, я переключила интерес своей команды на более поздние стадии развития — те, что всегда были покрыты мраком тайны из-за невозможности наблюдать и экспериментировать с имплантированными эмбрионами, так называемым черным ящиком онтогенеза млекопитающих.

Раз мы затеяли эту научную авантюру, единственный способ отследить клеточную судьбу состоял в том, чтобы имплантировать приемной самке эмбрион с клеткой, помеченной GFP, а через несколько дней извлечь его и посмотреть, где окажутся потомки промаркированной клетки. Продолжает ли первый акт нарушения симметрии воздействовать на развитие эмбриона после имплантации, как предполагало исследование Кевина Эггана? Или вся память об этом событии стирается при создании плана тела?

Решением этого вопроса я занималась в середине 1990-х, однако в процессе интенсивного роста эмбриона после имплантации маркеры в большинстве случаев не сохранялись. Чтобы получить достаточное количество информации, эксперименты приходилось повторять снова и снова. Мне не хотелось возвращаться к этому расточительному методу. Более того, для понимания процесса важно непосредственное наблюдение, которое невозможно, когда эмбрион спрятан в теле матери.

Но если бы нам удалось это проследить, мы смогли бы понять, почему некоторые эмбрионы процветают, несмотря на клетки с аномальным набором хромосом. В том, что касается Саймона и обнаружения аномалий в пробах ворсинок хориона (CVS), взятых с соединяющей нас плаценты, в ходе экспериментов я могла бы найти им объяснение. Для изучения этой стадии развития надо было придумать такой способ, который позволил бы эмбрионам развиваться в лабораторных условиях дольше, чем когда-либо, в течение того периода, который они обычно проводят в теле матери.

Глава 6Вскрытие черного ящика

Читая лекции, Скотт Фрейзер любит озадачить свою аудиторию следующим вопросом: насколько легко разгадать правила игры, которую никогда не видел и в которую никогда не играл? Чтобы проиллюстрировать сложность проблемы, он показывает фотоснимки игры в американский футбол — серию картинок с изображением всяких хадлов, тэклов, скрамов и, для пущей драматичности, пирамиды из черлидерш. Последовательно рассматривая варианты человеческих поз, трудно понять суть игры в целом [1].

По словам моего друга Скотта, отснявшего замечательные кадры развития эмбриона и в настоящее время являющегося директором по научным проектам в Университете Южной Калифорнии в Лос-Анджелесе, есть много способов заполнить пробелы в понимании того, что происходит при столкновении двух футбольных команд. Так много, что трудно установить взаимосвязь последовательностей формаций и гарантировать верное объяснение. Аналогично, когда клеточные игроки эмбриональной команды сталкиваются с игроками материнской, тяжело разобраться в том, что произошло в интервале между одним снимком нагромождения клеток и другим. Это если вы вообще делали хоть какие-то снимки. Разумеется, выходом является непрерывная съемка эмбрионального развития, вроде той, что мы выполняли для более «молодых», преимплантационных эмбрионов. Из всех пробелов в понимании человеческого онтогенеза момент имплантации эмбриона в матку является одним из самых загадочных и одновременно критически важных.

Может показаться, что изучение таких эмбрионов — обычная практика, ведь имплантация происходит на второй неделе развития, и ученые в Великобритании могут легально культивировать эмбрионы в течение двух недель, вписывающихся в четырнадцатидневный лимит [2].

Однако практика выращивания человеческих эмбрионов в культуре ограничивалась шестью днями. Был случай, когда эмбрион с помощью клеток матки культивировался девять дней, но здоровье полученного таким способом эмбриона осталось под вопросом [3]. События человеческого развития от стадии бластоцисты на шестой день до стадии гаструляции были скрыты от наших глаз.

До имплантации эмбрион (мышиный или человеческий) представляет собой маленький дрейфующий шарик из клеток — бластоцисту, сопоставимую по размерам с исходной яйцеклеткой. Когда количество клеток в мышиной бластоцисте достигает одной сотни, zona pellucida разрывается и выпускает эмбрион, чтобы тот мог имплантироваться в стенку матки и начать расти.