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

Вероятнее всего, тест обнаружил те клетки с хромосомными аномалиями, которые имелись исключительно в плаценте и не затронули Саймона. Вторую причину подсказывает один из моих экспериментов с мышиными химерами: Саймон мог начинать как мозаичный эмбрион, в основном нормальный, но содержащий несколько аномальных клеток. Проведенное вместе с Хелен исследование показало, что, если эмбрион хотя бы наполовину состоит из нормальных клеток, этого достаточно, чтобы исправить проблему и обеспечить нормальное развитие.

В тот счастливый год, когда родился Саймон, наша научная деятельность повернула в новом направлении. Мы опирались на те навыки, которые моя команда оттачивала годами, маркируя, отслеживая и собирая вместе индивидуальные клетки для создания нового вида живого существа: вместо яйцеклеток и сперматозоидов мы использовали разные типы стволовых клеток, чтобы сделать в лабораторных условиях эмбрионоподобную структуру.

Глава 9Как синтезировать эмбрион

Простой девиз, начертанный на доске в аудитории Калифорнийского технологического института Ричардом Фейнманом, был сфотографирован для будущих поколений. Девиз гласит: «Чего я не могу создать, того я не понимаю».

Эту фразу подхватили биологи, чтобы объяснить, почему для понимания механизмов жизни используется инженерный подход, особенно в синтетической биологии. Если вы можете воспроизвести чудеса природы в лабораторных условиях, тогда вы действительно понимаете, каким образом ей удается провернуть тот или иной трюк. В настоящее время наука перешла от редукционистского молекулярного взгляда к холистическому восприятию всего живого существа [1].

Для нас послание Фейнмана стало актуальным, когда после мозаичных эмбрионов мы решили предпринять следующий логический шаг и создать эмбрионоподобные структуры из стволовых клеток — материнских или базовых клеток, способных дифференцироваться во все типы клеток, составляющие организм.

Эмбриональные стволовые (ЭС) клетки, которые мой бывший наставник Мартин Эванс изолировал из раннего эмбриона, обладают поистине волшебными свойствами: они могут порождать все типы клеток и создавать любую ткань, но сами по себе не способны вырасти в эмбрион. Нам было интересно узнать причину этого и выяснить, что нужно, чтобы построить эмбрион in vitro, не используя тотипотентную оплодотворенную яйцеклетку.

Клетки, создающие организм и дающие начало ЭС-клеткам, окружены двумя другими типами клеток, которые предоставляют необходимую для выращивания эмбриона информацию, хотя не принимают в этом непосредственного участия: мультипотентные экстра-эмбриональные трофобластные стволовые (ТС) клетки и экстраэмбриональные энтодермные (XEN) стволовые клетки. Следующий вопрос казался очевидным: возможен ли союз этих трех клеточных типов, чтобы они смогли самоорганизоваться и расти по принципам, открытым Аланом Тьюрингом? Если бы нам удалось совершить этот подвиг и создать в лаборатории «синтетические эмбрионы», быть может, мы бы тогда по-настоящему поняли композицию клеточного танца, согласно которому эмбрион строит самого себя.

Эмбриоидные тела

Мечта о выращивании эмбрионоподобных структур в лабораторных условиях не нова. Можно выделить разные ключевые этапы, но, на мой взгляд, серьезный прорыв в создании живых моделей эмбрионального развития был получен благодаря наблюдениям, сделанным в лаборатории Джексона в Бар-Харборе, штат Мэн, которые предоставили первые сведения о «бодибилдерском» потенциале ЭС-клеток. Там в 1950-х Лерой Стивенс обнаружил линию мышей, страдающих спонтанным образованием тестикулярных тератом (тератокарцином) — опухолей, состоящих из смеси эмбриональных и взрослых тканей [2]. Когда Стивенс и его коллега Дон Варнам пересадили образцы тератом в брюшную полость мышей, у тех сформировались целые агрегаты клеток. Несмотря на то что их рост носил бессистемный характер, Стивенс увидел в них некоторое сходство с мышиными эмбрионами в возрасте нескольких дней [3]. Эти структуры, построенные из ЭС-клеток, были названы эмбриоидными телами.

Поскольку такие опухоли состоят из клеток различных тканей, предполагалось, что они вырастают не из зрелых, а из недифференцированных мультипотентных клеток, имеющих близкое сходство с эмбриональными. Их стали называть клетками эмбриональных карцином (ЭК) [4].