Сергей Киселев - доктор биологических наук, профессор, научный руководитель Отдела эпигенетики, главный научный сотрудник Института общей генетики имени Вавилова РАН, рассказал Дмитрию Ицковичу и Анатолию Кузичеву в программе «Наука 2.0» о том, за что дали Нобелевскую премию в области медицины и физиологии в прошлом году, почему в Америке нет ГМО и как вырастить мышку из клетки в лабораторных условиях. Перед вами краткое содержание беседы. Видеозапись передачи доступна здесь.
Каждый человек начинает развиваться из одной клетки, а потом получается сотни триллионов клеток. Это выполняется некая генетическая и эпигенетическая программа. «Эпигенетическая» означает наследование, которое не связано с изменением в последовательности ДНК. Мы привыкли к тому, что ДНК содержит (кодирует) гены, и это наследственная информация, которая передается. Эпигенетическое наследование не закодировано в последовательность ДНК, оно химически связано с ним, но не приводит к изменению в ее последовательности.
Если возвращаться к закону энергии, мы можем представить эту одну клетку, из которой мы все образовались, на вершине горы. Клетка, обладая энергией, начинает делиться и как бы катится вниз по склону, постепенно теряя потенциальную энергию и свойства, преобразовываясь в специализированные ткани, образуя подошву горы - основание с разнообразными функциями клеток.
Но гора не однородна, есть ложбины, каньоны, пещеры, кулуары и т.д. Клетка, катясь по кулуарам, при делении теряет свой потенциал и в какой-то момент оказывается перед уступом - либо пойти по правому кулуару, либо по левому. И шансы пойти либо так, либо этак у нее одинаковы. Но если она пойдет по правому, у нее будет одна судьба - она преобразуется, например, в кровь. А если пойдет по левому, то встанет на путь, предположим, преобразования в нервы.
Поверхность, по которой катятся клетки во время утраты своего потенциала и разнообразия, американский ученый Конрад Уоддингтон в 1957 году назвал эпигенетическим ландшафтом. Именно эпигенетический ландшафт дает возможность подобного разнообразия. В чем выражен этот ландшафт? Конкретный пример. В развивающемся организме происходит ранняя имплантация. В организме матери происходит первое соприкосновение, какие-то клетки соприкоснулись, какие-то - нет, получилась неоднородность, не внутри клетки, а снаружи - тот самый эпигенетический ландшафт.
При развитии каждого отдельного индивида эпигенетический ландшафт повторить невозможно. Поэтому нельзя, используя клетку Эйнштейна либо Гитлера, клонировать их. Будет новая особь, которая ничего общего не будет иметь ни с Гитлером, ни с Эйнштейном.
Ответ «да» и Нобелевская премия
Обращаясь к тому же примеру с горой. Мы имеем клетку на верху горы и кучу разнообразных внизу - это смертная сома (тело, греч). То, что находится наверху – бессмертие - это тот генетический материал, который мы через клетки полового пути передаем в ряду поколений.
Можно ли взять клетку и поместить ее наверх, можно ли изменить эту программу, репрограммировать так, чтобы клетка снова приобрела колоссальный потенциал и опять оказалась наверху? Ответ - «да», и неоднократно. За него и дали Нобелевскую премию Синье Яманаке и сэру Джону Гёрдону.
Джон Гёрдон получил свою часть премии за так называемое клонирование - за репрограммирование с помощью технологий переноса ядра. До него были известные американцы Бриггс и Кинг, которые показали принципиальную возможность этого. Но Гёрдон использовал для репрограммирования клетки, находящиеся у подножья горы, а Бриггс и Кинг, условно, брали с середины горы и закатывали наверх.
Нобелевскую премию вручают за использование некой технологии на благо человечества. Так вот, технология клонирования уже сегодня продается в магазинах. Клонировать кошечку стоит около 50 тысяч долларов. Таких фирм существует три-четыре в мире. Понятно, что генетически это получится та же самая кошка, но она все равно будет другая, потому что она разовьется в рамках другого эпигенетического ландшафта. Уже сегодня компании ведут клонирование ценных пород животных: коз, овец, лошадей, коров. Пока идет клонирование в рамках одного и того же вида, но можно его использовать для исчезающих видов.
В Америке есть кампания «Клонэйд», они занимаются клонированием людей и говорят, что таких уже сотни. Есть сведения, что в России около полутора десятков людей, клонированных этой фирмой. Клонирование человека запрещено во всех странах, но его вполне можно осуществить в лабораторных условиях.
Американцы с 2008 года используют клонирование для выполнения продовольственной программы. Их министерство разрешило использовать в пищу мясо клонированных животных. И первое мясо, которые у них появилось, – мясо форели, которая за один год достигала размера трехлетней особи. Это экономически выгодно, и при этом в Америке ГМО нет. ГМО - это политика, не имеющая отношения к науке. На самом деле генетические модификации протекают в организме постоянно. Мы тоже легко относимся к ГМО, в нас поселилось достаточно вирусов за время нашей жизни.
Технология клонирования
Давайте обратимся к Книге Бытия. Бог создал Адама, а потом взял часть адамовой ткани и какими-то манипуляциями создал Еву. По существу, был получен новый организм - и произведено клонирование. Да, Ева на Адама не очень похожа, потому что процесс клонирования даже у Господа Бога был далеко не совершенен.
Процесс клонирования довольно простой; достаточно клонировать одну особь, которая имеет ценный признак, и от нее уже естественным путем получить все остальное стадо животных. Эти признаки сохраняются и наследуются, потому что они заложены именно в ДНК.
У нас есть клетка с высоким потенциалом развития. Известно, что клетка - это шарик, в котором - еще один шарик, где и содержится генетический материал. Ядро окружено факторами, которые обуславливают свойство клетки. Если мы генетический материал, маленький шарик, убрали и поставили генетический материал из смертной сомы, то возникает вопрос - будет ли он репрограммирован, хватит ли клеточных факторов для этого?
Ганс Шпеман задал этот вопрос в 1935 году, разрабатывая различные технологии с эмбрионами. Он использовал человеческий волос - на тот момент это был самый тонкий инструмент - для перевязывания различных эмбрионов, гоняя по клетке ядра в те или иные стороны. По существу, он заложил основу клонирования.
Далее этот вопрос в 50-х годах стали решать Кинг и Бриггс, которые разработали более точные инструменты и первыми стали осуществлять переносы ядер между клетками с различными потенциалами, что привело к выращиванию целой лягушки. Они репрограммировали с помощью неизвестных клеточных факторов, которые есть в цитоплазме. А что такое в современном мире неизвестный фактор? Это нестабильность, нестандартность, невозможность предсказать точно, что получится в конце. Соответственно, получить меньше денег.
Ученые все время пытались понять, что держит клетку на вершине этой горы, и как культивировать ее в лабораторных условиях. И оказалось, что можно культивировать и делать все что угодно - вставлять гены, удалять. При этом клетка сохраняет свой потенциал, если потом взять ее из лабораторных условий и поместить в организм мыши, то из этой мыши получится нормальное здоровое животное. Грубо говоря, из клетки кожи, а не стандартным половым путем можно вырастить целую мышь.
Вот японский ученый Синья Яманака и решил, что если известны все гены, которые определяют состояние клеток на вершине, то можно ввести дополнительно гены и заставить работать те клетки, которые находятся у подножья. Он взял 25 штук генов, активно работающих в эмбрионе, - и ввел их в клетки кожи. И чудо! Через тридцать дней, неведомыми путями, клетки, которые были внизу,- преобразились, и стали выглядеть, как клетки, находящиеся на вершине горы.
Почему это важно? В будущем у нас появляется возможность разработать технологии для излечения тех или иных наследственных заболеваний у человека. Для живущих сегодня людей это означает, что мы можем из клетки взрослого человека получить клетку с величайшей потенцией.
Исследования, которые проводились во многих странах, в лабораторных условиях показали, что можно получить клетки, не выращивая целостного организма. Можно произвести кровь, кожу. Пока идет разговор о специализированных типах клеток и некоторых тканях. Печень как таковую вырастить нельзя, а вот клетки, которые не восстанавливаются и находятся в ней – гепатоциты, можно. Но пока говорить о выращивании некоторых частей тела и органов – рано.
Синья Яманака уже получил разрешение с 2013 года использовать свою технологию при проведении клинических испытаний для лечения макулодистрофии (возрастной дегенерации) сетчатки глаза – проблема примерно 60% людей во всем мире. Он собирается у конкретных людей, включенных в исследование, взять клетки кожи, репрограммировать, а потом дифференцировать в клетки сетчатки и имплантировать в больной глаз.
