Издательство «Альпина нон-фикшн» представляет книгу научного журналиста и писателя Карла Циммера «Она смеется как мать. Могущество и причуды наследственности» (переводчики Мария Багоцкая, Павел Купцов, научный редактор Яна Шурупова, редактор Анастасия Ростоцкая).
Эта книга о наследственности и человеческом наследии в самом широком смысле. Речь идет не просто о последовательности нуклеотидов в ядерной ДНК. На то, что родители передают детям, влияет целое множество факторов: и митохондриальная ДНК, и изменяющие активность генов эпигенетические метки, и симбиотические микроорганизмы… И культура, и традиции, география и экономика, технологии и то, в каком состоянии мы оставим планету, наконец. По мере развития науки появляется все больше способов вмешиваться в разные формы наследственности, что открывает потрясающие возможности, но одновременно ставит новые проблемы. Технология CRISPR-Cas9, используемая для редактирования генома, генный драйв и создание яйцеклетки и сперматозоида из клеток кожи — список открытий растет с каждым днем, давая достаточно поводов для оптимизма... или беспокойства. В любом случае, прежним мир уже не будет.
Предлагаемый отрывок взят из главы о генетических химерах — организмах, состоящих из клеток с разными геномами. Среди возможностей возникновения химер — слияние двух яйцеклеток вскоре после оплодотворения или обмен клетками между эмбрионами близнецов в ходе внутриутробного развития. В первой половине XX века ученые поняли, что именно этот механизм объясняет рождение коров-«фримартинов». При рождении у коровы двух разнополых телят теленок женского пола часто вырастал с характерными бычьими чертами и оказывался не способным к размножению. Но генетические химеры среди людей оставались неизвестными науке, и так продолжалось до 1953 года…
Весной 1953 г. миссис Мак, которой тогда было 25 лет, пришла в Шеффилдский центр переливания крови на севере Англии, чтобы стать донором. Прежде чем отправить кровь на хранение, следовало определить ее группу. Лаборанты добавили к ней антитела, которые должны были вызвать слипание клеток крови группы А. Некоторые клетки слиплись, но большинство — нет. Результат оказался похожим на смесь групп крови А и 0.
Врач Ивор Дансфорд предположил, что произошла путаница. Может быть, миссис Мак недавно перенесла переливание крови — скажем, у нее была кровь группы 0, и ей случайно перелили кровь группы А. Но когда он стал разбираться подробнее, то выяснил, что миссис Мак никогда в жизни не переливали кровь.
Дансфорд обратился за консультацией в Совет по медицинским исследованиям группы крови в Лондоне. Директор совета Роберт Рэйс был самым авторитетным в стране специалистом по группам крови и с удовольствием разгадывал связанные с ними головоломки. Дансфорд отправил ему образец крови женщины, и Рэйс повторил анализ. Он получил тот же самый результат, обнаружив кровь групп А и 0.
За все годы исследований Рэйс никогда с таким не сталкивался. Прецедент напомнил ему об открытии Оуэна — о телятах-близнецах, которые обменивались клетками крови. Прошло восемь лет с описания Оуэном первых генетических химер, но никто пока не находил ничего подобного у людей. Рэйс написал Дансфорду, попросив того узнать у миссис Мак, есть ли у нее близнец.
Когда Дансфорд задал ей этот вопрос, женщина была потрясена. Действительно, у нее был брат-близнец. Но он умер от пневмонии в возрасте трех месяцев.
Рэйса эта новость заинтриговала. «Я полагаю, что миссис Мак никак не фримартин, — писал он Дансфорду. — Она когда-нибудь была беременна?»
Рэйс имел в виду, не могли ли клетки близнеца миссис Мак помешать ее половому развитию так же, как клетки бычков делают бесплодными их сестер-фримартинов. Оказалось, что у миссис Мак есть сын, так что ее яичники работают нормально.
Новости не обескуражили Рэйса. Он с коллегами продолжил выяснять, химера ли миссис Мак. Исследователи предприняли более точные оценки групп крови и определили, что на две части группы 0 приходится одна часть группы А.
Тогда Рэйс написал об этом случае Медавару. Заинтересовавшись, Медавар предложил способ проверки, который использовал сам при изучении химерных коров. Он подозревал, что миссис Мак тоже химера, и придумал, как в этом убедиться.
Медавар знал, что гены, определяющие группы крови, работают не только в эритроцитах, но и — по не выясненным еще причинам — в слюнных железах. Он предложил Рэйсу взять пробу слюны миссис Мак и проверить ее на белки. Таким образом можно было узнать, какая версия белков присутствовала у миссис Мак изначально, а какие она получила от своего брата.
Сотрудники Рэйса выяснили, что у слюны женщины была группа 0 — т. е. та же, что составляла две трети ее крови. Теперь у Рэйса был ответ: миссис Мак унаследовала гены группы 0 от своих родителей, но еще во время пребывания в утробе приобрела стволовые клетки своего брата с группой А. Его клетки попали в ее костный мозг и до сих пор продолжали заниматься там кроветворением.
11 июля 1953 г. Дансфорд, Рэйс и их коллеги опубликовали статью «Химеризм групп крови у человека» в British Medical Journal. «В 1916 г. Лилли писал: "Что касается фримартинов, то тут природа провела чрезвычайно интересный эксперимент", — напоминали авторы в завершении статьи. — Бесспорно, то же самое можно сказать и об эксперименте, проведенном природой в случае миссис Мак, если бы только мы могли в полной мере понять его значение».
И в последующие годы Дансфорд сообщал Рэйсу новости о миссис Мак. С течением времени влияние на ее кровь клеток, полученных от брата-близнеца, постепенно уменьшалось. Когда Рэйс по прошествии времени вспоминал эту историю, его восхищало, что им удалось определить группу крови мальчика, умершего за четверть века до того. Когда мы говорим, что люди мертвы, само собой разумеется, что их клетки умерли вместе с ними. Родители могут обмануть смерть, используя несколько своих клеток для создания новой клеточной линии, известной как «ребенок». С этой точки зрения очень трудно понять, как назвать брата миссис Мак. Его сердечко перестало биться еще в младенчестве из-за пневмонии. Но к тому времени стволовые клетки мальчика уже несколько месяцев как прижились в костях его сестры и десятилетия спустя продолжали вырабатывать новые клетки крови.
Этому призрачному мальчику Медавар посвятил небольшой фрагмент своей книги «Уникальность индивидуума»:
Неизвестно, надолго ли еще миссис Мак останется химерой, но сейчас ей уже 28 лет. Вероятно, со временем красные клетки крови ее брата-близнеца постепенно исчезнут, и таким образом смерть наконец получит все ей причитающееся.
Через три года после разгадки тайны миссис Мак Рэйс с восторгом обнаружил еще нескольких химер-людей. Он говорил, что если найдется достаточно примеров, то можно будет «перестать считать это явление аномальным».
Шли годы, и Рэйсу встречались все новые химеры. Он сообщал о них в очередных изданиях своей книги «Группы крови у человека » (Blood Groups in Man) вплоть до конца 1970-х гг. В 1983 г. Патрисия Типпет, другой исследователь из Совета по медицинским исследованиям группы крови, составила свой собственный список. Всего она насчитала 75 случаев человеческого химеризма. Типпетт, как и другие исследователи, полагала, что невыявленных химер осталось гораздо больше. В то время самым надежным признаком химеризма считалось наличие у человека двух разных групп крови. Однако анализы на группу крови были настолько грубыми в 1980-х гг., что если бы клеток другой группы было меньше нескольких процентов, то их просто не обнаружили бы.
В 1990-х гг. исследователи из Нидерландов изобрели более надежный тест. Они создали набор флюоресцентных меток, каждая из которых могла прикрепляться к клеткам определенной группы крови. Теперь специалистам удавалось заметить светящиеся метки даже в соотношении 1:10 000 клеток другой группы. Ученые использовали этот новый метод, чтобы найти химер. Они упросили несколько сотен родителей близнецов прислать образцы крови детей к ним в лабораторию. С помощью нового теста нидерландские исследователи обнаружили, что 8% близнецов были химерами. Затем они переключились на тройняшек и среди них обнаружили химеризм у 21%.
Однако у этих новых анализов на группу крови были свои ограничения. Если у обоих близнецов оказывалась группа крови 0, анализ крови не позволял определить, смешивались ли их клетки. К XXI в. ученые вместо групп крови стали анализировать ДНК.
В 2001 г. в Германии 30-летняя женщина обнаружила, что она химера, когда решила забеременеть. В течение пяти лет они с мужем пытались завести ребенка. Она не сомневалась, что у нее нет биологических проблем, поскольку уже была беременна в возрасте 17 лет, и с тех пор ее менструальный цикл оставался регулярным. Тест на фертильность показал, что у супруга этой женщины сниженный уровень жизнеспособности спермы, поэтому пара планировала ЭКО.
Врачи взяли у пациентки и ее мужа образцы крови для обычных анализов. Они проверили хромосомы в клетках супругов, чтобы убедиться, что ни у одного из потенциальных родителей нет аномалии, которая помешала бы процедуре ЭКО. Хромосомы женщины выглядели бы нормально, если бы она была мужчиной. В каждой белой клетке крови, которую осмотрели врачи, они нашли Y-хромосому.
Это был странный результат с учетом того, что один раз женщина уже рожала. В ходе тщательного осмотра выяснилось, что все ее репродуктивные органы в норме. Чтобы получить более полное представление о клеточном составе организма, врачи взяли на исследование образцы ее мышц, яичников и кожи. В отличие от иммунных клеток, ни в каких клетках других тканей не было Y-хромосомы. Затем исследователи провели ДНК-дактилоскопию различных тканей, чтобы проанализировать микросателлитную ДНК — повторяющиеся последовательности, с помощью которых можно отличить одного человека от другого. Оказалось, что иммунные клетки женщины принадлежат не тому индивиду, к которому относятся клетки других тканей.
Выяснилось, что у женщины был брат-близнец, который умер спустя всего четыре дня после рождения. Хотя сам он не выжил, клетки мальчика проникли в кровь его сестры и там поселились.
Когда ученые больше узнали о химерах, стало ясно, что причины химеризма разные. В 1960 г. в больнице Сиэтла родилась девочка с настолько удлиненным клитором, что он выглядел как пенис. Она нормально развивалась в течение следующих двух лет, а затем ей сделали операцию по уменьшению клитора. В то время врачи только начали догадываться, что гормоны, которые дают беременным в медицинских целях, могут влиять на развитие плода, превращая его в гермафродита. Но генетики из Вашингтонского университета, осмотрев девочку, поняли, что это был другой случай.
Их с самого начала удивили несколько ее особенностей. Один глаз малышки был темно-карий, а другой — светло-коричневый. Когда врачи изучали яичники девочки, они обнаружили, что в правом никаких отклонений нет, а вот левый больше напоминает семенник.
Университетские ученые взяли образцы кожи девочки, ее яичников и клитора. Они тщательно изучили хромосомы в клетках из разных частей ее тела. В некоторых было по две X-хромосомы. В некоторых — и X, и Y. Каждая исследованная клетка яичника несла две хромосомы X. Но во всех остальных тканях была смесь клеток XX и XY. Когда университетский специалист по группам крови Элоиза Гиблетт изучила кровь ребенка, она нашла там смесь двух типов клеток. Причем гены, обеспечивающие эти разные группы крови, были унаследованы девочкой только от отца, но не от матери.
Гиблетт с коллегами пришла к выводу, что отец девочки оплодотворил две яйцеклетки ее матери двумя своими сперматозоидами. Один сперматозоид содержал Y-хромосому, а другой — X. И они несли гены, отвечающие за разные группы крови. Два сперматозоида слились с двумя яйцеклетками, и мама забеременела парой разнояйцовых близнецов. Как правило, такие близнецы становятся братом и сестрой. Но в данном случае два эмбриона слились на ранней стадии в один комочек клеток. На этом этапе клетки обоих близнецов были еще тотипотентны, т. е. в зависимости от полученного сигнала из них могла развиться любая ткань. Вместе они образовали одного здорового ребенка.