|
Как подготовить человека к жизни на других планетах
|
|
|
|
Земля не будет существовать вечно (о некоторых сценариях апокалипсиса мы рассказывали в материале «Это конец»). Однажды, чтобы выжить, нам придется отправиться к другим планетам — но пока мы для этого слишком уязвимы. В книге «Следующие 500 лет: Как подготовить человека к жизни на других планетах» (издательство «Альпина Паблишер»), переведенной на русский язык Олегом Сивченко, биолог и генетик Кристофер Мэйсон рассуждает, как биотехнологии, генная инженерия и сохранение генетической информации помогут в колонизации новых миров. Предлагаем вам ознакомиться с фрагментом о перепрограммировании стволовых клеток, расширяющем возможности человеческого генома.
|
|
Клетка, которая может превратиться в любую
|
|
|
|
Какими бы увлекательными ни были возможности переноса генов от одних видов к другим, еще более удивительным является акт превращения одной клетки в любую другую. Учитывая, что в каждую клетку уже заложена информация, необходимая для ее функционирования в любой части организма, должна существовать возможность превращения одних клеток в другие при наличии подходящего генетического и эпигенетического инструментария и рычагов воздействия. Речь идет о любых клетках, от крови до эпидермиса, и даже о тотипотентном клеточном состоянии, которое может дать начало зарождению детеныша.
|
|
|
|
|
|
|
Существует большой массив работ, посвященных стволовым клеткам, индуцированным плюрипотентным стволовым клеткам (iPSC) и перепрограммированию клеток. iPSC, как правило, синтезируются из взрослых соматических клеток (например, клеток крови или кожи), а затем помещаются в специальную смесь из транскрипционных факторов и питательных веществ. Поскольку iPSC очень похожи на эмбриональные стволовые клетки (ESC), они вдохновили целые сообщества врачей и исследователей на смелые мечты. Калифорнийские законодатели так заинтересовались перспективами ESC, что даже в противовес федеральному запрету запустили в 2005 году собственную программу финансирования исследований, связанных со стволовыми клетками («Программа-71»).
|
|
|
|
Правда, невозможно просто уговорить клетку сделать все, что вы от нее хотите, — для этого требуются специальные молекулярные приманки. В 2006 году Синъя Яманака и Джон Гердон впервые продемонстрировали, что можно перевести (завершившую развитие) дифференцированную клетку в плюрипотентное состояние. Они использовали мышиные фибробласты и четыре специально подобранных фактора транскрипции — Sox2, Oct4, Klf4 и c-Myc, которые теперь называют «факторы Яманаки». В 2007 году были получены человеческие индуцированные плюрипотентные клетки из кожных фибробластов. Это было великое открытие не только потому, что оно пролило свет на основы клеточной дифференциации, но и потому, что отпадала нужда умерщвлять эмбрионы, а такая практика, естественно, имела большой общественный резонанс. Как ESC, так и iPSC демонстрировали плюрипотентность, быстрое самообновление и другие подобные паттерны экспрессии генов.
|
|
|
|
Через шесть лет после того, как в США был введен федеральный запрет на исследования с использованием ESC-клеток, появился новый способ его обхода. Правда, iPSC не идентичны ESC, исследования индуцированных плюрипотентных клеток только начинаются. Одно из основных опасений — возможность образования опухолей. Если напрямую ввести пациенту ESC или iPSC, возникает риск возникновения тератомы. В изучении опухолей тератома подобна злокачественному плоду. Как и у эмбриона, в ней прослеживается три слоя: эктодерм, эндодерм и мезодерм. Некоторые приобретают особенно уродливые формы: так, у тератомы могут вырасти зубы и волосы. В случае iPSC риск образования опухолей особенно велик, поскольку в них принудительно запускается чрезмерная экспрессия некоторых онкогенов, а при создании таких новообразований действует давление искусственного отбора. Кроме того, учитывая, что такие клетки получают из тканей взрослого организма, всегда есть вероятность наличия в них дополнительных мутаций (как при клональном гемопоэзе), которые могут быть онкогенными. К тому же экспериментально установлены явные отличия как в эпигенетических, так и в транскрипционных картинах этих клеток. Даже после многолетних экспериментов iPSC не заменили ESC ни в исследовательской, ни в терапевтической сфере.
|
|
|
|
Тем не менее у iPSC есть много преимуществ, которые недостижимы при работе с ESC. Учитывая, что ESC получают из эмбрионов после прерванной беременности, а iPSC производятся из соматических клеток человека, iPSC, в сущности, могут использоваться в качестве суррогатного близнеца этого человека. Для создания таких реплик у пациента берут кровь, клетки крови преобразуют в iPSC, а затем дифференцируют на разнообразные типы клеток, которые могут использоваться для моделирования конкретных тканей пациента. Например, человек с семейным боковым амиотрофическим склерозом (примерно 5–10 процентов случаев) получает шанс превратить собственные фибробласты в двигательные нейроны (которые как раз поражает болезнь). Затем их можно использовать в качестве скринингового препарата, при помощи которого можно подыскивать подходящую терапию для пациента. В больших когортных исследованиях такой метод помогает прояснить механизм болезни и опробовать новые варианты лечения. В сущности, любое генетическое заболевание, затрагивающее строго один тип клеток или ткань, может быть излечено таким способом.
|
|
|
|
Как ESC-, так и iPSC-клетки человека плюрипотентны, но не тотипотентны. Строго говоря, тотипотентной считается такая клетка, которую можно поместить в вителлиновый слой (это первичная защитная оболочка ооцита, богатая питательными веществами), а потом перенести в естественную или искусственную матку и дождаться развития полноценного потомства. Плюрипотентные клетки могут породить все ткани, слагающие взрослый организм, но не могут сформировать все ранние онтогенетические слои, из которых затем развивается зародыш, например слой трофобластов, превращающихся в плаценту.
|
|
|
|
По ряду причин нам еще только предстоит выяснить детали этих процессов, например когда ESC-клетки следует брать у эмбриона, каким способом, в какой культуре они должны выращиваться. Есть даже философский вопрос «субъектности». Примерно в течение двух первых недель эмбрионального развития из любой клетки эмбриона можно «вырастить» его идеальный клон. Можно взять у эмбриона любую клетку, часть или половину клеток — и создать близнеца. Именно так в природе зачастую формируются двойняшки (такие как Марк и Скотт Келли) или тройняшки. Но примерно на 14-й день беременности у эмбриона образуется первичная полоска, задающая для него своеобразные «оси координат»: у него появляется верх и низ, левая и правая, передняя и задняя стороны. С возникновением этой полоски (она хорошо просматривается как дифференцированная линия чуть ниже середины зародыша) он становится индивидуальным эмбрионом, больше не может размножиться на сотни людей, а станет конкретной личностью. Вот почему большинство ESC не культивируют дольше 14 дней.
|
|
|
|
Более того, работать с ESC бывает очень сложно и с чисто научной точки зрения, так как зачастую они спонтанно дифференцируются, если окажутся в изоляции. Словом, в клеточной культуре они ведут себя очень своенравно. В настоящее время активно разрабатываются новые способы получения тотипотентных клеток, в том числе с применением все более сложной инженерии. Так, пытаются заглушать сигналы, провоцирующие дифференциацию, менять условия культуры (смотри выше об исследованиях Али Бриванлу). В самом деле, наша способность превратить любую клетку (претерпевшую нуклеацию) в любую другую клетку сводится к умению оперировать нужными рычагами. Если бы мы знали полный эпигенетический код человека и умели модифицировать любой локус ДНК, молекулу РНК и состояние гистона, то теоретически могли бы преобразовать любую клетку в какую угодно другую, причем в любой момент. Единственной реальной проблемой тогда было бы поддержание этого клеточного состояния. Данная научная дисциплина еще очень молода, но со временем на все вопросы найдутся ответы.
|
|
|
|
Подробнее читайте:
|
|
Мэйсон К. Следующие 500 лет: Как подготовить человека к жизни на других
|
|
планетах / Кристофер Мэйсон ; Пер. с англ. [Олега Сивченко] — М. : Альпина Паблишер, 2025. — 384 с
|
|
|
|
Источник
|
