Китайские биологи пересадили в эмбрион макаки клетки из другого эмбриона. Развившийся организм состоял из заимствованных клеток на 67% — это рекордный результат. Отчет об исследовании опубликован в престижном журнале Cell.
Архитекторы живого
Любое лекарство требует испытаний на животных. Вопрос в том, болеют ли они человеческими болезнями. Например, грызуны — классические подопытные животные — не страдают от болезни Альцгеймера или шизофрении. У них можно искусственно вызвать похожие симптомы, но не более того. Мыши и крысы не заражаются ни ВИЧ, ни коронавирусом SARS-CoV-2, вызывающим ковид, и это головная боль для разработчиков лекарств и вакцин.
Обезьяны гораздо ближе к человеку, чем грызуны. Вид Homo sapiens относится к подотряду обезьян отряда приматов, так что, строго говоря, человек разумный — это один из видов обезьян. Однако опыты на человекообразных обезьянах, наших ближайших родственниках — этически сомнительная затея. Умнейшие представители шимпанзе, горилл и бонобо выучивали сотни слов и вообще по некоторым показателям демонстрировали интеллект на уровне ребенка четырех-пяти лет. К опытам на не человекообразных обезьянах этические комитеты относятся либеральнее. Но и физиология этих приматов дальше от человеческой.
Многие ученые видят выход в том, чтобы внедрять в ДНК бабуинов или макак человеческие гены. Есть несколько способов это сделать.
Можно отредактировать геном на этапе оплодотворенной яйцеклетки. Тогда все развитие организма пойдет по «очеловеченному» пути. Последствия могут быть неожиданными, в том числе и с этической точки зрения. Практически любой ген влияет на множество признаков — просто потому, что признаков куда больше, чем генов. При этом роль многих генов, отличающих человека от других видов, ясна не до конца. Это и понятно: исследователи не имеют ни морального, ни юридического права «сломать» этот ген у человеческого эмбриона и посмотреть, что получится. Но если мы не знаем, за что отвечает человеческий ген, как можно внедрять его в яйцеклетку обезьяны? Кто разовьется из такой зиготы и каким этическим статусом он будет обладать?
Другой путь — отредактировать ДНК некоторых клеток в уже взрослом организме. Для этого в клетки внедряется трансгенный вирус, несущий в себе человеческие гены. Из таких вирусов удаляют гены размножения, чтобы они не расселились по всему организму, а попали только в те клетки, куда их доставила инъекция. Вирус меняет ДНК этих клеток, «пересаживая» им человеческие гены.
Проблема в том, что такая операция не слишком повлияет на физиологию животного. Она изменит функционирование отдельных клеток, но не целых органов и систем. Этой стадии «очеловечивания» может быть недостаточно для медицинских экспериментов. Если вмешательство в гены яйцеклетки меняет слишком много, то редактирование ДНК зрелых клеток — слишком мало.
Очевидная золотая середина — вмешательство на уровне эмбриона. Например, желудочно-кишечный тракт и нервная система развиваются из разных зародышевых листков. Поэтому можно видоизменить первый, не затронув вторую. Более тонкое вмешательство теоретически может гуманизировать любой орган по выбору биолога. Такие технологии — дело будущего. Но это будущее уже зарождается из настоящего.
Время химер
Один из вариантов эмбрионального конструирования — создание химер. Так называются организмы, в которых присутствуют клетки с двумя различными геномами. Такое случается в природе, в том числе и с людьми. Иногда у женщины одновременно созревает две яйцеклетки. Если до каждой из них добирается свой сперматозоид, зачинаются разнояйцевые близнецы. Однако в первые два–три дня после зачатия, когда каждый эмбрион состоит лишь из нескольких десятков клеток, они порой сливаются в один. Родившийся человек может прожить долгую счастливую жизнь, не подозревая, что в нем объединились два потенциальных человеческих существа. К слову, некоторые философы утверждают, что человеческая душа возникает в момент зачатия. Любопытно, сколько с этой точки зрения душ у человека-химеры?
Очевидно, что можно изменить ДНК одного эмбриона обезьяны, а потом пересадить его клетки в другой эмбрион. Таким путем мы изменим геном только тех частей организма, что разовьются из пересаженного материала. Именно это и сделали авторы недавнего исследования. Правда, они не пытались повлиять на конкретные системы и органы. Задача была скромнее: получить примата-химеру, у которого значительная часть клеток будет иметь пересаженный, а не исходный, геном.
Редактирование привнесенного генома было здесь не целью, а средством отличить его от родного. Биологи воспользовались стандартным приемом — внедрили в пересаживаемую ДНК ген зеленого флуоресцентного белка (green fluorescent protein или GFP). Этот белок, исходно выделенный у медузы, ярко светится под воздействием ультрафиолетовых лучей. Чтобы понять, в какие ткани и органы попал чужеродный геном, достаточно было облучить препараты ультрафиолетом. Впрочем, на всякий случай биологи перепроверяли свои выводы прямым секвенированием (чтением) ДНК.
Проблемы координации
Пересадить клетки одного эмбриона к другому нетрудно. Но обычно имплантированные клетки не приживаются. Каждый эмбрион развивается в своем темпе. Эти индивидуальные различия неизбежны, как ни стандартизируй внешние условия. Представим себе, что мы пересадили из одного оркестра в другой нескольких музыкантов. Причем один оркестр все еще играет первую часть симфонии, а другой уже начал вторую (или наоборот). Если «имплантированные» музыканты продолжат свои партии как ни в чем ни бывало, получится какофония. Соседи, скорее всего, зашикают на новичков и заставят их умолкнуть. В таком положении и оказываются клетки, пересаженные из одного эмбриона в другой. «Осуждающее большинство» отдает им команду совершить самоубийство (по-научному апоптоз).
Чтобы обойти эту проблему, исследователи не спешили внедрять гибридный эмбрион в матку обезьяны. Они выдержали его в специальной среде, стимулирующей развитие стволовых клеток, в том числе и эмбриональных. Ученые систематически перебрали несколько известных сред и остановились на одной из них, исходно предназначенной для стволовых клеток человека. В этой среде эмбрион превращался из морулы (ранняя стадия развития, несколько десятков клеток) в бластоцисту (следующая стадия, несколько сотен клеток).
Организм ручной сборки
Репродуктивные технологии — тонкое и сложное дело. На любом этапе что-то может пойти не так. Даже в хорошо отработанной процедуре ЭКО женщина принимает гормональные препараты, чтобы довести до кондиции несколько яйцеклеток за один менструальный цикл. Такой запас необходим: не все из них оплодотворятся, не все оплодотворенные зиготы разовьются в здоровые эмбрионы, и не каждый эмбрион приживется в матке.
Неудивительно, что в экспериментальной эмбриональной хирургии процент неудач был еще выше. Из 206 морул только 91 дозрела до бластоцисты, 40 дошли до пересадки суррогатным матерям, и лишь у 12 самок наступила беременность. Из этих 12 эмбрионов два отмерли на ранних стадиях и четыре — на стадии сравнительно зрелого плода. Шесть детенышей были успешно доношены и родились. Белок GFP, маркирующий организмы-химеры, был обнаружен у одного абортированного плода и одного живого детеныша. Последний, впрочем, прожил только 10 дней.
У этой маленькой макаки белок GFP, а значит, и привнесенный геном обнаружился в мозгу, сердце, почках, печени, легких, кишечнике и других органах. В 26 протестированных тканях доля клеток с привнесенным геномом варьировалась от 21% до 92%, со средним значением 67%. Для сравнения: в предыдущих опытах на приматах доля подобных клеток не превышала 5%.
Это, безусловно, яркий результат. Но этот успех должен стать лишь первой ступенью в долгой череде тщательных исследований. Для медицинских опытов нужны жизнеспособные организмы, а не умирающие через 10 дней. Пропорция «одна родившаяся химера на 200 отредактированных эмбрионов» тоже не выглядит практичной. Наконец, о прицельном изменении отдельных органов пока нет и речи. Словом, перед исследователями все еще путь в тысячу ли, хотя этот шаг на нем и не первый.
Кроме того, даже после полной отработки технологии останутся некоторые этические вопросы. Мы начали разговор с того, что на животных трудно моделировать психические и неврологические болезни. Очевидно, обезьяны-химеры помогут в этом лишь в том случае, если им гуманизируют мозг, а не легкие или селезенку. После приближения мозга обезьяны к человеческому автоматически встанет вопрос, кем является новосозданное существо с этической точки зрения. То есть именно тот вопрос, которого нам так хотелось избежать. Наука вступила в эпоху, когда вопросы о природе человека и границах разума из философских превратились в практические. И нам еще предстоит дать на них ясные и обоснованные ответы.