Кожа, кости, ткани, органы: Наше тело состоит из миллиардов клеток. Они борются с вирусами, двигают нашими мышцами и позволяют нам расти. Но откуда клетка знает, что она отвечает за рост волос, а не за сердцебиение?
Человеческое тело состоит из миллиардов клеток, все из которых несут в себе один и тот же чертеж всего тела в своих клеточных ядрах. Тем не менее, не все они одинаковы: есть клетки сердца, кожи, нервные клетки и многие другие специалисты, некоторые из которых должны выполнять совершенно разные задачи: Клетка сердца, например, должна быть способна ритмично сокращаться; клетка корня волоса совершенно другая: она отвечает за формирование волос. Но откуда клетка волосатого корня знает, что это не клетка сердца - и наоборот?
Каждая клетка в организме имеет одинаковую ДНК, на которой хранится генетическая информация, говорит Михаэль Кессель из Института биофизической химии имени Макса Планка в Геттингене. "Но она также содержит переключающие молекулы, которые включают или отключают определенную информацию." В клетке сердца, например, это активирует гены для функций сердца, в то время как другие программы выключены, объясняет биолог-разработчик.
В принципе, он похож на компьютер: его жесткий диск тоже содержит множество различных программ, но для того, чтобы они работали, нужно их запускать. Основные функции, используемые всеми программами, выполняются операционной системой компьютера.
Аналогичная ситуация в клетке: в каждой клетке должны выполняться некоторые базовые программы, например, по метаболизму. Специализация клеточных типов затем осуществляется специальными программами, в организме они называются активными генами.
Специализация начинается в утробе матери
В камере заранее знают, что будет.
"Специализация начинается очень рано во время эмбрионального развития в утробе матери", - говорит Кессель.
В самой яйцеклетке еще нет переключающих молекул, определяющих тип яйцеклетки. Однако после оплодотворения он начинает делиться, и получившееся в результате кластера очень быстро приобретает структуру: клетки делятся на фракции.
"Именно здесь начинаются первые определения, которые присваивают клетке определенную функцию в крошечном теле", - объясняет Кессель.
Некоторые клетки эмбриона, которые все еще обладают способностью развиваться во многие различные типы клеток, называются стволовыми клетками. В зависимости от своего положения в клеточном кластере, определенные вещества-сообщники постепенно дают им все более тонкое функциональное назначение.
"Однако то, как именно эти регуляторные процессы приводят к образованию тела со сложными структурами, все еще является областью исследований с множеством открытых вопросов", - сказал Кессель.
В настоящее время биотехнологические методы даже позволяют удалять из ДНК некоторые переключающие молекулы. Например, ученые в лаборатории могут превратить клетки кожи человека обратно в клетки, из которых могут быть сформированы другие типы клеток — другими словами, они могут создать искусственные стволовые клетки. Они надеются использовать эту технику для выращивания органов для трансплантации в один прекрасный день.
