В лабораториях мамы-природы происходят престранные эксперименты – близнецы поглощают один другого, мать не может быть матерью собственным детям, зато родные братья и сестры сливаются в единый организм, чтобы выжить… Генетики догоняют природу уже сто лет – не превзойти все ещё не смогли. Итак, химеризм – мифы, правда, возможности и перспективы.
Жительницу США Лидию Фэйрчайлд ожидал неприятный сюрприз, когда после развода она обратилась за социальным пособием. Ей пришлось подтверждать отцовство анализом ДНК – и он показал, что… Лидия не является матерью троих своих детей. Предположили, что причина - пересадка тканей или трансфузии, однако и женщина и дети не подвергались операциям. Штат подал иск о мошенничестве, социальный работник присутствовал при четвертых родах миссис Фэйрлчайлд – и оказалось, что четвертый ребенок, рожденный женщиной, тоже не состоит с ней в генетическом родстве. Положение спас адвокат миссис Фэйрлчайлд – он представил суду статью из «Медицинского журнала Новой Англии».
52-летней бостонской учительнице Карен Киган требовалась трансплантация почки. Трое её сыновей согласились быть донорами, однако двое при генетическом анализе оказались не родственны матери. Исследования установили массу интересных фактов – оказывается, у Карен была сестра-близнец, которая на ранней фазе эмбрионального развития слилась с выжившим зародышем. Бостонская учительница оказалась химерой – существом, в чьем организме присутствуют, не мешая друг другу, ткани с разными генетическими материалами.
В прецеденте с миссис Фэйрчайлд всё оказалось ещё сложнее – ДНК детей Лидии доказывало лишь родство с ДНК её матери. Разобраться удалось только благодаря анализу волос, причём волосы на голове и лобке женщины содержали разный генетический материал. Миссис Фйэрчайлд вышла сухой из воды, её истории в 2006 году посвятили передачу «Мой близнец во мне» (The Twin Inside Me).
Официально случаев химеризма зафиксировано не более 40, фактически их гораздо больше. С вероятностью химерой был знаменитый маньяк Чикатило, у которого не совпадали группы крови и спермы. Иногда химеризм случайно всплывает при попытках ЭКО или ИКСИ – ученые из Германии описали пациентку, у которой в организме 99% клеток содержало хромосомный набор 46 XX и 1% - 46 XY. Как оказалось, её брат-близнец умер при рождении – но его клетки жили в организме сестры. И это только те случаи, которые донесены до широкой медицинской общественности.
Лапы, крылья и хвост
Термин «химера» взят из греческой мифологии – это «составное» чудовище с телом козы, головой льва, змеиным хвостом и т.д. Порождено оно уродливыми монстрами – змеедевой Ехидной и великаном Тифоном, убито героем Беллерофонтом. В биологии «химера», как уже говорилось – существо, с разнородным генетическим материалом, сосуществующим в одном организме.
Химеризм у растений - результат природных мутаций или прививок, когда ветка растения одного вида подсаживается к стволу другого. Эксперименты Лютера Бёрбанка со знаменитым «Рассет Бёрбанк», картофелем, который сейчас составляет до 50% урожая картофеля в США, бескосточковыми сливами и айвой с запахом ананаса, были созданием Франкенштейнов в мире растений. Тем же занимался знаменитый Мичурин, который изучал, как влияет подвой (молодое растение, на которое подсаживают чужой черенок) на урожайность, жизнеспособность и другие свойства привоя.
Химеризм у млекопитающих может быть следствием нескольких процессов, как естественных, так и искусственных.
Первый – так называемый тетрагаметический химеризм, когда воедино сливаются две яйцеклетки, каждая из которых оплодотворена своим личным сперматозоидом, или два эмбриона на ранних стадиях развития. Истории с «поглощенным близнецом» - типичный пример, поэтому разные органы и могут содержать разный хромосомный набор.
Второй – микрохимеризм. Клетки матери проникают через плацентарный барьер к плоду (материнский микрохимеризм) и, наоборот, клетки младенца работают на мать (фетальный микрохимеризм). К сожалению, иногда плод провоцирует аутоиммунные заболевания и может стать их жертвой. В редких случаях плод посредством микрохимеризма получает и материнские лейкозы и меланомы – раковые клетки проникают через плаценту и не уничтожаются.
Третий вариант природного химеризма – «близнецовый» - когда из-за сращения кровеносных сосудов гетерозиготные близнецы передают друг другу свои клетки. Так стала «химерой» женщина из Германии, о которой сказано выше. У животных, склонных к многоплодию (кошки, норки, коровы, козы, свиньи овцы) химеризм встречается чаще и учитывается, как один из факторов при разведении. Такие «химеры» выдают сниженный иммунный ответ на трансплантацию – одному из «братьев-химер» можно пересадить лоскут кожи другого и отторжения не возникнет.
К слову о пересадках – следующий вариант химеризма – посттрансплантационный. Когда после переливания крови или пересадки органа в организме человека сосуществуют и клетки реципиента и клетки донора. Поэтому люди с пересаженной почкой или печенью вынуждены всю жизнь принимать препараты, подавляющие иммунитет. Очень редко, но случается, что клетки донора полностью «встраиваются» в организм реципиента – так у австралийской девочки после пересадки печени изменилась и группа крови.
Крайний вариант – трансплантация костного мозга, при которой врачи прилагают все усилия, чтобы сделать из пациента химеру и заставить пересаженные клетки работать вместо хозяйских. Облучением убивают собственный костный мозг больного, вливают донорские клетки и ждут. Если анализы выявляют донорский химеризм – все счастливы, процесс идет, если удастся справиться с РТПХ, есть шансы на выздоровление. А вот возвращение «родных» клеток означает скорый рецидив болезни.
Доктора и гомункулы
Медицина поставила возможности химеризма себе на службу ещё до того, как это явление было во всей полноте изучено. В 1940 году была проведена первая попытка трансплантации костного мозга человеку.
Около двадцати лет ученым понадобилось, чтобы научиться подбирать доноров и реципиентов, совместимых по лейкоцитарным антигенам человека и бороться с РТПХ. К 1990 году было проведено около 4000 ТКМ – меньше, чем в наши за год. Удалось добиться 65% пятилетней выживаемости больных при остром лейкозе. И появилась возможность наблюдать за неожиданными эффектами химеризма.
К тому, что после пересадки может измениться группа крови, резус-фактор и структура волос, уже давно готовы и врачи и родственники больных – но это отнюдь не все. Так, оказалось, что пересадка костного мозга излечивает некоторые наследственные генетические заболевания. Донорские клетки не имеют дефектного гена и со временем успешно заменяют больные. Миодистрофии, мукополисахаридозы и другие неизлечимые заболевания, вызванные нарушениями в хромосомах, отступают на глазах.
То, что ТКМ может вылечить СПИД – случайное открытие, везение немецких медиков. Не секрет, что 1% европейцев устойчив к ВИЧ. Некий 42летний американец, страдающий и лимфомой и СПИДом прошел ТКМ в Германии, чтобы избавиться от одной из своих болезней. И неожиданно для всех (включая врачей) исцелился от обеих – его донор оказался носителем генетической мутации, обеспечивающей устойчивость к вирусу, и передал её реципиенту вместе с костным мозгом.
Лабораторные химеры
История «химерных зародышей» началась с бычков доктора Оуэна и цыплят доктора Медавара, благодаря которым удалось разработать механизм химеризации как таковой. Доктор Оуэн первым обратил внимание, что у телят-близнецов в организме прекрасно сосуществуют клетки с разнородным генетическим материалом, а причина тому – сращение кровеносных сосудов.
А доктор Медавар сперва сращивал выпиленными в скорлупе «окошками» куриные яйца, затем ставил эксперименты по введению культур клеток уток в куриные зародыши, затем начал соединять кровеносные системы зародышей цыплят, и, наконец, сформулировал термин «иммунологическая толерантность» - готовность организма принять чужие клетки.
Он первым подсадил зародышам мышат одной породы клетки зародышей другой, а затем пересаживал выжившим «химерам» лоскуты кожи, чтобы продемонстрировать – пересаженные биоматериалы сохраняют свойства родного организма и при этом не отторгаются.
Ученые Чикаго и Ливерпуля сконструировали в лабораториях «химеры» лесных и домашних мышей, введя дополнительный генетический материал в зародыши на стадии бластоцисты. Мышата оказались вполне жизнеспособными, более активными, чем домашние мыши, но менее активными, чем лесные.
Прародитель российской трансплантологии, доктор Демихов прославился своими двухголовыми собаками – он пересаживал голову одной собаки на шею другой, сконструировав более 20 «химер», некоторые из них жили по месяцу и дольше. Другой экспериментатор, Лапчинский, сперва сделал полное заменное переливание крови новорожденному рыжему щенку, а затем, спустя девять месяцев пересадил ему заднюю лапу от того же донора – черной суки. Лапа прижилась великолепно, пес прожил более двух лет.
В настоящее время эксперименты ведутся в основном над эмбрионами – скрещивают клетки людей и коров, свиней, мышей и т.д., изучают свойства зародышей, а затем, согласно законодательству уничтожают их – рождение жизнеспособных химер запрещено во всем мире.