Ученые под руководством испано-американского биолога Хуана Бельмонте рассказали б эксперименте по созданию химеры человека и обезьяны. Химера в данном случае — это не фигура речи, а вполне точный биологический термин, относящийся к организмам, состоящим из генетически разнородных клеток. Создание человеко-животных химер, которое в последние годы сталкивалось с техническими и правовыми трудностями, похоже, становится все ближе. А это значит, что человечество может получить надежду на получение неограниченного источника донорских органов — вопрос только в том, кому это удастся сделать первым.
Помимо того, что «результаты исследований выглядят очень обнадеживающими», почти никаких подробностей ученые журналистам не сообщили, объяснив это тем, что полноценная публикация по следам эксперимента пока только готовится к печати.
«Гибриды» все-таки были уничтожены до рождения, но не ясно, на какой стадии эмбрионального развития это произошло. Кроме того, ничего не известно относительно, пожалуй, самого важного результата эксперимента: насколько успешно человеческим клеткам удалось прижиться в окружении клеток обезьян.
Эксперименты, которые ранее та же испанская группа ученых проводила на свиньях, показали очень низкую эффективность степени химеризации: на 100 тысяч свиных клеток в полученных химерах приходилось лишь по одной человеческой клетке. Считается, что такая слабая приживаемость объясняется слишком большим эволюционным расстоянием между человеком и свиньей. Нас разделяют около 80 миллионов лет независимой эволюции, и это не могло не привести к накоплению различий в работе механизмов, с помощью которых клетки общаются друг с другом (прежде всего в структуре рецепторов для сигнальных молекул).
Такое накопление различий во многом аналогично постепенному изменению человеческих языков в разделенных популяциях. Оно приводит к тому, что после длительной изоляции вновь столкнувшиеся носители когда-то общего языка уже не могут понять друг друга. По-видимому, именно это происходит на молекулярном уровне в случае получения химер, и именно этим объясняются неудачи в создании человеко-свиных эмбрионов. Выбор в новом эксперименте обезьян вместо свиней может стать принципиально важным шагом для успеха всей области. Если даже обезьяны и окажутся не слишком удобны в медицинском плане, такие эксперименты смогут рассказать о том, что именно требуется «гуманизировать» в других лабораторных животных, чтобы получение химер, наконец, стало эффективным. Сработает эта идея или нет — главная интрига нового эксперимента.
Несмотря на несколько странные обстоятельства публикации научных данных, речь все-таки идет об известных ученых, поэтому их заявления с большой вероятностью могут оказаться правдой. С журналистами общался глава группы Хуан Карлос Исписуа Бельмонте, профессор американского Института Салка и Испанского Католического университета Мурсии, а также его коллега Мария Нуньес-Деликадо. Группа Бельмонте входит в число лидеров в области создания межвидовых химер. Фактически, это одна из двух групп в мире, которые ближе всех подошли к созданию химер на основе человеческих клеток.
Второй лидер в этой гонке — группа под руководством американо-японского биолога Хиромицу Накаучи (Hiromitsu Nakauchi). Всего за неделю до публикации в El Pais стало известно, что правительство Японии одобрило заявку Накаучи на работу с химерными клетками человека. Скорая и лишенная подробностей газетная статья об успехах Бельмонте выглядит на этом фоне как молниеносный привет от конкурентов. Что-то похожее уже случалось: в начале 2017 года две эти группы опубликовали статьи в двух престижных научных журналах Nature и Cell с разницей всего в один день.
Для создания химер испанцам пришлось отправиться в Китай
В США, где сосредоточена большая часть современной медицины (да и науки вообще) эксперименты по созданию химерных эмбрионов не запрещены, но ограничены в финансовом отношении. С 2015 года такие исследования нельзя проводить за счет грантов Национальных институтов здоровья — а это очень крупная организация, которая фактически определяет облик наук о жизни в США, и, во многом, глобально. В Японии до недавнего времени подобные эксперименты были попросту запрещены, в Испании — сильно ограничены (например, там запрещено создание эмбрионов в чисто исследовательских целях).
Правовая ситуация относительно создания химер в мире весьма запутанна. Хотя в большинстве стран запрещено клонирование человека и использование человеческих эмбрионов в исследованиях, непонятно, должны ли подпадать под этот запрет химерные эмбрионы, большая часть клеток в которых все-таки имеют животное происхождение, и лишь некоторые получены из человеческой ткани — причем не эмбриональной. При какой «степени гуманизации» работа с такими эмбрионами должна регулироваться правом, относящимся к человеку? И чем эта ситуация отличается от простой пересадки ткани или переливания крови от человека к животному — процедуры, вроде бы не запрещенной никакими законами? Ведь фактически именно это происходит в процессе создания химер — только пересадка происходит на стадии эмбриона, а не взрослого животного.
На все эти вопросы ответов пока нет, и исследователи ожидаемо выбрали для своей работы страну, где не слишком склонны эти вопросы задавать. Впрочем, возможно, что дело не только в правовых трудностях. «Мы проводим эксперименты в Китае из-за отсутствия здесь [в Испании] соответствующей инфраструктуры», — призналась Мария Нуньес, одна из руководителей программы исследований, в разговоре с El Pais. Так или иначе, в последнее время такие переезды происходят все чаще.
Химеризация — не такое экзотичное явление, как можно подумать. Некоторые являются химерами, даже не зная об этом
Химеры — это не только «гибриды» человека и животных, которых пытаются создать группы Накаучи и Бельмонте. Вообще говоря, это любые организмы, содержащие генетически неоднородные клетки в своем теле. Наличие такой неоднородности долгое время считалось невозможным или по крайне мере очень редким явлением. Во-первых, потому что все «нормальные» клетки тела происходят из оплодотворенной яйцеклетки и должны быть генетически идентичны друг другу, а чужим клеткам вроде бы и неоткуда взяться. Во-вторых, иммунная система делает тело любого животного крайне агрессивной для любых чужаков средой, что вроде бы не оставляет пространства для возникновения химер.
Хуан Бельмонте и его коллеги рассказывают об эксперименте 2017 года по получению химер человека и свиньи
Однако постепенно, с развитием точных методов генетического анализа (прежде всего, ПЦР) оказалось, что захват и сохранение чужих клеток — явление не просто не редкое, но фактически тотальное, по крайней мере, среди животных с плацентой. С открытием так называемого микрохимеризма стало ясно, что почти каждая рожавшая женщина несет в своем теле небольшое, но вполне детектируемое число клеток своих детей — а вместе с ними и ДНК их отца. То же самое справедливо и для детей — известно, что они могут сохранять в своем теле клетки матери. Более того, обмен клетками через тело матери может происходить даже между братьями и сестрами, если их вынашивала одна женщина.
Помимо вездесущего микрохимеризма существует и гораздо более редкий, но куда более интересный вид смешивания генетически разнородных клеток — это тетрагаметный химеризм. Он возникает в том случае, если во время зачатия происходит оплодотворение не одной, а двух яйцеклеток, и участвуют в этом два разных сперматозоида. В большинстве случаев такое двойное оплодотворение приводит к рождению обычных разнояйцевых близнецов, однако иногда две оплодотворенные яйцеклетки (зиготы) сливаются в один эмбрион, в котором клетки разных «братьев» или «сестер» смешиваются в более-менее случайном порядке. Если «потенциальные близнецы» при этом были разнополыми, то слияние приводит к появлению интерсекса — человека, имеющего в своем теле как женские, так и мужские клетки.
В редких случаях такой тип химеризации даже приводит к случаям истинного гермафродитизма, когда в теле человека одновременно формируются женские и мужские половые органы (впрочем, такие гермафродиты почти всегда остаются стерильными). Если же в составе эмбриона смешиваются клетки близнецов одного пола, то заметить химеризацию становится почти невозможно. Почти всегда о том, что она произошла, человек узнает совершенно случайно — например, тогда, когда ему, по тем или иным обстоятельствам, приходится сделать генетический тест.
Классический пример такой скрытой химеризации — это казус Лидии Фарчайлд, женщины, которая собиралась подать в суд на мужа по поводу алиментов и в результате сама оказалась под подозрением. Из-за того, что, по результатам генетического теста, не является матерью своих детей. Обычно в ходе таких процессов действительно назначают генетическую экспертизу, которая в данном случае дала крайне неожиданный результат: было подтверждено отцовство бывшего мужа, но не материнство самой Фарчайлд. Последующее исследование установило, что тело женщины является тетрагаметной химерой, и ее репродуктивные органы генетически не идентичны волосам и крови — тем частям тела, которые использовались для получения контрольных образцов в генетическом тесте. Этот случай еще раз говорит о том, что истинный масштаб даже самого «экзотичного» тетрагаметного микрохимеризма может быть гораздо больше, чем кажется — просто из-за того, что обычно он никак не проявляется.
Создание «гибридов» человека и животных — это путь к неограниченному ресурсу донорских органов
Ежегодно от недостатка органов для трансплантации страдают более миллиона человек, многие из которых умирают, не дождавшись пересадки. Естественным результатом этого является стремление биологов и врачей придумать какой-то новый способ получения подходящих органов — в дополнение к обычному донорству. Сегодня есть несколько подходов к тому, как это можно было бы сделать: использование печатающих клетками 3D-принтеров, получение из органов животных пустых бесклеточных «матриц», которые затем можно населить клетками пациентов, и новый, но, по-видимому, гораздо более перспективный подход — с использованием межвидовых химер.
Почему именно на этот последний метод ученые возлагают большие надежды? Потому что и 3D-принтеры, и бесклеточные «матрицы» — это подходы, подразумевающие создание функционирующего органа со всей его сложнейшей анатомией фактически «с нуля», что в биологии редко работает. Химеризация же предполагает использование в качестве фабрики органов обычных животных, которые были лишь слегка модифицированы на стадии эмбриона небольшой инъекцией человеческих клеток.
Суть этого метода — он называется бластоцитарной комплементацией — примерно в следующем. За прошедшие полвека развития эмбриологии стало понятно, что клетки в ходе роста и развития эмбриона приобретают свою «профессию» примерно так же, как люди — не сами по себе, а взаимодействуя с другими клетками. Это означает, что для того, чтобы стать печенью или, скажем, сердцем, им очень важно попасть в соответствующее окружение — а дальше все происходит более-менее автоматически. Помимо важности «правильного места» у клеток, если они хотят овладеть определенной профессией, должны проявиться собственные «таланты» — то есть в ходе дифференцировки должны будут заработать некоторые гены, запускающие необратимые процессы специализации клетки. Последние десятилетия работы эмбриологов и молекулярных биологов не прошли даром — теперь такие ключевые гены и те генетические сети, которые они контролируют, довольно хорошо известны для большинства тканей и органов. И если какие-то из них отключить, — эмбрион просто не сможет сформировать тот или иной орган.
Так вот, в рамках этой метафоры идея бластоцитарной комплементации заключается в том, чтобы провести точечную «люстрацию» — исключить из задачи формирования определенного органа хозяйские (то есть животные) клетки и заменить их клетками человека. Если точечное отключение сработает, эмбрион будет просто вынужден либо принять чужеродные клетки в состав организма, либо погибнуть без жизненно важного органа, — и опыт говорит о том, что по крайней мере иногда эта идея работает.
Выращенные в химерах органы уже спасают жизни. Правда, пока только мышиные
Самый яркий пример удачной реализации идеи бластоцитарной комплементации дает эксперимент главного конкурента Бельмонте — Хиро Накаучи. В начале 2017 года он с коллегами опубликовал в Nature статью об исследовании, в ходе которого выращенный в химерном организме орган был успешно использован для лечения диабета. Эксперимент заключался в следующем: в эмбрионы крыс, в клетках которых был предварительно инактивирован необходимый для развития поджелудочной железы ген Pdx-1, ученые инъецировали мышиные стволовые клетки. Теоретически, для этого эксперимента стволовые клетки можно было бы получить просто из мышиных эмбрионов, но в данном случае ученые решили опробовать именно тот метод, который предполагается использовать на человеке — стволовые клетки были индуцированными, то есть их удалось создать методом перепрограммирования обычных образцов тканей взрослых мышей (за создание этой технологии перепрограммирования в 2012 году Нобелевскую премию по медицине получил японец Синъя Яманака).
В результате эксперимента у крысиных эмбрионов выросла нормальная функциональная поджелудочная железа — по размеру и анатомии скорее крысиная, но генетически идентичная соответствующему органу мыши. Фрагменты этой железы удалось пересадить мышам, у которых искусственно был вызван диабет — как оказалось, орган был полностью функционален и не требовал никакой иммуносупресии, то есть не вызывал реакцию отторжения. Больше 370 дней мыши с химерной поджелудочной железой, выращенной в крысах, жили нормальной жизнью, без диабета. По сравнению с двухлетним максимальным сроком жизни этих животных результаты эксперимента можно назвать впечатляющим успехом.
В ходе экспериментов стало ясно, что дальнейшие исследования в области химеризации должны быть направлены на более генетически близких людям животных — на приматов. Подобного рода эксперименты с шимпанзе или гориллами почти везде запрещены, но это не касается, например, мартышек. И вот, спустя два года после публикации ключевых статей 2017 года, появляются первые слухи об экспериментах с обезьянами.