Танец жизни. Новая наука о том, как клетка становится человеком - Магдалена Зерницка-Гетц

Каждый день рано утром Каролина помечала красителем (красным или зеленым) одну клетку двухклеточного эмбриона. В тот же день она наблюдала за делением. Каждые полчаса она открывала инкубатор, доставала эмбрионы и помещала под микроскоп (это было до того, как у нас появилась возможность снимать фильмы), чтобы посмотреть, какая из двух клеток поделилась первой — меченая или немеченая, и было ли это деление меридиональным или экваториальным. В зависимости от типа деления она помечала еще одну клетку вторым цветом, зеленым или красным, чтобы на четырехклеточной стадии можно было узнать происхождение каждой клетки.

В процессе деликатных манипуляций под микроскопом Каролина сделала тревожное открытие: эти клетки порой вращались относительно второй клетки во время ее деления, из-за чего можно было перепутать полюса. Чтобы избежать ошибки, мы решили, что Каролина будет помечать флуоресцентной гранулой другой конец клетки (вегетативный полюс). Так можно было гарантировать правильную идентификацию каждой клетки на стадии четырехклеточного эмбриона. Под конец Каролина «раздевала» четырехклеточный эмбрион, разделяя его на составляющие клетки, а затем из каждой индивидуальной клетки (с общей историей) создавала химеру. Этот финальный шаг следовало выполнять в предрассветные часы, когда клетки достигали данной стадии развития. Как же хотелось сказать нашим эмбрионам: «Пожалуйста, развивайтесь чуть медленнее, чтобы я поспала подольше, а позже мы наверстаем упущенное». Увы, реальность была иной.

Работать приходилось тщательно и безостановочно, и это изматывало. Каждый эксперимент занимал день и ночь, требовал кропотливых действий со стопроцентной концентрацией, чтобы создать лишь несколько химер. И разумеется, для статистической достоверности мы были вынуждены все повторять. Каждый эксперимент по созданию всех анимальных, всех вегетативных или всех анимально-вегетативных химер требовал окрашивания и наблюдения сотен эмбрионов и создания многих химерных эмбрионов, чтобы получились надежные и весомые результаты. К пяти вечера мне надо было забирать Наташу из детского сада и отвозить домой, поэтому я оставляла Каролину и отправлялась в долгий путь.

Но однажды вечером кое-что произошло. У Каролины случился приступ ужасной головной боли, и мне пришлось самой продолжить эксперименты, хотя мои навыки слегка заржавели. Причиной боли была опухоль. Она разрослась так сильно, что потребовалась срочная операция. Хотя опухоль, к счастью, оказалась доброкачественной, она парализовала половину красивого лица Каролины, испортив ее теплую улыбку.

Несмотря на ужасное испытание, Каролина была полна решимости вернуться ко мне как можно скорее. Научные исследования были ее любимым делом. Сначала было сложно. Паралич затруднял работу Каролины; например, процесс всасывания эмбрионов через пипетку — ведь нужно было брать ртом открытый кончик стеклянного капилляра и с его помощью перемещать клетки между чашками Петри. Конусообразным кончиком капилляра крошечные эмбрионы выхватывались из питательной среды за счет пониженного давления воздуха, создаваемого (да-да) всасывающим движением и небольшим вдохом. Это требует ловкости. Чтобы выпустить драгоценный груз из пипетки, надо нежным выдохом увеличить давление. Для этого Каролине пришлось не просто улучшить мелкую моторику, а... развить заново.

В целом мы повторяли эти эксперименты на протяжении двух лет. Согласно догме об идентичности клеток, все эти разные химеры должны обладать одинаковым потенциалом превращения во взрослую мышь. Но мы с восхищением обнаружили, что это не так. Из всех разновидностей идеально развивались те, что были построены из двух типов клеток — только они были склонны превращаться в эмбрион. Вегетативные клетки (склонные генерировать клетки для формирования плаценты) в эмбрион вообще не развивались. Хотя эти клетки принимали участие в создании бластоцисты, в процессе индивидуального анализа мы обнаружили, что они генерировали меньше плюрипотентных (так называемых эпибластных) клеток, способных построить организм. Было ясно, что горстка клеток раннего эмбриона уже склонна к определенной судьбе.

Наши эксперименты с созданием химер из разных типов клеток были изящными и выразительными, или, по крайней мере, нам так казалось. Коллеги предположили, что мы представим результаты в авторитетный журнал — это внесло бы весомый вклад в разрешение дискуссии не только о наших предыдущих исследованиях, но и о работе Ричарда Гарднера. Каролина тоже об этом мечтала. Но учитывая консерватизм коллег, я предвидела неизбежную войну с анонимными рецензентами, поскольку эта статья еще сильнее рушила преобладающую догму о том, что в ранних эмбрионах млекопитающих нет никакого уклона, а значит, и никаких паттернов.

Чтобы еще больше усложнить нам процесс принятия решения, жизнь поманила Каролину новыми возможностями. За время проведения кембриджских исследований она вышла замуж и родила дочь. Ее мужу предложили работу в США, и ей, разумеется, хотелось быть рядом с ним. Я ее полностью в этом поддерживала. Мы были непобедимой научной командой, и мне требовалось время, чтобы найти кого-то, кто был бы таким же талантливым и увлеченным и в то же время простым и теплым, движимым не одними лишь карьерными устремлениями.

Зная о скором отъезде Каролины, мы представили работу с химерами в журнал Development. Рецензенты сказали, что материал слишком большой для одной статьи и предложили разбить его на две. Первая статья включала бы все исследования по отслеживанию клеточных линий, раскрывающие судьбу клеток четырехклеточного эмбриона и ее влияние на паттерны клеточного деления. Вторая статья содержала бы описание экспериментов с химерами. Идея показалась нам хорошей, и мы сделали все, как нам сказали, лишь для того, чтобы услышать от редактора, что журнал не может публиковать две статьи по «одинаковой» теме. Процесс публикации затормозился еще сильнее, и Каролина к тому времени покинула лабораторию. Мне пришлось поручить другому члену команды закончить работу и довести обе статьи до ума. После еще большего количества задержек, вызванных прохождением через две группы рецензентов, две взаимосвязанные статьи наконец-то появились на страницах журналов Development и Mechanisms of Development [15]. К тому моменту Каролина успела освоиться в США (сегодня она заместитель директора отдела трансгенных технологий в Университете Эмори в Атланте).

К 2005 году у нас было открытие в области нарушения симметрии, которое опиралось на огромный объем работ. Чтобы убедиться, что место проникновения сперматозоида действительно играло важную роль, мы экспериментировали с партенотами (неоплодотворенными яйцеклетками, которые можно заставить начать развитие с помощью электрошока или дозы химикатов). Мы отследили судьбу многих тысяч эмбриональных клеток. Мы создавали сотни и сотни химер, пытаясь раскрыть детали влияния на эмбрион экваториального и меридионального клеточного деления [16].

Например, Каролина обнаружила, что если обе клетки на двухклеточной стадии делятся экваториально, то большинство эмбрионов после имплантации не развиваются [17]. Приятно, что через несколько лет это наблюдение подтвердилось исследованиями на человеческих эмбрионах, развивающих так называемую сплюснутую форму.

Джон Гёрдон тайком от меня сказал соавтору данной книги