Мальчик, который не переставал расти… и другие истории про гены и людей - Эдвин Кёрк

Шесть месяцев спустя Джеймс вошел ко мне в приемную, как будто никогда и не болел.

Как такое возможно? Хотя многие клетки во всех его мышцах погибли, часть из них выжила. И среди выживших некоторые обладали особыми свойствами.

Это были стволовые клетки.

Сперматозоид — довольно просто устроенное существо. Он представляет собой маленькую управляемую ракету, несущую лишь самое необходимое для того, чтобы достигнуть цели. В головке сперматозоида находится боевой заряд — половина мужского генома («отцовским» он на этом этапе является лишь потенциально). У него также есть средняя часть, набитая митохондриями, — это энергетическая установка. И вращающийся хвостик, который эта установка приводит в движение. У сперматозоида одна, и только одна задача: доставить боезаряд к цели. При эякуляции мужчина выделяет сотни миллионов сперматозоидов. В большинстве случаев яйцеклетки в нужном месте не оказывается, и они погибают — их память никто не почтит, их миссия останется невыполненной. Но даже если им встретится яйцеклетка, оплодотворить ее сможет лишь один из всех этих миллионов. В течение жизни мужчина способен произвести 500 миллиардов сперматозоидов, из которых, может быть, только один-два исполнят свое предназначение. Если вас зачали естественным путем, то сперматозоид, составляющий половину вашей ДНК, выиграл в соревновании с невероятно низкими шансами на победу. То же самое относится к каждому из ваших родителей, к их родителям и так далее. Если вы когда-нибудь бессонной ночью размышляли о том, есть ли в вас что-то необыкновенное, задумайтесь об этом: вы венчаете собой длинную-длинную родословную необыкновенно удачливых сперматозоидов, протянувшуюся в глубь веков на многие миллионы лет. Они все, безусловно, были чемпионами по плаванию — но в первую очередь фантастически везучими. Существует великое множество факторов, способных помешать сперматозоиду добраться до яйцеклетки или ее оплодотворить. Шансы не появиться на свет у вас были поистине астрономические. Так что нет даже и тени сомнения в том, что вы необыкновенны.

Как только этот фантастически удачливый — один из сотен миллиардов — сперматозоид попадает в мишень, его дело сделано. Он поглощается яйцеклеткой, которая забирает ДНК из головки сперматозоида, затем отлавливает и убивает ДНК его митохондрий — и только после этого начинается настоящая работа.

Чтобы понять, насколько удивительна яйцеклетка, вначале надо разобраться в различиях между мышечной клеткой и клеткой печени. Почему одна способна энергично сокращаться, тогда как другая и не мечтает о таких умениях, зато прекрасно управляется с удалением токсинов из кровотока и производством белков, которые нужны вашей крови, чтобы свернуться, если вы порезались? ДНК в обеих клетках одна и та же, но они по-разному ее используют.

Геном можно представить себе как ящик, набитый электродеталями, которые все подключены к одной гигантской электронной плате. Там есть все необходимое для сборки различных приборов: телевизора, фена, микроволновки и т. п. Говорят, что в человеческом организме свыше 200 типов клеток. Хотя есть все основания полагать, что их значительно больше — так, клетки кожи на вашем локте и, например, на кончике носа существенно различаются. Но пусть будет только 200. Это значит, что наш ящик с деталями (как и клеточное ядро) содержит все необходимое, чтобы собрать любой из 200 различных электроприборов. Среди них есть детали, необходимые любому виду электрооборудования (например, нечто, позволяющее добыть электричество из розетки), причем в коробке такая деталь всего одна. Точно так же существуют компоненты, необходимые каждой клетке, например набор инструментов для удаления поврежденных белков. И наоборот, компрессор нужен только холодильнику, так же как способность производить инсулин — только определенной группе клеток поджелудочной железы.

Представим себе, что в нашем ящике с деталями имеются переключатели, позволяющие выбирать, какой именно компонент будет задействован, причем неважно, в каком порядке это будет происходить. Это означает, что, выбирая, какие детали в ящике включить, вы можете менять поведение самого ящика — один и тот же ящик сможет работать как компьютер, принтер, электрический миксер или электропила. Примерно это и происходит внутри клетки. Каждая клетка располагает одним и тем же набором из 23 000 генов, но в клетке каждого типа включается лишь определенная часть этого набора, остальные отключаются, как правило, насовсем. Есть набор генов, включающихся в каждой клетке, — так называемые «гены домашнего хозяйства»; есть гены, которые нужны многим типам клеток, но не всем; а есть гены, которые, наподобие инсулинового гена, специфичны лишь для одного типа клеток.

Особенность яйцеклетки — ее потенциал. Оплодотворенная яйцеклетка может — и должна — дать начало всем остальным типам клеток, в том числе будущим яйцеклеткам или сперматозоидам, необходимым для появления следующего поколения. Мне нравится представлять себе, что эта первая клетка кипит энергией, ее распирает от скрытых в ней возможностей. Эта клетка и все дочерние клетки, возникшие при ее первых делениях, и есть первичные стволовые клетки. Они тотипотентны, что буквально означает «всевластны», то есть любая из этих клеток неспециализированна и может стать любой из сотен, если не тысяч типов клеток, которые составляют человека, а также плаценту, необходимую, чтобы поддерживать и питать ребенка, пока тот не появится на свет. Ступенькой ниже находятся плюрипотентные стволовые клетки, то есть «многовластные», способные реализовывать многие варианты дальнейшего развития, хотя единственное, чем они не могут стать, — это плацента. О могуществе плюрипотентных стволовых клеток свидетельствуют однояйцевые близнецы: если по какой-то причине эмбрион на ранней стадии разделяется, вы получаете двух детей по цене одного.

С развитием эмбриона, однако, клетки начинают расходиться по конкретным путям, постепенно становясь все более и более специализированными, пока большинство из них не принимает свою окончательную форму (как эволюционирующий покемон). Став клеткой печени, клетка ею навсегда и останется. Молекулярные переключатели, выбирающие нужный набор генов для этого типа клеток, намертво привариваются в одном положении. Телевизор навсегда останется телевизором; блендер никогда не скачает электронную книгу.

Если не считать… если не считать тех клеток, которые не пройдут по этому пути до конца. В каждой части вашего организма есть клетки, которые окончательно не специализируются. Большинство из них сидит в сторонке, дожидаясь, когда понадобится устранять повреждения, — они и спасли Джеймса, восстановив его мышцы[102]. Другие крайне активны, например те, что обитают в вашем костном мозге и производят новые клетки крови, или те, что восполняют запас клеток вашего кишечника, постоянно снашивающихся, когда через кишечник проходит пища. Третьи, по-видимому, долгое время пребывают наготове, дожидаясь, когда для них найдется дело.