Здоровье по Дарвину. Почему мы болеем и как это связано с эволюцией - Джереми Тейлор

У дебатов по поводу инвертированной и неинвертированной сетчатки было интересное продолжение. В 2007 году большое волнение в кругах креационистов вызвала публикация статьи Кристиана Франца и его коллег. С тех пор креационистская литература регулярно ссылается на их работу, поскольку та якобы доказывает, что Бог знал, что делал, когда создавал сетчатку позвоночных. Франц исследовал клетки Мюллера – вытянутые, колоннообразные клетки, которые проходят через все слои сетчатки и выходят по обеим ее сторонам в форме раструбов. Раньше считалось, что эти клетки принадлежат к числу клеток, которые выполняют в сетчатке опорную функцию – т. е. создают ее каркас. Но Франц заявил, что, поскольку эти клетки расположены вдоль линий распространения света, они, как показывают современные методы микроскопических исследований, могут заниматься гораздо более ответственной работой – обеспечивать прохождение света от поверхности сетчатки к фоторецепторным клеткам с минимальным рассеянием. Используя лазеры, исследователи обнаружили, что клетки Мюллера функционируют так же, как оптические волокна – световоды, по которым передаются широкополосные и телевизионные сигналы в наши дома. Другими словами, клетки Мюллера – это натуральный оптоволоконный кабель, который позволяет световым сигналам проходить от внутренней поверхности сетчатки к слою палочек и колбочек с минимальным уровнем искажения, избавляя их от необходимости продираться сквозь мешанину кровеносных сосудов, клеток сетчатки и аксонов, находящихся на пути света к фоторецепторному слою. Это открытие Франца было с особым восторгом встречено креационистами, поскольку, по их мнению, оно в очередной раз подтверждает, что наш глаз является продуманным, совершенным устройством, сотворенным гениальным небесным инженером, а вовсе не продуктом слепой эволюции. Эволюционисты были застигнуты врасплох. Им пришлось поспешно заявить о том, что клетки Мюллера представляют собой результат типичного эволюционного подхода – приспособить то, что есть, для выполнения новой функции. Но, судя по всему, им не стоило хвататься за оружие.

Похоже, что значительная часть офтальмологического научного сообщества не разделяет энтузиазма креационистов по поводу волоконной оптики Франца. Работа Франца была подвергнута фундаментальной и сокрушительной критике, которой по каким-то причинам не было уделено должного внимания. Дэвид Уильямс, директор Центра офтальмологии Рочестерского университета и ведущий мировой эксперт по человеческому зрению, говорит, что существуют неоспоримые доказательства того, что клетки Мюллера не являются волноводами ни в каком сколько-нибудь значимом смысле этого слова. Внимательное изучение анатомии сетчатки показывает, что эти клетки вовсе не расположены вдоль линий светового потока, идущего из зрачка к фоторецепторам. В центральной ямке макулы – небольшом участке сетчатки, отвечающем за зрение высокой остроты, – клетки Мюллера расположены под углом, а на периферии сетчатки и вовсе имеют радиальную ориентацию, т. е. направлены к центру глаза, а не к зрачку. В периферической части сетчатки функцию световодов выполняют колбочки, которые как раз и расположены в направлении падающего света. Как указывает Уильямс, мы можем видеть палочки и колбочки при помощи адаптивной оптики именно благодаря тому, что они являются световодами. Они проводят световые волны от своей задней части, куда те попадают от источника света через зрачок, к своему светочувствительному элементу, и поэтому имеют вид ярких светящихся пятен. Клетки Мюллера никогда не светятся подобным образом.

В апреле 2011 года журнал Nature опубликовал статью, содержащую ссылку на замечательный фильм, показывающий постепенное формирование глазоподобной структуры из стволовых клеток. В фильме показан не процесс формирования глаз у живого эмбриона, а то, как глаз – в буквальном смысле слова на наших глазах – вырастает вне живого организма, в пробирке. Значение этого захватывающего эксперимента трудно переоценить, поскольку он приоткрыл завесу тайны над тем, как происходит развитие глаза, и показал, что строительные инструкции содержатся внутри самих дифференцирующихся клеток: другими словами, глаз является самоорганизующейся структурой – он способен построить сам себя самостоятельно, без какого-либо вмешательства извне. Этот эксперимент воодушевил мировое сообщество исследователей-офтальмологов, которые пытаются использовать принципы биологии развития для регенерации больных глаз, поскольку показал, что они идут по правильному пути.

Мотоцугу Эираку, ныне покойный Ёсики Сасаи и их коллеги из научно-исследовательского института RIKEN в Японии поместили эмбриональные стволовые клетки мышей в пробирку с питательной средой и некоторым количеством гелеобразного субстрата под названием матригель, способного играть роль каркаса для растущей ткани. Также они ввели несколько доз белка Nodal, который, как известно, запускает дифференциацию стволовых клеток. Через шесть дней после начала эксперимента сформировалось несколько полых сфер, быстро превратившихся в полусферические мешочки или пузырьки. Чтобы наблюдать за происходящим, ученые предварительно ввели в стволовые клетки ген зеленого флуоресцентного белка (ЗФБ). Изначально ген ЗФБ был выделен у медуз и в настоящее время широко используется в качестве маркера для визуализации развития тканей. Когда стволовые клетки в пробирке начали дифференцироваться, они включили ген ЗФБ, благодаря чему развивающаяся структура светилась призрачным зеленым светом. Другими словами, исследователи создали свою собственную натуральную видеографику! Без ЗФБ пузырьки развивались бы незаметно, пока вокруг них не образовалось бы тканевая оболочка.

Между восьмым и десятым днем пузырьки резко изменили форму – они сложились внутрь, сформировав чаши точно такого же размера, как глазной бокал у зародышей мышей. Клетки наружной стенки глазного бокала начали продуцировать белковые маркеры, которые обычно можно увидеть в развивающемся пигментном эпителии сетчатки, а клетки внутреннего слоя начали экспрессировать маркеры, характерные для нейронов сетчатки. Раньше считалось, что для того, чтобы запустить процесс формирования глазного бокала, сначала из ткани эктодермы должен образоваться хрусталик, однако в эксперименте Эираку и Сасаи глазной бокал сформировался совершенно самостоятельно, без какого-либо влияния извне. Следующим шагом исследователи осторожно вырезали несколько таких пузырьков и вырастили их отдельно от первоначального агрегата стволовых клеток. Удивительно, но через четырнадцать дней эта «эмбриональная сетчатка» принялась дифференцировать все известные типы клеток: фоторецепторы, ганглиозные клетки, биполярные клетки, горизонтальные клетки, амакринные клетки и глиальные клетки Мюллера. Кроме того, эти различные типы клеток размещались в правильном анатомическом порядке, как это происходит в развивающемся глазе нормального зародыша: биполярные клетки располагались поверх фоторецепторных, а над ними, во внутреннем слое, – ганглиозные и амакринные клетки. Таким образом, исследователям удалось вырастить глазной бокал и сетчатку, или, точнее говоря, эти структуры вырастили сами себя – это был глаз «сделай себя сам». «Программа этого сложного морфогенеза, – заключают Эираку и Сасаи, – имманентно заложена в клетках и запускает процесс динамического самоформирования и самоинформирования под влиянием последовательной комбинации локальных правил и внутренних сил в эпителии». Таким образом, японские ученые заглянули в ближайшее будущее офтальмологии, когда регенеративная технология «сделай себя сам» позволит выращивать настоящие многослойные трехмерные нейронные сетчатки на заказ, в виде целых листов.