Имеющих прямое отношение к хирургии?
Имеющих прямое отношение к замене больных или разрушенных органов. Стало быть, к восстановлению здоровья человека. Значит, и к хирургии, и к медицине вообще.
Чтобы понять, откуда у медиков возникла отдаленная надежда выращивать «аварийные» органы из клеток самих людей, заставить утраченные или выбывшие из строя конечности, почки, печень и даже сердце «само-восстанавливаться», я хочу сделать короткий экскурс в молекулярную биологию, поскольку именно на открытиях биологов и могут основываться надежды медиков.
Первое из крупных открытий: предположение, высказанное американским ученым Д. Уотсоном и английским — Ф. Криком, о строении молекулы ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты), которая, по их мнению, является хранительницей наследственной информации; почти сразу же эта гипотеза была доказана экспериментально: действительно ДНК хранит в себе «запись» о всех генах организма. Напоминаю: живая клетка состоит из упомянутой уже ДНК, из похожей на нее по структуре РНК (рибонуклеиновой кислоты) и из белка.
Второе открытие: наследственная информация с молекул ДНК передается на молекулы РНК, соединенные с особыми структурами клетки — рибосомами; рибосомы «считывают» закодированный чертеж и с помощью РНК конструируют белок; при этом каждый потомок определенного вида белка в точности похож на своего родителя. Генетический код определяет свойство жизни, форму и функцию каждого существа, каждого органа и каждой клеточки организма.
Третье открытие: в 1961 году установлена общая природа кода наследственной информации; через два с половиной года найден способ, позволяющий выяснить точное строение всех 64 кодовых слоев генов; еще через год генетики уже знают наследственный алфавит природы.
Все, что входит в понятие первых трех открытий (на самом деле они состоят из целого ряда «находок»), совершено Ф. Криком, М. Ниренбергом, Д. Маттеи, Ф. Ледером и их сотрудниками.
Четвертое открытие: А. Баев в СССР и Холли в США расшифровали самые маленькие из молекул, обслуживающие генетические таинства — молекулы транспортных РНК. Это было в 1965 г.
Пятое открытие: через два года в лаборатории А. Корнберга искусственно получили работоспособную молекулу ДНК бактериофага.
Шестое открытие: через год индиец Г. Кхорана (работающий в США) создал из химических веществ первый искусственный ген для транспортной РНК дрожжей.
И, наконец, в 1969 году сотрудники Гарвардской медицинской школы выделили отдельный чистый ген из ДНК кишечного микроба и сфотографировали его! Немедленно авторы этого феноменального труда приступили к изучению деятельности индивидуального гена. (Ген — основная единица наследственности.)
Постичь клеточный механизм самовоспроизводства — значит проникнуть в интимнейшую тайну жизни. За три десятилетия ученые проделали грандиозную работу, чтобы овладеть ключом к этой тайне. Получение отдельного «живого» гена дает возможность разрешить давний спор, от которого зависят практически все дальнейшие успехи молекулярной биологии и возможность в конечном счете научиться управлять жизнью клетки — спор о том, каким образом регулируется активность генов.
Почему человек или животное, рождающиеся из одной единственной яйцеклетки, состоят из не поддающегося подсчету колоссального числа разновидностей клеток? Каким образом клетки, содержащие в своем ядре одинаковый генетический материал, оказываются столь разнообразными? Как получается, что изначальная материнская клетка, вместо того чтобы множество раз воспроизводить самое себя, путем деления развивается в организм, состоящий из множества высокоспециализированных клеток, не способных заменить друг друга? Например, почему клетки печени годятся только для выполнения функции печени, а клетки сердечной мышцы — для выполнения насосной функции сердца?
Клетка состоит из двух частей: ядро — центр управления, в котором содержатся носители наследственных признаков — гены; и цитоплазма — фабрика, где синтезируется белок. Обе части теснейшим образом связаны друг с другом, и без прямой и обратной связи не могут существовать. Ядро, получая от цитоплазмы сведения о ее потребностях, отдает приказы, планируя деятельность цитоплазмы. Если не последует приказа — фабрика ничего не станет производить; если управление не будет знать о положении на фабрике, оно не сможет отдавать рациональные приказы.
Как «приказы», так и «сведения» вполне разумны, иначе в организме наступил бы полный хаос, скажем, вырабатывались бы сплошь только клетки кожи или одни лишь костные клетки. Но в действительности клетки «рождаются» только строго определенные, причем в великом множестве и очень тонко специализированные.
И опять-таки в изначальном счете все они происходят из одной яйцеклетки.
Вывод, который напрашивается после того, как исследователи подняли многие завесы и заглянули во многие прежде недоступные процессы, сводился к следующему: очевидно, в каждой клетке остаются неиспользованные гены, в нормальных условиях размножения не активные; но гены эти никуда не исчезают, быть может, на протяжении всей жизни организма и в каких-то определенных условиях могут стать активными.
Регенерация — самовосстановление — органов у низших животных (например, хвост у ящерицы) на этом свойстве генов и основана.
А теперь после экскурса в собственно генетику вернемся к нашим лягушкам — к лягушкам доктора Д. Гердона.
Тонким пучком ультрафиолетовых лучей доктор Гердон разрушал ядро неоплодотворенной лягушачей икринки. В освободившееся место погружал ядро, взятое из ткани, выстилающей внутреннюю часть кишечника. В результате получалась лягушка.
С детства нас учили, что нельзя в арифметических задачах складывать качественно различные вещи, например кошку с собакой. В жизни это оказалось возможным: если сложить две качественно различные единицы — ядро кишечной клетки и цитоплазму икринки, получится третья качественно иная «вещь» — лягушка. Причем, если оба слагаемых берутся от разных лягушек — например, серой и зеленой — в «сумме» получится та лягушка, от которой взяли ядро.
Но иллюзион только начинался и не случайно имен-но с клеток кишечника.
Клетки растущего головастика беспрерывно делятся. Кишечные же клетки продолжают деление часто и у взрослой особи. Но, разумеется, если клетка высоко специализирована (а кишечные клетки именно таковы), она должна действовать одним и тем же, раз навсегда заведенным образом: делиться исключительно на эпителиальные клетки кишечника. Так оно в жизни и бывает — из кишечника самопроизвольно не «рождается» ни нервная, ни мышечная ткань. И если, допустим, в ядре этих клеток и содержатся какие-либо другие гены, то они всю лягушачью жизнь остаются неактивными, находятся в спящем состоянии, и о том, что они существуют, можно только догадываться.
Собственно, теперь уже надо сказать, можно было догадываться — опыты Гердона и сотрудников перевели категорию предположений в категорию доказанных фактов. Ибо, если бы в ядре кишечной клетки не были закодированы генетические признаки всех решительно клеток целого организма, как бы тогда получилась лягушка?
С другой стороны, внутри кишечника не прыгают готовые лягушки, а функционирует нормальная слизистая оболочка, состоящая из нормальных эпителиальных клеток.
Ядро клетки владеет информацией о строении всего организма, но использует только ничтожную долю этой информации — ту ее часть, которая нужна для создания, в данном случае кишечника; все остальные сведения хранятся на дне его «памяти» — первый факт, показанный в опытах доктора Гердона.
То, что забыто, но не мертво, можно вызвать к жизни; нужны особые обстоятельства, из ряда вон выходящее положение, нужен толчок. Толчок дает цитоплазма — ядро все «вспоминает». Это второй факт, доказанный экспериментом.
Но цитоплазма, по-видимому, содержит вещество, не только стимулирующее «память» ядра, но и заставляющее его начинать деление, размножаться. Это третий вывод.
Самое поразительное то, что, размножаясь, ядро клетки кишечника вовсе не воспроизводит себе подобных — оно воспроизводит целую лягушку; т. е. ведет себя так, как будто бы является клеткой-матерью оплодотворенного лягушачьего яйца.
Эти тончайшие эксперименты заняли у исследователей не один год. Не все сразу ладилось — головастики «рождались» и вскоре погибали, так и не превратившись в лягушку. Техника опыта настолько сложна и требует такой осторожности и точности, объект операции так мал, что в большинстве случаев ядро повреждалось, и даже головастики «вылупливались» только из 30 процентов оперированных клеток. Можно себе представить, как обрадованы были ученые, когда в конце концов добились превращения головастиков в половозрелых лягушек!
Лягушка рождала многочисленное потомство, что ей и было положено от природы. Но сама-то она произошла из одного-единственного ядрышка, взятого из кишечника…
Это те минуты в жизни ученых, которые оправдывают любой труд, самые напряженные усилия, заставляют забывать обо всех неудачах — и снова пускаться в лабиринт поисков, еще более трудных и напряженных.
Следующая серия опытов показала необыкновенную мощь стимулирующего вещества цитоплазмы. На сей раз брали ядра из клеток мозга не головастика, а лягушки — эти клетки во взрослом состоянии никогда не делятся. Подсаженные в лишенную собственного ядра икринку, они через час начали готовиться к делению.
Еще серия опытов — снова удивительные факты. Оказывается, цитоплазма способна не только вызывать деятельность генов, которые в течение всей жизни животного не функционируют, но и подавлять активность ядерных генов, если в данный момент этого требуют нужды цитоплазмы.
Что же это за волшебный ключик, спрятанный в недрах безъядерной икринки? Ключик, который по «собственному усмотрению» может регулировать активность (или пассивность) ядерных генов?
Если бы знать! Тогда уже сегодня сундук с богатейшим кладом открыли бы настежь. Из него можно было бы черпать фантастические ценности, не придуманные ни одним сказочником…