Маловероятно (по крайней мере, так кажется мне), что к революционным открытиям приведут дальнейшие исследования на молекулярном уровне. Они, безусловно, оставляют простор для неожиданностей, как подтверждает недавнее открытие РНК-интерференции и микро-РНК[374],[375],[376] – совершенно нового для нас метода генетического контроля. Тем не менее это открытие не изменило основной принцип – то, что одни гены контролируют экспрессию других, – а просто показало, что иногда это происходит с помощью не белка, а РНК. Более перспективное направление развития генетики – это рассмотрение общих паттернов экспрессии генов, выявление групп генов, которые всегда действуют вместе и, возможно, работают как согласованная система («модуль») при выполнении какой-то важной функции. Соседняя область, где можно попробовать поискать откровений, – это изучение паттернов связи в коммуникационных сетях клеток. Я имею в виду не молекулярную основу сигналов, а общие закономерности их организации, так сказать, «схемы проводки». Сейчас эти сигналы, как правило, изучают по отдельности, и лишь немногие первопроходцы исследуют сигнальные сети в целом, пытаясь разглядеть общую закономерность. При изучении бактерий, например, постоянно «всплывают» такие паттерны, как «петли прямой связи» или «упреждающие петли».[377] Не исключено, что в эмбрионе конкретные паттерны сигнальных сетей всегда связаны с определенными типами событий, какими бы разными ни были их молекулярные особенности. Если это окажется так, мы поднимемся на новый уровень понимания развития, а также по-новому посмотрим на вопрос, действительно ли развитие надорганизменных образований в целом похоже на развитие самого организма. Кроме того, можно было бы попробовать сравнить сети, объединяющие клетки развивающегося организма, и сети, связывающие организмы в формирующейся экосистеме. Может оказаться, что такие подходы позволят выявить интересные общие принципы, применимые к живой природе на самых разных уровнях организации.
Даже уже имеющиеся данные по эмбриональному развитию можно использовать для разработки совершенно нового медицинского подхода. Люди с серьезными повреждениями, возникшими в результате нарушений развития, травм или инфекционных заболеваний, не всегда могут восстановить недостающую ткань. Даже если стволовые клетки в соседних неповрежденных участках ткани здоровы, они не всегда могут заселить участок, истерзанный воспалением или механическим повреждением. Уже более пятидесяти лет хирурги лечат таких пациентов путем трансплантации участков их собственной ткани (одно из первых применений этого метода – пересадка кожи при ожогах) или же тканей или органов недавно умершего или в некоторых случаях еще живого донора. Примером является трансплантация почек, сердца и легких. Применение этого метода ограничено, так как операционное вмешательство вынуждает поврежденные ткани посылать сигналы тревоги, активирующие защитные реакции и заставляющие фагоциты собирать фрагменты клеток новой ткани и демонстрировать их Т-клеткам. Если Т-клетки распознают чужеродные структуры, отсутствующие у реципиента (глава 17), они дают отпор, что приводит к отторжению органа. Людям, нуждающимся в пересадке, приходится ждать трансплантата от донора со схожим типом ткани. На практике это означает, что такие пациенты ждут по много лет, и все это время их жизнь зависит от неудобных и несовершенных аппаратов жизнеобеспечения (таких, как диализаторы). Было бы очень полезно научиться создавать новые ткани и органы вместо того, чтобы забирать их у других людей.
Представления о развитии как о линейном процессе, при котором гены работают согласно жесткому плану, не оставляют места для идеи создания тканей с нуля без участия эмбриона. Тогда единственный вариант – создать новый человеческий плод и пустить его на запчасти. Такой подход отвратителен с этической точки зрения и неприемлем в цивилизованном обществе. Однако есть и другой вариант: посмотреть, что именно делают гены и их продукты, чтобы работали механизмы коммуникации и самоорганизации молекул и клеток. Если в процессе нормального эмбрионального развития клетки могут организоваться в ткани, принимая верные решения в зависимости от окружения, то не можем ли мы убедить их делать то же самое в пробирке?
Складывается впечатление, что это возможно. Подтверждение можно найти в исследованиях развития почек, которое было описано в главе 10. С помощью пищеварительных ферментов можно деликатно разрушить развивающуюся почечную ткань так, что от нее останется облако отдельных клеток, свободно плавающих в пробирке. Если затем согнать эти клетки вместе, они будут хаотично перемещаться, отыскивая себе подобных. В течение нескольких дней они без всякой помощи экспериментаторов организуются в структуру, которая, по существу, ничем не отличается от нормально развивающейся почечной ткани.[378],[379] Один взгляд в микроскоп на то, как это происходит, красноречивее любых слов свидетельствует о врожденной способности наших клеток взаимодействовать и самоорганизовываться даже в странных и неестественных ситуациях.
От этих первых опытов с почками, легкими и другими тканями, проведенных в том числе и в моей лаборатории, далеко до создания органов, пригодных для пересадки человеку. Возможно, на это уйдут десятилетия. Тем не менее растущее понимание того, что клетки используют сигналы и обратную связь для самоорганизации в структуры эмбриона и могут при правильном культивировании делать то же самое в пробирке, открывает хорошие перспективы для дальнейших исследований. В частности, стволовые клетки способны давать начало всем специализированным клеткам ткани, и, если нам удастся создать условия для активации их механизмов самоорганизации, это может стать мощным инструментом для создания новых тканей. Использование стволовых клеток костного мозга для замены крови и иммунной системы, разрушенных терапией против лейкемии, уже стало рутинной операцией (этому в немалой мере способствует простая структура костного мозга). Стволовые клетки кожи, в норме замещающие изношенные клетки кожи и волос, успешно используются для лечения обширных ожогов, уничтоживших собственные стволовые клетки кожи пациента. Мезенхимные стволовые клетки костного мозга пациента используются для заполнения собственными клетками пациента донорской соединительной ткани, предварительно промытой от клеток донора. После такой процедуры иммунная система пациента воспринимает пересаженный участок соединительной ткани как «свой», и отторжения не происходит. Знаменитый пример одной из первых операций такого типа[380] – это воссоздание «трахеи Клаудии» (женщина потеряла трахею в результате болезни). Этот случай широко освещался в газетах.
Нужно понимать, что разрыв между реальным положением дел в этой области и сенсационными заявлениями, время от времени появляющимися в СМИ, огромен. На самом деле нам предстоит еще многому научиться и многое совершить. Тем не менее мы, возможно, живем на заре медицинской революции, основанной на новом знании о развитии человека. Успех этой революции не гарантирован. Она может осуществиться только при условии постоянной поддержки исследований (за счет налогоплательщиков, которых бывает трудно убедить в необходимости финансирования науки) и готовности новых поколений молодых ученых-энтузиастов посвятить жизнь разгадке тайн природы.
Хотя знания о развитии человека позволяют значительно повысить способность справляться с последствиями травм и болезней, нужно признать, что системы поддержания нашего организма несовершенны. Стволовые клетки выполняют огромную работу, но постепенно накапливающиеся в системе ошибки рано или поздно начинают сеять смятение, обрезать нормальные линии коммуникации и подрывать способность клеток правильно реагировать. Эта потеря производительности поначалу незаметна, но, накапливаясь, повреждения снижают способность организма выполнять необходимый ремонт. Эффективность физиологических процессов падает, а это приводит к дальнейшим затруднениям с ремонтом поврежденных структур. Это положительная обратная связь, но в данном случае она работает против нас. Как бы мы ни были осторожны, мы остаемся смертными. Наши гены – те самые, что обусловили производство белковых «машин», построивших наш организм, – конечно, могут быть переданы новому поколению, и тогда они в сочетании с генами другого человека снова возьмутся за строительство нового организма – молодого, но в конечном счете тоже смертного. Мы говорим себе, что это «жизненный цикл», но это не так. С точки зрения генов жизнь может быть и циклична, но с точки зрения отдельного человека – это путешествие в один конец, а «жизненный цикл» – утешительная выдумка «голых обезьян», пытающихся преодолеть страх темноты.
Мы знаем, что этот путь можно пройти лишь однажды. Новые знания об удивительных процессах, благодаря которым возник наш организм, только добавляют как благоговения перед чудом человеческого развития, так и уважения к людям – незнакомцам, друзьям или нам самим.
Глоссарий
Составляя этот глоссарий, я пытался придерживаться золотой середины между доходчивостью и научной точностью. Определения терминов в этом глоссарии справедливы для описанных в этой книге ситуаций, но не всегда отвечают формальным требованиям и могут быть неполными.
«Замена равных равными» – способ обновления клеток ткани, при котором на смену поврежденным или мертвым клеткам приходят клетки, образовавшиеся в результате деления аналогичных соседних клеток.
BMP – Bone Morphogenetic Protein («V морфогенетический белок костей») – сигнальная молекула, получившая свое название, как и многие другие сигнальные молекулы, по первому открытому действию. Сейчас известно, что этот белок также контролирует многие другие процессы.