Миллионам людей, которые не появились бы на свет без научного понимания танца жизни. Миллионам тех, кто только собирается его начать.

Нашим родителям — у нас ничего бы не вышло без вашей поддержки и ДНК. И нашим любимым. Как же вы нас терпели?

Зерницка-Гетц Магдалена

Хайфилд Роджер

Танец жизни. Новая наука о том, как клетка становится человеком

Введение

Концепция

Что в жизни может сравниться с интригующим процессом создания тела и разума, который происходит сам по себе? Зарождение и развитие новой жизни — одна из величайших биологических тайн, хотя каждый из нас является ее воплощением.

Начало истории всем известно: одна-единственная клетка (оплодотворенное яйцо) делится и превращается в сплоченное семейство внешне похожих клеток. Но если рассматривать процесс с точки зрения гена и клетки, можно увидеть множество путей развития тканей и органов, которые стремительно меняют форму и усложняются; пытаясь понять истоки человеческой жизни, парадоксально обнаруживаешь себя вглядывающимся в неизвестное будущее.

Если смотреть на историю сотворения с точки зрения человека, которому сложно даже спланировать встречу с друзьями на выходные, то способность клетки, не имеющей мозга, делиться и развиваться в самое сложное из известных нам живых существ кажется просто исключительной.

Развитие человеческого эмбриона выглядит еще более странным в сравнении с повседневностью, которая обычно состоит из неизменных, простых элементов, от кубиков Лето до микрочипов и прочих структурных единиц. Эти базовые элементы бывают разных типов: доски, штыри и двери, как правило, деревянные; гвозди, шарниры и гайки сделаны из металла и так далее. Однако наше тело — не просто комбинация фрагментов и деталей. Его базовые элементы обладают пластичностью. Они могут менять свои характеристики, дифференцируясь из родительских клеток (называемых стволовыми) в клетки костей, мышц, мозга и другие типы клеток.

Для построения человеческого тела нужно примерно 37,2 триллиона клеток — в триста раз больше, чем звезд в нашей галактике, и когда-то считалось, что существует примерно двести базовых типов, от нейронов до клеток кожи [1]. Все клетки имеют одинаковую дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК), но отличаются тем, какие ее участки (гены) экспрессируются, то есть какие синтезируются белки для построения и функционирования клетки. В зависимости от конкретной «мелодии», сыгранной на геноме, получаются разные наборы белков и разные типы клеток.

Из двадцати тысяч генов нейроны используют один «репертуар», клетки кишечника — другой и так далее. Благодаря новым технологиям, позволяющим прочитать генетический код клетки, мы узнали, что в человеческом организме на самом деле многие сотни разных типов клеток [2]. Поразительно, но это многообразие происходит всего из нескольких внешне идентичных клеток. Чтобы обнаружить всю примечательность нашего появления и необычайность процесса самоорганизации эмбриона, давайте представим дом, который строится точно так же, как наш организм строит самого себя.

Во-первых, нет никаких строительных планов. Как нет и архитектурного проекта, чертежей или рисунков. Инструкций тоже нет, но если бы они были и работали как двадцать тысяч генов, используемых для постройки нашего организма, то между ними и финальным обликом дома не было бы прямой связи, как нет ее между рецептом и внешним видом пирога.

Во-вторых, нет проектного менеджера или прораба, который бы руководил процессом. Нет никаких рабочих. Нет даже намека на молотки, мастерки или малярные кисточки. Потому что этот дом — самоорганизующийся, и все его компоненты вместе отвечают за свое строительство.

Если мысль о компонентах, несущих коллективную ответственность за свою сборку, не выглядит достаточно странной, как насчет того, что все начинается с единственного кирпича, который трансформируется во всевозможные типы строительных материалов, от дерева до металла, стекла и пластика.

Это автономное строительство должно длиться девять месяцев — не больше и не меньше. Сроки и координация во времени имеют решающее значение, однако под рукой нет ни часов, ни хронометра. К концу первых семи дней один тип строительного элемента превращается в три базовых типа, поскольку молекулярная структура самоорганизуется различными путями. Через неделю наш дом-эмбрион начнет возводить собственный фундамент, зарываясь в землю (в реальности — в стенку матки), где присоединится к местной инфраструктуре.

На этой стадии эмбриональный дом совсем не похож на готовое здание. Некоторые типы его строительных компонентов самоликвидируются, возможно, выполнив свое предназначение, пока другие трансформируются во множество разных типов. Это своего рода автооригами, элементы которого формируются и упорядочиваются в зависимости от индивидуальных обстоятельств. В отличие от строящегося дома, вся конструкция находится в рабочем состоянии (иными словами, остается живой) от начала и до конца строительства.

Короче говоря, способ, которым организм создает самого себя, является своеобразным, странным и совершенно ни на что не похожим.

Моя наука

Моя попытка понять истоки нашего появления сосредоточена не на эволюционной истории, а на индивидуальной жизни, начиная с момента, когда сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку, и этот альянс приступает к делению. Долгие годы я мечтала проследить путь каждой клетки живого эмбриона, со дня ее рождения и во всех сложных подробностях ее жизни, пока она не определится или не умрет, как делают некоторые клетки, словно освобождая место для других, чтобы те смогли преуспеть.

В своей лаборатории мы фокусируемся на самом начале жизни. Мы наблюдаем, как яйцеклетка оплодотворяется и делится, создавая сообщество клеток, которые меняют форму, дробятся, перемещаются в новых направлениях и коммуницируют друг с другом при помощи химических и механических сигналов. Чтобы разобраться в путешествиях каждой клетки и в том, как она согласовывает свои действия с окружающими ее клетками для создания организма и новой жизни, мы пользуемся специальными методами, раскрывающими невидимый мир эмбриона.

Когда мы еще не могли снимать эмбриогенез на пленку, как делаем сейчас, мы придумали способ «покраски» клеток специальными красителями, способ маркировки микроскопическими гранулами, превращающими клетки в мерцающие разноцветные точки, что помогло отличить их друг от друга и проследить путь каждой клетки в процессе создания эмбриона. Сегодня для идентификации клеток можно использовать молекулярные маркеры и анализировать работу клеток вплоть до уровня генов, белков и других молекулярных компонентов. Мы пытаемся определить, каким образом эмбрион строит самого себя, чтобы однажды понять механизм создания организма и появления дефектов развития и в итоге разработать корректирующие меры для восстановления функций.

Во время первой стадии развития крошечное семейство клеток из шаровидной массы внешне похожих элементов превращается в структуру с оформленными передней, задней, верхней и нижней частями. Происходящие процессы имеют фундаментальное значение, хотя это только начало жизни. Уже различимы все механизмы, которые будут определять развитие тела и разума.

Пока моя команда сосредоточена на исследованиях первых глав истории новой жизни, многие другие ученые занимаются изучением последующих. Например, всего за два месяца сердце приобретает характерную четырехкамерную форму [3]. Приблизительно через пять месяцев вся группа клеток приходит в движение.

Во время третьего триместра поверхность коры головного мозга значительно увеличивается и образует складки [4]. К семи месяцам плод может обрабатывать сенсорную информацию, например звуки [5]. К девяти месяцам эта группа клеток становится настолько разнообразной, большой и замысловатой, что начинает самостоятельно дышать, войдя в мир незнакомых звуков, яркого света и сильных ощущений.

У взрослого организма речь идет уже о десятках триллионов клеток размером в одну сотую миллиметра в поперечнике [6]. Если бы каждая клетка была размером с человека, то длина тела взрослого от головы до пят составляла бы пару сотен миль. Если смотреть на это с позиции оплодотворенной яйцеклетки (быть может, самой важной из всех клеток), то хореография, ведущая к формированию огромной и замысловатой группы клеток, просто изумительна. Как все эти безмозглые клетки согласовали свои действия и создали разумное существо?

Моя мотивация к изучению начала клеточной одиссеи в основном вызвана чистым любопытством, типичным для всех ученых, страстным желанием понять механизм нашего появления и тот экстраординарный способ, которым мы строим самих себя. Кроме этого, меня вдохновляет и то, что эти знания позволят разработать новые методы диагностики и лечения, способные решить реальные проблемы людей. Я уверена, что наша суть определяется не полом, а тем, какой след мы оставляем в этом мире. Но я не только ученый, а еще женщина и мать, поэтому не понаслышке знаю, что нам нужны более глубокие и обширные знания о подробностях индивидуального развития человека.

Границы истории сотворения

До сих пор мы рассматривали создание новой жизни с человеческой точки зрения, когда ученые вроде меня изо всех сил стараются объяснить поведение клеток в развивающемся эмбрионе, чтобы врачи могли помочь бесплодным парам иметь ребенка, а также понять механизм многих расстройств и придумать методы лечения.

Но танец жизни помещается в гораздо более широкий контекст, где видны фундаментальные основы хореографии живого существа — занимаемое им пространство и время, структурные элементы, реакции на переданную через поколения информацию, а также появление и потеря симметрии для придания формы.

Поместив танец в самый широкий контекст, мы узнаем, сколько пространства и времени понадобилось для того, чтобы создать живой организм после Большого взрыва, произошедшего 13,8 миллиарда лет назад. Как только Вселенная остыла, возникли подходящие условия для формирования материи, необходимой для жизни и нашего создания.

Вы, я и все остальные существуем потому, что момент сотворения был односторонним. При остывании Вселенной частицы и античастицы аннигилировали попарно, однако некоторая асимметрия между материей и антиматерией означала, что крохотной доле материи (примерно одной частице на миллиард) удавалось сохраняться. Без этого нарушения симметрии, приближенного к моменту сотворения, во Вселенной не было бы ничего, кроме остатков энергии.

Но для создания жизни нужны особые виды материи. Каждая клетка нашего тела содержит 100 триллионов атомов — от легких элементов, возникших после Большого взрыва, до более тяжелых, появившихся в самом сердце звезд при столкновении звездных нейтронов и при других бурных космических событиях [7]. Чтобы наши тела могли функционировать, атомы, доставшиеся нам от Вселенной, должны быть нужного типа и в нужном количестве, а также располагаться особым образом. Иными словами, для создания жизни нужна информация о том, как построить организм.

Ранние идеи о местонахождении инструкций по созданию жизни принадлежат физику Эрвину Шрёдингеру, который в 1943 году предположил, что организм содержит «шифровальный код»[1], определяющий весь паттерн будущего индивидуального развития. Этот код — не схема, устанавливающая статичный порядок расположения атомов, а изощренная и динамичная наследственная информация о том, как создать живой организм.

Некоторые ученые критически восприняли («скорее фантастика, чем наука») книгу «What Is Life? The Physical Aspect of the Living Cell» («Что такое жизнь? Физический аспект живой клетки»), где Шрёдингер обрисовал свои мысли [8]. Однако его рассуждения вдохновили многих ученых, в том числе Фрэнсиса Крика и Джима Уотсона, которые в 1953 году в своей лаборатории Кембриджского университета открыли молекулярную структуру «шифровального кода», опираясь на ключевые рентгеновские исследования ДНК, проведенные Розалинд Франклин и Морисом Уилкинсом из Лондона [9]. В изгибах и поворотах двойной спирали кроется множество секретов нашей наследственности, и в частности гены, контролирующие наше развитие.

Двойную спираль можно расплести вдоль, и каждая отдельная сторона послужит шаблоном для другой, поэтому информация ДНК передается следующему поколению. И если элементы, необходимые для построения ДНК, можно найти в остатках взорвавшихся звезд, то порядок букв генетического кода — это инструкции, переданные сквозь поколения от наших предков, которые мы, в свою очередь, можем передать своим детям.

Все живые существа на Земле — недавние звенья в цепи информации, закодированной в реплицирующейся молекуле ДНК, которая размножается на этой планете около четырех миллиардов лет. Возможно, первые копии первой жизни появились в гидротермальных источниках морских глубин с использованием аминокислот из океанической коры [10]. Однако таких теорий множество, и пока это еще одна размытая граница великой истории жизни: никто не знает, как появилась самореплицирующаяся молекула ДНК, запустившая инструкции, которые эволюционировали в изобильное множество существ нашей планеты, сначала в виде бесформенной одноклеточной жизни, а позже — в виде величайшего разнообразия многоклеточных организмов.

Жизнь имеет еще одно измерение. Инструкции ДНК, которые мы передаем своим детям, содержат не конкретный план вроде архитектурного чертежа, а рецепт, согласно которому ингредиенты самоорганизуются в высшей степени слаженным образом. Эти инструкции вступают в действие в первые несколько дней, начиная с процесса, когда оплодотворенное яйцо делится и меняет форму до такой степени, что эти ранние фазы жизни эмбриона получили разные названия: зигота, морула, бластоциста и, наконец, собственно эмбрион.

Подобно космосу, жизнь формируется симметрией и ее нарушением, от легкого смещения внутри отдельной клетки до оси, вокруг которой организована группа клеток, составляющая эмбрион. В конце концов, нарушение симметрии формирует наше тело от расположения головы и пальцев ног до локализации внутренних органов, от симметричных легких и почек до сердца, которое у нас слева. Все это, в свою очередь, вытекает из асимметрии на молекулярном уровне.

Нарушение симметрии необходимо для многих самых существенных фаз нашего развития. Благодаря нарушению симметрии мы из круглого оплодотворенного яйца через пять дней превращаемся в полую структуру из примерно двухсот клеток, размером в одну-две десятых миллиметра в поперечнике. На этом этапе эмбрион готов имплантироваться в стенку матки. Здесь сливаются границы двух жизней. Поэт и философ Сэмюэл Тейлор Кольридж однажды заметил, что девять месяцев, предшествующих рождению, «вероятно, куда интереснее... чем все последующие семьдесят лет» [11]. Я думаю, то же самое вполне можно сказать о первых девяти днях развития.

На пути к появлению этого изысканного образца материи под названием «организм» скрывается еще много тайн. И это неудивительно, ведь человек, быть может, гораздо сложнее, чем все безбрежное пространство света и тьмы под названием «космос» [12].

Такова история моей науки и моего путешествия к пониманию того, как появляются клетки в раннем эмбрионе; как они начинают узнавать друг друга и взаимодействовать; как шаг за шагом они с ошеломляющей точностью формируют человека; как они направляют собственное развитие; как они понимают, что процесс пошел не так, и как нам самим обнаружить эту ошибку и установить ее причину.

Чтобы важные процессы развития происходили в нужное время и в нужной последовательности, должен быть некий вариант клеточных часов, но как они работают? Другими словами, с помощью какого механизма эмбрион отмечает проходящие часы и дни? Почему через два с половиной дня у всех клеток появляются разные концы, так называемая наружно-внутренняя полярность? Почему беременность длится девять месяцев, а не пять или двенадцать? В развивающемся эмбрионе клетка, базовая единица жизни, размножается и меняется согласно хореографии, четко скоординированной в пространстве и времени, — можем ли мы понять этот самый потрясающий, замысловатый и всепоглощающий танец жизни?

Это лишь несколько вопросов, вызванных результатами исследований на современном этапе научного понимания, и все они чрезвычайно увлекательны. Несмотря на все мои усилия и усилия многих других ученых, наши ответы имеют предел. Тем не менее в последние годы мы все же добились прогресса.

Глава 1

Белое платье

Звонок застал меня в Кембриджском университете; я стояла у окна в своем кабинете и любовалась садами Даунинг-колледжа. Всякий раз, сталкиваясь с неразрешимой задачей, я смотрела через дорогу на эти просторные лужайки, деревья, по ветвям которых скакали белки, а прямо под окнами студенты на велосипедах спешили на очередную лекцию. Несколько минут, проведенных вот так, наедине с собой, помогали прояснить мысли. И порой задача решалась.

Весна переходила в лето, деревья пестрили зеленью и золотом, когда сквозь листья проникали солнечные лучи. Я была одета в белое хлопковое индийское платье без рукавов, приобретенное еще в студенческие годы. Я помню это отчетливо, потому что в этом платье моя беременность была незаметна. В тот момент я не хотела, чтобы кто-нибудь о ней знал.

Женский голос в трубке звучал обеспокоенно. Меня спросили, одна ли я, а затем посоветовали присесть.

Мне объяснили, что мой пренатальный скрининг выявил генетические аномалии у четверти протестированных клеток. Врачи обнаружили, что вторая хромосома (она же — вторая по величине упаковка ДНК в клетках человека) присутствовала в трех копиях вместо нормальных двух. В тесте использовались клетки из плаценты, но предполагалось, что аномалии были и у ребенка. Голос в телефоне сказал, что я должна вернуться в больницу и обсудить, что делать дальше.

Тогда я не подозревала, что моя жизнь и работа вскоре сольются воедино. Пережитый опыт оказал на меня личное и профессиональное воздействие. Он изменил направление моих исследований, повлияв на эксперименты, которые я проводила в следующие годы. Даже сейчас, когда я пишу эти строки, моя команда занимается исследованием, отчасти обусловленным потрясением того дня.

До рокового звонка я успела изучить так много эмбрионов, что знала их вдоль и поперек. Будучи ученым, я провела десятки лет в попытках понять природу жизни, как она начинается и откуда берутся ошибки.

Я увлекалась странствиями отдельных клеток внутри эмбриона, начиная с момента его зарождения, и старалась понять их поведение — от индивидуальной активности до кооперации с другими клетками. Но особенно мне хотелось знать, как решается судьба клеток. Я пыталась установить, на чем все это основано, начиная с тончайших молекулярных различий (их можно назвать уклоном), которые подталкивали клетки закрепить или изменить направление развития.

Еще в детстве я была очарована работой мозга, его способностью принимать решения, пластичностью и умением учиться. Поэтому сначала я планировала заниматься медициной или психологией. Сегодня же я смотрю на пластичность и процесс принятия решений с точки зрения биолога, изучающего стволовые клетки и онтогенез. Как клетки принимают решения на пути от эмбриона до взрослого человека? У клеток нет мозга, однако они делают выбор, часто сложный и также часто не окончательный, который можно повернуть вспять.

Несмотря на то что многие аспекты эмбриологии были мне хорошо знакомы, я почувствовала себя как любая будущая мать, когда осознала потенциальные последствия сказанного мне по телефону, — это была тяжелая новость. Вне всяких сомнений. Однако... я чувствовала надежду, поскольку знала, что эмбрионы обладают удивительной пластичностью, позволяющей им в процессе развития реагировать на обстоятельства подобно тому, как мы способны реагировать и приспосабливаться к условиям окружающей среды. Я изучала эту пластичность как профессионал, и внезапно она стала моей личной проблемой.

Мой тест

Тот день был обычным; лаборатория, работа над множеством проектов одновременно. В последующие дни результаты теста не выходили у меня из головы — мне хотелось выяснить их настоящий смысл.

Должна подчеркнуть, врачи на консультациях всегда объясняют, что результаты подобных тестов нельзя интерпретировать со всей уверенностью. Как онтогенетик, годами исследующий эмбрионы, я всегда могла проанализировать различные причины аномалий. Сознательно или нет, но мои попытки наметить детали развития моего нерожденного ребенка, чтобы лучше понять результаты теста, помогали мне сохранять душевное равновесие.

В самом начале развития, когда эмбрион представляет собой лишь горстку быстро делящихся клеток, он невероятно устойчив. Можно, например, изъять одну клетку, и зачастую оставшиеся клетки продолжают расти и развиваться в полноценного взрослого. Впервые приехав в Кембридж для проведения постдокторского исследования[2], я уже обладала опытом подобных экспериментов на мышиных эмбрионах. Мне хотелось узнать пределы и механизмы их пластичности. Предполагается, что это верно и для человеческих эмбрионов, поскольку на такой ранней стадии эмбрионы всех млекопитающих развиваются схожим образом.

Эту жизнь ребенок и плацента начинают как одно целое; самые ранние клетки могут превратиться как в плод, так и в ткани, поддерживающие его развитие. Когда эмбрион представляет собой шарик из клеток, лишь крошечная группа клеток внутри этого шарика продолжает развиваться в собственно эмбрион, а затем — в ребенка. Наружные клетки тем временем продолжают зарываться в стенку матки, чтобы стать плацентой.

Скрининговый тест проводился на плацентарных клетках, соединявших меня с моим нерожденным малышом, поэтому возможно, что аномалия развилась лишь в клетках плаценты и после того, как они отделились от тех клеток раннего эмбриона, которым суждено было стать ребенком. Это был бы наилучший исход, ведь в этом случае у моего ребенка был высокий шанс родиться нормальным. Разумеется, в тот момент я не могла знать наверняка.

Однако аномалия могла появиться до разделения клеток на будущие клетки плаценты и клетки ребенка, и в этом случае мой малыш был в опасности. Я считала второй вариант вполне вероятным: по результатам теста так много плацентарных клеток имели аналогичную аномалию, что казалось, будто ошибка произошла на очень ранних стадиях развития. Ничего хорошего.

И все же... я продолжала думать, что ситуация не безнадежна. Аномалия, скорее всего, произошла в развивающемся эмбрионе, а не в неоплодотворенной яйцеклетке. Мой вывод основывался на том, что многие клетки имели нормальное число хромосом. Аномалии, возникающие в процессе формирования самой яйцеклетки, приводят к аномальному количеству хромосом во всех клетках эмбриона. Это была бы катастрофа, означающая раннюю потерю беременности или аборт.

Но следовало учитывать и другой фактор. Из экспериментов моих коллег и моих собственных я знала, что мышиные (и, вероятно, человеческие) эмбрионы способны корректировать повреждения. Мы делаем себя в прямом смысле слова. Мы сами направляем свое развитие. Поэтому, размышляя о судьбе моего эмбриона, я надеялась, что, даже если аномалия и укоренилась на ранних этапах его развития, он сможет оттеснить или уничтожить генетически аномальные клетки. Это было бы экстраординарно, но ведь развитие эмбриона экстраординарно по сути. В тот день моя исследовательская деятельность приняла новый оборот. Я решила проверить эту идею в моей лаборатории.

В основе дальнейшего повествования лежит история о жизни эмбрионов, история о моей собственной жизни и работе, им посвященной, оформленная моими мыслями, вопросами и решениями. Это история про мою заботу о судьбе моего ребенка и судьбах огромного количества человеческих эмбрионов, кажущихся «неидеальными», а также о том, как тяжелое положение родителей, столкнувшихся с похожей дилеммой, побудило меня исследовать конкретную загадку развития, хотя всегда есть другие вопросы, требующие ответа.

Это история моих решений и поиска глубинного понимания событий, с которых начинается жизнь, влияющая на эти решения. Это история скитаний в поисках моей собственной научной позиции, мой путь к пониманию того, как начинается и развивается жизнь. А еще это история о том, как справиться с сильными эмоциями, не только собственными, но и чувствами самых близких людей.

В процессе работы меня окружали многие талантливые люди, и я ценю их научный интеллект. Но собирая в Кембридже собственную команду эмбриологов и биологов, изучающих стволовые клетки, я в равной степени стремилась создать среду, где есть сильная связь на основе дружбы и общих ценностей, страсть и самоотверженность в решении проблем, а также умение наслаждаться простыми вещами повседневной жизни.

Некоторые полученные нами результаты опровергали господствующую догму о том, что у млекопитающих в процессе эмбрионального развития нарушение симметрии начинается относительно поздно. Должно быть, я была чересчур храброй или безрассудной, если в то время выдвигала такие немодные концепции. Но, как любой человек, я не свободна от сомнений. На профессиональном и жизненном пути у меня было больше ошибок, чем побед. Они ставили меня в трудное положение, но вместе с тем прокладывали путь к неожиданным открытиям.

Карьера и репутация строятся на новых идеях. Однако противостоять существующему мышлению не всегда приятно, и женщинам особенно тяжело бросить кому-то вызов. Я убеждена, что научный прогресс зависит от творчества, умения открыто и бесстрашно сомневаться в укоренившихся взглядах, включая собственные предрассудки, если находятся доказательства их ошибочности, и в то же время быть скромным и вдумчивым. И прогресс будет процветать, если еще больше женщин примут в нем участие.

Моя история доказывает, что нельзя отказываться от своих мечтаний и открытий, какими бы непопулярными они ни казались; нужно крепко держаться за надежду и наслаждаться процессом поиска решений. Однако если говорить о полной истории человеческой жизни, то, несмотря на усилия моей команды и сотен биологов во всем мире, в ней по-прежнему существует множество неразгаданных тайн.

Но с помощью новых технологий, умных экспериментов, талантливых соратников и коллег (женщин и мужчин), а также моих замечательных студентов, которые привносят в науку веселье при самом серьезном к ней отношении, мы можем обрисовать танец жизни хотя бы в общих чертах. То, что вот-вот мне откроется, неожиданно и причудливо. А также поистине грандиозно.

Глава 2

Случай и судьба

Нам всем хорошо известно, как случайное событие, встреча или неудача могут изменить жизнь, создать ее или оборвать. Танец жизни — не исключение.

Жизнь была бы гораздо проще, если бы нашу судьбу решали боги. Когда я отвечала на превратности жизни и выбирала свой путь, значительную роль в моей судьбе играл случай. Но не только он. К счастью, я обнаружила, что это творческое напряжение между случаем и судьбой, между порядком и хаосом присутствует не только вокруг, но и внутри нас.

Меня всегда завораживал феномен пластичности, сначала в мозге, потом в клетках, включая то, как выбирается и окончательно решается их судьба. Это очень интересный вопрос, ведь ранний эмбрион выглядит под микроскопом как шар из клеток, внешне идентичных друг другу. Обычно мы отслеживали путь клеток, окрашивая их флуоресцентными белками, чтобы понять, до какой степени случайность и история клетки, — то место, откуда она происходит, — влияют на ее жизнь.

Получившиеся узоры напоминали великие произведения искусства. Не просто красивые, а рассказывающие сложную и утонченную историю. Хотя эти цветные картинки редко совпадали у разных эмбрионов, кое-что в них было общим: судьба клеток почти никогда не была чисто случайной. Их подталкивал на конкретный путь своего рода уклон (англ. bias). Но откуда он взялся?

Я хочу подчеркнуть, что существует важное различие между уклоном и детерминизмом. Уклон делает клетки склонными выбирать один специфический путь развития, а не какой-то другой. Но перенос клетки в другое место в пределах эмбриона может отменить этот уклон. Иными словами, клетка предпочитает конкретный путь развития, но он для нее не предопределен, и поэтому клетка может «передумать» в ответ на другие сигналы. Это значит, что клетка обладает пластичностью, позволяющей ей реагировать в зависимости от обстоятельств, а не идти строго определенным путем.

Эти уклоны проясняют, каким образом двадцать (или около того) тысяч генов, ни один из которых не содержит чертеж человеческого организма, тем не менее кооперируют друг с другом и организованно строят его за определенный период времени. И они объясняют, почему, несмотря на случайность встречи сперматозоида и яйцеклетки, а также то, что развитие разных эмбрионов отличается в деталях, общая картина неизменна: над танцем жизни властвуют и случай, и уклон.

Неизбежность и стечение обстоятельств

Был ли мой путь ученого неизбежен? Моим первым домом было не нормальное жилье или квартира, а лаборатория в Институте экспериментальной биологии имени М. Ненцкого в Варшаве, где мой отец, молодой доктор медицинских наук, организовал свою исследовательскую группу. Мама тоже изучала медицину, пойдя по стопам своего отца, знаменитого врача, но позже выбрала специальность дантиста. (Ее отец считал, что женщине эта профессия больше подходит, зато ее брату позволялось стать доктором.) Мы жили в институте, потому что у нас не было денег на покупку квартиры. Моей семье пришлось начинать с нуля после Второй мировой войны.

В начале войны, когда моему отцу было семь лет, всю его семью выставили из дома в Трускавце, заставив бросить имущество и триста миль пройти пешком до лагеря, расположенного под Варшавой. Домой они больше не вернулись.

Мой отец был необычным человеком: открыто мыслящим и в то же время принципиальным, а еще мудрым, теплым и жизнерадостным. Он вдохновлял и наполнял каждый день предвкушением того, что вот-вот должно произойти экстраординарное открытие. Его все любили и поэтому, пока мы жили в институте, меня воспитывали его друзья, которые тоже были учеными. Даже когда мы наконец-то переехали из института в квартиру, поток посетителей-ученых не иссякал, так как мой отец любил раздавать неожиданные приглашения и устраивать ужины. Чтобы накормить гостей, мама и бабушка поручали мне лепить вареники из муки и брынзы — это были продукты, которые гарантированно можно было купить в ближайшем магазине.

В ту пору такая жизнь казалась мне совершенно нормальной: меня окружали ученые, и все жили в лаборатории. Я думаю, будет справедливым сказать, что хотя моя внешняя повседневная жизнь в социалистической Польше была неяркой, внутри меня она была веселой и полной удивительных открытий. Я была одной из тех маленьких девочек, которые могли ни с того ни с сего сделать стойку на руках. Жизнь — штука непредсказуемая.

И хотя я никогда не стремилась стать ученым, я провела детство среди людей в белых халатах, друзей отца и матери, коллег, студентов и гостей со всего света. Я чувствовала, что ученые — это суперпотрясающие люди с детской душой. Возможно, это и повлияло на мой будущий выбор.

Оглядываясь назад, я понимаю, что бабушка и отец носили эмоциональные шрамы войны, хотя никогда не обсуждали это и не выставляли напоказ. Они были сосредоточены на том прекрасном, что было в их жизни. Они ясно дали мне понять, что жизнь может и вдохновлять, и сталкивать с проблемами против нашей воли. Они научили меня, что материальные вещи не имеют большого значения, поскольку могут быть потеряны в считаные секунды, зато верность самому себе и умение отстаивать правду — вот что действительно важно. И зачастую не так просто.

Ребенком я обнаружила, что мне легче выражать себя через рисование, а не письмо. У меня не получалось писать непринужденно, и я, бывало, пропускала буквы, словно они терялись где-то между моим разумом и листком бумаги. Самым неприятным было то, что во время письма или разговора я иногда путала слова, внося полную неразбериху. Те, кто не знал о моей дислексии, думали, что я развлекаюсь. Но это было не так.

Во времена моего детства в Польше, как и в других странах социалистического лагеря, медицинское обслуживание было бесплатным,.но лучшее медицинское оборудование было зарезервировано для высокопоставленных членов Коммунистической партии. Создавалось впечатление, что жизнь хороша, только если ты состоишь в партии. Однако мои родители не хотели принадлежать к партийной элите. Когда наши врачи сообразили, что я дислексик, мне исполнилось семнадцать. К тому моменту учителя обнаружили, что, хотя письмо и чтение давались мне с трудом, я обладала выдающимися математическими способностями, а также могла передать свои мысли и чувства с помощью любого вида изобразительного искусства.

Что касается науки, мой муж считает, что дислексия наградила меня нестандартным мышлением. Не знаю точно, но полагаю, что дислексия приводит к неуверенности в себе, а это бывает полезным, хотя не всегда. Мама до сих пор помнит, как в детстве я сильно удивлялась, если у меня получалось что-нибудь сделать.

И даже сейчас, когда что-то идет не так, я реагирую созданием нового или повторным изобретением старого. Одну картину я перерисовывала в ответ на драматические события (и счастливые, и тревожные) так часто, что, если сложить в ряд все ее инкарнации, получится кинолента моей жизни.

Когда я была подростком, искусство для меня было больше, чем просто изображение. Это была свобода мира всемогущей сложности и потенциала цвета, света и формы.

В те годы мы носили школьную форму и вообще одевались практически одинаково, что казалось мне неестественным, и я никак не могла с этим смириться. Бабушка, мама моего отца, была необыкновенно изобретательной и могла «из ничего» наколдовать изумительное блюдо или платье. В какой-то определенный момент она полностью переключилась на заботу обо мне, пока родители были на работе, и я начала сама придумывать и шить себе наряды, делать украшения из бисера, кожи и разноцветных ниток. Цвета заряжали меня энергией. Сегодня Варшава вибрирует от энергии, но тогда это был одноцветный город из бетонных многоквартирных домов.

Товары широкого потребления были в дефиците, и людям приходилось проводить часть дня в очередях. Мои родители весь день были на работе, поэтому в очередях стояла я, чаще всего с подружкой, чтобы время не тянулось так медленно. Мне говорили, что можно зарабатывать деньги, стоя в очередях для других (по-польски такой человек назывался stacz).

Еще до возникновения «Солидарности», первого независимого профсоюза среди стран советского блока, каждый обязан был ходить на парад, посвященный Польской объединенной рабочей партии. В школах на уроках рисования дети мастерили красные цветы, прикалывали их к палочкам и шли с ними на парад. Но я не помню, чтобы моя семья участвовала в парадах. Хотя моя декорированная палочка мне нравилась, она никогда не покидала пределов дома. А я смотрела на проходящие парады из окна.

Тринадцатого декабря 1981 года мой мир стал еще более серым. За окном я увидела солдат, повсюду висели плакаты, провозглашающие, что теперь Польша находится на военном положении для подавления политической оппозиции. По улицам Варшавы катились танки. Границы были на замке, аэропорты закрыты, проезд по дорогам ограничен. Мне только что исполнилось восемнадцать, и я готовилась поступать в университет.

Ощущения были настолько сильными, что я помню все происходившее в тот день. Тем утром десятки тысяч сторонников «Солидарности» были арестованы. Из-за комендантского часа мы больше не могли гулять по вечерам. Продемократическая «Солидарность» была запрещена (но продолжила процветать в подполье). Жесткое военное положение лишь разжигало протесты и забастовки. Через полтора года его отменили.

Пластичность

Подобно клеткам развивающегося эмбриона, моя жизнь при других обстоятельствах могла бы пойти по совершенно иному пути. Например, один из уникальных подходов отца к моему воспитанию состоял в том, что он записал меня в семилетием возрасте в профессиональный теннисный клуб «Легия», принимавший открытые чемпионаты Варшавы. И пока мои друзья развлекались после уроков на детской площадке, я ехала целый час на автобусе (первое время под присмотром бабушки) на другой конец города, чтобы попасть в клуб на тренировку или соревнование, порой в ущерб школьным занятиям. Так я ездила каждый день в течение девяти лет. В итоге я влюбилась в теннис, который стал частью меня самой, но в пятнадцать лет я повредила спину и вынуждена была целый год проходить курс физиотерапии. К разочарованию моего тренера и моего отца, в семнадцать лет я ушла из тенниса.

Возможно, мое умение концентрироваться, хотя и далекое от совершенства, сформировалось на теннисных тренировках. Они научили меня тому, что принимать один мяч за раз важнее, чем думать о победе, и я вкладывала всю энергию в настоящий момент. Мой партнер по теннисному корту, Ева Гаевская, теперь Леванович, остается одной из моих лучших подруг. Невероятно, но мы подружились, соревнуясь друг против друга на чемпионате Варшавы. Наш матч состоял из бесконечных тайбрейков, и мы даже не помним, кто из нас тогда выиграл.

Судьба определяет разум так же, как и тело. В середине 1980-х, во время короткого отдыха поздним летом на побережье Балтийского моря, я пошла на концерт. После него я познакомилась с Вальдеком Мищором, барабанщиком популярной в те годы альтернативной рок-группы Mr. Zoob, для которой он писал неглупые песни с политическим подтекстом. Это была любовь с первого взгляда. Несмотря на то что мы учились в разных городах Польши (Вальдек изучал культуру в Познаньском университете, а я — биологию в Варшавском), он стал моим женихом. Это было необыкновенное и волшебное время, но через три года я разорвала помолвку. После этого мое будущее повернуло на новую, но вовсе не прямую тропу.

Вырастившая меня бабушка умерла. Это была катастрофа. Я потеряла всю свою энергию, прекратила учебу и поставила на паузу свою жизнь. Именно в этот уязвимый период Кшис Гетц, с которым я познакомилась в семнадцать, вернулся после трехлетнего пребывания в Гане. Он стал моим мужем.

Происшествия и обстоятельства меняют ход жизни подобно тому, как случайные воздействия формируют ход развития эмбриона, например жужжание молекулярного содержимого эмбриональных клеток.

Образование — один из ключевых факторов, однако не школа, а беседы с моим отцом и его друзьями, детство в научной лаборатории вызвали во мне непреходящую страсть к биологии, и в частности — очарование мозгом и его пластичностью.

Благодаря пластичности мозга мы обладаем удивительной способностью осваивать новые навыки, справляться с трудностями и адаптироваться к новой среде. Но поступив в Варшавский университет в 1980-х, я увлеклась другим видом пластичности, имеющим место в процессе развития эмбриона. Я точно помню, откуда взялся этот интерес, — его пробудил один профессор. Анджей Тарковский своей лекцией влюбил меня в биологию развития. Сегодня его считают одним из основателей классической экспериментальной эмбриологии млекопитающих, которая позже изменилась с развитием молекулярной биологии и нашей способности читать и редактировать геном.

Несмотря на трудности проведения исследований в Польше 1960-х, когда научные материалы и современное оборудование были в дефиците, Тарковский добился многих важных результатов. Он первым создал химеру, смешав клетки двух разных эмбрионов так, чтобы те развивались как единый организм, о чем я буду говорить позже. Еще он обладал чувством юмора, как и я, обожал творить — в его случае это были фотографии природы.

Я до сих пор помню тот момент, когда поняла, что хочу разобраться в механизме развития эмбриона. На одной из лекций Тарковский описал свой новаторский эксперимент, проделанный несколько десятков лет назад, где он изящно продемонстрировал пластичность мышиного эмбриона.

На самой ранней стадии, когда мышь состоит всего из двух клеток, Тарковский разрушил одну клетку и обнаружил, что оставшаяся сумела вырасти в полноценную мышь. Оставшаяся клетка обладала тем же потенциалом превращения в живое существо, что и при участии своей «сестры», то есть была тотипотентной — так ученые называют эту способность. В 1959 году Тарковский опубликовал статью о своем эксперименте в Nature [1], одном из престижнейших научных журналов мира.

Тогда я не знала, что этот эксперимент настигнет меня в последующие годы, когда моя команда будет собирать опровергающие доказательства, но не самого эксперимента Тарковского, а того, как он интерпретировался со времен шестидесятых. Но все это только в будущем.

Встреча с Тарковским изменила мою судьбу точно так же, как он сам менял судьбу клеток. Он перенаправил мой интерес от физиологии мозга и психологии в сторону завораживающей эмбриологии. Я подала заявление на получение степени магистра, необходимой для завершения исследований в его лаборатории в Варшавском университете. Тарковский меня принял, и я очутилась в его лаборатории на верхнем этаже одного из исторических зданий университета. Отделение эмбриологии располагалось на биологическом факультете в Краковском предместье — одной из красивейших улиц Варшавы, почти не пострадавшей во время войны.

В лаборатории Тарковского трудились много выдающихся ученых, исследования были захватывающими, с акцентом на раннее эмбриологическое развитие мышей и клонирование, а мы с коллегами сделались лучшими друзьями. Это не удивительно, ведь мы провели вместе столько долгих дней, постигая основы, быть может, сложнейшего урока, суть которого в том, что большинство экспериментов не срабатывают с первого раза. Чем амбициознее эксперимент, тем вероятнее провал. Чтобы преуспеть в науке, нужны страстная увлеченность и готовность преодолевать бесчисленные трудности. Детали не менее важны, чем общая картина.

К тому же для занятий наукой требовалась изобретательность. Когда нам понадобилось вырастить мышиные эмбрионы в лаборатории, воздух которой содержал следовые количества углекислого газа (менее 5%), у нас не было инкубаторов с газовыми баллонами, как на Западе. И мы заменили их собственным дыханием. Выдыхаемый воздух содержит меньше кислорода и больше углекислого газа, чем вдыхаемый, поэтому мы выдыхали прямо в закрытые боксы с эмбрионами. Просто, но эффективно.

Книги в лаборатории мы не только читали, но и подпирали ими локоть при выполнении деликатных микрохирургических манипуляций с мышиными яйцеклетками.

Постоянная необходимость выкручиваться может испортить настроение. Но я думаю, она придавала нам уверенность в том, что с достаточной долей сноровки и находчивости мы сможем справиться с самыми сложными экспериментами. Даже сегодня порой приходится включать воображение, чтобы использовать творческий подход для решения проблем.

Я так сильно восхищалась эмбриологией и уважала Тарковского, что ни секунды не мешкала, когда он попросил меня взяться за сложный проект — создание межвидовых гибридных эмбрионов мыши и рыжей полевки. Один из способов состоял в том, чтобы изолировать яйцеклетки и сперматозоиды каждого вида, а затем как-то ухитриться провести противоестественное межвидовое оплодотворение. Другой способ — имплантировать ядро (где находится ДНК) клетки рыжей полевки внутрь яйцеклетки мыши путем слияния клеток из эмбрионов мыши и полевки. Есть много способов сделать гибриды, и я перепробовала их все.

Рыжих полевок приходилось ловить возле польско-советской границы в Беловежской пуще — одном из крупнейших остатков необъятного первобытного леса, простиравшегося когда-то по Европейской равнине. В нашу лабораторию в Варшаве их доставляли поездом каждые две недели. Они были рыжевато-коричневыми с грязно-белым брюшком. А еще они были дикими и сильно кусались. Я выяснила это, делая им гормональные инъекции для стимуляции производства эмбрионов. К счастью, Еве Борсук, моей коллеге и лучшей подруге, пришла в голову гениальная мысль использовать толстую перчатку, чтобы полевки впивались в нее, а не в меня, пока я вынимала их и делала уколы. Это напоминало рыбалку и срабатывало! В большинстве случаев.

Развитие моих мышино-полевочных эмбрионов не заходило дальше стадии четырех-восьми клеток. Похоже, существовал некий фундаментальный блок, препятствовавший созданию межвидового гибрида. В то время мы считали, что все дело в отсутствии нормального «диалога» между клеточным ядром с геномом одного вида и окружающим молекулярным механизмом включения и выключения генов, расположенным в цитоплазме клетки другого биологического вида.

Только после нескольких месяцев ловли полевок на перчатку я осмелилась попросить Тарковского заменить их крысами. Крысы были гораздо доступнее. Получив одобрение, я погрузилась в изучение аспектов крысиной эмбриологии, в то время относительно мало известных, чтобы однажды создать мышино-крысиные эмбрионы. А затем наступил момент, оказавшийся судьбоносным.

Однажды перед рождественскими каникулами Тарковский позвал меня в свой кабинет, что само по себе было редким событием, и сообщил неожиданную новость. Фонд Сороса (созданный американцем венгерского происхождения с одноименной фамилией) впервые решил наградить нескольких польских студентов и аспирантов из разных исследовательских областей годовой стипендией для обучения в Оксфорде. Тарковский знал, что для меня это была великолепная возможность провести свои исследования, ведь прямо перед тем, как я начала с ним работать, он сам некоторое время проводил исследования в Оксфорде, где познакомился с Крисом Грэхемом и Ричардом Гарднером — двумя выдающимися учеными и важными персонажами моей истории.

Тарковский предложил мне подать заявку, но подчеркнул, что в случае успеха я должна после Оксфорда вернуться обратно в его лабораторию. Я вписала свою научную идею в план экспериментального исследования и подала заявку на стипендию. Через несколько месяцев я оказалась в числе отобранных для собеседования с группой оксфордских ученых. И, к моей радости, я получила стипендию Сороса.

Тогда я уже была замужем за Кшисом Гетцем, инженером, с которым познакомилась в семнадцать лет во время катания на лыжах. Кшис преуспел в этом виде спорта. Быстрый, яркий, с великолепным чувством юмора, он был из тех, кто может зажечь любую вечеринку, едва переступив порог, а также моей первой настоящей любовью. Несмотря на нежелание расставаться, мы оба знали, что возможность обучения в Оксфорде нельзя упускать.

Насколько я помню, нас было девять удостоившихся чести учиться в Оксфорде. Мы были весьма колоритной группой, и хотя нас разбросали по разным колледжам, мы регулярно встречались в конце дня, преимущественно на вечеринках. Нашим наставником был знаменитый польский философ и писатель Лешек Колаковский — один из главных вдохновителей «Солидарности», которому пришлось покинуть Польшу по политическим причинам. С тех пор большую часть карьеры он провел в Колледже всех душ. Мои же воспоминания об Оксфорде тесно связаны с колледжем Эксетера. Этот колледж был создан еще в Средневековье, и мне казалось, что я попала на страницы учебника истории.

После окончания стипендии Колаковский подарил мне талисман в виде стеклянной птицы (я до сих пор ее храню) и поддерживал со мной связь, присылая ободряющие письма. Хотя Колаковский был вдохновляющим человеком, с которым я вела философские беседы большую часть времени, моим главным интересом оставалась экспериментальная эмбриология.

Оксфордские клоны

На новом месте я начала работать с Крисом Грэхемом, еще одним основателем экспериментальной эмбриологии млекопитающих. Крис был первым учеником Джона Гёрдона, который сам по себе стал центральной фигурой в моей жизни. Тогда я не имела никакого представления о научном наследии Криса и, честно говоря, о достижениях Джона Гёрдона тоже. Но вскоре я узнала, что Джон проводил новаторские эксперименты по клонированию лягушек и затронул главный вопрос, зревший в умах клеточных биологов десятки лет: являются ли клетки взрослого организма генетически идентичными оплодотворенному яйцу, из которого произошли?

В 1960-х Крис Грэхем вдохновился успешным клонированием лягушек Гёрдона и попробовал провести свой эксперимент, основанный на оксфордском исследовании Генри Харриса, который с помощью вируса соединил клетки мыши и человека и получил гетерокарион, содержащий генетический материал обоих видов. Вирус позволял ввести клеточное ядро (часть клетки, где находятся генетические инструкции) в яйцеклетку, не повреждая ее иглой. В 1969 году Крис взбудоражил общественность своей, как он выразился, возмутительной статьей, пророчившей неизбежность успешного ядерного переноса у млекопитающих, то есть клонирования. Когда я в 1990 году приехала в Оксфорд, Крис Грэхем был занят не клонированием, а геномным импринтингом, при котором гены одного из родителей избирательно отключаются и остаются неиспользованными.

Оксфорд отличался от Варшавы во всех отношениях. Там я могла работать в хорошо оборудованной лаборатории, что было замечательно, но я была далеко от семьи, мужа и друзей, а это меня не радовало. Тем не менее все было настолько захватывающим, что у меня возникло внетелесное ощущение, словно я смотрела фильм со своим участием.

Мне повезло, что Крис был добрым и терпеливым. В то время я плохо говорила по-английски и со мной было трудно общаться, а склонность Криса превращать почти каждое предложение в шутку вовсе не облегчала процесс. Часто мне оставалось только догадываться, о чем он хотел сказать, и вежливо смеяться в ответ. Да уж...

Для моих экспериментов Крис выделил помещение рядом с местом, где содержались лабораторные животные, поэтому обычно я целый день проводила одна, так как молекулярные биологи были двумя этажами выше. Несмотря на то что я провела там лишь год, опыт работы в лаборатории Криса оказал на меня глубокое влияние не только с точки зрения науки и встречи с чудесными людьми, но и возможности почувствовать иную жизнь.

Я не вылезала из лаборатории, пытаясь понять механизм активации генома — одно из первых критически важных событий в жизни, когда инструкции, содержащиеся в ДНК самой оплодотворенной яйцеклетки, начинают использоваться вместо инструкций, унаследованных от яйцеклетки и сперматозоида в форме генетического материала рибонуклеиновой кислоты (РНК) и белков. Я хотела выяснить, каким образом активируется ДНК крысиного эмбриона, чтобы направлять его последующее развитие.

Этот вопрос я могла изучить только в Оксфорде, поскольку в Польше в те годы не было соответствующих технологий. По нашему мнению, причина невозможности создания крысино-мышиного эмбриона заключалась в том, что в процессе развития геномы двух этих видов активировались в разное время, и именно в Оксфорде я могла проверить эту идею непосредственно. Мы знали, что геном эмбриона мыши впервые активируется тогда, когда эмбрион состоит из единственной клетки, а при его расщеплении на две клетки наступает основная волна активации генов. Я хотела узнать, когда именно происходит это критическое событие в эмбрионе крысы.

И я выяснила, что геном крысы активируется чуть позже, ближе к завершению двухклеточной стадии [2]. Вероятно, в этом и была одна из причин недостаточной активации крысиных генов в яйцеклетке мыши. Но мне не выпало шанса проверить, являлся ли этот факт главной помехой созданию крысино-мышиных гибридов. Моя стипендия и время в Оксфорде подошли к концу, и я вернулась в лабораторию Тарковского.

Пока я училась в Оксфорде, мой муж построил для нас дом недалеко от Варшавы, в деревне Михаловице, где жила его семья, а многие местные дома были созданы его дедушкой-архитектором. Это был мой первый собственный дом, в котором было даже место для студии, так что я могла бы больше заниматься рисованием и, вероятно, забросить науку. В каком-то смысле это было блаженство. Я любила наш дом, меня так и подмывало укрыться от всего мира в этом семейном раю.

Примерно в этот период несчастный случай парадоксальным образом изменил мою жизнь к лучшему. В 1993 году я поскользнулась на первом зимнем снегу и сломала правую руку. Старомодная гипсовая повязка мешала мне водить машину, поэтому я не могла ездить в лабораторию. Внезапно я получила массу времени для исследования других своих интересов. Без правой руки рисовать не получалось, зато я могла писать. Я начала сочинять стихи (они были ужасные, и с радостью сообщаю, что я их уничтожила). Потом я поняла, что могу использовать это время для описания моих экспериментов в рамках докторской диссертации, и Тарковский одобрил мою идею. На следующий год я получила докторскую степень.

Моя новая квалификация, по сути, ничего не изменила. В лаборатории Тарковского я занимала штатную должность, поэтому продолжила проводить исследования и преподавать. Мой муж решил превратить серые и разваливающиеся мостовые в разноцветные тротуары и основал для этого фирму Байта. Забавно, но эта идея пришла ему в голову во время нашего медового месяца в Вене. Со временем он увлекся этой работой так же, как я — исследованиями.

Кшис мирился с моей научной жизнью. Хотя его не особо радовал тот факт, что я проводила в лаборатории столько времени. А мне не нравились мои заграничные командировки. Он никогда не пытался меня остановить, но нам обоим было ясно, что во время семейных встреч лучше не говорить о науке. Меж тем Тарковский выразил надежду, что опыт работы за границей удовлетворил мое любопытство. И мне, разумеется, льстило его желание оставить меня в своей лаборатории. Друзья тоже хотели, чтобы я никуда не уезжала. Но у жизни были на меня другие планы. Шаг за шагом она уводила меня из Польши.

Хотя Тарковский любил держать своих воспитанников при себе, один из них, Яцек Кубяк, все-таки ускользнул. Он подал заявление на должность аспиранта в лаборатории Бернарда Маро, находившейся в институте Жака Моно в Париже. Обосновавшись там, Яцек обнаружил, что Маро не терпелось выяснить, можно ли перенести на крыс те исследования, которые его команда проводила на мышиных эмбрионах. К тому времени я сделалась экспертом по крысиным эмбрионам, что было редкостью, и Яцек убедил Маро принять меня. Следующие три года Французский национальный центр научных исследований финансировал мои визиты в Париж, совершаемые каждое лето, когда я была свободна от преподавания в Варшавском университете.

Удивительно, но мы умудрялись публиковать исследования каждое лето. Великих открытий не было, но понемногу выстраивался относительно неизведанный мир крысиной эмбриологии. Там я впервые попробовала конфокальный микроскоп; его потрясающие красочные трехмерные изображения наполнили мои исследования силой визуализации и подарили просветление, которое приходит с научным искусством.

Мне нравилась жизнь в Париже; запомнились прогулки, городская архитектура, художественные галереи, chaussons aux pommes[3] и кино — кажется, я пересмотрела всего Джона Кассаветиса, но не только. Мне повезло, что за меня взялась кузина мужа Агнешка Вегларска (ныне де Рулак), по случайному совпадению проживавшая в Париже. Очень красивая и щедрая, с отличным чувством юмора, она приступила к организации нашей светской жизни (теннисные матчи в Люксембургском саду, кафе и винтажные магазины в Ле Маре), а я развлекала ее вечерним посещением вивария, когда подготавливала крыс к экспериментам следующего дня. Всякий раз, думая о Париже, я вспоминаю не только свою работу, но и наши с Агнешкой приключения.

В Париже у меня была возможность продолжить свои постдокторские исследования, однако я уже не была такой пластичной, как раньше, когда пребывала в восторге от академического духа и традиций Оксфорда. В итоге моим следующим пунктом назначения стал Кембридж. Разумеется, чисто случайно. Во время двухдневного визита в Кембридж я повстречалась с одним из своих самых сильных вдохновителей — ученым Мартином Эвансом, который в 1981 году выделил эмбриональные стволовые клетки, способные превращаться в любые клетки организма. В 2007 году за эту работу (к которой мы вернемся в главе 10, когда будем обсуждать регенеративную медицину) он удостоился Нобелевской премии.

Хотя к тому моменту я уже интересовалась стволовыми клетками, всерьез меня увлек ими Билл Колледж из исследовательской группы Мартина, изучавший ген c-mos и его роль в созревании яйцеклетки. Если бы Мартин не пригласил меня в свою команду и я бы не получила двухгодовую стипендию от Европейской организации молекулярной биологии, я до сих пор была бы в Варшаве.

Нелегко было покидать дом на два года, я испытывала смешанные эмоции. Но в конце 1995 года я прибыла в Кембридж и погрузилась в науку и академический образ жизни, который никогда раньше не считала своим. Наука возобладала над всем, оставив в моей жизни не так много места для чего-то другого.

Благодаря удаче я работала в Кембридже сразу с двумя людьми, исключительными как с профессиональной, так и с человеческой точки зрения. Один из них, разумеется, Мартин. Другой — сам Джон Гёрдон, еще сильнее повлиявший на мою жизнь и научную деятельность. Кажется, наше общение вдохновляло не только меня, ведь через несколько лет Джон получил Нобелевскую премию за важнейшее открытие того, что зрелую клетку, например кожи, можно снова сделать эмбриональной.

Первые годы работы в Кембридже с Мартином были не только насыщенными, но и (не могу выразиться иначе) сбивающими с толку. Данные моих исследований впервые подсказывали, что именно подталкивает клетки эмбриона на конкретный путь развития. Эти результаты (противоречащие привычным представлениям, на которые повлиял мой наставник Тарковский) показывали, что судьба клеток определяется гораздо раньше, чем считалось. В это неожиданное открытие никто не верил. И поначалу я тоже.

У людей все иначе?

Хорошо известно, что более «примитивные» лабораторные животные (лягушки, дрозофилы, круглые черви) начинают свою жизнь по плану: говоря простыми словами, яйцеклетки этих существ определяют судьбу отдельных клеток организма. Все потому, что яйцеклетка полярна (имеет разные «концы») и при расщеплении надвое каждая клетка наследует разный конец материнской клетки, а значит, и разную информацию — «адрес», определяющий судьбу. У таких организмов потеря одной клетки приводит к потере структуры, вырастающей из этой клетки. Подобное развитие называют мозаичным. Но если потомки оставшейся клетки по-прежнему могут дать начало тем структурам, за которые отвечала потерянная клетка, эмбрион называют регуляционным.

Есть множество примеров полярных яйцеклеток. Яйца дрозофил имеют градиент белков, обусловленный генами Bicoid и Hunchback и помогающий создать шаблон будущих головы и груди эмбриона дрозофилы, в то время как задняя часть насекомого формируется генами Nanos и Caudal. Как ясно из названия, ген Hunchback (горбатая спина) важен для развития туловища (груди) дрозофилы. Изящные исследования Христианы (Янни) Нюслайн-Фольхард и Эрика Вишауса продемонстрировали то, как гены закладывают ось и части тела дрозофилы. В 1995 году они получили за эту работу Нобелевскую премию, разделив ее с Эдом Льюисом из Калифорнийского технологического института (Калтеха), который десятки лет исследовал генетические мутации дрозофил, трансформирующие их жужжальца в дополнительную пару крыльев. Поразительно, но гены, ответственные за эти метаморфозы, очень консервативны и присутствуют у нас с вами; разница в том, что у млекопитающих развитие идет гибким путем, а у насекомых — ригидным путем. Полярность яйцеклеток мух такова, что еще до оплодотворения задается четкое направление будущего развития, зато у млекопитающих нет такой жесткой детерминированности.

Сперматозоиды тоже играют важную роль в формировании плана тела. Развитие яйцеклеток лягушек и круглых червей зависит от точки проникновения в них сперматозоида [3]. При оплодотворении яйцеклетки червя происходит неравномерное распределение так называемых РAR-белков. Они помечают те клетки, которым суждено стать передом червя, или передним отделом, и те, которым суждено стать задним [4]. PAR-белки регулируют полярность клеток во многих контекстах и у самых разных животных, включая (как мы увидим дальше) эмбрионы млекопитающих. Их универсальность позволяет предположить, что они являются потомками древнего «расцветочного» механизма.

Мартин Джонсон вместе со своей командой из Кембриджского университета выяснил, что на восьмиклеточной стадии все клетки мышиного эмбриона приобретают наружно-внутреннюю полярность. Тем самым закладывается фундамент для двух клеточных линий, когда от дочерней клетки, унаследовавшей наружную часть материнской клетки, получаются клетки трофоэктодермы, формирующие плаценту, а дочерние клетки, наследующие внутреннюю часть материнской клетки, создают эпибласт — слой прогениторных клеток, строящих будущий организм [5]. В самые первые дни моего пребывания в Кембридже мы обнаружили, что эта полярность вызвана неравномерным распределением РAR-белков [6].

Когда-то в конце 1950-х было выдвинуто предположение, что развитие млекопитающего тоже начинается с полярной яйцеклетки [7]. Затем эта идея была похоронена. Одна из причин состояла в том, что, в отличие от лягушек, яйцеклетки мыши и человека выглядят более однородными. Но главной причиной является онтогенетическая пластичность. Она наделяет эмбрион млекопитающего способностью к уже упомянутому регуляционному, гибкому развитию, в противоположность мозаичному, негибкому. Считалось, что эта пластичность вызвана идентичностью всех клеток, не имеющих предрасположенности к конкретному пути развития.

Именно поэтому в конце 1990-х меня шокировало обнаруженное мною доказательство того, что клетки эмбриона млекопитающего не идентичны друг другу. Сначала я не могла согласиться с собственным открытием, но чувствовала, что не должна о нем забывать, даже если оно противоречит существующим представлениям. Без этого случайного открытия моя жизнь сложилась бы иначе.

Цветные клетки

На ранних этапах обучения в 1980-х я с удивлением узнала, что судьба эмбриональных клеток не предопределена. Меня это заинтриговало, ведь природа, антропоморфно выражаясь, рисковала, отдавая начало жизни на волю случая и не направляя ключевые онтогенетические события в конкретную сторону. Учитывая, что специфические стадии эмбрионального развития приурочены к определенному периоду беременности, я не могла понять, как путь индивидуальной клетки может быть таким непредсказуемым.

На заре своей исследовательской деятельности я хотела выяснить, откуда берется онтогенетическая пластичность. Мне хотелось раскрыть детали этой экстраординарной самоорганизации. У меня не было никаких практических целей. Это было просто страстное желание разобраться, на чем клетки основывают свой выбор. Я чувствовала, что лучше начать с отслеживания судьбы отдельных клеток, с момента их появления и на протяжении всего периода делений, пока они не станут собственно клетками эмбриона (ребенка) или клетками плаценты или не исчезнут в процессе. Я хотела придумать специальную краску, подчеркивающую все захватывающие подробности танца жизни, которые так долго оставались невидимыми.

Глава 3

Раскрашивая клетки

Чтобы проследить судьбу каждой клетки развивающегося эмбриона, я обратилась было к распространенной медузе, дрейфующей в холодных водах западного побережья Северной Америки. Хотя диаметр этой медузы не превышает десяти сантиметров, ее способность к биолюминесценции — самая выдающаяся в Мировом океане.

Потревоженная, она генерирует световые вспышки по краям колокола. Изначально они выглядят как голубые искры, созданные люминесцентным белком экворином. Но мы не видим их, потому что внутри медузы они проникают в белок с маленькой структурой в центре под названием «хромофор», который поглощает синий свет и переходит в возбужденное состояние, а по мере выхода из него светится зеленым. Осаму Симомура из Принстона выделил этот белок в 1960-х, назвав его зеленым флуоресцентным белком (green fluorescence protein, GFP) [1]. Поскольку этот белок важен для проведения широкого спектра исследований, Симомура в 2008 году получил за его открытие Нобелевскую премию.

Сегодня этот белок можно использовать для самых разных целей, например, чтобы отследить распространение вирусных инфекций в организме, понаблюдать за регенерацией поврежденных тканей в организме аксолотля (амфибии) или в подробностях увидеть, как переплетаются нервные пути в мозге мыши. С помощью генетических трюков и флуоресцентных белков можно покрасить сотни нервных клеток в десятки различных оттенков и создать мозговую радугу (brainbow), проявляя калейдоскопом цвета всю красоту нейронных связей [2].

С помощью множества флуоресцентных меток можно представить разные стадии жизни в форме яркой мозаики синего, розового, зеленого и других цветов. Значимость подобных исследований сопоставима с их красотой.

Однако оригинальный белок медузы, выделенный Симомурой, не работал в теплокровном организме. Мне нужен был мощный флуоресцентный маркер, чтобы проследить, как активируются гены в клетках живых эмбрионов млекопитающих по мере развития или установить время рождения отдельных клеток и окончательного решения их судьбы.

GFP начали использовать в качестве маркера еще в 1994 году, когда Мартин Чалфи из Колумбийского университета в Нью-Йорке сообщил, что с помощью флуоресцентного белка можно продемонстрировать активацию гена, за что и разделил Нобелевскую премию с Симомурой [3].

Мне тоже хотелось побаловаться этой светящейся зеленой краской. Это был год, когда Мартин Эванс и я получили стипендию Европейской организации молекулярной биологии, что привело меня в Кембридж, где я могла доработать GFP, чтобы проследить действия генов в живом эмбрионе млекопитающего и в стволовых клетках. Ген GFP можно было встроить в ДНК млекопитающего и тем самым пометить белок флуоресцентным маркером. Если бы клетка использовала ген для производства этого белкового компонента, то под ультрафиолетом, благодаря GFP, она светилась бы зеленым.

В то время меня глубоко интересовало нарушение симметрии, полярность и структурные детали развития эмбриона. Именно поэтому я загорелась концепцией самоорганизации и идеями великого английского математика Алана Тьюринга, который в 1936 году создал теорию алгоритмов, а во Вторую мировую войну взломал код нацистской шифровальной машины Enigma [4]. Тьюринга интересовали узоры, созданные самой природой: он хотел опровергнуть представление о том, что только Бог способен творить чудеса. Мне нравилась его идея, что в природных узорах нет ничего сверхъестественного.

Я знала, что клеткам мышиных и человеческих эмбрионов присуща пластичность в вопросах окончательного превращения в конкретный тип клеток. Я хотела понять базовые механизмы этой пластичности, чтобы посмотреть, соответствуют ли они математическим моделям формирования узоров, предложенных Тьюрингом.

Для этого мне надо было пометить клетки, чтобы несколько дней следить за ними и их потомками в развивающемся мышином эмбрионе. Раньше такого никто не делал, и GFP казался мне идеальным помощником. Но прежде всего мне нужно было заставить его светиться в эмбрионе млекопитающего. Тогда этот подвиг еще никому не удавался, поэтому у меня не было готового решения. И как обычно бывает, когда пытаешься сделать что-то в первый раз, у меня ничего не вышло.

Примерно в то время на мою работу обратил внимание Джон Гёрдон. Он был руководителем института, в котором я работала, — Британского института клеточной биологии и онкологии под патронажем благотворительных фондов Wellcome Trust и Cancer Research (переименованного в 2004 году в Институт имени Джона Гёрдона). Считалось, что Джон бился над биологическими загадками еще в школьные годы в Итоне, а к исследованиям приступил в Оксфордском университете в 1950-х, задавшись одним из важнейших фундаментальных вопросов: действительно ли все клетки тела имеют одинаковый набор генов [5]? В 1966 году Джон сообщил, что, пересадив ДНК из ядра клетки молодой лягушки в энуклеированные (лишенные ядер) яйцеклетки, он создал еще одну лягушку. Позже он написал: «Среди всех проведенных нами экспериментов этот, вероятно, является самым важным, ведь он доказывает, что клетка может пройти специализацию и все-таки... [сохранить] весь генетический материал, необходимый для создания полноценного, половозрелого индивидуума... Клонирование дифференцированных и, по всей видимости, даже зрелых клеток как минимум теоретически возможно» [6].

На мой взгляд, это был один из важнейших онтогенетических экспериментов двадцатого века, поскольку он показывал, что дифференциацию клетки можно обратить вспять. Помимо разных научных последствий, этот факт, несомненно, означает, что Джон был пионером клонирования. Учитывая его высокое звание и мой низкий статус, наша встреча, не говоря уже о беседе, казалась маловероятной.

Но однажды, когда я выходила из аудитории, Джон вежливо спросил, над чем я работаю. Я описала ему свои попытки заставить GFP светиться в организме мыши, чтобы с его помощью можно было увидеть активацию отдельных генов и проследить, каюте клетки становятся частью мышиного эмбриона.

Джон был заинтересован. Ему понравилась задача, и он тоже считал ее важной. Кроме того, он уже знал, как заставить продукты гена работать в организме лягушки: суть в том, чтобы вводить в клетку не сам ген, а синтетическую РНК — транскрипт гена, используемый клеткой для синтеза белка. Имплантированная РНК через несколько часов давала нужный эффект. Эта короткая случайная встреча стала поворотным моментом в моем исследовании.

На следующее утро, придя в лабораторию Мартина, я обнаружила на столе записку. В ней Джон просил меня встретиться и за чашкой чая обсудить GFP. Можем ли мы «настроить» GFP и для его лягушачьих эмбрионов? Так началась наша совместная работа, утомительная рутина которой переходила изо дня в ночь.

Моя жизнь распределилась между исследованием клеток мышиных эмбрионов в лаборатории Мартина Эванса и ночными исследованиями лягушачьих эмбрионов в лаборатории Джона Гёрдона. У обоих проектов была одна цель: найти такой способ окрашивания клеток, который не мешал бы нормальному развитию эмбриона и в то же время действовал как маркер, позволяющий отследить превращение клеток эмбриона в разные типы.

В Кембридже мне посчастливилось трудиться бок о бок со многими выдающимися учеными. Я познакомилась с Джоном Пайнзом и Джимом Хэйзелоффом, которые пытались сделать GFP более устойчивым, изменив участок гена, отвечающий за скорость разрушения этого белка. Я помню долгие часы, которые провела в лаборатории Джона, обсуждая способы преодоления последней неудачи и стараясь научиться у него мастерству разрезания и сшивания ДНК. В итоге мы создали такой вариант GFP, который флуоресцировал при более высоких температурах, характерных для организма млекопитающих. Когда я ввела его в клетки мышиного эмбриона, они засветились зеленым. Джон назвал этот белок Magda-modified GFP (GFP, модифицированный Магдой), а в научных статьях мы упоминали его как MmGFP. Но, разумеется, правильнее было назвать его JJmGFP, то есть Jim-and-Jon-modified GFP (GFP, модифицированный Джимом и Джоном).

Бывало, закончив работу с мышиными эмбрионами в лаборатории Мартина, когда большинство моих коллег расходились по домам, я спускалась вниз, в лабораторию Джона Гёрдона, чтобы проанализировать лягушачьи эмбрионы, в которые он уже ввел разные варианты GFP для проверки. Поскольку в то время он был Магистром колледжа Магдалины, он исчезал в полседьмого вечера, чтобы возглавить ужин за Высоким столом[4].

И пока Джон сидел на официальном ужине с коллегами, я рассматривала его лягушачьи эмбрионы под конфокальным микроскопом, который увеличивал разрешение, собирая на специальной фокальной плоскости свет от изучаемых образцов. Здесь это был первый и единственный такой микроскоп, поэтому он находился в постоянном использовании, и я резервировала его на вечернее время. После ужина Джон заходил посмотреть на наши результаты. Иногда он был в красном костюме с черным галстуком или огромной красной бабочкой. Учитывая его рыжеватую шевелюру, в таком наряде он был похож на инопланетянина.

Так мы сотрудничали многие месяцы. Мы хорошо ладили, хотя наши жизненные истории сильно отличались. Джон Гёрдон получил образование в Итоне и был родом из привилегированной семьи. Ну а я, хотя и происходила из благородной польской семьи (так называемой шляхты), мои родные все потеряли во время войны, я училась в государственной школе коммунистической страны, где все должны были быть одинаковыми, без всяких богатств или привилегий. Джон был не только добрым и мыслящим, но и авантюрным. Однажды утром он повез меня на красном спортивном автомобиле любоваться природными красотами весенней Англии, и я внезапно обнаружила себя в дендрарии, гуляющей по чудесному ковру из колокольчиков. В другой раз я уговорила Джона сходить на понравившийся мне фильм, который посмотрела предыдущим вечером. Думаю, он согласился просто из вежливости. Позже он признался, что это был его первый поход в кинотеатр. Мы посмеялись над этим случаем, который был еще одним примером того, насколько мы были разными. Но мы интересовались жизнью друг друга и поэтому подружились. Вспоминая те годы, я осознаю, что Джон был моим наставником. Он несколько раз по-отечески вмешивался, спасая меня от ошибок и помогая принять многие трудные решения, не только научные, но и личные. Я очень эмоциональный человек (как говорится, нельзя покорить поляка силой, только сердцем), в то время как Джон был довольно рациональным [7]. Порой мы бесконечно дискутировали, пытаясь понять друг друга.

Хотя моей основной работой было использование GFP для изучения развития эмбрионов мышей, своим первым реальным прогрессом в Кембридже я обязана подработкам с лягушачьими эмбрионами. В рамках нашего соглашения Джон показал мне, как имплантировать GFP путем введения в лягушачьи клетки синтетических посланников для соответствующих генов. Его персональное попечительство было чрезвычайно полезным. В работе эмбриолога много искусства и ловкости. Наблюдать выполнение технического приема (и на гораздо более крупных лягушачьих клетках) намного полезнее, чем попытки представить весь процесс по сухим книжным указаниям, зачастую лишенным важных подробностей.

В конце концов нам удалось получить зеленый флуоресцентный маркер и применить его для визуализации развития мышц лягушки. Джон увлекся этой работой (к тому же проложившей путь к успешному использованию GFP у млекопитающих) и прямо во время службы в университетской часовне набросал карандашом подробный план научной статьи, описывающей наши результаты.

Думаю, это был подходящий фон для наших откровений о сотворении лягушки, наполненных ранее неизвестными деталями онтогенетического развития. Привычная к неспешному ритму описания научных результатов в Польше, я удивилась тому нетерпению, с которым Джон хотел опубликовать статью раньше всех. Как он сказал, «когда речь идет об открытии, нет никакой второй статьи, только первая». Статья, словно подарок, появилась на страницах журнала Development на Рождество 1996 года [8]. Она ознаменовала конец наших совместных экспериментов, но не нашей дружбы.

Затем я успешно применила GFP в исследовании мышиных эмбрионов, хотя к тому времени другие ученые без моего ведома успели опробовать этот маркер на клетках млекопитающих [9]. Наверное, из-за того, что они не использовали GFP для изучения яйцеклеток или эмбрионов, я и Мартин ничего не знали об их работах.

Джон Пайнз первым показал мне, как улучшить текст моих научных работ. Наша первая совместная статья описывала применение MmGFP для отслеживания клеток в живых эмбрионах мышей и была опубликована в 1997 году в Development — там же, где вышла наша с Джоном Гёрдоном статья о лягушачьих эмбрионах [10]. Неудивительно, что Development стал моим любимым журналом.

Но статья не рассказывала обо всем, что мы обнаружили. Эта первая работа по отслеживанию клеток в живом эмбрионе вызвала не только изумление, но и тревогу. Когда я маркировала в случайном порядке клетки эмбрионов на двух- или четырехклеточной стадиях, я видела, что клетки не вели себя как идентичные друг другу. Они противоречили общепринятому представлению о том, что «разум» первых клеток эмбриона совершенно одинаков и чист. Я предусмотрительно не включила свое открытие в статью для Development и сосредоточилась на описании новой технологии отслеживания.

Но я не могла забыть об этих неожиданных результатах и обсудила их с Джоном. Если обе клетки в эмбрионе двухклеточной стадии и все четыре клетки в эмбрионе четырехклеточной стадии являются идентичными, они должны случайным образом вносить вклад в создание разных частей эмбриона на последующих стадиях. Именно так мой наставник Тарковский интерпретировал результаты новаторского эксперимента 1959 года. Однако это никак не вязалось с моими результатами.

А потом я нашла зацепку, факт, которым пренебрегали при объяснении более ранней работы. Если разделить двухклеточный эмбрион на две отдельные клетки, только одна будет развиваться в целую мышь. Многие пытались превратить две половинки двухклеточного эмбриона в двух мышей, включая ведущих онтогенетиков Энн Макларен и Джинни Папайоану, к которым я вернусь позже. Их эксперименты либо провалились, либо имели крайне низкие показатели успеха. Мы все думали, что проблема была в технике выполнения, а не в различиях между этими ранними клетками. Но что, если мы упустили нечто большее? Что, если в двухклеточном эмбрионе только одна клетка является действительно тотипотентной и поэтому, в отличие от второй клетки, может создать как плаценту, так и сам эмбрион? Если все правда, то изучение этих клеток позволит понять саму тотипотентность и то, когда и как она утрачивается в первый раз.

Подчеркну, что этот эффект не детерминирован — ни в коем случае, ведь эмбрион пластичен: мои эксперименты по отслеживанию «родословной» клеток эмбриона выявили уклон, толчок в определенном направлении развития, а недетерминированный процесс. Что еще проблематичнее — не в каждом эмбрионе этот уклон был таким очевидным. Но тот факт, что это происходило у подавляющего большинства эмбрионов, говорил о наличии закономерности. Как и мой герой-ученый Алан Тьюринг, я была очарована так называемым нарушением симметрии в раннем эмбрионе. Встретив меня в то время, вы бы поняли, что мысли о нарушении симметрии захватили меня целиком и полностью.

Полярные тельца

Существовавшее в те годы сопротивление идее о том, что эмбрион утрачивает идеальную симметрию на ранней стадии развития, вызывало недоумение еще и потому, что оплодотворенная яйцеклетка уже содержит намек на асимметрию. Все дело в истории ее созревания. К каждой оплодотворенной яйцеклетке прикреплены две маленькие клетки, одна из которых создана до, а вторая после слияния яйцеклетки и сперматозоида. Эти клетки появляются в результате особого вида клеточных делений — мейоза. По этим маленьким клеткам традиционно различают два конца яйцеклетки: так называемые анимальный и вегетативный полюса, где первый содержит ядро с ДНК, а второй наполнен желтком. Крошечную клетку анимального полюса когда-то называли направительным тельцем за то, что она обозначает место, где в дальнейшем произойдет первое дробление. Сегодня эти скромные клеточки именуют полярными тельцами [11].

Они нужны для того, чтобы положить начало созданию нового индивидуума, позаимствовав в равной степени ДНК матери и отца. В каждом из нас есть генетическая смесь из ДНК обоих родителей, упакованная в клетках в виде двадцати трех пар хромосом. Как отражение этой избыточности, наши клетки называются диплоидными и ежедневно размножаются путем клеточного деления митоза, при котором их хромосомы копируются и с помощью белковых «двигателей» распределяются между двумя дочерними клетками. Но чтобы сперматозоид и яйцеклетка скомбинировали свою ДНК для создания новой жизни, им нужен противоположный процесс, где каждому достается только половина хромосомного набора, в сумме дающая норму из сорока шести (двадцати трех пар) хромосом в оплодотворенной яйцеклетке.

Чтобы подготовить почву для новой жизни, сперматозоид и яйцеклетка создаются из клеток, утративших набор хромосом и в результате превратившихся в гаплоидные клетки, которые содержат двадцать три хромосомы (а не двадцать три пары). Этот процесс хромосомной хореографии называется мейозом и включает сначала удвоение хромосомной ДНК, а затем два мейотических клеточных деления. В итоге получаются четыре гаплоидные клетки с половиной нормального количества хромосом. В мужском организме все эти гаплоидные клетки являются сперматозоидами.

Но в женском организме мейоз происходит иначе — еще одна асимметрия между полами, отражающая важность яйцеклетки, которая развивается из клеток-предшественниц, ооцитов, накапливающихся в яичниках девочки до ее рождения. Ооцит по мере созревания претерпевает два мейотических деления, но каждое из них в высшей степени асимметрично: одна клетка (яйцо) сохраняет изначальный размер, а остальные «отбракованные» клетки получаются крошечными, представляя собой те самые полярные тельца.

При первом мейотическом делении ооцит имеет двадцать три пары хромосом, ДНК которых продублирована в виде сестринских копий и перетасована между хромосомами матери. При первом мейотическом делении хромосомные пары распределяются между ооцитом и первым полярным тельцем. Удвоенные нити ДНК называются хроматидами, каждая из них представляет одну из двух копий реплицированной (удвоенной) хромосомы. Во время второго деления сестринские хроматиды снова распределяются между ооцитом и еще одним полярным тельцем. Результатом двух делений являются два маленьких полярных тельца[5], первое из которых дегенерирует, и одна большая яйцеклетка с двадцатью тремя хроматидами.

В целом женский мейоз создает одну яйцеклетку (и два полярных тельца), а мужской — четыре сперматозоида. Один сперматозоид добавляет свои двадцать три хроматиды к тем, что есть в яйцеклетке, и они вместе будут претерпевать циклы репликации ДНК и митоза в процессе развития эмбриона.

Судьба полярных телец решается по-разному. Первое полярное тельце отделяется от яйцеклетки и дегенерирует. Второе остается привязанным к ней и выживает, спрятанное в ее «скорлупе» (zona pellucida) на протяжении нескольких дней развития.

Второе полярное тельце может быть очень полезным. Его можно отобрать в качестве «представителя» яйцеклетки для диагностики, чтобы оценить аномальное распределение хромосом между яйцеклеткой и полярным тельцем, распространенное среди матерей старшего возраста[12].

Кроме того, второе полярное тельце служит навигационным маячком. Мы пользовались им как маркером, когда пытались понять, действительно ли все клетки эмбриона идентичны друг другу.

Трудный выбор

Моя двухлетняя стипендия подходила к концу, и я планировала вернуться в Варшаву. К тому моменту я обзавелась в Кембридже настоящими друзьями. Одним из них был Питер Лоренс, проводивший исследование формирования узоров и полярности у плодовых мушек дрозофил, — Питер был мне как отец. Мой коллега Джон Пайнз, изучавший клеточное деление и помогавший мне «укротить» GFP, тоже стал моим лучшим другом. Вместе с Джоном Гёрдоном и Мартином Эвансом они помогли мне решиться на то, чтобы остаться в Кембридже и продолжить изучение нарушения симметрии на мышиных эмбрионах. Они подозревали, что если я вернусь в Варшаву, в лабораторию Тарковского, то не смогу заниматься отслеживанием клеток в живом эмбрионе, поскольку там эту затею в лучшем случае посчитают бессмысленной, в худшем — еретической, ведь догма гласила, что клетки эмбриона идентичны, а их судьба — случайна.

Именно Джон указал мне на три стипендии, которые могли бы поддержать меня в Кембридже. Поскольку за них была высокая конкуренция, разбрасывать ставки казалось рискованным, Джон посоветовал мне подать заявку на все три стипендии, которые счел подходящими.

Я не поверила своей удаче, когда в 1997 году меня удостоили всех трех. Первая предназначалась для старших научных сотрудников и выдавалась Институтом профилактической медицины имени Листера. На нее можно было собрать в Кембриджском университете собственную команду. Я изумилась, ведь изначально меня даже не пригласили на собеседование, просто внесли в короткий список тех, кто был недостаточно хорош для этой стипендии. Тогда я решила забыть о заявке и пойти дальше.

Одним ранним утром я спала как убитая после ночных экспериментов в лаборатории. Сквозь сон прорвался телефонный звонок. На другом конце провода была знаменитая эмбриолог Энн Макларен, которая сообщила, что один из кандидатов на листерскую стипендию выбыл и мне надо сейчас же быть в Лондоне, чтобы успеть на собеседование для оставшихся претендентов.

Неподготовленная и измученная тем, что всю ночь всматривалась в микроскоп, я приехала на собеседование сразу после того, как получила положительные результаты, означавшие, что я успешно могу использовать GFP для отслеживания судьбы клеток не только перед имплантацией, но даже после нее. Быть может, эйфория от успеха с GFP и полное отсутствие претензий помогли мне завоевать расположение.

Мое второе собеседование было с комитетом Сидни-Сассекс-колледжа, и я помню, как с энтузиазмом делилась своей мечтой о возможности впервые отследить клетки в живом эмбрионе мыши и, разумеется, поведала о своих усилиях по превращению GFP в маркер для живых клеток. Мне казалось, они считают мой взгляд нереалистичным, поскольку я только начала использовать GFP таким образом. Однако нейробиологу Габриэлю Хорну, магистру Сидни-Сассекс-колледжа, понравился мой проект, и стипендию отдали мне. Она обеспечила меня замечательным обществом, а также местом для проживания.

Источником третьей стипендии был фонд Wellcome Trust, и я смогла превратить ее в грант, чтобы нанять себе первого в жизни ассистента и купить первый собственный микроскоп. Удостоиться всех трех стипендий — это слишком хорошо, чтобы быть правдой, и так оно и было. Однако действительность оказалась более неловкой.

После всех трех собеседований я приехала в Польшу, чтобы вместе с Кшисом отдохнуть в Татрах. Передо мной встал выбор: остаться в Польше или вернуться в Кембридж. Было нелегко принять решение. Я обожала Кшиса, нашу совместную жизнь и спасенного нами кота Хоки. Но я была также поглощена значением своих неожиданных результатов. Не знаю, на что я тогда решилась бы, если бы не случайное совпадение: примерно в то время я оказалась во власти мощной силы, влюбившись на одной конференции в Колд-Спринг-Харбор. Этот ненаучный фактор ввел меня в замешательство, но помог не отступиться от моих исследований.

Был и еще один сложный профессиональный аспект, о котором я в ту пору даже не подозревала. Выиграв все три стипендии, я все равно не могла создать свою исследовательскую группу. В то время в институте не было официальных назначений. И даже если бы меня сочли достойной звания руководителя группы, ни для моей группы, ни для хотя бы моего микроскопа не было свободного места. Джон был сильно обеспокоен, ведь ему казалось, что мое первое столкновение с офисной политикой отобьет у меня охоту заниматься наукой.

Мартину и Джону удалось выделить мне место в Институте Гёрдона в одном из помещений для микроскопа, чтобы я могла продолжить эксперименты, но из-за оппозиции (я не была «настоящим руководителем группы») мы в конечном итоге убрали мой микроскоп. Сказать, что мне было тяжело, значит ничего не сказать. Я хотела уехать, и когда мне предложили возможность собрать группу в Оксфорде, я почти собрала вещи.

Но моя судьба вновь изменилась. Энн Макларен взялась меня «опекать». Она поделилась со мной кабинетом и небольшой лабораторией в Институте Гёрдона, а также одолжила мне ключи от своего дома, чтобы мне было куда приглашать гостей. Будучи секретарем по иностранным делам в Королевском обществе и членом Наффилдского совета по биоэтике, она много путешествовала, продвигая ученых, которые исследовали человеческие эмбрионы, поэтому я помогала ей управлять лабораторией.

Оглядываясь назад, я жалею, что мы редко с ней виделись. Я была слишком молода и не понимала, что она не всегда будет рядом, и, разумеется, не занимаясь человеческими эмбрионами и даже не интересуясь ими, я имела лишь смутные представления о том, какой влиятельной фигурой она была в дебатах о человеческой эмбриологии. Позже мы поговорим о ее наследии.

Энн погибла в автокатастрофе в 2007 году по дороге со свадьбы Роджера Педерсена (важной фигуры в области исследования стволовых клеток, вместе с которым довелось поработать) и Лиз Уинтер (которая со временем стала моим близким другом). Смерть Энн обозначила конец деятельности, изменившей направление человеческой репродукции. Даже в детстве Энн произвела впечатление, сыграв в 1936 году в британском научно-фантастическом фильме «Облик грядущего» по роману Герберта Дж. Уэллса. Как онтогенетик, она пошла по стопам Тарковского и тоже скрещивала эмбрионы, создавая химеры. Она возглавляла подразделение Совета по медицинским исследованиям и разработала новаторскую методику, которая привела к появлению экстракорпорального оплодотворения (ЭКО). Эта методика показала, что мышиный эмбрион можно сначала растить в пробирке, а затем, имплантировав его в матку суррогатной самки, получить молодую мышь.

Энн была одаренным коммуникатором и серьезно влияла на дебаты в Соединенном Королевстве, в ходе которых оттачивалась и разрабатывалась государственная политика в области регулирования репродуктологии. На момент своей смерти Энн консультировала Европейскую комиссию по вопросам социального и этического влияния новой технологии. Как Энн любила подчеркивать, ее интересовало «все, что связано с преемственностью поколений» [13].

Мировоззрение Энн сформировалось до Второй мировой войны, когда она симпатизировала коммунистам и даже была членом Коммунистической партии Великобритании [14]. Думаю, ей бы понравился тот факт, что я продолжила исследования человеческих эмбрионов, важные для понимания человеческого индивидуального развития и способные в один прекрасный день привести к решению проблем пороков развития и невынашивания беременности. Хотя при жизни Энн мне не приходило в голову заниматься человеческими эмбрионами, приятно думать, что ее наследие сыграло важную роль в моих исследованиях.

Первая вылазка за пределы имплантации

На фоне всего происходящего в личной жизни я не переставала думать о том, что если действительно существует связь между клетками раннего эмбриона и их судьбой на стадии бластоцисты, что происходит с этими клетками после имплантации, когда очерчивается план будущего организма? Серьезный вопрос, ответить на который не так просто. Чтобы хоть что-то понять, надо было пометить маленькие клетки бластоцисты и отследить их потомков вплоть до стадии гаструляции — критического момента в развитии, когда клетки перегруппировываются и превращаются в форму, из которой и будет развиваться животное. Как любил повторять онтогенетик Льюис Уолперт, «не рождение, свадьба или смерть, а гаструляция является самым важным событием в жизни» [15].

Проблема в том, что в лаборатории Мартина не было подходящего оборудования для того, чтобы поместить GFP в такие маленькие клетки (хотя зигота достигает 90 микрон в поперечнике, размер клеток бластоцисты равен примерно 10 микронам). Мы хотели изменить электрические свойства клеточной мембраны, чтобы ввести GFP внутрь клетки, не повреждая ее иглой. Для изучения развития бластоцисты я обратилась к Ричарду Гарднеру из Оксфорда, у которого были схожие идеи наряду с нужными навыками и оборудованием.

Я ездила на автобусе туда-сюда между университетскими городами (по три часа в каждом направлении), таская с собой большой белый ящик с сухим льдом, охлаждающим мРНК моего модифицированного GFP (мРНК очень нестабильна и должна храниться в холоде). Когда я приезжала в лабораторию Ричарда, он вводил MmGFP в качестве маркера в клетки, которые выбирал точно на обоих концах оси симметрии бластоцисты, определяя анимальный полюс по второму полярному тельцу — прочной связи между яйцеклеткой и бластоцистой, которую сам же и обнаружил [16].

Промаркировав бластоцисты, Ричард переносил их в приемных матерей, позволяя там развиваться, а через несколько дней извлекал. Эти эмбрионы я забирала в Кембридж и проверяла под конфокальным микроскопом расположение MmGFP-меченых клеток относительно передне-задней оси эмбриона прямо на входе в стадию гаструляции.

Результат деликатного труда по созданию многих десятков эмбрионов нас разочаровал. Мой MmGFP-маркер не работал. По мере деления клеток он «разбавлялся» из-за высокой скорости роста эмбриона между стадиями бластулы и гаструлы. К моменту гаструляции ни одна клетка уже не светилась зеленым. Ричард потерял надежду, да и я тоже. Но не окончательно.

Я вернулась к этой проблеме, когда случайно познакомилась с Роджером Педерсеном на конференции в Юте, где представляла свои первые результаты отслеживания клеток. Роджеру понравилась моя мечта подсмотреть за клетками на протяжении всей стадии имплантации, потому что он сам когда-то исследовал клеточные линии в Калифорнийском университете в Сан-Франциско. Ему настолько понравилась идея, что он одолжил мне недостающую часть оборудования из своей лаборатории и, что примечательно, пожелал взять творческий отпуск и поработать вместе со мной в моей недавно сформированной группе в Кембридже.

После многих неудачных недель мы наконец-то добились успеха. Секрет состоял в том, чтобы вводить маркер в строго определенном количестве — не слишком мало, чтобы он не «разбавился» на заключительном этапе эксперимента (гаструляции), и не слишком много, чтобы он не перегрузил клетку и не привел к ее гибели. Так, благодаря принципу Златовласки[6] мы смогли проследить, где оказались помеченные нами клетки.

Интерпретировать результаты было нелегко, поскольку у меченых клеток было множество потомков, которые не всегда выполняли те же функции. Нас так и подмывало сделать вывод о том, что клетки растут случайным образом, и прекратить дальнейшие поиски доказательств. Но мы решили продолжить. В тот момент Роджер внес еще один значимый вклад в наш проект. Он убедил Роберту Вебер, занимавшую штатную должность в Калифорнийском университете в Сан-Франциско, поработать техником в моей лаборатории.

Но даже с помощью Роберты и подходящего оборудования понадобился год, чтобы произвести достаточное количество меченых эмбрионов для распознавания связи между полярностью бластоцисты и полярностью эмбриона после имплантации. Эта связь не была детерминированной и поэтому всегда похожей, но все-таки мы добыли много информации. Мы с Роджером написали статью и опубликовали ее в 1999 году все в том же Development [17]. В дальнейшем эти результаты подтвердили мою гипотезу о том, что причины нарушения симметрии возникают в процессе развития раньше, чем предполагалось.

Эмбриологическое искусство

У меня по-прежнему польский акцент, и мне нравится думать о том, что я его сохраняю ради Джона Гёрдона, который просил меня никогда его не терять. Из-за дислексии я долго осваивала английский язык, чтобы знать его в совершенстве. Может, поэтому я до сих пор люблю открывать мир искусства, от живописи и фотографии до дизайна, театра и кино. Художественное мышление по-разному отразилось на моих исследованиях, от раскрашивания клеток, позволяющего разобраться в сложных клеточных узорах эмбриона, до создания из стволовых клеток эмбрионоподобных структур.

Этот вид искусства подарил мне не только завораживающие рисунки, но и новые идеи, а также раскрыл детали онтогенеза, превратив молекулярные процессы в яркие цвета, видимые невооруженным глазом.

Оттачиваемое моей командой искусство маркировки и перемещения клеток изменило мое представление о танце жизни. Увидев, что клетки в четырехклеточном эмбрионе и, вероятно, в двухклеточном не идентичны друг другу (как утверждают учебники), я поняла, что придется приложить много усилий, чтобы убедить себя в реальности увиденного, и еще больше усилий, чтобы убедить в этом своих коллег. Мне надо было довести до совершенства свою работу и свое эмбриологическое искусство.

Глава 4

Нарушение симметрии

История любой новой жизни — это история роста, развития и преобразования. Оплодотворенная яйцеклетка имеет необыкновенную способность делиться на множество клеток, самостоятельно выстраивающихся в уникально организованную материю — эмбрион, который со временем создаст организм человека. Каким образом некоторые клетки эмбриона становятся настолько непохожими на соседние, что создают организм, пока другие формируют плаценту? Все дело в нарушении симметрии.

Как только симметрия развивающегося эмбриона нарушается, клетки делают выбор, развиваясь в разных направлениях. Но почему? Из какой клетки раннего эмбриона появится плацента? Какая клетка проложит путь ребенку? У человеческого эмбриона есть и питающий его желток — так какая же клетка превратится в желточный мешок, внутри которого будет расти эмбрион?

Ко времени имплантации эмбриона все эти решения должны быть приняты. И каждое сопровождается событием, нарушающим симметрию.

Дальше предстоит еще больше таких событий. Например, из какой клетки эмбриона вырастет голова, а из какой сердце? Где будет верх, а где низ? Как отличить правую часть от левой? Заднюю от передней? Нарушение симметрии эмбриона является одним из важнейших процессов ранней жизни и основополагающих процессов для создания плана тела. Большая часть моих исследований в той или иной степени посвящена попыткам понять, когда и как по мере развития новой жизни эмбрион нарушает свою симметрию. Мне это кажется волшебством.

В этом великом деле партнерство и сотрудничество были моими помощниками. На пороге нового тысячелетия к нашей команде в качестве постдока[7] присоединилась Каролина Пиотровска из Польши. Каролина была необыкновенно одаренной в отношении манипуляций с эмбрионами, эдакий эмбриологический вариант тех, кого в Великобритании называют green fingers, или зеленые пальцы (возможно, они и вправду флуоресцировали зеленым свечением GFP). Для выполнения серии сложных экспериментов нужны легкая рука и ловкость. У Каролины были все эти навыки, а еще правильный ментальный настрой, ведь такая утомительная работа легко могла привести к ошибке.

Большинство аспирантов оказываются шокированы переходом от той мизерной информации, что преподается на курсе, к настоящей научной работе в лаборатории, где важна ловкость рук и где приходится осваивать новые навыки. Для многих является сюрпризом тот факт, что большая часть новаторских экспериментов, проводимых для подтверждения новых фактов и проверки новых идей, никогда не проходит гладко, по крайней мере, не сразу — понадобится терпение, чтобы создать правильные условия. Провал для исследовательских работ в порядке вещей. Мы учимся на ошибках и идем дальше. У Каролины было идеальное сочетание терпения, выдержки, целеустремленности и неиссякаемого оптимизма, позволявшее ей не сдаваться, если эксперимент не показывал ничего путного, и работать до тех пор, пока она не убеждалась, что все сделано правильно и что все контрольные эксперименты указывают на то, что результаты не являются артефактом (следствием эксперимента как такового) и потому заслуживают доверия.

Идеи, возникшие в результате нашей совместной работы, привели к моей первой публикации в Nature. Поскольку это престижный журнал, коллеги по-настоящему обратили на мою группу внимание. Наша работа произвела фурор. Но не в том смысле, в котором я ожидала.

Симметрия стала центром отвратительных дискуссий. Оглядываясь на прошлое с научной точки зрения, могу сказать, что это был самый тяжелый этап моей научной жизни, казавшийся бесконечным. Джон Гёрдон помог мне своей спасительной дружбой и поддержкой. В свое время он предупреждал, что, если мы обнаружим нечто действительно важное, но противоречащее существующей догме, пройдет десять лет, прежде чем наше открытие будет подтверждено и принято другими группами, и еще десять, прежде чем оно получит признание. Я оказалась просто еще одним человеком, пострадавшим в долгой борьбе за понимание премудростей симметрии. Это событие на годы стало моим тяжким бременем.

Оплодотворение

По прибытии Каролины в Кембридж мы начали с изучения зарождения — Большого взрыва[8] индивидуального развития, момента встречи сперматозоида и яйцеклетки. Последняя — не заурядная клетка, а та, что преисполнена потенциалом и уникально экипирована для создания новой жизни. Это клетка, которая может расти и делиться, чтобы создавать историю, записывать ее и даже менять.

Когда на одном конце развивающейся клетки раннего эмбриона накапливается конкретный набор белков (PAR-белков, о которых я уже упоминала), делающий его непохожим на другой конец, клетка приобретает полярность. К моменту имплантации эмбриона в теле матери в нем уже сформированы из клеток с разной судьбой первые три ткани, значительно отличающиеся друг от друга. Образуются новые оси, вроде тех, что идут в трех взаимно перпендикулярных направлениях: передне-задняя (голова-хвост), дорсально-вентральная (спина-живот) и саггитальная (право-лево) оси. После почти двух десятков лет исследований мы по-прежнему удивительно мало разбираемся в том, как решается судьба клеток и как закладываются оси, самые ранние признаки ключевых изменений, а также в том, как они определяют наше будущее.

Некоторые элементы жизненной истории оказываются более симметричными, чем принято считать.

После изучения старых учебников по биологии может сложиться сильное впечатление, что яйцеклетка сидит на месте, словно высокомерная принцесса, и ждет, когда ее оплодотворят, а в это время сперматозоиды расталкивают друг друга в борьбе за ее руку и сердце.

Однако чтобы получить шанс на оплодотворение, яйцеклетка, зеркально отражая тяжелую участь сперматозоидов, вынуждена сначала соревноваться с множеством других яйцеклеток. К моменту рождения девочки в ее яичниках есть все яйцеклетки, которые будут высвобождаться на протяжении репродуктивного периода. Таких клеток примерно четыреста тысяч. Некоторые из них могут не созревать сорок лет, другие — дегенерировать, так и не созрев. Яйцеклетки находятся в спящем состоянии вплоть до овуляции, когда клетка получает от жизни первый приз и высвобождается под давлением из заполненной жидкостью структуры яичника.

Другие же аспекты первого танца жизни не так симметричны, как их описывают. Многие считают яйцеклетку и сперматозоид равными партнерами в деле создания новой жизни. По одному очень важному пункту — вкладу генетического материала матери и отца — они действительно равны. Но в подобном восприятии недооценивается человеческая яйцеклетка как мощный генератор потенциала, трансформации и перемен.

Крошечный сперматозоид и могучая яйцеклетка

Яйцеклетка — это могучая биохимическая вселенная, уникально оснащенная ДНК, РНК и белками, а также митохондриями (клеточными аккумуляторами) и многими другими органеллами. У нее даже есть «скорлупа» — умный защитный барьер под названием zona pellucida, избирательно проницаемый для сперматозоидов.

Хотя яйцеклетка — самая крупная клетка человеческого организма, она невидима глазу и составляет у человека всего одну десятую миллиметра в поперечнике. Тем не менее она является чудесной машиной сотворения, которая миллионы лет совершенствовала свои навыки моделирования нового индивидуума из генов матери и отца.

После оплодотворения в яйцеклетке закипает активность. Она освобождает ДНК сперматозоида от молекулярных меток — метильных групп, контролирующих включение и отключение генов. Эти паттерны метилирования (эпигенетические модификации) — одна из причин того, почему все клетки организма имеют одинаковый набор генов, но отличаются друг от друга, как, например, нервная клетка от мышечной. Молекулярные метки гарантируют, что клеточный оркестр будет играть одну конкретную мелодию, где каждая нота — это ген, ответственный за синтез белка. Без этих меток онтогенетический таймер обнуляется. Закладывая новые мелодии (онтогенетические паттерны), ранний эмбрион способен создать любую клетку организма.

Механизм яйцеклетки настолько всесилен, что можно поместить в нее ядро зрелой клетки и создать нового полноценного индивидуума. При этом яйцеклетка, словно машина времени, уберет с ядерной ДНКвсе химические модификации, произошедшие в течение жизни, и возвратит ее в эмбриональное состояние. Вот в чем фокус, позволивший Джону Гёрдону клонировать лягушек (а также позволивший команде Яна Вилмута из Рослинского института в Шотландии клонировать овечку Долли из зрелых клеток овечьего вымени).

Сперматозоиды более динамичны. У них есть хвост, который благодаря динеиновому белковому мотору может извиваться. Динеин, как все белки, состоит из аминокислотных цепочек, уложенных в слои, спирали и прочие сложные фигуры, которые в данном случае образуют молекулярный мотор, способный превращать химическую энергию в кинетическую, прямо как автомобильный двигатель. Это и приводит сперматозоид в движение.

Будучи в этом отношении эффектным, в остальном сперматозоид не такой примечательный и является самой мелкой человеческой клеткой — в 50 раз меньше яйцеклетки. Так себе размер. Другое дело — плодовая мушка Drosophila bifurca. Когда самец мушки продуцирует сперматозоиды, каждая клетка свернута в клубок, при разматывании которого получается почти 6 сантиметров — в 20 раз длиннее самого самца [1]. У человека длина сперматозоидов всего 0,005 сантиметра. Они содержат лишь программное обеспечение ДНК, привязанное к динеиновому молекулярному мотору, наряду с дополнительным и более древним генетическим материалом в форме РНК, а также центриоль — крошечное тельце, которое помогает организовать веретенообразный скелет из нитей, обеспечивающих сегрегацию хромосом при клеточных делениях после оплодотворения.

Инструкции РНК охватывают оплодотворенную яйцеклетку раньше ДНК, чтобы заставить нового индивидуума действовать, а не ждать, словно компьютер во время загрузки операционной системы, и тем самым внести изменения в следующее поколение. Например, повышенное количество одного из многочисленных типов маленьких РНК в сперматозоидах мышей, подвергнутых стрессу, может привести к изменению стрессовой реакции у взрослого потомства. Более того, на PHК сперматозоидов влияет характер питания, который может изменить регуляцию генов у потомства и вызвать нарушение обмена веществ [2].

Когда появляется индивидуум

Многие думают, что жизнь начинается со встречи сперматозоида и яйцеклетки. Это не совсем так, если представить индивидуума как смесь ДНК матери и отца, ведь окончательное смешение родительских генов происходит не в момент оплодотворения, а через несколько часов, во время первого клеточного деления.

До него мужская и женская ДНК лежат отдельно в двух сферических структурах — пронуклеусах. Оба генетических набора мигрируют к центру яйцеклетки, но не собираются вместе до тех пор, пока молекулы ДНК, общая длина которых в районе двух метров, не сконденсируются[9] в хромосомы, которые можно перемещать с помощью так называемого веретена — нитей из микротрубочек.

Запертый внутри оболочки zona pellucida, эмбрион первоначально создает все больше и больше клеток путем дробления — простого деления на две, потом четыре, потом восемь клеток и так далее. Скорость деления совпадает не у всех дочерних клеток. Кто-то вырывается вперед, а кто-то отстает.

Во время дробления эмбрион не растет. Тем самым он откладывает стимулирующее рост питание, пока не станет многоклеточным и не сможет выделить для приема пищи отдельные части. В ходе этой важной прелюдии он вкладывает ресурсы в одну из самых существенных задач, поручая своим клеткам превратиться в три разные группы стволовых клеток, необходимых для формирования зачатков всех типов клеток, что будут развиваться в дальнейшем.

Первая группа стволовых клеток (эпибласт) может показаться самой ценной, поскольку из нее будет формироваться ребенок. Вторая группа стволовых клеток (трофэктодерма) будет создавать плаценту — орган, через который ребенок получает от матери питательные вещества. Третья группа (примитивная энтодерма) сформирует мешок, в котором ребенок будет расти. Больше вкладываясь в нарушение симметрии, ведущее к дифференциации, а не увеличению размера, эмбрион, к счастью, может отложить ускоряющее рост питание, пока не сформирует у себя отдельные части, которым и отведет функцию «закупки продовольствия».

Генерация трех типов стволовых клеток из одной оплодотворенной яйцеклетки обозначает ключевой этап нарушения симметрии, начало клеточной специализации. В ходе онтогенеза судьба клеток будет решаться еще не раз, пока не сформируется взрослый организм, состоящий из сотен типов клеток, которые выполняют самые разные функции, чтобы сохранить нам жизнь и сделать нас теми, кто мы есть.

Когда в процессе работы с GFP у меня сложилось заманчивое предположение о возможном источнике нарушения симметрии, прокладывающем путь для клеточной специализации, я удивилась, насколько рано это путешествие начинается. Мы с Каролиной решили глубже исследовать наше открытие, задав себе один простой вопрос: зависит ли хоть как-то первое нарушение симметрии в эмбрионе от места проникновения сперматозоида в яйцеклетку? У других животных зависит, например у лягушек и нематод, но как обстоят дела у млекопитающих вроде мышей?

Искусство симметрии

Описывая зарождение жизни, обычно рисуют картину, где сперматозоид устремляется вперед, чтобы прикрепиться, а затем слиться с ровной округлой яйцеклеткой. Если все верно, то было бы бессмысленно спрашивать о том, влияет ли на будущее развитие место проникновения сперматозоида. Все места на поверхности такой идеализированной яйцеклетки были бы одинаковы. Однако, безусловно, существует точка отсчета, эквивалент знака «проход здесь» в виде полярного тельца.

Полярное тельце образуется в результате асимметричного процесса мейоза, когда клеточный «скелет» (веретено), сформировавшийся для содействия делению, движется от центра клетки к ее краю, чтобы получилось большое яйцо и маленькое полярное (направительное) тельце. Можно предположить, что симметрию яйцеклетки нарушает именно миграция веретена с хромосомами, помогающая выделению полярного тельца. И действительно, многие замечали, что оно располагается в плоскости деления оплодотворенной яйцеклетки. Уже знакомый нам Ричард Гарднер обнаружил, что полярное тельце остается привязанным к яйцеклетке и не только намечает плоскость первого дробления, где яйцеклетка расщепляется надвое, но и через несколько дней определяет ось симметрии бластоцисты [3]. Его открытие вдохновило нас. Может ли информация о расположении оси сохраняться в яйцеклетке вплоть до стадии бластоцисты и есть ли другие факторы, влияющие на онтогенетическую симметрию? На этом этапе мы с Каролиной решили посмотреть, является ли место проникновения сперматозоида второй позиционной подсказкой.

Точно так же, как локализация на земной поверхности относительно Северного полюса определяет так называемую линию долготы, место проникновения сперматозоида могло бы служить еще одной точкой относительно положения полярного тельца, что мы с Каролиной и захотели выяснить. Если это правда, то плоскость первого дробления была бы определена еще точнее. Это казалось разумным, поскольку и образование полярного тельца, и проникновение сперматозоида перестраивают клеточный скелет, который позже будет использоваться при дроблении яйцеклетки. Если мы ошибались, то плоскость первого дробления закладывается как попало по отношению к месту, через которое проник сперматозоид.

Современные технологии значительно упростили бы нам задачу. Мы могли бы заснять весь процесс и посмотреть, что происходит между проникновением сперматозоида и последующими клеточными делениями. Однако в то время такой технологии не существовало. Нельзя было и заснять развитие мышиного эмбриона с момента оплодотворения до наступающей через несколько дней стадии бластоцисты. Вместо этого нам пришлось придумывать способ маркировки места проникновения сперматозоида, чтобы потом отследить, как оно соотносится с плоскостью, вдоль которой оплодотворенная яйцеклетка будет делиться несколькими часами позже.

Сначала я подумала о том, чтобы прилепить что-нибудь естественное и крохотное (вроде эмбриональной стволовой клетки) к месту проникновения сперматозоида сразу после оплодотворения, пока это место еще заметно, но затем мне пришла в голову простая идея использовать малюсенькие флуоресцентные гранулы, невидимые невооруженным глазом. Это сработало, но жаль, что я не дала им какое-нибудь затейливое научное название, например, «микросферы». Конечно, порицание со стороны коллег волновало меня больше, чем присвоение названий, но дело в том, что слово «гранулы» уж очень невзрачное, и этим, как мы с грустью обнаружили, не преминули воспользоваться критики, чтобы принизить нашу работу.

Поначалу место проникновения сперматозоида легко можно различить. Он оставляет за собой небольшой бугорок под названием «конус оплодотворения». Построенный из цитоскелета яйцеклетки и состоящий из нитей белка актина, этот бугорок сохраняется примерно полчаса. Этого хватит, чтобы вставить одну-две гранулы и промаркировать место. Чтобы прилепить гранулы, мы окунали их в смесь белков фитогемагглютининов, которые обычно используют для склеивания клеток друг с другом. Руки человека не вполне устойчивы, поэтому Каролина подбирала липкую гранулу с помощью робота-манипулятора и помещала ее на поверхность свежеоплодотворенной яйцеклетки, которая лежала совершенно неподвижно благодаря другой роботизированной «руке».

Хотя гранула и крошечная, всего 1-2 микрона в поперечнике, под ультрафиолетом она выглядит гораздо более крупным зеленым пятном, по которому ее легко отследить. Наблюдая развитие оплодотворенной яйцеклетки, мы обнаружили, что после первого дробления гранула оказывается на границе между двумя клетками или очень близко от нее.

Мы всегда должны подвергать сомнению наши мысли и открытия. Могло быть так, что гранула, помещенная на любую точку поверхности яйцеклетки, впоследствии просто проваливается в борозду дробления. Для проверки мы сделали контрольные эксперименты, в ходе которых Каролина помещала похожую гранулу на точку поверхности яйцеклетки, выбранную в случайном порядке. Результат обнадеживал: гранула не проваливалась в борозду, возникавшую при клеточном делении. Это позволяло предположить, что место проникновения сперматозоида каким-то образом «запоминалось» и становилось предпочитаемым местом деления оплодотворенной яйцеклетки. Другими словами, если мы правы, то яйцеклетка склонна дробиться вдоль определенной плоскости, а не как попало.

Догадки осеняли нас одна за другой. При переходе от двухклеточной стадии к четырехклеточной клетка, унаследовавшая маркер входа сперматозоида, была склонна делиться первой. Могло ли быть так, что полученный от сперматозоида молекулярный груз менял судьбу этой клетки? Через три дня после оплодотворения маркер входа сперматозоида находится на границе между двумя частями бластоцисты: эмбриональной частью, состоящей из стволовых клеток, которые будут формировать эмбрион, и внеэмбриональной. Это наводило на мысль о том, что одна из клеток двухклеточного эмбриона склонна превращаться в эмбриональную часть, а вторая — во внеэмбриональную. Мы были ошеломлены. В течение нескольких дней мы часами всматривались в изображения. Сначала я не могла поверить результатам и потому снова и снова просила Каролину повторить эксперимент. Доказательство раннего нарушения симметрии было таким простым, даже слишком.

Скептик вполне оправданно придрался бы и сказал, что не место проникновения сперматозоида определяет плоскость дробления, а сам акт введения гранулы через конкретное место. Чтобы проверить это, мы проводили множество контрольных экспериментов, о которых я расскажу позже. Мы уже выяснили, что для определения плоскости дробления мало просто поместить гранулу в любое место, кроме конуса оплодотворения. Но надо было проверить и перепроверить многие другие факторы. Мы должны были исключить все сомнения.

Математика жизни

Едва биологам начали открываться молекулярные подробности чуда нарушения симметрии (и не в последнюю очередь усилиями моей лаборатории), как математики тоже обратили взор на эту проблему. Возможно, самая знаменитая модель возникновения формы из бесформенного была предложена в прошлом веке Аланом Тьюрингом.

Хотя Тьюринг больше известен созданием основ современных компьютерных вычислений и не был ни биологом, ни химиком, он сильно повлиял на мои исследования своей статьей, которую опубликовал еще в 1952 году, работая в Массачусетском университете. Статья «Химические основы морфогенеза» предлагала глубокий взгляд на самоорганизацию живой материи в пространстве и времени, а также являлась, насколько я знаю, первым примером использования математической модели для описания того, как два взаимодействующих химических вещества, имеющих разную скорость диффузии, создают стабильный паттерн, хотя в начале Тьюринг подчеркнул: «Эта модель будет упрощением и идеализацией, а значит, фальсификацией» [4].

Тьюринг предполагает, что развитие клетки или ткани по определенному пути запускают соединения под названием «морфогены». Невероятно, чтобы такой человек вдруг заинтересовался, каким образом случайные флуктуации вызывают паттерны биологической симметрии. Но учитывая его гениальность, не стоит удивляться.

В четвертом разделе статьи Тьюринг рассматривает нарушение симметрии на примере стадии развития бластулы (бластоцисты, если говорить об эмбрионах млекопитающих вроде людей или мышей), которая двадцать лет была в центре внимания моей лаборатории. Но учитывая идеализированное представление об эмбрионе как о сферическом образовании, Тьюринг понял, что столкнулся с проблемой. Ведь можно подумать, что постоянная диффузия наружу через сферу входе биохимических реакций, направляющих развитие, сохранит симметрию, а потому каждый из нас должен быть круглым, как пузырь.

Поднятый Тьюрингом базовый вопрос был таким же, который не давал покоя мне самой. Что является источником нарушения симметрии? Выдвигая гипотезу об источнике нарушения симметрии, необходимом для развития бластоцисты, Тьюринг обращается к аналогии в виде мыши, карабкающейся по стержню маятника. Крохотные флуктуации (вызванные тепловой энергией, или броуновским движением) могут решить судьбу эмбриона, определив его путь. Можно, например, подбросить монетку — выпадет орел или решка. Эмбрион получает сигнал нарушить свойственную ему монотонность.

В следующем разделе Тьюринг обсуждает еще одну нестыковку в своей схеме симметрии: поскольку физические и химические законы, лежащие в основе его теории реакции-диффузии, не имеют никаких предпочтений касательно правой и левой сторон, то правши и левши должны появляться с одинаковой долей вероятности. Однако в биологии есть много примеров хиральности[10]. Даже сегодня ведутся разговоры, например, о том, почему у всех организмов двойная спираль ДНК закручена в правую сторону [5]. Тьюринг признает, что хиральность, преобладающая у данного биологического вида, создает проблему для его модели. И предлагает единственное объяснение: на нарушение симметрии может влиять хиральность морфогенов эмбриона.

Используя идеализированный пример кольца из клеток, тьюринговская схема создания паттернов показывает, как два вещества с разной скоростью диффузии могут взаимодействовать и создавать стационарные химические паттерны, что впоследствии стало называться теорией реакции-диффузии.

Одно соединение — это автокаталитический «активатор», обеспечивающий положительную обратную связь; другое — «ингибитор», подавляющий автокатализ активатора. Важно, чтобы они имели разную скорость диффузии, которая у ингибитора должна быть быстрее. По сути это значит, что самоусиливающийся активатор концентрируется в пределах «пятна», в то время как ингибитор не позволяет вырасти рядом еще одному «пятну».

Важный вывод из теории Тьюринга состоит в том, что, если несколько веществ разного цвета и скорости диффузии реагируют друг с другом в жидкой среде, их концентрации будут варьировать и образовывать устойчивые пространственные паттерны.

Идея о том, что различия в скоростях диффузии могут привести к неравномерному распределению компонентов, довольно нелогична, поскольку диффузия обычно уменьшает различия в концентрации. Однако в реакционно-диффузионном механизме Тьюринга все иначе. Система всего из двух молекул может, по крайней мере, теоретически, создать пятнистые или полосатые узоры, если они диффундируют и химически реагируют правильным образом.

Разобравшись со своим идеализированным кольцом клеток, Тьюринг возвращается к бластуле и рассматривает химические волны на сферах. «При определенных не очень строгих условиях... паттерн нарушения однородности имеет осевую симметрию». Это может «во многих случаях привести к гаструляции», в результате чего эмбрион превращается в трехслойную структуру, которую мы обсудим позже.

Тьюринг показал, что для создания природных закономерностей не нужен никакой витализм. К сожалению, Тьюрингу не суждено было и дальше развивать свои новаторские идеи о морфогенезе: через два года после выхода статьи он умер от отравления цианидом. Теория Тьюринга предложила возможное объяснение для широкого спектра природных узоров, от зебр до морских раковин [6].

Эмбриологи десятилетиями сопротивлялись тьюринговской схеме создания паттернов: биологи сторонились математических моделей как грубых упрощений. Но не больше. В 2006 году было обнаружено, что расположение волосяных фолликулов мышей обусловлено процессами активации и ингибирования [7]. Недавние исследования предполагают, что системы Тьюринга могут быть гораздо более гибкими генераторами паттернов, чем считалось ранее; например, пальцы рук и ног формируются механизмом Тьюринга, в котором участвуют белки Nodal и Lefty [8]. Когда дело дошло до разработки цифровых технологий, эта статья Тьюринга вызвала новый интерес.

Кухонная эмбриология

В наших с Каролиной поисках ответа на вопрос, что нарушает симметрию раннего эмбриона, нам требовалось много места, чтобы рассмотреть все полученные изображения, сравнить их и наконец-то разобраться, что происходит со всеми нашими маркерами и метками, когда сперматозоид состыковывается с яйцеклеткой. Вся эта выставка меченых мышиных эмбрионов не помещалась в моем крошечном кабинете в Институте Гёрдона, поэтому мы устроили ее на деревянном полу в моих апартаментах в Сидни-Сассекс-колледже.

На выходные выставка перекочевывала в дом, купленный мною и Дэвидом Гловером. В том году Дэвид переехал из Шотландии в Кембридж, чтобы стать шестым руководителем именной кафедры генетики Артура Бальфура и быть вместе со мной. Мы поженились в следующем году, первого апреля 2000-го.

У Дэвида не было иного выбора, кроме как присоединиться к изучению фотографий меченых эмбрионов. Они были по-своему красивы, но нас притягивало не это, а заключенный в них смысл. Когда мой отец приезжал в гости, он тоже не мог оторваться от цветных эмбрионов. Быть может, у него, как и у Дэвида, не было особого выбора: как только прием пищи заканчивался, кухонный стол — единственное достаточно большое место в доме — немедленно превращался в подиум для нашей кочевой эмбриологической выставки.

На данном этапе мы решили провести еще больше контрольных экспериментов. Например, измерив расстояние между полярным тельцем и гранулой, мы убедились в его неизменности, позволяющей предположить, что ни гранула, ни полярное тельце не соскальзывают со своего места. Лишь изредка гранула действительно отсоединялась. Когда Каролина с помощью своего метода вставки аккуратно переместила две-три гранулы в разные места на поверхности оплодотворенной яйцеклетки, она обнаружила, что их относительное положение не изменилось. Это придало нам уверенность в том, что гранулы (как минимум те, с которыми поработала Каролина) «помнили» точку проникновения сперматозоида в яйцеклетку.

Мы были обеспокоены, и не важно, сколько раз Каролина повторяла эксперимент, — наблюдался один и тот же сюжет: по-видимому, сперматозоид оказывает неожиданное влияние на развитие, выходящее за рамки простого представления об отцовской ДНК. Точка проникновения сперматозоида в яйцеклетку, похоже, предсказывает будущую симметрию эмбриона. Когда эмбрион впервые дробился на две части, точка проникновения соотносилась с плоскостью, вдоль которой проходило первое деление. Сначала я со скептицизмом решила, что гранула просто «проваливается» в борозду дробления. Чтобы проверить это, Каролина ночами просиживала в лаборатории, отлавливая момент деления эмбриона.

Порой гранула лежала прямо между двумя половинами дробящейся яйцеклетки, но если она оказывалась прикрепленной к одной из двух клеток, то меченая клетка обычно делилась раньше сестринской и вносила больше клеток в ту часть, которая впоследствии превращалась в собственно эмбрион.

Годами нам твердили, что клетки двухклеточного эмбриона идентичны друг другу. И все же наши эксперименты со сперматозоидной точкой проникновения опровергали эту идею и подтверждали мои ранние эксперименты с GFP. Учитывая господствующую догму, нам требовалось больше экспериментов, чтобы полностью убедиться в реальности увиденного.

Работа велась в беспощадном темпе; для наблюдения отдельных экспериментов мы оставались в лаборатории на всю ночь, чтобы не упустить ни одну деталь и ни один момент. На фотографии, где мы с Каролиной стоим рядом в саду колледжа после целой ночи особенно сложных экспериментов, она светится от возбуждения, а я еле выдавливаю из себя улыбку, — радуясь, но все-таки отчаянно желая спать. Мы молоды, но я уже беременна моей первой дочкой Наташей (названной в честь Наташи Ростовой из романа Льва Толстого «Война и мир»).

Для продолжения исследований требовалась финансовая поддержка; деньги нужны были для самих экспериментов, для моей команды и для нового микроскопа с камерой, позволяющей снимать процесс развития, пока мы спим. Большую часть года я провела за написанием исследовательских предложений в фонд Wellcome Trust, чтобы получить стипендию для старших научных сотрудников. Во время проведения последнего этапа собеседования я была на четвертом месяце; пришлось спрятать живот под одеждой, поскольку я опасалась, что беременность снизит мои шансы. Странно, но с этой комиссией я снова встречусь через пять лет — и снова беременной, хотя в тот момент еще и не зная о том, что идет второй месяц жизни моего сына Саймона.

Первое окрашивание раннего эмбриона

С учетом неожиданности наших результатов я захотела выяснить, получится ли то же самое, если проследить судьбу клеток неинвазивным методом, то есть не помещая в клетку GFP или гранулу. Идея состояла в том, чтобы снять фильм, однако в то время еще не было технологии, благодаря которой можно зафиксировать на видео многодневное развитие эмбрионов, не беспокоя их извлечением из инкубатора.

Однажды я озвучила эту проблему в институтской столовой, сидя за чашкой кофе с моим коллегой Ником Брауном, который проделал поразительную работу, продемонстрировав то, как клеточная адгезия определяет развитие эмбрионов дрозофил. Ник предложил мне простую альтернативу. Почему бы не взять маслорастворимый краситель и не растворить его в клеточных мембранах, ведь они сами маслянистые?

Какая изящная мысль! Наполняем пипетку маслом и одним нежным касанием масло окрашивает клетку флуоресцентной краской, светящейся под ультрафиолетом. Я попросила Каролину попробовать. И все получилось.

Перед нами предстала знакомая картина: одна из клеток двухклеточного эмбриона наделяется склонностью порождать клетки, которые в будущем станут частью собственно эмбриона, в то время как остальные будут строить внеэмбриональные вспомогательные структуры [9]. Это не детерминированное правило, а склонность, которая статистически не случайна.

Неважно, окрашивали мы место проникновения сперматозоида или сами клетки, исход был один: судьба первых клеток мышиного эмбриона была не случайна, как считали долгое время. Однако понадобились годы дополнительных исследований, чтобы понять причину этого легкого уклона в развитии, который так рано начинает определять судьбу эмбриона.

Угри, лягушки и люди

Предполагалось, что мышиным эмбрионам будет безразлично место стыковки сперматозоида с яйцеклеткой или расположение полярного тельца, которое зависело от клеточных (мейотических) делений, образующих яйцеклетку. Но, что интересно, наши находки в некоторых отношениях совпадали с тем, что наблюдалось у эмбрионов многих других животных, от нематод до лягушек. Возможно, эмбрионы млекопитающих не такие особенные.

Свидетельства раннего нарушения симметрии у других существ были найдены больше ста лет назад. Например, биолог Эрнест Джаст в 1912 году выяснил, что происходит, когда сперматозоид нереиса соединяется с яйцеклеткой в морской воде, окрашенной индийскими чернилами [10]. «Полоска чернил, словно кинжал или восклицательный знак, указывает на воспринимающий бугорок, над которым — присоединенный к мембране сперматозоид... Этот “восклицательный знак” помогает быстро установить, в какую из огромного множества яйцеклеток проник сперматозоид».

Ссылаясь на работу Вильгельма Ру 1885 года, раскрывшую влияние проникновения сперматозоида в яйцеклетку лягушки, а также на исследования ядовитых морских ежей и асцидий, Джаст пришел к следующему выводу: «Плоскость первого дробления яйцеклетки, чьи деления имеют разное значение и разное отношение к будущим продольным осям симметрии эмбриона, определяется проникновением сперматозоида». Мы с Каролиной подумали, что обнаружили что-то похожее в яйцеклетках млекопитающих, но только менее детерминированное.

Вы спросите, разве не странно полагать, что эмбрионы млекопитающих отличаются от эмбрионов других существ и не нарушают свою симметрию как минимум до поздней (относительно говоря) стадии развития? Однако в те годы, когда мы проводили свои эксперименты, подобный вопрос назвали бы ересью.

Тем не менее, покопавшись в научной литературе, мы нашли более ранние исследования эмбрионов млекопитающих, результаты которых совпадали с нашими. Их авторами были два замечательных ученых, и первое из этих исследований провела в Великобритании Энн Макларен [11], второе — Джинни Папайоану в США [12]. Независимо друг от друга, они обе обнаружили, что если клетки двухклеточного мышиного эмбриона отделить друг от друга или одну удалить, то примерно в 90% случаев только одна из клеток будет развиваться в течение всей беременности. Трудно было произвести на свет однояйцевых близнецов. По этим результатам уже можно было предположить, что клетки на двухклеточной стадии не идентичны друг другу не только по своей судьбе, но и по возможностям развития.

К счастью, наши результаты соответствовали работам Ричарда Гарднера в Оксфорде; он доказал асимметричность мышиного эмбриона относительно полярного тельца, о чем я говорила ранее [13]. Я не понаслышке знала, что Ричард был очень уважаемым и скрупулезным эмбриологом, воспитавшим нескольких замечательных женщин-ученых, включая моих кумиров Джинни Папайоану, Джанет Россант и Розу Беддингтон.

Вдохновленные коллегами, мы с Каролиной представили в журнал Nature исследование роли сперматозоида в нарушении симметрии и были в восторге, когда в 2001 году вышла наша статья [14]. Экспериментов было слишком много, чтобы вместить все в статью для Nature, поэтому вторая статья, подробно описывающая эксперименты с раскрашиванием клеток, была опубликована в том же году в Development [15].

Научные статьи описывают лишь методы и результаты; они не могут передать, каково это — долго блуждать в темноте, пока не увидишь яркий свет открытия. Жаль, что я не могу описать, как изначально сама скептически восприняла наши результаты, как от эксперимента к эксперименту запутывалась еще сильнее и как в моем сознании забрезжила мысль о том, что симметрия в эмбрионе может нарушаться гораздо раньше, чем принято считать. Научные журналы не содержат подробное описание того, как наши личные сомнения шаг за шагом перерастают в уверенность.

Да, мы сделали достаточно, чтобы убедить не только себя, но и наших рецензентов. Но после публикации наших исследований первоначальное удивление коллег испарилось, оставив лишь недоверие, которое в ряде случаях переходило в полное несогласие.

Кто-то может предположить, что у нас был союзник в лице Ричарда Гарднера, который в то время был единственным приверженцем нашей революционной идеи. Но Ричард сам раскритиковал нас за то, что мы промаркировали место входа сперматозоида микросферами (гранулами), поскольку полагал, что они могут смещаться. Это заставило нас задуматься. Весь следующий год мы изобретали альтернативу гранулам — зеленый флуоресцентный краситель, который химически связывался с некоторыми компонентами хвоста сперматозоида. К нашему облегчению, этот новый метод маркировки подтвердил то, что впервые показали гранулы [16].

Вся эта тяжелая работа по сбору доказательств, опровергающих прописные истины, требовала времени, а до тех пор, пока мы не провели множество других подтверждающих экспериментов, наши выводы часто искажались или утрировались, словно мы с Каролиной заявляли, что эмбрион с первого дня приговаривается к своей судьбе, а не приобретает склонность (о чем мы на самом деле говорили). Через несколько лет наше открытие подвергнется нападкам одной из крупнейших фигур в эмбриологии.

Менторство мужчин

На фоне всего происходящего в декабре 2001 года родилась Наташа. Это один из счастливейших моментов в моей жизни. В том же году я получила стипендию для старших научных сотрудников от фонда Wellcome Trust, и теперь у меня была зарплата для себя и команды, а также финансовое обеспечение экспериментов на пять лет. Наконец-то я могла превратиться из постдока в «настоящего» руководителя группы, три года пробыв между этими двумя мирами. Мы могли расширить свои исследования.

Наташа появилась именно тогда, когда я привыкала к новой роли руководителя. Сначала было сложно, потому что она ничего не ела, и нам пришлось несколько раз возвращаться в больницу под наблюдение врачей. Но едва ее режим питания наладился, я снова смогла заниматься работой. Дочка мне совсем не мешала, ведь любовь к ней заряжала меня дополнительной энергией. Помню, как проводила собеседование с кандидатом на должность в моей команде, а новорожденная малышка спала под столом в детском автокресле. Я удивлялась своей работоспособности в условиях недостатка сна. Я выяснила, что могу кормить ребенка и одновременно читать или даже писать статьи. Я могла брать ее в поездки. Практически везде она была рядом со мной. Несмотря на недосып, Наташа была чудесным компаньоном.

В начале следующего года я повезла Наташу в Польшу повидаться с моим отцом в первый и последний раз. Когда он приезжал полюбоваться моей кочевой выставкой эмбрионов, он не сказал, что его рак, который считался вошедшим в ремиссию, вернулся. Он откладывал эту жуткую новость и ждал, пока я рожу ребенка и закончу кормить грудью. Я узнала только тогда, когда у нас осталось совсем мало времени побыть вместе. Пока я вникала в хореографию клеточного танца на заре жизни, координация его собственных клеток ухудшалась.

У меня есть фото, где он улыбается с двухмесячной Наташей на руках. Прошло уже немало лет, а я по-прежнему не могу на него смотреть. От человека, в котором было так много сил и энтузиазма, чье лицо всегда излучало энергию, почти ничего не осталось. Даже сейчас, когда я пишу эти строки, мое сердце словно сжимает детская рука. Когда он сдался раку, я потеряла отца, лучшего друга и самого значимого наставника.

Перед смертью он сделал подарок — попросил маму помочь мне, поэтому она приехала к нам на полгода. И я была очень благодарна за возможность воссоединиться с ней и снова стать близкими.

В научном отношении в тот год я вышла на новый уровень, удостоившись премии Молодого исследователя от Европейской организации молекулярной биологии. Эту честь оказал мне наставник Давор Сольтер — выдающийся ученый из Югославии (ныне Хорватии), который стал директором престижного Института иммунобиологии Макса Планка в Германии. Сольтера почитали за исследования геномного импринтинга, суть которого в том, что экспрессия гена зависит от того, наследуется он от матери или от отца. Он также был известен статьей, опубликованной в 1984 году в журнале Science, где заключил, что клонирование млекопитающих путем ядерного переноса невозможно (клонирование овцы более десяти лет спустя докажет ошибочность его выводов) [17].

Короче говоря, Сольтер был очень влиятельной фигурой с твердым мнением и большой командой восхищенных людей. Когда я впервые разработала GFP в качестве маркера клеточной линии, я была лишь едва знакома с ним; мы виделись в летней школе, которую он организовал на юго-западе Германии во Фрайбурге, где сам работал. В течение многих лет после вручения премии мы по разным причинам не встретились на наставнической сессии, так что у меня не было шанса воспользоваться его мудростью.

В 2004 году, через три года после того как Сольтер стал моим наставником, он и его постдок Такаши Хиираги опубликовали статью, где заявили, что выводы, сделанные Каролиной, мной и Ричардом Гарднером, ошибочны. Они утверждали, что второе полярное тельце не остается прикрепленным к яйцеклетке и что эмбрионы «вертятся как йо-йо», что затрудняет отслеживание отдельных клеток. В этой статье, опубликованной в Nature, куда мы впервые представили свои результаты, они заключили, что плоскость первого деления яйцеклетки случайна, и придерживались традиционного мнения о том, что между клетками раннего эмбриона нет никакой разницы [18].

Подробно изучив их статью, мы осознали, что, если в их экспериментах полярное тельце отсоединилось от яйцеклетки, они не могли сделать никаких заключений (в поддержку полярности яйцеклетки или против нее) без надежного маркера. Но почему они сами не пришли к подобному выводу?

Желая разобраться в этих отличиях, мы пригласили Хиираги в нашу лабораторию, чтобы показать ему, что мы обнаружили, и узнать о подробностях его экспериментов. Мне казалось, что важно вести открытый и дружелюбный научный диалог, чтобы добраться до сути разногласий. И думаю, очень плохо, что эта встреча не состоялась. Меж тем другие ошибочно интерпретировали наши результаты и дискредитировали их.

Были ли мы расстроены? Разумеется. Мы хотели, чтобы наши результаты были представлены так, как есть — ни больше ни меньше. Наш вывод состоял не в том, что направление развития фиксируется с первого дня и тогда же определяется судьба клеток, а в том, что клетки могут отличаться друг от друга, и это отличие может влиять на нарушение симметрии и судьбу клеток [19]. В наших экспериментах полярное тельце оставалось прикрепленным к одной из клеток эмбриона и могло служить маркером для отслеживания клеточных линий.

Мы так и не смогли обменяться с критиками опытом наблюдений под микроскопом. Хотя через год они действительно пожелали встретиться и обсудить разногласия. Это был небольшой симпозиум под названием «Преимплантационные паттерны мышиного эмбриона», организованный Хиираги и Сольтером в сентябре 2005 года во Фрайбурге. Ричард Гарднер благоразумно отказался, но, даже будучи в меньшинстве, мы посчитали своим долгом принять приглашение. «Надежный ответ не получен» — так сказано в отчете, где критики подробно изложили свою точку зрения [20]. Мой муж Дэвид, к тому времени тоже ставший участником проекта, побывал с нами на этом симпозиуме. Он парировал короткой статьей под заголовком «Нечестные дебаты» [21]. Эта поддержка была очень трогательной, но я чувствовала — нужно идти дальше, чтобы дальнейшими экспериментами показать, кто из нас прав.

Из-за невероятного давления иногда я почти раскаивалась в публикации наших открытий, несмотря на твердую уверенность в правоте, — ведь мы проверяли и перепроверяли каждый результат так много раз и такими разными способами, ценой усилий стольких разных членов команды, что вероятность ошибки была почти ничтожной. Долгие годы при вбивании моей фамилии в поисковик первым всплывавшим словом было «противоречие». Я ощущала себя аутсайдером, «раскрашенной птицей» [22]. Оглядываясь назад, я понимаю, что не пошла ко дну, утащив за собой всю команду, только благодаря поддержке Дэвида, моих друзей и коллег, которые собственными глазами видели весь непомерный труд, вложенный в наше открытие. Этот эпизод поведал мне многое о людях и политике научного мира. Если я когда-нибудь найду время и силы рассказать всю историю целиком, она будет важным уроком для каждой молодой женщины, пробивающей себе дорогу в науку.

Без преувеличения скажу, что именно скептицизм подхлестнул меня вложиться в создание правильных условий и приобретение оборудования для съемки подробностей онтогенетического развития. Это не делается в одночасье, ведь мышиные эмбрионы, как и человеческие, крайне чувствительны к условиям окружающей среды. Но затраты того стоили. Как говорится, лучше один раз увидеть.

Наши первые фильмы были короткими таймлапсами[11], отснятыми за сутки. Однако они были достаточными, чтобы подтвердить наши результаты и, что еще важнее, предоставить новый материал для исследований. Они продемонстрировали механизм, с помощью которого сперматозоид может влиять на первое дробление оплодотворенной им яйцеклетки [23]. Оказалось, что первая встреча сперматозоида и яйцеклетки физически влияет — но, опять же, не окончательно, — на судьбу клеток. Мы обнаружили, что при проникновении сперматозоида яйцеклетка меняет форму и становится чуть более плоской. Место входа сперматозоида лежит на одном конце короткой оси, и именно там мы наблюдали деление яйцеклетки. Напрашивался очевидный вопрос: если мы искусственно изменим форму оплодотворенной яйцеклетки, изменится ли плоскость деления?

Для эксперимента мы осторожно сжимали яйцеклетки, засасывая их пипеткой, а затем выпускали в гель альгината натрия, чтобы зафиксировать их форму. Таким образом мы могли пренебречь местом проникновения сперматозоида и заставить яйцеклетку делиться вдоль искусственно сформированной короткой оси. Считается, что нарушение симметрии вызвано в основном химическими процессами, но этот процесс был механическим.

В 2005 году в статье для Nature и в 2004 году в статье для Current Biology мы ответили на критику Хиираги и Сольтера, опираясь на сделанные фильмы, которые показывали механизм деления эмбриона, в частности асимметричное распределение PAR-белков и регуляцию белка актина, формирующего клеточный «скелет» [24]. Но прежде всего эти фильмы подтвердили, что клетка двухклеточного эмбриона может порождать либо эмбриональную, либо внеэмбриональную часть бластоцисты, и поэтому первое деление не случайно и способствует нарушению симметрии эмбриона. Разумеется, важна не личная убежденность, а подтверждающие результаты экспериментов других ученых. Придется ждать долгие годы, но это произойдет.

Истоки перемен

В дополнение к лабораторным исследованиям я решила выяснить, не сказано ли в знаменитой статье Тьюринга что-нибудь о способности единственной клетки размножаться и дифференцироваться в клетки с определенной судьбой, чтобы сравнить это с нынешними представлениями. На этот раз я работала вместе с блестящим коллегой Ци Чэнем, постдоком из его команды Цзюньчао Ши, который теперь в Калифорнийском университете в Риверсайде, а также И Тао из Центра вычислительной и эволюционной биологии в Китае [25].

Мы знаем, что на третий день после оплодотворения неизбежно появляются две отдельные группы клеток: одна представляет собой внутреннюю клеточную массу, развивающуюся в собственно эмбрион, а вторая — трофоэктодерма, формирующая плаценту. Но что, по мнению Тьюринга, запускает эти изменения? Тьюринг показал, что даже крошечное возмущение в уровнях транскриптов или белков из-за внешнего сигнала либо небольшие различия между клетками в способе считывания генов потенциально могут усиливаться в паттерн. Шум или ошибки могут быть одной из причин. Наши результаты предполагали, что эти изменения присутствуют на ранней стадии, когда есть всего две или четыре клетки, и могут быть основаны на внутренних различиях между этими клетками.

У клеток тоже есть анатомия. Заглянув внутрь одной из них, можно увидеть различные компоненты, такие как ядро, где находится ДНК; лепешкообразные митохондрии — клеточные силовые станции; эндоплазматический ретикулум, где происходит укладка новых белков; и пероксисомы, внутри которых расщепляются жирные кислоты.

Нам пришла в голову новая идея: может ли анатомия клеток быть окончательным источником нарушения симметрии [26]? Может ли, например, одностороннее распределение органелл наподобие митохондрий повлиять на судьбу дочерних клеток? В самом деле, некоторые депонированные материнские белки, необходимые для жизнеспособности эмбрионов млекопитающих, такие как группа под названием «подкорковый материнский комплекс», смещены от центра клетки не только у мышей, но и у ранних человеческих эмбрионов. Предметом исследований, опубликованных нами в 2018 году в журнале Cell, был фермент CARM1 (связанный с коактиватором аргининметилтрансфераза, широко влияющий на экспрессию генов и количество производимого ими белка). Мы обнаружили, что в эмбрионе мыши он накапливается в основном в параспеклах (частицах, расположенных в ядре клетки) между двух- и четырехклеточной стадиями [27]. Параспеклы могли бы посылать химические сигналы, которые, согласно теории реакции-диффузии Тьюринга, после усиления способны влиять на судьбу клетки, причем не обязательно при следующем делении, а позже.

Я расскажу в следующей главе о том, как в течение десятилетия, последовавшего за нашим спорным открытием, другие научные команды подтвердили наши результаты и зашли еще дальше. Моя же команда продолжила отслеживать развитие сотен эмбрионов, чтобы выяснить, как решается судьба клеток классического эмбриона млекопитающих — эмбриона мыши. В итоге мы получили еще больше свидетельств существования легкого, но важного уклона, раскрыв новые необыкновенные детали нарушения симметрии на заре жизни.

Глава 5

Рождение плана тела

Как многие эмбриологи, я в долгу перед свирепыми отпрысками Тифона и Ехидны, этой парочки чудовищ, наводнивших кошмарами сны древних греков. Согласно мифологии, верхняя часть Ехидны была телом молодой нимфы, а нижняя — хвостом огромной змеи. Ее супруг Тифон был леденящим душу монстром с сотней драконьих голов.

Союз этих смешанных созданий подарил греческой мифологии многих фантастических чудищ, таких как трехглавый пес Цербер, охраняющий врата Аида, многоголовая змея Гидра или Сфинкс с головой женщины и телом крылатого льва (смотря какому источнику верить). Сегодня Цербером вполне уместно называют ген, принимающий участие в формировании головы. Это один из генов, который я отслеживала долгие годы, и до сих пор отслеживаю с помощью GFP, чтобы понять, как развивается ось голова—хвост [1]. Но из всего этого странного и страшноватого потомства неожиданно значимым и полезным существом оказалась Химера.

Ее именем названа мощная концепция гетерогенного существа, получившая огромный резонанс не только среди ученых, но и среди обычных людей. Гомер описывал Химеру как «существо бессмертное, не человеческое, спереди лев, сзади змея и коза посередине» [2]. Среди ученых термин «химера» был впервые использован в 1907 году ботаником Гансом Винклером в контексте селекции растений.

Сама идея химеры бросает вызов представлениям об идентичности, видовой принадлежности и личности, и такая провокация просто бесценна для понимания устройства нашего тела. В современной эмбриологии этот пластичный и модульный взгляд позволяет экспериментировать с онтогенетическим развитием плана тела, смешивая и перетасовывая клетки раннего эмбриона.

В наш век клеточной алхимии, когда мы можем прочитать ДНК отдельных клеток и трансформировать их в любой желаемый тип, химерами являются и эмбрионы, ведь они состоят из смеси тонко различающихся клеток. Но различия не обязательно должны быть настолько тонкими. На самом деле строительные блоки химер могут принадлежать разным видам животных. Более того, подобные существа знаменуют начало долгого пути к созданию искусственных эмбрионов (тема, к которой я вернусь в главе 9).

Создание химер может выглядеть неестественным. Однако я, вы и все остальные люди в каком-то смысле являемся химерами: все клетки нашего организма считаются результатом слияния неродственных и более примитивных древних клеток — слияния, которое произошло 1,5 миллиарда лет назад [3]. Среди нас разгуливают и другие виды химер. Когда женщина беременеет, в ее крови и внутренних органах обнаруживается небольшое количество клеток ее нерожденного малыша. Подобный микрохимеризм можно рассматривать как символ прочной связи между матерью и ребенком. Человек может считаться химерой, если ему пересадили костный мозг, из-за чего клетки его крови генетически идентичны клеткам донора. Есть еще более редкие случаи, когда эмбрион в процессе развития сливается со своим братом, возникшим из другой оплодотворенной яйцеклетки.

Химеры могут выглядеть странными и фантастическими, но они ни в коем случае не противоречат природе. И если первопроходцы механики развития[12] XIX века сделали множество открытий, разделяя эмбрионы на части, мы тоже можем узнать много нового, собирая их из отдельных клеток. Химеры могли бы предоставить важную информацию о нарушении симметрии эмбриона. Мне повезло, что искусство создания химерных эмбрионов я постигала под руководством ученого, который одним из первых проделал этот трюк на млекопитающих.

Героические мыши

Систематическое изучение химер млекопитающих началось с экспериментов моего покойного наставника Анджея Тарковского, создавшего в 1960 году в Уэльсе свою первую химерную мышь [4]. Защитив в Польше докторскую диссертацию на стипендию Фонда Рокфеллера, Тарковский несколько недель спустя отправился в Уэльс, чтобы работать в лаборатории Фрэнсиса Брамбела на кафедре зоологии Университета Бангора. Через сорок лет он написал: «В те годы идея создания млекопитающего путем объединения двух дробящихся эмбрионов наверняка выглядела абсурдной» [5].

Эксперимент Тарковского показал, что после слияния клеток ранних эмбрионов они продолжают развиваться в химерный эмбрион [6]. Пересадив такой эмбрион в самку, он получил новорожденных с явными признаками химеризма, а именно — мозаичностью внешнего слоя сетчатки, где каждый «лоскуток» был потомком клеток разных эмбрионов [7]. Тарковский признал, что таким образом экспериментальная эмбриология отплатила древней мифологии, создавшей чудовищ из двух, трех и даже множества разных существ.

Тем временем другие ученые проводили собственные версии экспериментов. Беатрис Минц из онкологического центра Фокс Чейз в Филадельфии тоже была пионером создания химер млекопитающих. А позже Ричард Гарднер в Кембриджском университете и Ральф Бринстер в Пенсильванском университете придумали новый способ их конструирования — инъекции клеток в бластоцисту [8].

В 1976 году Энн Макларен отметила, что лишь несколько десятков человек во всем мире, работающих с экспериментальными химерами, «разделяют мое восхищение их красотой, способностью преподносить сюрпризы и давать ответы на старые вопросы, но прежде всего теми новыми вопросами, которые они непрерывно поднимают, вопросами, что и во сне не привидятся в мире, где индивидуум имеет только двух родителей» [9].

В то время все химеры млекопитающих были помесью разных индивидуумов, принадлежащих к одному виду. В 1984 году Макларен опубликовала книгу «Chimeras in Developmental Biology» («Химеры в биологии развития») в соавторстве с великим французским биологом Николь Де Дуарен, которая в 1970-х создавала химеры курицы и перепелки [10]. Обнаружив, что перепелиные клетки имеют уникальную маркировку, легко отличающую их от куриных, она отслеживала перемещение и судьбу клеток внутри перепелино-куриных химерных эмбрионов.

Следующим шагом было смешивание клеток разных видов млекопитающих. Эта задача удалась Стину Вилладсену и его команде, работавшим в лаборатории Криса Полжа в подразделении Совета по сельскохозяйственным исследованиям в Кембридже (Англия). В 1984 году Вилладсен создал химеру овцы и козы, ГИП (geep[13]), состоящую из мозаики козьих и овечьих тканей [11]. Части химеры можно было отличить по шерсти: кучерявые участки были сформированы из овечьего эмбриона, а прямоволосые — из козьего. Этот эксперимент имел и практическую ценность, поскольку позволял понять механизм вынашиваемое™ плода во время беременности. Хотя овца не может выносить эмбрион козы, и наоборот, обе способны выносить ГИП-эмбрион.

Этот подход, например, может позволить исследователям создать химеру так, чтобы обычный вид мог выносить плод вида, находящегося под угрозой вымирания, при этом плацента может состоять из одного набора тканей (обычного вида), а плод — из другого (вымирающего).

Химеры являются ключевым элементом создания «нокаутных» мышей, объясняющих роль генов в организме. В данном случае берут клетки, например, серой мыши, со всеми нетронутыми генами и смешивают с эмбриональными клетками белой мыши, у которой один конкретный ген удален или «нокаутирован». Такие эмбрионы развиваются в химерных мышей с мозаичным мехом, состоящим из участков «серых» и «белых» «нокаутированных» стволовых клеток. Также у некоторых химер половые железы сформированы из «нокаутированных» стволовых клеток и продуцируют яйцеклетки или сперматозоиды без одного («нокаутированного») гена. Этих мозаичных мышей можно скрещивать с нормальными мышами и получать нормальных или «нокаутированных» мышей, а сегодня (благодаря созданию условий для проведения исследований, что принесли Мартину Эвансу, Марио Капеччи и Оливеру Смитису Нобелевскую премию в 2007 году) можно создавать мутантные гены, которые активируются в определенный момент или в пределах конкретных клеток или органов как у развивающихся, так и у взрослых животных [12].

Кроме того, существуют исследования химер людей и животных, где у последних имеются человеческие клеточные признаки, например неврологические расстройства вроде Паркинсона и Альцгеймера. Можно выращивать мышей с человеческими опухолевыми клетками для изучения раковых заболеваний. Такие «аватарные» мыши имеют опухоль пациента, поэтому на них можно тестировать противораковые препараты, чтобы подобрать наиболее эффективный. Это дает преимущество, но по понятным причинам выращивание человеческих органов внутри животных вызывает тревогу, например, овца с частично человеческой печенью или мыши с человеческими нейронами, которые, как говорят, обладают повышенной способностью к обучению [13]. Я еще вернусь к этой теме и расскажу о практическом применении подобных химер.

Пирамидальные химеры

Результаты наших исследований предполагали, что клетки раннего мышиного эмбриона не обязательно идентичны друг другу, как думали почти все (включая и меня поначалу). Нам удалось проследить судьбу этих клеток, и теперь я хотела пойти дальше и проследить их развитие. Для этого я решила построить химеру, которую никто еще не создавал.

Наши наблюдения за развивающимися эмбрионами выявили два фактора, из-за которых клетки эмбриона отличаются друг от друга. Первый фактор — порядок деления клеток, поскольку клетки в двухклеточном эмбрионе делятся асинхронно, одна задругой. Согласно экспериментам, описанным в предыдущей главе, первой зачастую делится та клетка, которая унаследовала точку проникновения сперматозоида.

Второй фактор, создающий различия между клетками эмбриона, — ориентация клеточного деления. Чаще всего, в 80% случаев, одна клетка делится меридионально (вдоль анимально-вегетативной оси), а вторая — экваториально (перпендикулярно анимально-вегетативной оси). Влияет ли на судьбу клеток порядок и ориентация деления, в результате которого двухклеточный эмбрион становится четырехклеточным?

Для ответа на этот вопрос я и хотела создать химерные эмбрионы, которые состояли бы из одного типа клеток, взятых из четырехклеточного эмбриона, и понаблюдать за их развитием. Теперь, если последовать примеру коллег и допустить, что все клетки четырехклеточного эмбриона одинаковые, тогда все мои химеры должны были развиваться одинаково. Но если предположить, что я права и эти клетки разные, то каждый тип химеры должен был развиваться по-разному. Однако следовало учесть один нюанс: у нас было всего три типа клеток, а не четыре, как вы могли сразу предположить. Позвольте мне объяснить подробнее.

Причина в том, что две клетки, после деления которых получается четырехклеточный эмбрион, имеют полярность (разные концы, или полюса) или, по крайней мере, мы так считали, хотя опять же многие наши коллеги придерживались тогда иного мнения. Если клетка делится вдоль анимально-вегетативной оси, обе дочерние клетки получают и анимальный, и вегетативный полюса. Но если клетка делится перпендикулярно этой оси, то одна дочерняя клетка получит анимальный, а вторая — вегетативный полюс. Мы могли отличить эти полюса по положению второго полярного тельца, которое оставалось прикрепленным к анимальному полюсу.

Чтобы вам было легче, взгляните на полярность эмбриона следующим образом. Представьте себе двухцветный — наполовину черный, наполовину белый — мяч, расколовшийся надвое. В одном случае (при экваториальном или перпендикулярном разделении) вы получите одну черную и одну белую половины, отделяющие полюса мяча. Но если расколоть мяч под прямым углом к экватору (то есть меридионально), вы получите две идентичные черно-белые половины, поскольку каждой достанется два полюса.

Дробящийся двухклеточный эмбрион является эквивалентом двух раскалывающихся мячей. В зависимости от того, расколются они меридионально или экваториально, получатся две черно-белые клетки плюс одна белая и одна черная; или четыре черно-белые клетки; или две белые клетки и две черные. Но в природе все гораздо сложнее. Клетки делятся не синхронно, поэтому сначала поделится одна, меридионально или экваториально, затем другая, опять же меридионально или экваториально (я вернусь к этому позже).

Это и есть важный нюанс симметрии, означающий, что при делении двухклеточного эмбриона на четыре клетки получаются не четыре, а три базовых клеточных типа [14]. Чтобы установить, действительно ли эти клетки отличаются друг от друга, мы строили химеры на основе каждого из трех клеточных типов. Если обратиться к метафоре с мячом, химеры состояли из одних белых, одних черных или одних черно-белых клеток. Раз уж мы собирались провести дополнительные исследования для изучения судьбы каждой клетки четырехклеточного эмбриона, требовался изнуряющий набор экспериментов с использованием флуоресцентных красителей вместо черных и белых маркеров, чтобы идентифицировать клетки химер.

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 Роджеру Хайфилду, что мое с Каролиной исследование хотя и спорное, однако заслуживает статьи в Daily Telegraph, где Роджер работал научным редактором. В июне 2005 года Роджер написал очерк под названием «Разгадает ли этот ученый одну из величайших загадок жизни?», где объяснил наше открытие и его потенциальную значимость. Впервые моя команда попала на страницы популярной прессы, и это было захватывающе. Благодаря этой прекрасной и аккуратно написанной статье я два года спустя приняла предложение Роджера превратить мою историю в книгу.

Ради этой статьи Роджер обратился за комментарием к пионеру технологии экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) Роберту Эдвардсу. Тот рассказал, как сам собирал косвенные доказательства того, что клетки эмбриона могут приобретать индивидуальность гораздо раньше, чем предполагалось, и высказал подозрение, что у человеческих эмбрионов может быть то же самое. Для клинической практики это имело огромное значение. Согласно методике предимплантационной генетической диагностики (ПГД), после ЭКО генетические и хромосомные нарушения диагностируются путем извлечения клеток из раннего эмбриона. Эдвардс вместе с другими исследователями был обеспокоен тем, что извлечение «неправильных» клеток на этой стадии может нарушить способность эмбриона к развитию. Безусловно, наши химерные эксперименты невозможно повторить на сотнях человеческих эмбрионов, а значит, нельзя быть абсолютно уверенным, применимы ли наши результаты к человеку. Многие клиники ЭКО делают ПГД и не обрадуются такому утверждению. Я чувствовала, что не стоит увлекаться подозрениями Роберта Эдвардса, не собрав дополнительных доказательств.

Лучше один раз увидеть

В то время я была полностью уверена, что будущий успех кроется в наращивании наших съемочных усилий, от документальных короткометражек до чего-нибудь в стиле постановки Кшиштофа Кесьлёвского «Декалог: десять заповедей». Когда я приступила к тому, что считала огромным шагом вперед, я была беременна, на этот раз Саймоном, хотя еще не знала об этом.

Чтобы сделать такой шаг, мне пришлось подать заявку на финансирование; требовалось приобрести специальное оборудование — микроскоп Zeiss и светочувствительную (и дорогую) камеру Hamamatsu для съемки эмбрионов крупным планом, способную захватывать срезы через столько последовательных плоскостей (с такой чувствительной камерой не надо было направлять на эмбрионы слишком много света и беспокоить их). Наши кинозвезды-эмбрионы действительно сияли, ведь мы использовали генетически измененных мышей, клеточные ядра которых флуоресцировали во время производства GFP. Этот флуоресцентный сигнал имел решающее значение, поскольку помогал шаг за шагом отслеживать жизнь каждой отдельной клетки, и мы всегда могли определить, кто есть кто, даже когда клетки перемещались. Развитие мышиных (и человеческих) эмбрионов очень пластично, поэтому любое возмущение может сдвинуть эмбрион на совсем другую онтогенетическую траекторию. Чтобы установить для эмбрионов, находящихся под ежедневным наблюдением, постоянные условия среды, надо было снабдить микроскоп инкубатором, поддерживающим температуру 37 °С, как в теле матери. Полагаю, в этом плане наш режиссерский стиль был более реалистичным, скорее, в духе Джеймса Марша с его «Человеком на канате», чем Кесьлёвского. Наконец, нам требовалась съемочная команда.

Мне повезло отыскать двух фантастических людей. Одним из них был мой новый аспирант Эмлин Парфитт, другим — постдок Маркус Бишофф, временно перешедший к нам из команды Питера Лоренса. Маркус трудился «в две смены», часть времени посвящая эмбрионам плодовых мушек дрозофил и часть времени — работе со мной, подобно тому, как я сама в период постдокторских исследований разрывалась между мышиными и лягушачьими эмбрионами Мартина Эванса и лабораторией Джона Гёрдона. Получившиеся таймлапсы точно отслеживали окончательное местонахождение каждой клетки на двух-, четырех- и восьмиклеточных стадиях развития. Фильмы показывали судьбу клеток на протяжении нескольких дней, включавших несколько клеточных делений на стадии бластоцисты — полого шарика из клеток, почти готового к имплантации в матку.

В отличие от предыдущих работ, мы пользовались не только глазами и мозгом, но и специальным программным обеспечением для отслеживания клеток. Что было важно, поскольку исключало любую предвзятость, даже неосознанную, при оценке судьбы индивидуальных клеток, когда мы анализировали наши фильмы. Это также сильно облегчало слежение за отдельными клетками. Анализ выполнялся Маркусом и Эмлином, которые независимо друг от друга оценивали каждый эмбрион и положение каждой клетки.

Это было огромное командное усилие, Маркус с Эмлином полностью вложились в проект. Для меня это означало воплощение долгожданной мечты, и мне не терпелось узнать, что они обнаружили. Сама я не могла помочь с анализом данных, поскольку моя вторая беременность оказалась не такой легкой, как первая.

Точные трехмерные фильмы выявили множество важных деталей развития от момента, когда эмбрион состоит всего из двух клеток, до превращения в бластоцисту. Яркие флуоресцентные следы подтвердили все наши предыдущие результаты. Они поддержали идею о том, что одна клетка двухклеточного эмбриона склонна развиваться в эмбриональную часть бластоцисты, из которой формируется собственно эмбрион, а вторая склонна генерировать внеэмбриональные ткани. Они показали, что этот уклон зависит от ориентации и порядка деления, начиная с двухклеточной и заканчивая четырехклеточной стадией, и влияет на последующие паттерны клеточного деления. Мы считали, что это потрясающее исследование, и представили наши документальные фильмы вместе с подробным анализом в Nature.

Они были отправлены на рецензию, но пока мы подготавливали наш манускрипт к публикации, в журнале Science вышла статья, тоже содержащая таймлапсы с мышиными эмбрионами, однако эти фильмы предлагали альтернативное объяснение, что эмбриональный паттерн завит от формы zona pellucida [18]. Как следовало ожидать, наш материал отклонили.

Я только что родила Саймона, и понадобилось время, чтобы расширить исследования и понять, почему наши результаты отличались от опубликованных в Science. (Позже это конкретное открытие было опровергнуто Ричардом Гарднером [19].) Со временем мы расширили исследования и в 2008 году представили дополнительные доказательства в поддержку нашей работы. Отслеживая по таймлапсам родословную каждой клетки, мы увидели, что по пути к бластоцисте на паттерн симметричных/асимметричных клеточных делений влияло происхождение клеток относительно анимально-вегетативной оси оплодотворенной яйцеклетки и плоскости первого дробления [20]. Я употребляю слово «влияло» не без причины, снова подчеркивая, что это скорее, тенденция, чем предопределенность, поскольку развитие мыши пластично.

Для получения действительно связной истории о причинах нарушения симметрии нам, помимо экспериментов с отслеживанием клеток, требовалось разобраться в деталях фундаментальных генетических инструкций, направляющих этот танец.

Каков же механизм?

Со временем коллеги начали открыто признавать, что за результатами наших исследований структуры ранних эмбрионов скрывается нечто важное. Однако у них возникали вопросы. В чем заключается механизм? Существуют ли ген или какие-то эпигенетические изменения, которые запускают процесс, влияющий на судьбу клеток в начале развития? Если да, можно ли их обнаружить?

Для проведения исследований по идентификации механизма мы нуждались в финансовой поддержке. Которую так и не получили. Всякий раз при подаче заявки на финансирование тот или иной анонимный рецензент отвечал, что у нас нет доказательств того, что клетки на такой ранней стадии отличаются друг от друга, следовательно, нет необходимости искать механизм. Трудно поверить, сколько заявок на грант было отклонено таким образом и сколько месяцев было впустую потрачено на их написание. Продвинуться вперед мы смогли только благодаря случайному открытию, автором которого была потсдокторский исследователь Мария-Елена Торрес-Падилья, присоединившаяся к моей группе после защиты диссертации в Институте Пастера в Париже.

В то время моя лаборатория соседствовала с лабораторией моего друга, выдающегося биолога-онколога Тони Кузаридеса, который открыл несколько эпигенетических модификаций гистоновых белков, помогающих упаковывать в хромосомы клеточную ДНК. Эти изменения влияют на то, какие гены будут считываться, и потенциально способны изменить клеточные характеристики. Под влиянием Тони (как косвенным, так и непосредственным) мы смогли установить важные эпигенетические различия между индивидуальными клетками эмбриона на четырехклеточной стадии.

Мария-Елена обнаружила разницу в метилировании двух специфических аргининовых (аргинин — это аминокислота, один из строительных блоков белка) остатков в гистоне H3 (типе гистоновых белков). Поначалу мы думали, что эта разница отражает различные фазы клеточного цикла, ведь клетки не делятся строго в такт. Но, к счастью для нас, эта разница оказалась действительно важной: наименьший уровень специфического метилирования присутствовал в клетке, которая, согласно нашим предыдущим результатам, была склонна дифференцироваться в трофэктодерму (формирующую плаценту, а не ребенка).

Но корреляция, какой бы идеальной она ни была, не подтверждает причинно-следственную связь. Чтобы убедиться, Мария-Елена ввела в одну из клеток двухклеточного эмбриона послание для фермента CARM1, прикрепляющего метальные группы к аргининовым остаткам на гистоне H3. Это единичное изменение сделало клетку более плюрипотентной, имеющей наивысший потенциал развития. Оно привело к повышенной экспрессии генов, кодирующих факторы плюрипотентности, — молекулярные переключатели SOX2 и NANOG, которые повышают способность клетки к дифференцировке. В результате клетка с повышенным уровнем CARM1 порождала клетки, превращающиеся в собственно эмбрион.

Это молекулярное переключение было просто поразительным. Наша работа предоставила первые сведения о механизме, склоняющем клетку эмбриона к дифференциации в трофэктодерму. Такая клетка обладала наименьшей активностью фермента CARM1. В 2007 году журнал Nature опубликовал наше открытие [21].

Исследование впервые приоткрыло молекулярный механизм, скрывающийся за неоднородностью мышиного эмбриона и нарушением его симметрии [22]. Оно показало, что клетки соревнуются за свою судьбу, а значит, некоторые клетки лучше других предрасположены к формированию собственно эмбриона, и это склоняет их на определенный путь развития. По чистой случайности статья была опубликована в тот самый день, когда в кембриджской больнице Рози родился мой сын Саймон. Это был еще один невероятно счастливый момент в моей жизни.

Истории одной клетки

Поскольку тогда меня заинтересовали другие темы, в моих поисках молекулярного механизма начального нарушения симметрии наступил многолетний перерыв. Однако несколько лет назад, когда у нас появилась возможность взглянуть на ранний эмбрион под новым и очень информативным углом, наш интерес к симметрии снова пробудился. Нас подстегнул успех коллег в области секвенирования нуклеиновых кислот, позволяющий прочитать все послания иРНК[14] индивидуальной клетки. Послания содержат инструкции по созданию белков, полученные от ДНК (клеточного хранилища генетической информации). Чтобы превратить код РНК-посланника в белок, клетка нанимает другой тип РНК — транспортную РНК, которая переносит строительные блоки белков, называемые аминокислотами. Зная о присутствии конкретных посланий, можно понять, какие гены в каждой клетке включаются и выключаются на ранних этапах жизни эмбриона.

В 2014 и 2015 годах сообщалось, что в целом генетические инструкции, переписанные с «рецептов» ДНК в послания РНК, различаются между клетками двухклеточного эмбриона [23]. Эти исследования подтвердили, что только одна из двух клеток действительно тотипотентна, то есть способна развиться в мышь, как впервые было показано в экспериментах Энн Макларен и Джинни Папайоану.

С помощью такой высокочувствительной методики мы могли выяснить, какие гены последовательно используются в клетках, склонных развиваться в собственно эмбрион, а какие — в клетках, формирующих трофэктодерму, а затем сравнить полученные данные. К тому времени Мария-Елена, занятая решением других задач, вынуждена была переехать в Германию в лабораторию в Мюнхене. Но у меня уже был новый аспирант, Мубин Гулам из Южной Африки, любознательный и, что важно, полный энтузиазма пересмотреть весь этот затянувшийся спорный вопрос.

Мубин помнит, как ему часами приходилось наблюдать за каждым отдельным эмбрионом, пока тот дробился поздно ночью, переходя от двухклеточной стадии к четырехклеточной. Затем надо было изолировать каждую клетку. И если бы хоть одна оказалась повреждена, «пришлось бы уничтожить весь эмбрион». Несмотря на трудности, это время ему запомнилось как захватывающее [24].

Нам снова предстояло много работы, требующей тщательного выполнения, наряду с экспериментами, которые могли продолжаться с вечера до следующего утра. По моей просьбе Мубину пришли на помощь два превосходных эмбриолога: Агнешка Едрусик родом из Польши и Сара Грэхем из Новой Зеландии, которые когда-то готовили диссертации на базе моей лаборатории, после чего остались в ней работать. Я же, со своей стороны, купила в офис кофеварку и диван, на котором можно было спать.

Вычислительным анализом данных занималась лучшая группа во всем Кембридже команда Джона Мариони из соседнего Европейского института биоинформатики и, в частности, Антонио Шиалдоне [25]. Анализируя каждую клетку четырехклеточного эмбриона, Антонио обнаружил множество генов, значительно отличающихся своей активностью. Их было слишком много для исследования. Ему пришла в голову гениальная мысль сосредоточиться лишь на тех, что были мишенями для двух ключевых и уже изученных факторов транскрипции, ОСТ4 и SOX2, регулирующих активность генов, критически важных для клеточной потентности и гибкости. Мы могли продемонстрировать разницу в паттернах активности таких генов.

Обнаружив множество генов-мишеней, мы для начала сфокусировались на одном, кодирующем транскрипционный фактор SOX21, и сделали это не без причины. Во-первых, фактор SOX21 использовался как раз на четырехклеточной стадии, а во-вторых, клетки на этой стадии производили его в разных количествах.

Для проверки функций SOX21 Мубин создавал эмбрионы, клетки которых обладали либо повышенным, либо пониженным уровнем этого фактора. Клетки с измененным уровнем SOX21 он промаркировал, чтобы иметь возможность проследить их судьбу. Оказалось, что SOX21 при дифференцировке в трофэктодерму регулирует экспрессию другого ключевого фактора транскрипции, CDX2. Именно ему посвящалась докторская диссертация Агнешки, и мы много знали о его роли благодаря работе как нашей, так и других научных команд [26].

Мубин обнаружил, что высокий уровень SOX21 склонял клетки развиваться в эпибласт, поскольку приводил к снижению уровня CDX2. И наоборот, низкий уровень SOX21 приводил к повышенной экспрессии CDX2, склоняя клетки на постройку трофэктодермы. Примечательно, что на уровень экспрессии SOX21 влияла активность фермента CARM1 — того самого, который мы раньше изучали с Марией-Еленой.

Наконец-то мы раскрыли механизм, сдвигающий онтогенетический потенциал клеток четырехклеточного эмбриона, — механизм, который объяснял, почему клетки на очень ранней стадии не идентичны друг другу.

Хотя открытие было поразительным, нашу статью приняли не сразу. Одному из трех анонимных рецензентов не понравилось, что мы опять затронули концепцию неидентичности клеток на заре жизни мышиного эмбриона. Редактор журнала, тем не менее, остался непредвзятым и перенаправил нашу рукопись со всеми комментариями рецензентов и нашими на них ответами одному очень уважаемому эксперту, который, как нам сказали, не принимал участия в прежних дебатах и мог судить беспристрастно.

Мы понятия не имели, кем был этот независимый эксперт, но, к нашему облегчению, ему понравилась наша работа, и он рекомендовал статью к публикации. После столь долгого для меня и моих коллег пути мы отпраздновали новость большим количеством шампанского. Исследование было опубликовано в 2016 году в престижном журнале Cell [27].

Невероятно, но в том же мартовском номере Cell вышла еще одна статья с аналогичными выводами. Группа из Института молекулярной и клеточной биологии при Агентстве науки, технологии и исследований[15] в Сингапуре, возглавляемая Нико Плахтой, творчески подошла к изучению взаимодействий ДНК и транскрипционных факторов клеток четырехклеточного эмбриона. Они узнали, что в индивидуальных клетках SOX2 связывается с ДНК в разные периоды и что продолжительность этой связи коррелирует с судьбой клеток. Следовательно, по длительности связи SOX2—ДНК можно предсказать судьбу клеток на четырехклеточной стадии развития. Изумлял и тот факт, что Нико установил зависимость связи SOX2—ДНК от активности фермента CARM1, которая у клеток четырехклеточного эмбриона была вовсе не одинаковой [28].

Выполненная группой Нико красивая и замысловатая работа поведала все ту же историю о том, что клетки мышиного эмбриона не идентичны друг другу и их судьба на четырехклеточной стадии развития подвластна активности фермента CARM1 [29]. Тот самый номер журнала Cell содержал комментарий по поводу обеих статей и их актуальности, написанный Хуаном Карлосом Исписуа Бельмонте — главой лаборатории регуляции экспрессии генов в Институте Солка (Ла-Хойя, Калифорния) и автором впечатляющей работы по программированию и перепрограммированию клеточной судьбы.

Накопленные доказательства подтверждали гипотезу о том, что клетки и в самом деле отличаются уже на очень ранней, четырехклеточной, стадии развития эмбриона. Понадобилось много времени, но мы наконец-то поняли принципиальные основы того, как возникают первоначальные уклоны и выступают движущей силой, шаг за шагом очерчивающей судьбы клеток на заре жизни.

Как сделать близнецов

С тех пор как мы обнаружили доказательства уклона в онтогенетическом развитии, нам захотелось узнать, как этот уклон может быть настолько сильным, что лишь одна из двух клеток, разделенных на двухклеточной стадии, развивается должным образом? Связано ли это с генерацией плюрипотентных клеток в организме?

Выдающийся британский биолог Льюис Уолперт часто спрашивал меня: сколько плюрипотентных клеток нужно при имплантации, чтобы беременность была успешной? Определенно для создания мыши требуется минимальный набор клеток, но какой именно?

Ответ, как это бывает в науке, пришел неожиданно в ходе экспериментов с видеовизуализацией, проводимых Сэм Моррис из моей команды. Сэм разделила клетки двухклеточного эмбриона и оставила их развиваться в половинчатые бластоцисты. После подсчета количества эпибластных клеток в каждой из близнецов-бластоцист Сэм перенесла их в матку приемных матерей. Это был ответ на вопрос Льюиса: чтобы получился мышонок, при имплантации нужны как минимум четыре плюрипотентные клетки. Если на двухклеточной стадии отделить две клетки друг от друга, только одна сможет генерировать это количество, а ее сестра — нет.

Сэм продвинулась еще дальше. Она задалась вопросом: какая из двух клеток может, а какая не может совершить этот онтогенетический подвиг превращения в индивидуум? Чтобы ответить на вопрос, она создала химеры из того же типа клеток, который когда-то использовала Каролина. Оказалось, что клетка, не развивающаяся после разделения со своей сестрой, — это та самая клетка, которой суждено стать вегетативной на четырехклеточной стадии, своего рода материнская клетка вегетативной клетки.

Более того, Сэм помогла клетке с меньшей тотипотентностью генерировать больше плюрипотентных клеток. Она использовала для этого специальный препарат, воздействующий на два семейства сигнальных белков: факторы роста фибробластов (FGFs) и белки Wnt. Этот трюк позволил Сэм создать мышей-близнецов из двух отдельных клеток двухклеточного эмбриона. Ее исследование было опубликовано в 2012 году [30]. Сэм была одним из лучших участников моей команды и вложила всю свою душу во многие наши проекты, но эта работа была, наверное, ее наивысшим достижением. Так полвека спустя догма, настаивающая на одинаковости клеток двухклеточного эмбриона, была окончательно опровергнута.

Репликация

В 2004 году, в самом начале потасовки с Хиираги и Сольтером, Джон Гёрдон предупредил меня, что с учетом осторожного темпа научного прогресса пройдут десятилетия, прежде чем споры так или иначе улягутся. Он оказался совершенно прав, хотя скептики попадаются до сих пор. Через десять лет мы действительно обнаружили механизм, лежащий в основе паттернов, которые запускаются на гораздо более ранних этапах развития. Более того, другие ученые, устоявшие перед бурей и натиском дебатов, воспользовались мощными новейшими технологиями и получили те же результаты.

Несмотря на оппозицию, наши исследования были независимо воспроизведены коллегами по научной области. Например, команда физика Скотта Фрейзера (одного из наиболее выдающихся ученых, занимающихся эмбриональной визуализацией) из Калифорнийского технологического института продемонстрировала динамику транскрипционного фактора ОСТ4, контролирующего развитие мышиного эмбриона. Их превосходные эксперименты показали, что индивидуальные клетки четырехклеточного эмбриона имеют разную скорость перемещения ОСТ4 между ядром и цитоплазмой. Выяснилось, что чем дольше ОСТ4 задерживается в клеточном ядре, тем больше растет плюрипотентность данной клетки [31]. Или, говоря другими словами, чем медленнее ОСТ4 перемещается по клетке, тем выше вероятность того, что эта клетка разовьется в собственно эмбрион, в то время как клетки с более подвижным ОСТ4 больше вкладываются в развитие трофэктодермы.

Уже упомянутый мною Нико Плахта, первый автор этого исследования, вместе со своей командой продвинулся еще дальше. Используя метод визуализации взаимодействий факторов транскрипции и ДНК, он обнаружил, что критически важный для клеточной плюрипотентности SOX2 дольше всего остается связанным с ДНК в тех клетках четырехклеточного эмбриона, которые склонны формировать собственно эмбрион [32]. Команда Нико также выяснила, что эта разница обусловлена активностью фермента CARM1.

Еще одно доказательство ранних эмбриональных паттернов поступило от группы Кевина Эггана, получателя «Гранта для гениев» от Фонда Макартуров, чья команда использовала генетически маркированные клетки «радужных» мышей, где разные клеточные линии помечены разными цветами. Отслеживая судьбу клеток, группа Кевина подтвердила, что клетки четырехклеточного эмбриона не одинаковы и приобретают предрасположенность к определенному пути развития гораздо раньше, чем принято считать [33]. Эта работа была опубликована в журнале Current Biology, и я помню слова Кевина о том, как трудно ему пришлось из-за критики анонимных рецензентов, хотя результаты эксперимента были ясны как божий день.

Кроме того, они сделали важный шаг вперед и показали, что судьба клеток различается как на стадии бластоцисты, так и после имплантации эмбриона. Они заключили, что «уклон, наблюдаемый в бластоцисте, сохраняется на постимплантационных стадиях, а следовательно, имеет значение для всего последующего развития» [34]. Вместе с работами Скотта Фрейзера и Нико Плахты мы получаем превосходный пример непротиворечивости, когда независимые и несвязанные между собой исследователи приходят к одному и тому же выводу.

Хотя нам удалось мельком взглянуть на хронологию и механизм нарушения симметрии, многие вопросы остались без ответа. Один из них касается поляризации клеток на восьмиклеточной стадии: что является триггером и какой механизм гарантирует, что это случится именно на восьмиклеточной стадии, когда развитие эмбриона настолько гибкое? Есть ли у клеток какой-нибудь часовой механизм, говорящий им, что делать? Природа этого эмбрионального таймера — нынешняя страсть моей коллеги Мэн Чжу.

Но важнее всего то, что мы до сих пор ищем источник асимметрии, возникающей на четырехклеточной стадии. Похоже, на него влияет асимметрия на двухклеточной стадии, но откуда берется она? Имеет ли отношение ко всему этому асимметрия яйцеклетки вдоль анимально-вегетативной оси? Связана ли она с проникновением сперматозоида? Имеет ли значение переносимый сперматозоидом генетический груз в форме маленьких РНК? Или все перечисленные факторы оказывают влияние в различной степени, и именно поэтому источник асимметрии так трудно установить?

Во время перерыва в наших исследованиях развития четырехклеточных эмбрионов и до того, как мы занялись изучением молекулярных свойств отдельных клеток, я переключила интерес своей команды на более поздние стадии развития — те, что всегда были покрыты мраком тайны из-за невозможности наблюдать и экспериментировать с имплантированными эмбрионами, так называемым черным ящиком онтогенеза млекопитающих.

Раз мы затеяли эту научную авантюру, единственный способ отследить клеточную судьбу состоял в том, чтобы имплантировать приемной самке эмбрион с клеткой, помеченной GFP, а через несколько дней извлечь его и посмотреть, где окажутся потомки промаркированной клетки. Продолжает ли первый акт нарушения симметрии воздействовать на развитие эмбриона после имплантации, как предполагало исследование Кевина Эггана? Или вся память об этом событии стирается при создании плана тела?

Решением этого вопроса я занималась в середине 1990-х, однако в процессе интенсивного роста эмбриона после имплантации маркеры в большинстве случаев не сохранялись. Чтобы получить достаточное количество информации, эксперименты приходилось повторять снова и снова. Мне не хотелось возвращаться к этому расточительному методу. Более того, для понимания процесса важно непосредственное наблюдение, которое невозможно, когда эмбрион спрятан в теле матери.

Но если бы нам удалось это проследить, мы смогли бы понять, почему некоторые эмбрионы процветают, несмотря на клетки с аномальным набором хромосом. В том, что касается Саймона и обнаружения аномалий в пробах ворсинок хориона (CVS), взятых с соединяющей нас плаценты, в ходе экспериментов я могла бы найти им объяснение. Для изучения этой стадии развития надо было придумать такой способ, который позволил бы эмбрионам развиваться в лабораторных условиях дольше, чем когда-либо, в течение того периода, который они обычно проводят в теле матери.

Глава 6

Вскрытие черного ящика

Читая лекции, Скотт Фрейзер любит озадачить свою аудиторию следующим вопросом: насколько легко разгадать правила игры, которую никогда не видел и в которую никогда не играл? Чтобы проиллюстрировать сложность проблемы, он показывает фотоснимки игры в американский футбол — серию картинок с изображением всяких хадлов, тэклов, скрамов и, для пущей драматичности, пирамиды из черлидерш. Последовательно рассматривая варианты человеческих поз, трудно понять суть игры в целом [1].

По словам моего друга Скотта, отснявшего замечательные кадры развития эмбриона и в настоящее время являющегося директором по научным проектам в Университете Южной Калифорнии в Лос-Анджелесе, есть много способов заполнить пробелы в понимании того, что происходит при столкновении двух футбольных команд. Так много, что трудно установить взаимосвязь последовательностей формаций и гарантировать верное объяснение. Аналогично, когда клеточные игроки эмбриональной команды сталкиваются с игроками материнской, тяжело разобраться в том, что произошло в интервале между одним снимком нагромождения клеток и другим. Это если вы вообще делали хоть какие-то снимки. Разумеется, выходом является непрерывная съемка эмбрионального развития, вроде той, что мы выполняли для более «молодых», преимплантационных эмбрионов. Из всех пробелов в понимании человеческого онтогенеза момент имплантации эмбриона в матку является одним из самых загадочных и одновременно критически важных.

Может показаться, что изучение таких эмбрионов — обычная практика, ведь имплантация происходит на второй неделе развития, и ученые в Великобритании могут легально культивировать эмбрионы в течение двух недель, вписывающихся в четырнадцатидневный лимит [2].

Однако практика выращивания человеческих эмбрионов в культуре ограничивалась шестью днями. Был случай, когда эмбрион с помощью клеток матки культивировался девять дней, но здоровье полученного таким способом эмбриона осталось под вопросом [3]. События человеческого развития от стадии бластоцисты на шестой день до стадии гаструляции были скрыты от наших глаз.

До имплантации эмбрион (мышиный или человеческий) представляет собой маленький дрейфующий шарик из клеток — бластоцисту, сопоставимую по размерам с исходной яйцеклеткой. Когда количество клеток в мышиной бластоцисте достигает одной сотни, zona pellucida разрывается и выпускает эмбрион, чтобы тот мог имплантироваться в стенку матки и начать расти.

К моменту «вылупления» внутри эмбриона образуется полость. Теперь бластоциста — это шарик из клеток, наполненный жидкостью. Если заглянуть внутрь этого полого шарика, можно увидеть скопление клеток — эпибласт. Именно из этого скопления вырастает индивидуум. Эти клетки являются предками каждой клетки организма. Окружающие клетки делятся на два типа. С одной стороны расположена примитивная энтодерма, из которой в свое время сформируется желточный мешок. С другой стороны эпибласта находится трофэктодерма, которая предоставит эмбриону систему жизнеобеспечения и построит ему дом внутри матери. Клетки трофэктодермы непосредственно принимают участие в критическом этапе развития, когда бластоциста внедряется в стенку матки.

Разноцветное изображение бластоцисты предваряет большинство моих современных лекций. Перед ней я рисую один большой вопросительный знак, а после нее рисую второй, еще больше. Это и есть два главных вопроса, направляющих работу моей лаборатории. Во-первых, каким образом появляются эти три типа клеток? Во-вторых, каким образом эти три типа клеток взаимодействуют друг с другом, чтобы создать нечто столь сложное, как мы с вами?

До стадии бластоцисты эмбрион легко развивается в культуре, чего не скажешь об эмбрионе в момент имплантации. Когда мы проводили трудоемкие эксперименты (помечали индивидуальные клетки бластоцисты, переносили их в приемную самку, а затем извлекали эмбрион после имплантации, чтобы отследить клеточных потомков), все, что мы получали в итоге, было серией фотоснимков. Являлось ли это воспроизведением процесса развития или, подобно трейлерам, вводящим зрителя в заблуждение, не отображало множество ключевых событий? Можно ли найти способ изучения эмбриона вне укрывающей его матки, чтобы проследить, заснять и задокументировать каждый шаг его развития?

Незнание того, как развивается эмбрион во время имплантации и вскоре после нее, тормозило нас по многим направлениям. Раскрытие тайн этого периода развития принесло бы много практической пользы. Оно повысило бы успешность ЭКО и расширило наши знания о том, как стволовые клетки распадаются на разные клеточные линии. Это могло бы улучшить их применение в регенеративной медицине (обсуждаемой в главе 10), где разрабатываются способы выращивания замещающих клеток, тканей и даже органов.

Кроме того, это тот самый период развития, когда многие беременности подходят к концу, при этом женщины о них даже не подозревают [4]. Природа расточительна или, возможно, предусмотрительна, поскольку эмбрион чаще всего отторгается в случае своей неисправности. Около 30% ранних беременностей заканчиваются неудачей раньше, чем эмбрион имплантируется в теле матери, а другие 30% — примерно в момент имплантации. И именно в это время возникает большинство дефектов. Некоторые из них детальны, другие могут привести к таким аномалиям, как сиамские близнецы.

Должна признать, мною двигал и старейший из всех научных мотивов: я хотела достичь фундаментального понимания ключевой главы истории человеческой жизни, поскольку именно тогда эмбрион приступает к росту и начинает определять план всего организма.

Мое любопытство также подогревалось желанием понять, почему некоторые несовершенные эмбрионы могут развиваться в нормального ребенка. Я не знала причину аномальных результатов моего анализа, но я хотела понять лежащую в их основе науку. Для этого требовалось исследовать эмбрион дольше, чем было возможно в то время, причем не только мышиный, но и человеческий, потому что после имплантации их развитие не одинаково.

Всего за два дня человеческий эмбрион превращается из относительно примитивного шарика клеток в более сложную дискообразную структуру, которая к десятому дню становится примерно в пять раз больше. На этом этапе архитектура эмбрионов мыши и человека удивительно сильно различается, причем мышиный формирует чашеобразную, а не дисковидную структуру, которая позже (примерно на пятый день) становится цилиндром из трех типов стволовых клеток. Из них первый тип, эпибласт, формирует эмбрион путем гаструляции, при которой клетки (прежде чем решить, превратиться им в мозг, кишечник, кости и др.) мигрируют и реорганизуются в формацию, являющуюся предшественником плана тела. Мышиный эмбрион приступает к гаструляции между шестым и седьмым днями. Человеческий — на четырнадцатый день.

Когда я впервые завела разговор о возможности культивирования эмбрионов после стадии бластоцисты, мои наставники и коллеги были обескуражены. Они сказали, что это слишком сложно и любые отчеты о том, что этот подвиг реален, будет трудно воспроизвести. Я откопала несколько старых статей с описанием культивирования эмбрионов путем имплантации, но в них было мало информации о том, как эмбрион трансформируется из пре- в постимплантационную структуру. Это и в самом деле могло оказаться пустой тратой времени, ведь для того, чтобы начать расти и правильным образом перестраивать свою структуру, эмбриону могло понадобиться взаимодействие с эндометрием.

Долгие годы я сдерживала свое любопытство, фокусируясь главным образом на том, как и когда клетки начинают дифференцироваться перед имплантацией. Ситуация изменилась в 2009 году, когда я, вдохновленная биоинженерным прогрессом, все-таки решилась попробовать. В итоге, когда мы действительно заглянули в черный ящик, мы увидели, что хрестоматийные описания наиболее аргументированных предположений о том, что происходит на этом этапе развития, были ошибочными.

Охота на эмбрион

Первые сведения об онтогенетическом развитии в период имплантации поступили из исследований человеческих эмбрионов, опубликованных больше полувека назад. В мае 1956 года вышла статья, которая давала представление о содержимом черного ящика [5]. В ней описывались исследования человеческих эмбрионов со второго по семнадцатый день развития — всего тридцать четыре эмбриона, которые были найдены в образцах тканей, полученных десятилетиями ранее. Образцы были взяты у женщин, подвергнутых гистерэктомии[16] в 1933-1934 годах. Операции были проведены автором исследования, Элеонорой Адамс из Института Карнеги в Балтиморе, штат Вашингтон, под руководством Джорджа Стритера, в те годы — директора отдела эмбриологии этого института [6].

Изучив коллекцию из десяти тысяч человеческих эмбрионов, собираемых с 1880-х, Институт Карнеги разработал стандартизированную систему из двадцати трех стадий, представляющих единую хронологию эмбрионального развития позвоночных. Не было только материала, отображающего первые две недели, и эту недостающую главу истории человеческой жизни нужно было чем-то заполнить. Шанс появился тогда, когда Артур Хертиг сделался патологом в роддоме и бесплатной женской больнице Бостона, где работал и третий автор статьи, хирург Джон Рок.

После череды благодарностей, подходящих для церемонии награждения («несравненные препараты», «великолепные фотографии», «изобретательские способности» и т. д.), авторы статьи описали критерии отбора подходящих женщин: пациентки должны были иметь симптомы, делающие их нетрудоспособными, избавить от которых могла лишь гистерэктомия, а также должны были иметь менструальные циклы, то есть могли производить яйцеклетки.

Из всего операционного материала врачи проанализировали тот, что был получен от двухсот одиннадцати пациенток с 1938 по 1954 год, и обнаружили тридцать четыре ранних эмбриона (они назвали их ova). Среди них двадцать шесть оказались имплантированными. Из всех эмбрионов был двадцать один нормальный и тринадцать аномальных. После погружения в воскообразный материал эмбрионы были послойно разрезаны и сфотографированы: это был «первый полный обзор всех серий ova... от двухдневной двухклеточной трубной яйцеклетки до семнадцатидневной имплантированной яйцеклетки с ветвящимися хорионическими ворсинками и четко определяемой эмбриональной осью».

На иллюстрации 27 к данной статье изображен двенадцатидневный эмбрион, зарывшийся в поверхность матки. На иллюстрации 43 с тринадцатидневным эмбрионом можно различить сгусток свернувшейся крови, указывающий на то, что имплантация больше похожа на вторжение. Во время имплантации эмбрион разрушает кровеносные сосуды стенки матки, вызывая небольшое кровотечение.

В процессе адаптации виды млекопитающих придумали различные стратегии имплантации в матку, происходящей после сбрасывания оболочки zona pellucida. Мышиные и крысиные эмбрионы разрушают стенку матки. Эмбрионы морских свинок проскальзывают между клетками. Эмбрионы кроликов сливаются с клетками эндометрия. Эмбрионы людей и других приматов проделывают в стенке матки отверстие.

Все эмбрионы стараются «решить» одну и ту же задачу: создать с матерью совместное предприятие, называемое плацентой. Во всех случаях внедряющийся эмбрион запускает ремоделирование прилегающей выстилки матки, чтобы сформировать ткань под названием «децидуальная оболочка» (от лат. decidua, то есть «отпадающий»). У мышей эта прилегающая ткань более губчатая в сравнении с остальной частью матки, где больше мышечной ткани.

Децидуальная оболочка защищает эмбрион от атаки со стороны защитных иммунных клеток матери и обеспечивает питанием до формирования плаценты. Часть этой поддержки исходит от материнских иммунных клеток, натуральных киллеров, которые вырабатывают стимулирующие рост факторы, участвующие в широком спектре процессов развития [7].

Роза Венто-Тормо из команды Сары Тейхманн (Институт Сенгера в Хинкстоне) изучала генетический код РНК примерно семидесяти тысяч клеток, взятых из плаценты в первом триместре, чтобы показать, как иммунная система матери ослабляется и адаптируется к поддержке плаценты, пока та внедряется в стенку матки и развивает кровеносные сосуды и прочие структуры [8]. Красота этого исследования нашла отражение в рисунке, созданном моей бывшей коллегой по лаборатории Анной Хупаловской и размещенном на обложке журнала Nature за 2018 год, где было опубликовано данное исследование.

История о том, как эмбрион вторгается в матку, имеет отношение к исследованиям раковых заболеваний. Клетки имплантирующегося эмбриона способны к пролиферации, дифференциации, миграции, ангиогенезу (созданию кровеносных сосудов) и уклонению от атаки иммунной системы матери, что делает его полезной моделью для онкологических исследований. Взять, к примеру, преэклампсию, ведущую к серьезным осложнениям беременности, когда плацента не может правильно развиваться из-за проблем с ее кровеносными сосудами. Большинство генов, связанных с развитием преэклампсии, тесно вовлечены в рост опухолей [9].

Но в самом ли деле эмбрион нуждается во взаимодействии с телом матери, чтобы развиваться за пределы преимплантационной стадии бластоцисты? Может ли он нормально расти без поддержки со стороны матки?

Эмбрион во время имплантации

Когда мы, наконец, решили, что должны попытаться создать подходящие условия вне матки и исследовать развитие эмбриона в период имплантации, мы, как обычно, начали с мышиных эмбрионов. Я думала, что основной помехой будет симуляция эффекта матки. Я ошибалась. Решение этой задачи не составило труда.

Чтобы подготовиться, мы изучили методы, которые в прошлом использовались для культивирования эмбрионов, и выяснили, что важно добавлять сыворотку из пуповины человека. Врачи, два раза принимавшие у меня роды, любезно помогли нам получить свежую человеческую плаценту, пожертвованную для научных исследований.

Я подумала, что было бы неплохо смоделировать эластичную маточную поверхность. Для этого мы начали сотрудничать с Кевином Шейкшеффом, тканевым инженером из Ноттингемского университета, и его командой. Казалось интуитивно правильным позволить бластоцисте во что-нибудь зарыться. Мы попробовали созданные командой Кевина гидрогели — синтетические материалы, которые своей эластичностью напоминали маточные ткани.

С помощью моих коллег по лаборатории Симы Гревола, Сэма Морриса и Флоренс Барриос, а также Самира Патанкара и Ли Баттери из команды Кевина (фармацевтическая школа Ноттингемского университета) у нас получилось создать такие условия среды, которые каким-то образом «убеждали» эмбрион, что имплантация прошла успешно. Он продолжал развиваться и начинал увеличиваться в размерах.

Когда уже имеются знания, процесс кажется легким, но изначально на подбор правильной комбинации факторов для культивирования мышиных эмбрионов после стадии имплантации у Симы ушли месяцы ежедневных попыток. И даже когда у нас получилось, нам надо было сделать метод воспроизводимым, что, разумеется, вышло не сразу. Сегодня эксперимент работал, завтра нет. Это наводило на мысль, что условия среды были недостаточно стабильными. Работа по поиску причин и исправлению ошибок занимала много времени.

Проблему создавал и гидрогель, покрывающий дно чашки Петри. Он мешал снимать фильм в высоком разрешении. Это подрывало весь замысел проекта, состоящий в том, чтобы следить за прогрессом клеток, пока те сотрудничают друг с другом ради осуществления морфогенеза.

Со временем мы поняли, что гель нам не нужен. Достаточно было установить правильную среду, побуждающую эмбрионы расти in vitro[17], и они прикреплялись к самой пластиковой чашке. Мы использовали особые чашки, прозрачные и с оптическими свойствами, позволяющими делать сквозь них высококачественные снимки эмбрионов. В первую очередь мы хотели установить, как эмбрион закладывает свою передне-заднюю ось (голова — хвост). Многие ученые из моей области, включая меня саму, пытались разобраться в развитии данной оси, и вот впервые в жизни мы могли непосредственно наблюдать за тем, как это происходит.

Более ранняя работа Розы Беддингтон показала, что формирование передней части тела контролируется сигналом, поступающим от специализированной популяции клеток, потомков примитивной энтодермы [10]. Эта группа клеток называется передней висцеральной энтодермой (anterior visceral endoderm), или просто AVE, и если у нее не получится выработать сигнальный белок, эмбрион останется без головы. Развитие AVE происходит тогда, когда бластоциста превращается в цилиндрическую структуру, и мы первый раз в жизни могли наблюдать за этим процессом. Для образования головы нужен белок-ингибитор Cerberus (Цербер), поэтому мы использовали трансгенный эмбрион, у которого активность Cerberus сопровождалась свечением GFP (созданным еще в те годы, когда я была постдоком у Мартина Эванса).

Мы обнаружили интересный факт: по мере развития эмбриона некоторым клеткам суждено сформировать AVE, в то время как другие лишь индуцированы на то, чтобы превратиться в нее позже. Обе группы клеток собираются вместе на дне эмбриона и мигрируют на одну сторону. Перемещаясь, они сигнализируют соседнему эпибласту стать той частью эмбриона, где в будущем появится голова. Согласно нашим результатам, AVE, вероятно, происходит из двух наборов предшественников, один из которых обнаруживается уже во время нарушения симметрии на стадии бластоцисты [11]. Полученный результат подчеркивает важность событий до имплантации эмбриона, способных влиять на формирование организма на более поздних стадиях.

С противоположной от AVE стороны активируется ген Brachyury и приступает к созданию белка. Активность этого гена символизирует появление задней части эмбриона, образование мезодермы и гаструляцию. Взглянув на скрытые процессы имплантации в культуре, мы смогли проследить, какие из генов и в какой последовательности активировались на этапе, когда эмбрион создает свою передне-заднюю ось. У нас получилось сделать фильмы, которые демонстрировали хореографию клеток, ведущую к гаструляции. Эта информация была для меня чрезвычайно важна — казалось, будто каждая клеточка в моем теле улыбалась. К нашему удивлению, эту первую в мире визуализацию развития имплантирующегося эмбриона в культуре, отражающую ранние этапы формирования AVE, рецензенты Nature публиковать отказались (и, как водится, один из них выступил против идеи о том, что раннее нарушение симметрии влияет на формирование AVE). Зато журнал Nature Communications оценил наше открытие и опубликовал исследование в 2012 году [12].

Потребовались еще два года усердной работы, чтобы прояснить каждый шаг морфогенеза эмбриона на стадии имплантации. Тем временем два члена моей команды, Иван Беджов и Сай Люнг, усовершенствовали химию питательной среды. Наш метод культивирования позволил нам обнаружить, что во время имплантации архитектура эмбрионов меняется радикальным и неожиданным образом [13]. Три типа клеток, составляющих бластоцисту, перестраиваются в новую конфигурацию. Меняя форму шара на форму чаши, эпибласт превращается в красивую трехмерную розетку из клинообразных клеток. Затем в центре розетки образуется отверстие (или люмен) и расширяется с образованием полости, в которой позже будет находиться развивающийся плод. Могло ли это быть искусственным последствием метода культивирования in vitro? Анализируя эмбрионы, развивающиеся in vivo, Иван подтвердил, что аналогичная клеточная хореография происходит во время реального имплантационного эмбриогенеза в теле мыши.

По результатам экспериментов, выполненных в прошлом на моделях из стволовых клеток (когда культивирование эмбрионов было невозможно), отверстие эпибласта образуется путем апоптоза — клеточного самоубийства. Прямо как Микеланджело, обтесывающий мраморную глыбу, чтобы создать скульптуру Давида, апоптоз придает форму частям тела и органам. Когда клетка проходит через апоптоз, ее ядро конденсируется, а набор специальных ферментов режет ДНК на куски.

Но, как ни странно, вовсе не апоптоз открывает просвет в мышином эмбрионе. Вместо него на стадии имплантации мы видим потрясающий пример самоорганизации (in vitro и in vivo), при которой клетки благодаря контакту с внеклеточным матриксом приобретают полярность. Вследствие асимметричного перераспределения клеточного содержимого (включая среди прочего уже знакомые PAR-белки) каждая клетка приобретает разные концы — апикальный и базальный. Все клетки сходятся своими апикальными концами, а затем расслабляются, секретируя специфические белки, из-за которых отверстие расширяется в целый просвет.

Как я уже говорила, моя коллега по лаборатории Анна Хупаловская не только ученый, но и художник, поэтому я попросила ее проиллюстрировать формирование этой 3D-розеточной структуры, чтобы я могла показывать ее на лекциях. Анна придумала прекрасную 2D-аналогию, уподобив ее синхронному плаванию, где случайно распределенные пловцы (символизирующие клетки эпибласта) собираются вместе (поляризуются) с образованием розетки. При таком расположении клеток конкретные субклеточные структуры обращаются внутрь и секретируют жидкость, чтобы затопить полость и расширить розетку до появления так называемой проамниотической полости — это похоже на пончик с отверстием в центре. Процесс имеет прелестное название «люменогенез». Без люменогенеза эмбрион абортируется.

Самоорганизация человеческого эмбриона

Следующий шаг мог показаться очевидным — воспользоваться методом культивирования эмбрионов на стадии имплантации, чтобы выяснить, что происходит на этой стадии во время нашего собственного онтогенеза. Выглядим ли мы на седьмой день развития как живая розетка из клеток-лепестков, окружающих отверстие, которое в будущем станет временным домом для проточеловека? Похожи ли мы в начале жизни на крошечные «цветы»?

Человеческим эмбрионам требуется особое внимание и забота, о чем я подробнее расскажу в главе 10. На работу с человеческим материалом необходимы лицензии, получение которых — дело серьезное, и по понятным причинам. Чтобы установить, стоит ли вкладывать такие крупные инвестиции, а также проверить, есть ли у нас хоть какой-то шанс на успех, мы провели пилотное исследование в другой лаборатории, у которой имелось необходимое разрешение.

Наша первая попытка культивировать человеческий эмбрион за пределами стадии имплантации произошла в мае 2013 года с использованием всего двух эмбрионов. Поразительно, но метод сработал, и один из эмбрионов начал расти и развиваться.

Новости о нашем успехе пришли в один из тех изумительных дней, которые случаются нечасто. Агнешка позвонила мне, когда я готовила с Дэвидом и Саймоном на кухне, и спросила, можем ли мы прекратить эксперимент — шел одиннадцатый день. Мы решили продлить его еще на сутки. Я была так возбуждена, что в ту ночь не сомкнула глаз.

Маленький шарик из клеток успешно развивался до двенадцатого дня. Это было в два раза дольше, чем обычно, и, насколько я знаю, это был самый первый человеческий эмбрион, который так долго развивался в лабораторных условиях. Он вселил надежду на то, что однажды мы сможем с помощью нашего метода получить новую информацию и углубить наше представление о начале человеческой жизни, а также решить проблему выкидышей. Многим интересно, праздновали ли мы это событие. Нет, на данном этапе это было бы слишком преждевременно. Для успеха нам требовалось не только сделать метод воспроизводимым, но и найти с его помощью что-нибудь значительное. Тем не менее я была так счастлива, что несколько дней не могла думать ни о чем другом.

Для проведения следующих необходимых экспериментов мы подали заявление на получение лицензии в Управление по оплодотворению и эмбриологии человека — регулирующий орган Великобритании. В то время я увязла в куче проблем прикладного и бюрократического плана. Так получилось, что мне пришлось заняться переездом из нашей лаборатории в Институте Гёрдона в сам Кембриджский университет, на кафедру физиологии, биологии развития и нейробиологии, где я в 2010 году получила штатную должность профессора.

Переезд целой лаборатории — тяжелая работа, особенно когда речь идет о сложном и дорогостоящем оборудовании, которое надо тщательно упаковать, перевезти, настроить, протестировать и откалибровать. По-своему трудно передать из одной лаборатории в другую и разрешения на проведение исследований. В довершение ко всему наше постоянное рабочее место на кафедре было не готово. Директор Института Гёрдона хотел, чтобы лабораторию расширили для размещения еще одной группы, поэтому сначала нам пришлось довольствоваться временным пространством, в котором даже не было комнаты для микроскопов или культивируемых тканей. В итоге за восемнадцать месяцев наша лаборатория переезжала дважды.

Переезд моей группы застопорил всю работу, и наши исследования человеческих эмбрионов пришлось приостановить на год. Это был сложный период, но он заставил меня задуматься о том, что я хочу сделать со своей жизнью и что для меня действительно важно. Я сосредоточилась на новых идеях и на тех людях, которые доверили мне свою карьеру. Я хотела, чтобы они были счастливы, мотивированы и оставались со мной, несмотря на ограничения по проведению экспериментов. К счастью, в тот критический период из группы ушел лишь один человек, а несколько блестящих коллег к ней присоединились. Мы воспользовались паузой, чтобы подать заявку на расширенный грант от Европейского исследовательского совета (European Research Council, ERC) и профинансировать наши исследования на пять лет, что было бы идеально для проверки нестандартных идей. Я удостоилась чести его получить — он прибыл как раз вовремя, когда наша лаборатория только-только переехала на новое постоянное место. Этот грант наполнил наши паруса ветром.

В 2015 году наша постоянная лаборатория была готова. Впервые в жизни у нас было достаточно места для проведения всех наших экспериментов и изучения человеческих эмбрионов и эмбриональных стволовых клеток, включая нашу самую первую комнату для культивирования тканей (ура!), а также комнату для микроскопов, оборудованную должным образом, просторную и темную, где можно было снимать фильмы о живых эмбрионах и изучать танец жизни во всех подробностях. Я была на седьмом небе от счастья. Не могу выразить словами свою благодарность руководителю кафедры Биллу Харрису за его веру в меня и его поддержку, а также за гранты от ERC и фонда Wellcome Trust, позволившие мне сделать этот важный шаг.

Передав лицензию на исследование человеческих эмбрионов в нашу новую лабораторию, мы расширили свои возможности. Мы получили информированное согласие от пар, проходящих лечение от бесплодия, на использование оставшихся после ЭКО лишних эмбрионов. Мы работали с двумя организациями — клиникой по лечению бесплодия CARE (особенно мне помогли Саймон Фишель и Элисон Кэмпбелл) и Лондонской больницей Гая в сотрудничестве с Питером Брауде, Якубом Халафом и Душко Иличем, каждый из которых был невероятно полезным и проницательным. Они и трое коллег из моей команды — Марта Шахбази, Санна Вуористо и Агнешка Едрусик — помогли нам приступить к культивированию человеческих эмбрионов на стадии имплантации, чтобы посмотреть на главные трансформационные события, критически важные для всего последующего развития.

Всплыло множество удивительных подробностей. Хотя при имплантации в матку эмбрионы теоретически могут принять любую ориентацию, мы обнаружили, что они прикрепляются стороной, содержащей скопление клеток, которые в будущем превратятся в собственно эмбрион. Мышиные эмбрионы имплантируются с точностью наоборот. Как упоминалось ранее, хотя бластоцисты человека и мыши изначально кажутся одинаковыми, через несколько дней их архитектура отличается кардинальным образом.

Сначала мы сосредоточились на группе клеток, имеющей критическое значение для развития человека. Эта группа формирует два типа тканей: гипобласт, который позже разовьется в поддерживающий желточный мешок, и эпибласт, который станет собственно эмбрионом, образовав три основных типа тканей — эктодерму, мезодерму и энтодерму (экто-, мезо- и энто- в переводе с греческого означают «внешний», «средний» и «внутренний», а «дерма» означает «кожа»).

Мы увидели, что приблизительно через восемь дней после оплодотворения эпибласт формирует ту же розетку, которая впечатлила нас во время экспериментов с мышиными эмбрионами. Как и у мышей, розетка эпибласта расширяется с образованием амниотической полости.

Еще один шаг в реорганизации человеческого эмбриона приводит к развитию второй, более крупной полости на гипобластной стороне диска. Это первичный желточный мешок, который в условиях естественного развития снабжает плод кровью. У человеческого эмбриона формирование этой второй полости, по-видимому, начинается на одиннадцатый день.

Чтобы получить первые представления о молекулярных механизмах, мы покрасили человеческие эмбрионы флуоресцентными антителами, позволяющими увидеть, какие гены и какими клетками используются. Данная методика предоставила молекулярную картину клеточной идентичности. Антитела помогли обнаружить, в каких клетках присутствовали гены транскрипционных факторов ОСТ4 и NANOG (такие клетки находятся в эпибласте, превращающемся в собственно эмбрион), а в каких — GATA3, что указывает на трофэктодерму, формирующую плаценту. Изображения, полученные в результате экспрессии перечисленных генов, обладали какой-то сверхъестественной красотой и раскрывали новые подробности истории человеческой жизни.

Клетки эпибласта ожидаемо имели только одно ядро, тогда как клетки на периферии эмбриона имели одно или несколько ядер — типичная черта трофэктодермы, которая прокладывает путь отверстиям (лакунам), используемым для кровоснабжения плода в матке. Это обнадеживало нас, указывая на то, что развитие эмбриона шло точно так же, как в теле матери.

Может показаться, что закрепление эмбриона в матке зависит от хореографически выверенной последовательности физических и биохимических взаимодействий тканей матери и эмбриона. Это не так. В течение нескольких дней после имплантации эмбрион, по-видимому, существует на автопилоте и имеет все необходимое для развития. Ремоделирование человеческого эмбриона на стадии имплантации имеет решающее значение для успешной беременности. Мы показали, что успех зависит от невероятной способности эмбриона к самоорганизации.

В 2013 году, вскоре после нашего первого успешного культивирования эмбриона за пределами имплантации, я познакомилась с Али Бриванлу из Рокфеллеровского университета в Нью-Йорке на конференции в Лаборатории Колд-Спринг-Харбор, Лонг-Айленд. Али интересовался культивированием эмбрионов нечеловекообразных приматов (мартышек), и я предложила свою помощь. Наука процветает на сотрудничестве. Коллега Али, Алессия Деглинкерти, посетила нашу лабораторию, чтобы научиться культивировать человеческие эмбрионы за пределами стадии имплантации. Как выяснилось, команда Али воспользовалась нашим методом для культивирования и человеческих эмбрионов тоже, поэтому в итоге в мае 2016 года в одну и ту же неделю вышли не одна, а целых две статьи: одна в Nature и вторая — в Nature Cell Biology [14]. Когда две лаборатории независимо занимаются одной и той же проблемой, их исследования дополняют и подтверждают друг друга, отчего наука только выигрывает.

Для всех нас самым потрясающим открытием оказалась способность человеческого эмбриона к самоорганизации вне организма матери, по крайней мере, в изученный нами период развития. Раньше никто не знал об этой способности, которая означала, что эмбрион должен обладать средствами для формирования самого себя даже вне тела матери. Во время естественного развития, разумеется, происходит взаимозависимый танец материнских и эмбриональных клеток [15]. Поскольку предметом наших исследований являлся постимплантационный период до формирования плаценты, было неясно, сможет ли наша модель культивирования in vitro воспроизвести развитие человеческого эмбриона за пределами этой стадии.

Некоторые аспекты развития мышей и человека оказались одинаковыми; например, образование полости в эмбрионе, происходящее не путем гибели клеток, а путем их поляризации и реорганизации контактов. Но многие другие аспекты сильно различались. К примеру, человеческий эмбрион, в отличие от мышиного, расщепляется на две разные ткани — эпибластный диск и амнион. Мы наблюдали это расщепление в наших исследованиях. Это означает, что, хотя исследования эмбрионов других млекопитающих и предоставляют ценную информацию, понять человеческое развитие можно лишь с помощью изучения человеческих эмбрионов.

Клетки, потентность и архитектура

Клетки эмбриона дифференцируются в определенные линии, но как только обретут идентичность, запускают изменения в структуре эмбриона, что, в свою очередь, может изменить положение самих клеток. Но каким образом эмбрион синхронизирует эти циклы дифференциации и морфогенеза? Один из способов координации танца жизни заключается в применении контрольных точек, когда развитие приостанавливается до тех пор, пока не будет выполнено некое условие.

В 2017 году журнал Nature опубликовал наше второе исследование человеческих эмбрионов, в котором Марта Шахбази воспользовалась нашей технологией культивирования, чтобы установить именно такую контрольную точку в раннем развитии млекопитающих [16]. Она выяснила, что только в том случае, когда эпибластные клетки становятся более специализированными, они расширяют просвет и создают амниотическую полость, в которой будет находиться жидкость, окружающая растущий эмбрион.

Исходно клетки выстраиваются в уже знакомую розетку с направленными к центру апикальными концами. На следующем этапе к соприкасающимся апикальным концам перемещаются везикулы с жидкостью. Марта обнаружила, что в месте «поцелуя» апикальных концов должен синтезироваться мембраносвязывающий белок подокаликсин из семейства сиаломуциновых белков, с помощью которого клетки могут оттолкнуть друг друга и впустить жидкость, накапливающуюся между ними и заполняющую собой полость.

В поисках механизма этого процесса Марта выяснила, что в нем участвует наш старый знакомый ОСТ4. Как только мышиные эпибластные клетки переходят из наивного состояния потентности в новое праймированное состояние, возникает партнерство между двумя транскрипционными факторами, ОСТ4 И ОТХ2, в результате чего активируется синтез гликозилированных сиаломуциновых белков, ведущий к образованию амниотической полости.

Но удаление подокаликсина само по себе не останавливает увеличение полости, поскольку другие белки компенсируют его отсутствие. Один из них, цингулин, привязывает везикулы к апикальным концам клеток. Как всегда, все гораздо сложнее, но это делает биологию развития еще более завораживающей. Ради этих сведений Марта работала день и ночь.

Однако требуются дополнительные исследования для идентификации всех белков, которые подталкивают клетки к приобретению большей специализации и формированию полости, помогая перейти к следующей стадии развития. Тем не менее наши эксперименты уже показали, что удержание клеток в наивном состоянии играет роль контрольной точки, гарантирующей, что амниотическая полость появится только тогда, когда клетки праймируются должным образом. Эксперименты демонстрируют и то, как эмбрион синхронизирует морфогенез и дифференциацию, координируя в танце жизни идентичность и расположение клеток-партнеров.

Как долго должен развиваться человеческий эмбрион?

Методика, позволяющая эмбрионам развиваться в культуре в два раза дольше, чем раньше, сулит множество будущих открытий. Многие из них будут невероятными, но одно можно предсказать наверняка: эти достижения помогут установить, какие аномальные эмбрионы способны самостоятельно исправлять собственные дефекты.

Полученные сведения могут повысить эффективность вспомогательной репродукции. Несмотря на то что в результате ЭКО уже родились миллионы детей, процесс ЭКО остается суровым испытанием, а успех — на удивление низким, о чем мы будем говорить в главе 10. Мы должны стремиться узнать больше, чтобы сделать процедуру успешнее и безопаснее.

Еще до прогресса, достигнутого в моей лаборатории в Кембридже и в лаборатории Али в Нью-Йорке, ученые придерживались правила о том, что лишние человеческие эмбрионы, оставшиеся после ЭКО и пожертвованные на исследования, могут изучаться в лаборатории лишь до четырнадцатого дня, считая от момента их создания. Настало время для нового разговора о том, существует ли научная необходимость (наряду с более широким общественным консенсусом) в поиске способов продления срока, в течение которого эмбриону позволено развиваться. Вопросы такого рода задаются с тех пор, как в 1978 году на свет появилась Луиза Браун, первый в мире ЭКО-ребенок, что стало определяющим моментом в истории медицины и продолжает оказывать огромное влияние на жизни миллионов людей и на общество в целом.

Глава 7

Надо ли использовать в исследованиях человеческие эмбрионы?

«Как чудесно», — думала я, не веря, что это действительно происходит. Наш успех в культивировании эмбрионов за пределами стадии имплантации читатели журнала Science приветствовали ежегодной премией People’s Choice Breakthrough of the Year («Прорыв года») [1]. Это произошло в 2016 году, который сам по себе был выдающимся для мировой науки. Физики доказали существование гравитационных волн, ряби на ткани пространства-времени, подтвердив то, что Альберт Эйнштейн предсказал еще сто лет назад. Это был настоящий прорыв.

Награда много для нас значила, поскольку создавала ощущение, что общество признало ценность исследований начальных стадий эмбрионального развития, потенциально способных помочь в предотвращении случаев невынашивания беременности на ранних сроках. Новый метод позволял изучать развитие человеческого эмбриона во время естественного процесса имплантации в матку, что было недоступно раньше. Зато теперь мы могли понять клеточные и молекулярные изменения в каждой клетке, а также хореографию клеточного танца на второй неделе жизни, когда создаются и по-новому организуются стволовые клетки будущего организма. У нас появилась возможность установить как минимум некоторые причины того, почему в ранний период многие беременности заканчиваются неудачей, а также изучить вредное воздействие продуктов питания, напитков или других химических веществ, которые в этот уязвимый период способны влиять на формирование эмбриона. Со временем можно было разработать новые тесты, помогающие определить до подсадки в матку, какой из эмбрионов имеет наивысшие шансы на нормальное развитие. Кроме того, мы могли проследить судьбу анеуплоидных клеток эмбрионов с аномальным набором хромосом и клеток мозаичных эмбрионов, как мы уже делали на мышах. Открывалось новое поле для исследований, результаты которых могли привести к появлению новых методов лечения или способов предотвращения проблем развития.

Некоторые воспользовались нашей работой, чтобы спросить, надо ли пересматривать четырнадцатидневный лимит. Культивированный нами эмбрион не достиг этого срока и по причинам, которые я объясню позже. Запрет на выращивание эмбрионов дольше четырнадцати дней широко распространен, и мы в своем эксперименте подошли к пределу довольно близко. В двенадцати странах, включая Соединенное Королевство, этот срок прописан в законодательстве, а также рекомендован к соблюдению еще в пяти странах, среди которых США (где исследования человеческих эмбрионов запрещено финансировать из федеральных фондов, но можно из не-федеральных, если это не противоречит законам штата).

Когда заходит речь о четырнадцатидневном лимите, камнем преткновения является моральный статус эмбриона. Я думаю, все согласны, что эмбрион заслуживает уважения, хотя трудно объяснить, что под этим имеется в виду [2]. Например, с точки зрения католической церкви, человеческая личность возникает с момента зачатия и заслуживает соответствующего уважения. Противоположность этому — думать, что ранний человеческий эмбрион представляет лишь кучку стволовых клеток и к нему следует относиться точно так же, как к любой человеческой клетке в лаборатории [3].

Те, кто стремится к компромиссу, должны найти удовлетворительный путь между двумя крайностями. Возможно, ранний человеческий эмбрион надо защищать и взвешивать все за и против в том случае, когда эксперименты на животных не дают ответ. Где же провести черту?

Как и другие, я выступаю за осторожный подход, направленный в первую очередь на углубление знаний о человеческом развитии с помощью дополнительной недели, достигнутой в моей лаборатории и лаборатории Рокфеллеровского института [4]. А пока мы можем сделать паузу и объяснить общественности потенциальную пользу от расширения исследований человеческих эмбрионов.

Человеческие эмбрионы in vitro

Прогресс, который привел к культивированию эмбрионов в лабораторных условиях, случился еще в середине двадцатого века. Первый доклад об оплодотворении человеческой яйцеклетки вне организма был сделан в 1944 году Джоном Роком, работавшим вместе с Мириам Менкин [5]. Это основополагающее исследование позволило предположить, что беременность посредством ЭКО возможна и у людей. Однако прошло еще пятнадцать лет, прежде чем в 1959 году Мин Чу Чанг из Вустерского Фонда экспериментальной биологии в Шрусбери, штат Массачусетс, добился первого успеха в получении потомства от млекопитающих путем ЭКО. Чанг оплодотворил in vitro яйцеклетку самки черного кролика сперматозоидом черного самца и подсадил эмбрионы самке белого кролика, что привело к рождению черных крольчат [6].

Одной из ключевых фигур в истории с первой беременностью посредством ЭКО является британский физиолог Роберт Эдвардс, который изначально проводил исследования на мышах, а потом заинтересовался созреванием человеческих яйцеклеток и хромосомными аномалиями [7].

В поисках человеческих яйцеклеток, необходимых для экспериментов в Кембридже, Эдвардс познакомился с Молли Роуз, гинекологом Эдгвардской главной больницы в Лондоне, которая следующие десять лет предоставляла ему образцы биопсий яичников [8]. Он искренне хотел разработать методику лечения женщин с непроходимостью маточных труб, препятствующей попаданию яйцеклеток из яичников в матку, где происходит оплодотворение. Пока другие врачи занимались поиском хирургических способов лечения, Эдвардс считал, что ЭКО является новым мощным средством лечения бесплодия.

В 1968 году Эдвардс познакомился с акушером-гинекологом Патриком Стептоу, который впервые применил минимально инвазивные лапароскопические операции в гинекологической практике, и они решили сотрудничать. Перед тем как забрать яйцеклетки у пациенток, они стимулировали их выработку гормональными препаратами. Затем в один прекрасный день Эдвардс попытался культивировать оплодотворенные человеческие яйцеклетки в питательной среде для хомяков, созданной студентом Барри Бавистером, который работал в том же здании в Кембридже дальше по коридору [9]. Эксперимент удался. После ужина они проверили бавистерскую питательную среду и увидели множество стадий развития человеческих эмбрионов. Позже Эдвардс будет упоминать об этом, как о «том фантастическом вечере». В декабре 1968 года Эдвардс вместе с Бавистером и Стептоу представили в Nature статью, описывающую первое успешное ЭКО человека [10]. (Еще тогда он осознал далеко идущие последствия и в 1971 году поднял связанные с ЭКО этические и правовые вопросы [11].)

Однако первая беременность путем ЭКО случилась не в Соединенном Королевстве, а в Австралии в 1973 году, о чем сообщила команда Университета Монаша и Университета Мельбурна. Попытка закончилась выкидышем на ранней стадии [12]. Два года спустя команда из Кембриджа доложила о внематочной беременности в результате ЭКО. До 1977 года Эдвардса и Стептоу преследовали пять лет неудач. Их заявку на финансирование отклонили, предложив сначала провести эксперименты на приматах, как всегда бывает при попытках получить грант на проверку смелых идей [13]. Благодаря разработанному в Японии тесту на овуляцию Эдвардс и Стептоу решили отказаться от химического коктейля для стимулирования производства яйцеклеток и доверились менее продуктивному естественному циклу [14].

К тому моменту Лесли и Джон Браун отчаянно хотели ребенка и думали, что им поможет операция по восстановлению проходимости маточных труб. Лесли направили к Стептоу. Как потом вспоминала Лесли, «он предупредил, что это еще ни разу не сработало, но я не желала ничего слышать». В 1977 году Стептоу и его команда решили вновь попытать счастья на Лесли и еще двух женщинах. «Они нашли единственную яйцеклетку, и это была Луиза». К тому времени Стептоу и Эдвардс вдвое сократили срок культивирования эмбриона, позволив ему развиваться до стадии восьми клеток, прежде чем пересадить будущей матери. Получившаяся беременность стала сенсацией.

В июле 1978 года у Лесли развилась легкая преэклампсия, которая могла повлиять на беременность. Стептоу понял, что больше ждать нельзя, и вместе с акушером-гинекологом Джоном Уэбстером решил провести кесарево сечение. И в полночь 25 июля 1978 года на свет появилась Луиза Браун. На следующий день после второй фантастической ночи по миру разлетелась новость о первом ребенке, родившемся с помощью ЭКО. Луизу объявили «ребенком столетия» [15].

Ее рождение снизило беспокойство ученых и обеспечило еще больший успех, а также поддержку ЭКО со стороны Совета медицинских исследований [16]. Но разрешили бы Эдвардсу проводить подобное исследование в наши дни, с сегодняшними законами и рекомендациями? Вполне возможно, что нет. За каждым его экспериментом стояла пара, готовая пойти на риск инвазивной процедуры ради сильного желания иметь ребенка, в то время как коллеги скептически воспринимали его намерения и даже боялись, что все закончится катастрофой вроде создания эмбриона с аномалиями развития [17].

За новаторской попыткой ЭКО стояли не только Эдвардс и Стептоу, но и многие другие люди. Была добрая воля сестринского персонала под руководством Мюриэл Харрис, суперинтенданта операционной в Королевской больнице Олдхема, а также в Олдхемской и окружной больнице общего профиля, вместе с Джин Парди, которую Эдвардс нанял в 1968 году в качестве технического ассистента и которая помогла провести это исследование [18]. Десятки лет спустя Эдвардс сошлется на Парди, когда скажет, что «изначально было не два, а три первопроходца ЭКО» [19].

Кроме того, важно отдать должное всем женщинам, которые согласились подвергнуться экспериментальному ЭКО. За десять лет ведения записей в ходе экспериментов были зарегистрированы 262 анонимные женщины, 457 попыток извлечения яйцеклеток, 331 попытка оплодотворения и 221 эмбрион. Итогом были лишь пять беременностей и два случая успешных родов. Об этих женщинах следует помнить и сегодня, когда ЭКО, пускай по-прежнему далеко не легкая, зато вполне рутинная процедура.

Регулирование ЭКО

Первое рождение человека с помощью ЭКО незамедлительно переместило репродуктологию из лабораторий в клиники и вызвало множество проблем. Едва утихла эйфория от появления на свет Луизы Браун, как пробудилось беспокойство по поводу выращивания человеческих эмбрионов ради экспериментов. Существовало мнение, что с учетом непредсказуемых результатов имплантации искусственно зачатых эмбрионов несовершенные экземпляры будут отбраковываться.

В общих чертах, пока общество радовалось, что ЭКО может справиться с бесплодием, люди переживали по поводу необходимости уничтожения эмбрионов. Они впали в смятение после того, как Эдвардс признался в одном документальном фильме, что проводил эксперименты на непригодных к повторной имплантации эмбрионах, поскольку «они могли предоставить сведения о ранней человеческой жизни» [20].

Формировать общественное мнение по поводу широкомасштабных последствий рождения Луизы Браун, по сей день влияющее на исследования эмбрионов человека, пришлось двум выдающимся женщинам — Мери Варнок и Энн Макларен.

Британское правительство в ходе публичного расследования ЭКО решило не полагаться на ученых-экспертов и для консультирования министров пригласило в 1982 году Варнок, которая в то время была философом и педагогом в Оксфордском университете. Она не считала себя особенно оригинальным философом, однако была полна решимости высказать свое мнение [21]. Варнок испытывала к публике огромное уважение и полагала, что люди «имеют право знать и даже контролировать» профессиональную практику [22].

Варнок попросили, чтобы ее комитет рассмотрел достижения науки и медицины в сфере репродукции и эмбриологии и порекомендовал по этому поводу какие-нибудь социальные, этические и юридические меры. Но Варнок не особенно разбиралась в вопросах раннего онтогенеза и пригласила Энн Макларен. Будучи прирожденным учителем, Энн сыграла решающую роль. Впоследствии Варнок скажет, что «без нее, возможно, и не справилась бы».

В первый год обсуждений Варнок и ее комитет пришли к выводу, что самые серьезные моральные вопросы вызывают именно методы ЭКО [23]. Первостепенная проблема состояла в том, чтобы установить, когда эмбрион приобретает моральный статус, обязывающий не причинять ему намеренного вреда. С учетом этого в докладе рекомендовалось взять эмбрионы под защиту и только при наличии лицензии разрешать их использование в экспериментах. На мой взгляд, подобная мера необходима и в наши дни.

Но как долго можно культивировать эмбрионы человека в лаборатории? В истории человеческой жизни нет ни одной главы, которая была бы важнее других глав, поскольку наше развитие — это непрерывный процесс самоорганизации. Энн Макларен посоветовала установить в качестве предела срок в четырнадцать дней после оплодотворения, когда человеческий эмбрион начинает формировать первичную полоску (структуру для миграции клеток, строящих собственно эмбрион), а также закладывать оси «голова — ноги» и «спина — живот», шаг за шагом превращаясь в ребенка.

Этот период — важная веха онтогенетического развития [24]. Клетки мигрируют вдоль первичной полоски во время процесса, называемого гаструляцией, когда эмбрион принимает форму овального диска, содержащего три «генеративных слоя клеток»: энтодерму, которая создает желудочно-кишечный и дыхательный тракт; мезодерму, которая формирует сердце, соединительные и мышечные ткани; и эктодерму, из которой образуется нервная система и эпителиальный слой кожи, покрывающий эмбрион.

Энн настаивала на использовании термина «пре-эмбрион» до срока четырнадцати дней, чтобы подчеркнуть отличия от более позднего, сложного организма — собственно эмбриона. Помню, я поспорила с Энн по поводу этой идеи, потому что она мне не нравилась, как и Мери Варнок, переживающей, как бы люди не начали возмущаться, что «мы превращаем допустимость экспериментального использования человеческих эмбрионов в терминологическое жонглирование» [25].

Говоря упрощенно, ранний эмбрион можно представить как «родителя» первых трех типов стволовых клеток, один из которых будет творить новую жизнь при поддержке двух остальных. Способность раннего эмбриона к гаструляции и, что важно, к самоорганизации в сложную структуру настолько выдающаяся, что термин «пре-эмбрион» умаляет его значимость. Я чувствовала, что «эмбрион» — гораздо более подходящий термин, воплощающий все эти невероятные способности к росту и трансформации.

Поначалу в качестве крайнего срока выращивания человеческих эмбрионов для исследований было принято начало гаструляции. Но Мери Варнок хотела установить однозначный временной лимит (четырнадцать дней), а не стадию развития, которую можно по-разному интерпретировать в случае поздно развивающихся эмбрионов. Таким образом, комитет Варнок обозначил шкалу, по которой моральная ценность эмбриона возрастает вместе с его биологическим развитием, то есть очень поздний эмбрион больше похож на ребенка, чем ранний, а поздний выкидыш более огорчителен, чем ранний, о котором женщина может даже не знать [26].

Хотя ранний эмбрион не является человеком, я уверена, что он заслуживает защиты, и я полностью осознаю, что найти баланс между этой защитой и научными исследованиями не так-то просто. Замечание, сделанное Мери Варнок в начале доклада несколько десятилетий назад, по сей день остается актуальным: «Поднятые проблемы затрагивают фундаментальные вопросы морали и зачастую религии, и эти вопросы на протяжении веков не дают философам покоя. Невозможно, чтобы доклад, подобный этому, был одинаково хорошо принят во всех кругах, учитывая некоторые спорные темы, которые нам пришлось рассматривать. Обязательно посыплется критика, что мы перешли все границы или, наоборот, не дошли... Короче говоря, мы изо всех сил старались учесть аспекты как публичной, так и частной морали» [27].

Сегодня доклад Британского комитета по расследованию вопросов оплодотворения и эмбриологии человека 1984 года, больше известный как доклад Варнок, считается образцовым примером анализа этических аспектов ЭКО и искусственного зачатия с помощью донорской яйцеклетки и донорского эмбриона, а также суррогатного материнства, заморозки мужских и женских половых клеток, выбора пола и использования человеческих эмбрионов в исследованиях.

В своем докладе Мери Варнок искала способы примирить тех, кто считал ранний эмбрион человеком, с теми, кто рассматривал его как набор клеток. Однако доклад восприняли неоднозначно. Пожалуй, самым яростным ее оппонентом был главный раввин Иммануил Якубович, раз за разом атаковавший рекомендации комитета. В результате в Times вышла статья под заголовком «Варнок разрушает мораль» [28]. Она вспоминала с иронией, в каком восторге от этого заголовка был Джеффри, ее муж и коллега-философ, позже ставший вице-канцлером Оксфордского университета.

В шестилетний период между этим докладом и парламентскими дискуссиями Мери Варнок и Энн Макларен «гастролировали» по стране, разъясняя свои соображения. В конце концов, когда был поднят юридический вопрос, парламентарии оказались перед выбором: запретить любые исследования эмбрионов или разрешить их при определенных обстоятельствах. К тому времени общественные дебаты перешли к новой теме, сфокусировавшись теперь на возможностях приспособить ЭКО к скринингу эмбрионов, выявляющему наличие генетических заболеваний [29]. Осознавая эти возможности, парламентарии разрешили проведение ЭКО и экспериментов, но законодательно запретили культивировать или использовать эмбрионы по истечении четырнадцатидневного срока.

Таким образом, Мери Варнок создала консенсус между публикой, СМИ, парламентариями и учеными по поводу регулирования этой деятельности. Великобритания по-прежнему соблюдает рекомендации ее комитета, закрепленные Законом об оплодотворении и эмбриологии человека 1990 года. Варнок как-то обмолвилась, что если она впадет в уныние, то непременно взбодрит себя мыслями об этом докладе: «По крайней мере, я это сделала».

С годами, когда общественность и органы, финансирующие науку, осознали потенциальную пользу ЭКО в борьбе с бесплодием, от которого страдают более 10% пар, первоначальное отвращение к «неестественным» детям из пробирки сменилось одобрением. В 2010 году Эдвардс (Стептоу умер в 1988-м) был награжден Нобелевской премией в знак признания его роли в развитии ЭКО.

Сегодня процедура ЭКО распространена во всем мире, и благодаря ей родились как минимум шесть миллионов детей (а может, и больше). В противном случае этих людей не было бы на свете вместе с примерно двенадцатью миллионами счастливых родителей, двадцатью четырьмя миллионами гордых бабушек и дедушек, а также прабабушек и прадедушек (среди которых сама Варнок), и вдобавок десятью и более миллионами друзей и родственников [30].

Методика ЭКО неоднократно совершенствовалась. Сегодня, например, сперматозоид можно вводить прямо в яйцеклетку в чашке Петри, а генетические тесты можно выполнять с использованием всего нескольких клеток, извлеченных из эмбриона для отбора экземпляров без генетических аномалий. Прогресс в этой области за последние сорок лет просто поразительный.

Существуют ли на сегодняшний день альтернативы использования человеческих эмбрионов в лабораторных исследованиях? С учетом важных отличий в развитии мыши (самая распространенная модель для изучения эмбрионов млекопитающих) и человека для полного понимания нашего собственного развития работа с человеческими эмбрионами незаменима.

И все же мы действительно должны уважать и защищать этот драгоценный ресурс. Например, из 763 509 эмбрионов, созданных в результате ЭКО с 1991 по 1998 год в Великобритании, 238 000 были уничтожены как непригодные к переносу [31]. Прагматики настаивают, что лучше не выбрасывать, а использовать этот важный ресурс для получения научной информации (но только при наличии информированного согласия родителей).

Надо ли пересматривать четырнадцатидневный лимит?

В декабре 2016 года моя команда опубликовала исследование, в котором описывалось культивирование человеческого эмбриона в лабораторных условиях семь дополнительных дней, до тринадцатого дня. В тот же месяц меня пригласили выступить на конференции в Лондоне, которую устроила организация Progress Educational Trust, разъясняющая общественности суть эмбриологических исследований. На конференции выступала и Мери Варнок по теме «Переосмысление этических аспектов эмбриональных исследований: геномное редактирование, 14 дней и дольше». Там мы и познакомились.

Как она позже признается в интервью с Роджером Хайфилдом, для нее стал сюрпризом тот факт, что понадобилось больше тридцати лет на разработку методов культивирования эмбрионов в течение периода, близкого к четырнадцати дням, рекомендованным в ее докладе 1984 года. Возможно, это говорило о том, насколько мало она была знакома с научными подробностями. В биологии человека есть важный этап, который делает культивирование человеческого эмбриона дольше одной недели особенно трудным. В течение этой первой недели человеческий эмбрион не увеличивается в размерах, только дробится на все более мелкие клетки, плавая в фаллопиевой трубе — среде, которую относительно легко сымитировать в лабораторных условиях. Через неделю после оплодотворения развивающийся эмбрион имплантируется в матку, чтобы прочно в ней закрепиться.

И лишь тогда эмбрион, лелеемый материнскими гормонами и факторами, начинает расти. Таким образом, это гораздо более сложная и насыщенная среда, которую, как показала практика, труднее воспроизвести в лабораторных условиях. Но раз нам это удалось, мы могли бы выяснить, как человеческий эмбрион растет и формирует отдельные ткани (эпибластный диск, амнион и гипобласт), которые начинают взаимодействовать. Тем не менее дискуссия на конференции в Лондоне была посвящена и этическим вопросам, поднятым этим исследованием: если возможно культивировать человеческий эмбрион дольше четырнадцати дней, насколько это позволительно с этической точки зрения?

Я вошла в лекционный зал Института детского здоровья (Университетский колледж Лондона) ровно в тот момент, когда Мери Варнок поднялась, чтобы обсудить правило четырнадцати дней и возможность его пересмотра в свете нашего технологического прорыва. Она согласилась, что да, продление срока позволило бы получить огромное количество информации, но нет, требовать продления слишком рано, ведь мы всего лишь приблизились к этому пределу.

В своей речи она, как и я, утверждала, что обществу нужно время, чтобы понять суть того, почему ученые могут и хотят культивировать эмбрионы еще дольше. В конце концов, понадобилось шесть лет, чтобы рекомендации из доклада 1984 года перешли в закон 1990 года, и за это время публика привыкала к самой идее экспериментирования на человеческих эмбрионах. Исследования, проведенные между седьмым и четырнадцатым днями развития эмбриона, предоставят новые сведения о причинах ранних выкидышей или способах профилактики или лечения расстройств, появляющихся в этот период. Они могут повысить эффективность ЭКО, позволив ученым идентифицировать маркеры успешного развития эмбриона, лучше разобраться в причинах его ранней потери во время беременности, глубже исследовать влияние на эмбрион лекарств, нездорового образа жизни или токсичных соединений, а также раскрыть механизмы развития некоторых аномалий развития, от врожденного порока сердца до биохимических и хромосомных нарушений. Необходимое для этой работы время предоставит обществу передышку и поможет ему решить, насколько ценны такие исследования и оправдывают ли они внесение изменений в существующее законодательство.

На момент написания этой книги многие полагали, что ради научного и терапевтического прогресса можно продлить срок культивирования эмбрионов на неделю или около того. Однако для установления нового предела надо тщательно очертить этические рамки, как поступила Мери Варнок десятки лет назад.

За четырнадцатидневным пределом существует несколько точек, через которые можно провести новую черту. Одна из них — самые ранние зачатки центральной нервной системы (формирование нервной трубки), появляющиеся примерно на двадцать первый день, то есть более чем через семь дней после образования первичной полоски (заметьте, что способность чувствовать боль возможна только при наличии связей с корой головного мозга, которые устанавливаются лишь на двадцать четвертой неделе беременности) [32]. Другая возможная граница — раннее развитие сердца эмбриона, которое представляет собой первый сформированный и функционирующий орган, появляющийся между шестнадцатым и двадцать четвертым днями, то есть почти через десять дней после образования первичной полоски [33].

Эта дискуссия имеет отношение к тому, что я думаю о любом изучаемом мною живом существе. Каждый в моей лаборатории обучен проявлять уважение к ранним мышиным эмбрионам. У меня есть правило, согласно которому специальные совещания, семинары, кофе-паузы и другие отвлекающие факторы обязаны ждать, пока не закончится эксперимент с мышиными эмбрионами и их не вернут в безопасную среду инкубатора, где они продолжат развиваться, словно в теле матери. И горе любому в моей лаборатории, кто не относится к жизни с уважением.

Никаких скользких путей

Двадцать пятого июля 2018 года мой соавтор Роджер Хайфилд помог организовать и отпраздновать сорокалетие Луизы Браун на серии мероприятий в Лондонском музее науки, где собралось около трех с половиной тысяч человек [34]. Сама Луиза появилась вместе с ним в музейном театре и была почетным гостем на специальной вечеринке, проходившей в том же музее на выставке «ЭКО: шесть миллионов детей спустя».

На вечеринке было примерно две сотни человек, включая Дженни Джой, дочь Роберта Эдвардса; Грейс Макдональд, маму второго ЭКО-ребенка; Мартина Джонсона, бывшего аспиранта Роберта Эдвардса и почетного профессора репродуктологии в Кембриджском университете, вдохновившего меня своими исследованиями клеточной полярности; Кея Элдера, клинического ассистента Патрика Стептоу; Джона Уэбстера, который помогал Луизе появиться на свет; множество тех, кто родился с помощью ЭКО; специалистов по репродукции и многих других. Было очевидно, что ЭКО принесло счастье многим людям, и это благодаря заверениям, полученным публикой и пациентами от Управления по оплодотворению и эмбриологии человека — первого в мире органа власти, регулирующего лечение бесплодия и исследования эмбрионов, который был создан усилиями Мери Варнок.

Лимит, закрепленный в правиле четырнадцати дней, существует уже больше тридцати лет, и для его изменения, безусловно, понадобится решение обеих палат парламента. Хотя четырнадцатидневный лимит никогда не удовлетворял всем взглядам и ценностям общества, он бесспорно способствовал научному прогрессу, одновременно сохраняя доверие публики как к научным исследованиям, так и к системе регулирования. Теперь, когда настало время пересмотреть лимит, мы можем сделать это и не бояться, что перемены вызовут хаос.

Однако мы не должны считать Великобританию эталоном добра и справедливости, ведь в разных странах свои культурные нормы, ценности и представления о риске и выгоде, и нам придется к ним прислушиваться. Не следует и уклоняться от дебатов, поскольку это может привести к еще большим ограничениям научных исследований.

Исследования человеческих эмбрионов затрагивают вековые моральные устои и поднимают глубокие вопросы. Все это Бен Херлблат, профессор Школы естественных наук при Аризонском университете и мой друг, описал в своей превосходной и проницательной книге Experiments in Democracy: Human Embryo Research and the Politics of Bioethics («Эксперименты с демократией: исследования человеческих эмбрионов и биоэтика») [35]. По его словам, это вопрос не только морального статуса эмбриона, но и человеческой целостности и идентичности, — проводятся ли исследования надежно, продуманно и публично или же плохо, на скорую руку и за закрытыми дверями? Не могу с ним не согласиться.

Я верю во взвешенный подход, позволяющий проводить исследования в полном соответствии с нашими ценностями и под руководством нашего проверенного на практике регулятивного потенциала; иначе мы дорого за это заплатим. Мы рискуем лишить будущие поколения ценной терапевтической и гуманитарной пользы, поскольку ничего не делать — это хуже, чем искать возможности делать добро.

Что касается моих исследований, то новый метод более продолжительного культивирования эмбрионов позволил нам задаться вопросом: что происходит, когда некоторые клетки эмбриона развивают аномальный набор хромосом? Так называемая мозаичная анеуплоидия — не редкость для ранних эмбрионов, и важно понять, насколько она несовместима с нормальным развитием [36]. Существовало много гипотез. Возможно, анеуплоидные клетки не создают проблем и остаются незамеченными. Или направляются в основном в ту часть эмбриона, которая превращается в плаценту или желточный мешок, где такие аномалии допустимы. А может, эти клетки используются в создании эмбриона и ликвидируются лишь в той его части, которая развивается в плод? Я очень надеялась ответить на все эти вопросы. Кроме любопытства, мною двигало и осознание того, что любые сведения помогут огромному количеству пар, которые, как я, столкнулись с результатами пренатального теста, показавшего, что их развивающийся эмбрион может иметь аномальное число хромосом.

Глава 8

Саймон

Я не планировала еще одного ребенка, но это не значит, что я его не хотела. Просто у меня уже была дочь, четверо детей Дэвида, непрерывно появляющиеся научные гипотезы для исследований, чтение лекций студентам, ждущие своего часа статьи и заявки на грант, а также множество поездок на лекции и конференции. Мой рабочий день нередко переходил в глубокую ночь, поэтому на семью, друзей и увлечения оставалось совсем мало времени. Мне казалось, что я работаю сразу на трех восьмичасовых работах. К счастью, жизнь любит преподносить сюрпризы.

Несколько недель я чувствовала себя иначе, однако старалась игнорировать свое состояние, готовясь к собеседованию для конкурсного продления финансирования от фонда Wellcome Trust. Каждые пять лет я вынуждена была проходить через этот стресс, чтобы продолжать научную деятельность и работу моей лаборатории.

Незадолго до этого важного дня я прислушалась к голосу подсознания, нашептывающему, что я испытываю то самое, особенное психологическое состояние, ощущение, будто «что-то не так», которое уже переживала в начале первой беременности. Неужели я опять беременна?

Сразу после того как закончилось собеседование с примерно двадцатью именитыми учеными, я сделала тест. Он оказался положительным. Сказать, что я была в смятении, значит, ничего не сказать. Это был шок. Я вскочила в поезд до Кембриджа, чувствуя себя, с одной стороны, невероятно счастливой, а с другой — обеспокоенной, ведь Дэвид не планировал нового ребенка. Я решила придержать эту новость.

Казалось, что с того дня события разворачивались очень быстро. Поскольку мне было сорок два года, врач посоветовал проверить, нормально ли развивается беременность. Он порекомендовал сделать биопсию ворсинок хориона (chorionic villus sampling, CVS) — тест, позволяющий выявить наличие генетических аномалий (ведущих к врожденным патологиям) раньше, чем беременность станет заметной.

Тест CVS проводится примерно на третий месяц беременности и подразумевает взятие образца клеток из плаценты — органа, с помощью которого питается развивающийся ребенок. Так как ребенок и плацента формируются из одного и того же раннего эмбриона, по плацентарным клеткам можно судить о вероятности наличия генетических аномалий у ребенка.

Биопсия проводится либо трансабдоминально, путем введения иглы в живот, либо трансцервикально, то есть через шейку матки. Я выбрала первый вариант. После небольшой местной анестезии и под ультразвуковым контролем в живот вводится длинная игла, которая осторожно засасывает клетки из ворсинок хориона, этих тонких пальцеобразных проекций плацентарной ткани. Процедура CVS сама по себе несет определенный риск, и описание процедуры выглядит неприятно, но причиняемый ею дискомфорт, скорее, психологический, чем физический. Если тест обнаруживает аномалии, вы оказываетесь перед душераздирающим выбором. Но если результаты нормальные, с плеч будто падает тяжкий груз.

Примерно через неделю в моем кабинете раздался тот роковой телефонный звонок. Результаты CVS показали аномалии. Четверть протестированных клеток плаценты, которую я делила с моим развивающимся малышом, имела три копии (трисомию) второй хромосомы вместо нормальных двух. Конечно, результат касался только плаценты, и я утешала себя, что ребенок может быть в порядке. Но в то же время я понимала, что возможно, и даже наверняка, мой эмбрион не здоров и содержит значительное количество аномальных клеток. В конце концов, плацента и ребенок развиваются из одного и того же эмбриона, a CVS используется для прогнозирования аномалий именно у ребенка.

Мои глаза наполнились слезами. Я схватила бумагу и ручку, как поступала всегда, когда мне нужно было поговорить с собой, и принялась вырисовывать свои соображения по поводу причин плохих результатов. Если бы в тот момент кто-нибудь зашел в кабинет, он бы подумал, что я набрасываю идеи одного из наших проектов.

Хотя аномалия имела генетическую природу, проблема заключалась не в самой последовательности ДНК, а в количестве ее упаковок, то есть хромосом. В норме ребенок наследует двадцать три пары хромосом, включая одну пару половых (XY — у мальчиков и XX — у девочек). В целом одна половина ДНК достается ребенку от матери, вторая — от отца. Но мои плацентарные клетки имели множество копий одной конкретной хромосомы, что означало груз в виде избыточных генов — инструкций ДНК, управляющих синтезом белка в клетке. Дополнительные копии генов из этой лишней хромосомы могли привести к нарушениям развития.

Но каков был реальный риск нарушений? Мои инстинкты и знания, основанные на десятилетиях эмбриологических исследований, предполагали, что результаты теста нельзя интерпретировать однозначно.

Трисомия

Распространенный пример хромосомной аномалии касается одной из самых маленьких хромосом — 21-й хромосомы, которую дети наследуют в количестве трех копий вместо обычных двух, и поэтому аномалия зовется трисомией-21. Данная хромосома включает примерно 200 генов, а результатом нарушения тонкого равновесия генных продуктов в клетках является синдром Дауна.

В большинстве случаев дополнительная хромосома появляется в процессе аномального клеточного деления при образовании сперматозоидов или яйцеклеток. Иногда аномальное деление происходит после оплодотворения, и пострадавший эмбрион представляет собой мозаику, смесь из нормальных клеток и клеток с дополнительной копией хромосомы. Также бывает ситуация, когда до или во время зачатия кусок одной хромосомы цепляется к другой — процесс, называемый транслокацией.

Но результаты моего теста показали, что плацентарные клетки содержат дополнительную копию второй хромосомы — второй по величине и гораздо более крупной, чем двадцать первая. Эта конкретная хромосома несла в себе 1300 генов, синтезирующих белки.

Лишняя копия такой большой хромосомы означала огромное множество дополнительных генов. Когда такая хромосомная аномалия затрагивала развивающегося ребенка, в зависимости от местоположения и количества аномальных клеток, мог появиться целый спектр нарушений роста и развития. Мы с Дэвидом распечатали все статьи, которые смогли найти, чтобы узнать, может ли вообще ребенок, часть клеток которого имеет подобную трисомию, появиться на свет. Выяснилось, что может, но с серьезными дефектами. Странно, но после этого моя любовь к еще не родившемуся малышу только возросла.

Возможно, выявленная моим тестом аномалия развилась исключительно в плаценте, а значит, мой ребенок имел высокие шансы родиться совершенно здоровым. Раз так, то, видимо, аномалия возникла на очень ранних этапах формирования плаценты, поскольку изрядное количество плацентарных клеток несли одинаковую трисомию. На этот исход я и надеялась, хотя не была уверена.

Согласно альтернативной версии, аномалия возникла в раннем эмбрионе до того, как его клетки решили, во что им превратиться — в плаценту или в собственно эмбрион. Это сулило серьезные проблемы, если только аномальные клетки не были каким-то образом уничтожены. Но могло ли это случиться? Существовала ли такая вещь, как самовосстановление? Тогда наука еще не знала ответа.

Информация о судьбе аномальных клеток в эмбрионах, нормальных по всем остальным параметрам, имела ключевое значение для понимания судьбы эмбрионов, являющихся смесью клеток с нормальным и аномальным количеством хромосом. Считается, что у людей анеуплоидия и описанный мозаицизм ответственны за высокую частоту неудачных беременностей как после обычного зачатия, так и после ЭКО. Однако судьба аномальных клеток развивающегося эмбриона была покрыта мраком тайны.

Неожиданный результат CVS буквально за одну ночь повернул мои исследования в новом, адресованном этой проблеме направлении. Я знала, что данные появятся слишком поздно, чтобы как-то мне помочь, — наука требует времени. Но я цеплялась за надежду, что мое исследование поможет другим парам, оказавшимся в похожей ситуации. В этом случае моя личная драма могла привести хоть к чему-то хорошему.

Как это часто бывает в науке, я начала с гипотезы. К моменту получения моего диагноза моя команда отследила судьбы достаточного количества эмбрионов, чтобы подкинуть мне идею о том, что между клетками эмбриона существует соревнование, где победителями становятся самые плюрипотентные клетки, которые и продолжают развиваться в плод, в то время как менее плюрипотентным достается та часть эмбриона, что превращается в плаценту. Возможно, нечто подобное происходит между нормальными и аномальными клетками, когда аномальные клетки преимущественно занимаются созданием плаценты, а не самого эмбриона, поскольку аномальные клетки могут быть менее плюрипотентными, чем нормальные. Разумеется, это была лишь гипотеза. Я была готова ко всему.

Зачастую обнаруженная наукой реальность гораздо интереснее любого воображения. Исследование покажет, что я ошибалась. Я мыслила в правильном направлении, но действительные подробности оказались иными — неожиданными и потрясающими.

Мозаики и химеры

Поскольку мы, разумеется, не могли проверить мою гипотезу на человеческих эмбрионах, мы использовали мышиные. Чтобы разобраться в воздействии аномальных клеток на мозаичный эмбрион, нам пришлось создать сотни мышиных эмбрионов и исследовать тысячи составляющих их клеток. Это огромное усилие требовало преданных своему делу ученых и соответствующего финансирования.

Пока я собиралась с мыслями, чтобы обдумать, как именно буду проверять эту гипотезу, я провела вслед за CVS еще один тест — амниоцентез, при котором мне опять под ультразвуковым контролем вводили иглу, на этот раз в амниотический мешок, окружавший моего развивающегося ребенка, чтобы взять на анализ небольшое количество прозрачной амниотической жидкости. Амниотическая жидкость, защищающая малыша, содержит фетальные клетки, по которым можно диагностировать хромосомные нарушения. Они не были обнаружены. Мы вздохнули с облегчением. И все же, пока я не взяла на руки своего новорожденного ребенка, я не могла полностью успокоиться.

Еще одна хорошая новость заключалась в том, что у меня теперь было достаточно средств для проведения исследований, помогающих объяснить результаты моих анализов. По итогам собеседования, проведенного в тот день, когда я узнала о своей беременности, фонд Wellcome Trust выдал стипендию для моих старших научных сотрудников. Денег, изначально предназначенных для другого проекта, было достаточно, чтобы немедленно направить их часть на моделирование мозаичных эмбрионов.

Я приступила к поискам нового члена команды, которого можно было вдохновить на эту работу.

По стечению обстоятельств у Хелен Болтон была степень по медицине и заявка на написание докторской диссертации под моим руководством, поданная тем летом. Мы несколько раз встретились, чтобы обсудить проект, и замысел ей понравился. Для поддержки ее обучения мы решили подать в Wellcome Trust заявку на дополнительное финансирование и были польщены ее одобрением, можно было расширять наши исследования.

Работы предстояло очень много. Для начала надо было найти надежный способ (в идеале — не один) создания аномальных клеток. Далее нам требовалось каким-то образом их пометить, чтобы отследить их судьбу, пока они будут развиваться среди нормальных клеток. Создать аномальные клетки оказалось намного труднее, чем изначально казалось. Хелен пробовала нарушить процесс сегрегации хромосом множеством разных способов, и в итоге мы остановились на препарате под названием реверсии, который уже использовали в нашей лаборатории для другого исследования.

Реверсии — это небольшая молекула-ингибитор. Мы хотели подавить с ее помощью ключевой процесс сегрегации хромосом, молекулярную контрольную точку, которая в норме приостанавливает деление клетки пополам (митоз) до тех пор, пока правильное количество ДНК-содержащих хромосом не распределится между двумя дочерними клетками. Реверсии блокирует активность фермента под названием «киназа монополярного веретена 1» (monopolar spindle 1 kinase), обеспечивающего равное распределение хромосом во время деления клетки надвое [1].

Для демонстрации того факта, что реверсии и в самом деле вызывает хромосомные аномалии, мы проанализировали необработанные и обработанные реверсином эмбрионы, пометив три случайно выбранные хромосомы методом флуоресцентной гибридизации, или FISH (fluorescence in situ hybridization). Суть этого метода состоит в добавлении зонда (короткой последовательности ДНК) с флуоресцентной меткой. Когда зонд присоединяется к похожему участку ДНК, тот начинает светиться под люминесцентным микроскопом. Такое «зондирование» показало, что предложенный Хелен реверсии увеличивает в эмбрионах количество хромосомных аномалий.

Эффект обработки реверсином был преходящий, и как только Хелен вымывала препарат, контрольная точка сегрегации восстанавливалась. И это важно, поскольку мы могли ограничить присутствие хромосомных аномалий конкретным «окном» развития эмбриона.

Удостоверившись, что можем создавать аномальные клетки, мы решили узнать, могут ли обработанные реверсином эмбрионы вообще развиваться. Хелен обработала реверсином четырехклеточные эмбрионы и обнаружила, что через четыре дня они создали меньше клеток, чем необработанные эмбрионы. Но, несмотря на это, они по-прежнему сформировали три базовых типа клеточных линий.

Чтобы выяснить, могут ли обработанные реверсином эмбрионы превратиться в мышей, нам надо было подсадить их приемным матерям. Это происходило до того, как мы научились культивировать эмбрионы in vitro. И пока среди нормальных эмбрионов на каждые десять приходилось семь имплантированных, у обработанных реверсином эмбрионов данное соотношение было вдвое меньше. Важно отметить, что ни один обработанный реверсином эмбрион не смог превратиться в жизнеспособную мышь. Эти эксперименты показали, что, когда значительное количество клеток эмбриона имеет хромосомные аномалии, эмбрионы погибают, даже если им удается имплантироваться и какое-то время развиваться.

Теперь мы могли сосредоточиться на главном вопросе: как развивается эмбрион, если только часть его клеток имеет хромосомные аномалии? Чтобы ответить, нам надо было создать мозаичные эмбрионы, у которых аномальные клетки существовали вместе с нормальными, и мы решили провернуть это путем создания химер вроде тех, что делала Каролина (см. главу 5).

Мы не могли создать мозаичный эмбрион, поскольку не могли обработать реверсином лишь несколько клеток в пределах одного эмбриона, чтобы сделать их аномальными, и выбрали альтернативный подход, основанный на создании химер из клеток разных эмбрионов (мозаичный эмбрион развивается из одной оплодотворенной яйцеклетки). Химеры были предпочтительнее мозаичных эмбрионов, потому что позволяли планомерно выяснить, какое количество аномальных клеток нарушает процесс развития. К счастью, подход сработал.

Хелен обработала каждый эмбрион реверсином в момент перехода из двухклеточной стадии в четырехклеточную, а по достижении восьмиклеточной стадии разделила эмбрион на отдельные. Затем она смешала четыре клетки нормального эмбриона с четырьмя клетками обработанного реверсином и получила восьмиклеточный химерный эмбрион.

Чтобы отследить судьбу каждой клетки, нужно было найти маркер. Мы воспользовались линией мышей, созданных моими друзьями из Нью-Йорка, Кэт Хаджантонакис и Джинни Папайоану, с генетическими изменениями, способствующими экспрессии GFP в клеточном ядре [2]. Мы использовали эмбрионы этих мышей для того, чтобы обработанные и необработанные реверсином клетки были разного цвета — только так их можно было отличить. Клетки, экспрессирующие GFP, визуально демонстрировали точное время и место рождения новой клетки, ее последующие деления, а также время и место смерти, если клетка не выживала. Так мы могли нарисовать для каждой клетки целое «фамильное древо».

Мы снимали фильмы о судьбе индивидуальных клеток, как уже делали однажды, когда пытались понять, в какой момент клетки эмбриона склоняются на определенный путь развития (глава 4). Хелен наблюдала прямо на экране, как количество аномальных клеток уменьшалось преимущественно в той части эмбриона, которая генерировала ткани нового организма, то есть в эпибласте. Аномальные клетки умирали в процессе апоптоза — запрограммированной клеточной гибели. Частота апоптоза в той части эмбриона, которой суждено было стать собственно эмбрионом, была более чем в два раза выше среди обработанных реверсином клеток, чем среди контрольных, необработанных.

Эксперимент показал, что аномальные клетки в основном уничтожались в той части эмбриона, которая должна была превратиться в плод. Это подтверждало мою гипотезу о том, что аномальные клетки в этой части эмбриона проигрывают нормальным, хотя я не угадала сам механизм.

Мне даже не верилось. Это был первый намек на то, что мы и впрямь на что-то наткнулись и что эмбрион способен к самовосстановлению точно так же, как и к самоорганизации.

(Когда я еще носила под сердцем Саймона, могло ли случиться так, что клетки с хромосомной аномалией, чьих потомков показал тест CVS, самоликвидировались в той части эмбриона, которая превратилась в Саймона? Но в тот день я поехала забирать Саймона из школы и все ему объяснила, хотя сомневалась, что он поймет. Но тем вечером, пока мы с ним рисовали и танцевали, я уверена, он осознал, что произошло нечто судьбоносное.)

Хотя сердце стучало «да-да», рациональный ум говорил «может быть». Прежде чем делать однозначный вывод, предстояло столько всего исследовать. Например, судя по моему тесту (как и по любому аномальному результату теста CVS), аномальным клеткам удается попасть в трофэктодерму, которая превращается в плаценту. Но почему они не ликвидируются путем апоптоза? Является ли эта часть эмбриона более терпимой к клеткам с хромосомными аномалиями? Как выглядит сигнал, запускающий механизм уничтожения аномальных клеток? Они убивают себя сами или при помощи окружающих нормальных клеток, «выигравших» конкурс на выживание?

По ряду причин, от бытовых до научных, на изучение этих вопросов ушли годы, да и ответить удалось только на некоторые. Например, мы выяснили, что в трофэктодерме аномальные клетки выживают, хотя делятся медленнее. Исследование 1346 индивидуальных клеток показало, что в трофэктодерме апоптоз происходит не так часто (2% клеток), но опять же, частота апоптоза среди аномальных клеток выше (3,3%), чем среди контрольных (0,6%). Аномальные клетки постепенно продолжают делиться, рождая потомство для будущей плаценты, поэтому их можно обнаружить в результате анализа, например, того самого теста CVS, который я проходила. Мы предполагаем, что у человеческих эмбрионов происходит то же самое.

Эти эксперименты показали, что та часть эмбриона, которая развивается в собственно эмбрион, а затем — в мышонка, может самостоятельно избавляться от клеток с аномальным набором хромосом. Эмбрион оказался способен как к самоорганизации, так и к самовосстановлению. Это был существенный результат. Однако важно подчеркнуть, что не все аномальные клетки были уничтожены. Происходит ли это позже? Продолжается ли подобная самокоррекция после имплантации? Мы не могли тогда выяснить, поскольку еще не умели культивировать эмбрионы после стадии имплантации. Этот оставшийся вопрос только сильнее мотивировал меня на то, чтобы придумать способ выращивания эмбриона после имплантации в культуре.

Работа была не закончена. Оставался центральный вопрос о том, могут ли уцелевшие в мозаичном эмбрионе нормальные клетки компенсировать уничтоженные аномальные. И самое главное: если могут, то какое количество нормальных клеток должно присутствовать в мозаичном эмбрионе, чтобы обеспечить его восстановление?

В поисках ответа мы решили создать мозаичные химерные эмбрионы, у которых соотношение контрольных (нормальных) клеток к обработанным реверсином (аномальным) клеткам составляло 1:1 или 1:3, а затем подсадить их приемным самкам. Вскоре после имплантации Хелен их извлекла. Поразительно, но все мозаичные эмбрионы 1:1 выглядели такими же нормальными, как контрольные, указывая на то, что, если в эмбрионе остается лишь половина нормальных клеток, их по-прежнему достаточно для развития и восстановления. Как и следовало ожидать, среди мозаичных эмбрионов 1:3 было гораздо меньше жизнеспособных, хотя кое-кто все-таки спасся, несмотря на то, что на 75% состоял из аномальных клеток.

Полученные данные позволяли предположить, что смертельного эффекта аномального количества хромосом можно избежать, если в эмбрионе достаточно нормальных клеток.

Но мы ничего не могли допустить просто так. Для абсолютной уверенности Хелен еще раз создала мозаичные эмбрионы, но в этот раз позволила им развиваться в приемных самках на всех стадиях беременности. Из тринадцати мышей у семи не осталось ни одной клетки, обработанной реверсином. Все мышата выжили и не имели признаков нарушенного здоровья.

Насколько известно, это был первый случай, когда кто-то продемонстрировал прогрессивное уменьшение количества анеуплоидных клеток в эмбрионе млекопитающего и доказал, что это происходит с помощью разных механизмов, в зависимости от клеточной линии.

Можно было заключить, что мозаичные эмбрионы, вероятно, выживают при условии наличия достаточной доли клеток с нормальным набором хромосом. Удивительно, но после уничтожения аномальных клеток их заменяют нормальные, тем самым восстанавливая эмбрион. Однако в той части эмбриона, которая превращается в плаценту, присутствие аномальных клеток допустимо — они просто медленнее делятся. Я всегда надеялась, что существует нечто подобное, и так захватывающе было обнаружить веские доказательства своей догадки. Но опять-таки должна подчеркнуть, что результаты были получены на мышах, а когда дело касается клиники, то здесь необходимо провести больше исследований, чтобы посмотреть, применимо ли то же самое к человеческим эмбрионам. Тем не менее в главе 10 мы обсудим недавно полученные доказательства того, что некоторые мозаичные эмбрионы действительно могут развиваться в здоровых новорожденных.

Вечная проблема публикации

Хелен успешно защитила диссертацию по результатам исследований мозаичных эмбрионов и покинула лабораторию для продолжения своей медицинской карьеры раньше, чем у нас получилось превратить ее исследования в статью в научном журнале. Эта конкретная статья была важна для меня не только в плане научных достижений, но и как помощь в понимании результатов теста CVS, которая могла пригодиться другим парам, столкнувшимся с похожей дилеммой.

Однако первую представленную нами рукопись отклонили. Рецензенты попросили нас провести как можно больше дополнительных исследований. К тому времени в моей команде появился еще один аспирант, Сара Грэхем, которая только что закончила свою диссертацию и заняла должность постдока, финансируемую моей стипендией от Wellcome Trust. Сара оказалась внимательным и талантливым эмбриологом и проделала огромную работу для завершения нашего проекта.

Мне также посчастливилось воспользоваться усилиями других великолепных ученых с подходящим набором навыков. Чтобы узнать подробнее, каким образом реверсии вызывает аберрации ДНК, мы обратились к Тьерри Воэту и его команде, изучавшим генетические модификации в Центре Сенгера и разрабатывавшим способы изучения генетических изменений отдельных человеческих клеток. С помощью Тьерри мы смогли применить метод секвенирования ДНК одиночной клетки и, проанализировав изменения ДНКв клетках из обработанных и необработанных эмбрионов, продемонстрировать, что реверсии действительно вызывает хромосомные аномалии. Метод подтвердил, что обработка реверсином провоцирует высокий уровень анеуплоидии.

Наука зиждется на скептицизме. Один из рецензентов попросил нас придумать альтернативный способ нарушения хромосомного набора и повторить эксперименты с использованием этого нового метода. Это было чересчур и означало, что пройдет еще один год, прежде чем мы сможем опубликовать наши результаты и познакомить с ними других людей. Но когда рецензент говорит вам что-то сделать, вы либо подчиняетесь, либо ваша статья не будет опубликована.

Этот второй метод, использованный Сарой для создания хромосомных аномалий в клетках, основывался на так называемой малой интерферирующей РНК, которую я и моя первая коллега постдок Флоренс Вини применяли в конце 1990-х для включения и выключения генов в определенное время и в определенном месте в мышиных яйцеклетках и эмбрионах [3]. С помощью РНК-интерференции (сокращенно RNAi) можно было целенаправленно снизить уровень экспрессии гена, ответственного за синтез еще одного белка, митотического дефицитного блокатора-2, который задействован в контрольной точке сборки веретена и английское название которого mitotic arrest deficient-2 имеет броскую аббревиатуру MAD2[18]. Сара провела все эти эксперименты — и вновь после того, как генетический «ключ» был задействован в клеточном «двигателе», на выходе получился тот же результат, хотя воздействие было более тонким, чем при обработке реверсином.

После второй изматывающей серии экспериментов Сара написала статью, которая наконец-то была опубликована в марте 2016 года в журнале Nature Communications [4]. К тому времени Саймону было девять лет. В общей сложности прошло десять лет с того момента, когда я получила аномальные результаты теста, до момента, когда мы смогли поделиться исследованиями мышиных эмбрионов, которые помогли мне разобраться в причинах своих плохих анализов.

Как делается наука

Если коротко, драма научного открытия разыгрывается в трех действиях. Действие первое зависит от новой идеи, придумывания способа ее проверки и, что не менее важно, наличия источника финансирования и подходящих сотрудников. Действие второе включает проведение эксперимента, подтверждающего или опровергающего идею, — чаще всего и то и другое. Действие третье — это подготовка статьи с описанием эксперимента и передача ее в журнал для того, чтобы опубликовать открытие и внести вклад в общую копилку знаний, а также, в зависимости от мнения коллег, повысить их уровень.

Обычно каждое из трех действий требует одинаковых усилий и времени. Зачастую приходится повторять эксперименты снова и снова, чтобы убедиться в полученном результате и глубже понять увиденное.

Успех в науке требует жертв. Для моей команды это означало долгие часы за проведением экспериментов и напряженных дискуссий со мной и друг с другом, чтобы понять смысл полученных результатов. Лично для меня это означало пожертвовать общением с семьей и друзьями и не заниматься другими любимыми делами вроде похода в кино или на художественную выставку. И хотя завершение долгого пути само по себе является наградой, мы обязательно отмечали важное открытие шампанским. В случае исследования мозаичных эмбрионов мы праздновали свои успехи не единожды. Первую вечеринку мы закатили в лаборатории — Сара оказалась не только превосходным ученым, но и кулинаром, и испекла свой особенный торт с фундуком. Вторая вечеринка с Дэвидом и друзьями состоялась у меня дома. Мы танцевали под живую музыку в исполнении группы, которая каким-то образом уместилась в нашем маленьком саду.

Между тем наше исследование породило новые вопросы. В каких случаях аномальные клетки отбраковываются, а в каких — нет? Запускается ли самоубийство какой-то определенной клеточной аномалией? Участвуют ли в этом нормальные клетки? Возможно, в начале жизни эмбриона есть критические периоды, во время которых можно исправить ошибки? Можно ли обнаружить эти контрольные точки и лежащие в их основе механизмы? Используют ли эмбрионы апоптоз после имплантации в матке, чтобы очистить себя от оставшихся аномальных клеток? Когда мы проводили эти эксперименты, для отслеживания судьбы клеток мы могли выращивать эмбрионы только до стадии имплантации. На момент написания этой главы мы пытаемся ответить на некоторые из перечисленных вопросов с помощью более продолжительного культивирования эмбрионов при участии моей нынешней аспирантки Шрути Синглы.

Саймон

Научное исследование вынашивается гораздо дольше, чем любое человеческое дитя. Задолго до того, как эксперименты в моей лаборатории выявили замечательные механизмы самовосстановления эмбриона, устраняющие клетки с хромосомными аномалиями, а также задолго до публикации результатов наших экспериментов с мышами я родила Саймона в больнице Рози в Кембридже. Вновь, как и в случае с Наташей, центр моего эмоционального притяжения был смещен. Ребенок на какое-то время переворачивает жизнь с ног на голову.

К тому времени мы с Дэвидом решили переехать из Грейт-Гренсдена в Кембридж, чтобы не тратить время на дорогу в Наташину школу и обратно в час пик. Последние недели беременности я по полной программе готовилась к переезду, бесконечно упаковывая вещи, совершая звонки и строя планы.

За месяц до родов сделка по продаже нашего прежнего дома провалилась. Однако владелец нового дома сжалился над нами и, несмотря на отсутствие в тот момент денег на оплату, мы заселились в январе, прямо перед моими родами.

Во избежание возможных рисков я решила сделать кесарево сечение. К счастью, я не ошиблась. Принимавший у меня роды врач, Гордон Смит (который позже по чистой случайности станет наблюдающим врачом Хелен Болтон), продемонстрировал нам во время кесарева сечения не один, а целых два узла на пуповине, соединявшей меня с сыном. Если бы я выбрала естественные роды, неизвестно, чем бы это закончилось.

Перед завершением операции ребенка передали мне на руки. Мне не верилось, что этот маленький человечек был моим навсегда. Он был идеальный. Я получила то, за что сражалась долгие месяцы. Несмотря на полученные ранее успокаивающие результаты амниоцентеза, я испытала огромное облегчение, увидев, что мой малыш абсолютно нормальный. Меня охватила такая эйфория, что я согласилась поговорить с дозвонившимся ко мне в больницу журналистом, который интересовался... нет, не Саймоном (о нем знали только друзья и близкие), а нашей статьей о судьбе клеток четырехклеточного эмбриона, которая была опубликована в тот самый день в Nature [5]. Самой не верится, что я тогда ответила на звонок.

В больнице я провела всего одну ночь, в окружении цветов и с новорожденным в люльке рядом с моей кроватью. На следующее утро мне не терпелось забрать его в наш новый дом, к Дэвиду, Наташе и моей маме, которая прилетела по такому случаю из Варшавы. Дома мама сфотографировала меня, держащую кормящегося малыша в одной руке и журнал с нашей статьей — в другой. Теперь я могла наслаждаться одним из счастливейших моментов в моей жизни.

Столько всего предстояло сделать! Надо было купить куклу Наташе, настаивавшей на собственном ребенке. И выбрать имя для нового члена семьи. У нас был целый список, но в итоге мы решили назвать его Саймоном в честь нашего друга, историка Саймона Шамы, мужа Джинни Папайоану, одной из моих ближайших подруг.

Я познакомилась с Саймоном в 2003 году во время поездки в Нью-Йорк, когда мы с Джинни отправились на выставку After Matisse / Picasso («После Матисса / Пикассо») в Музей современного искусства, и Саймон был с ней за компанию. До того дня я не знала, какой он замечательный человек и к тому же знаменитый, являющийся, помимо прочего, автором сценария и ведущим таких документальных сериалов, как A History of Britain («История Британии») и моего любимого Power of Art («Сила искусства»), в котором он описал драматическую историю создания восьми шедевров. Я не верю в магию, но, как выяснилось, имя я выбрала идеальное — мой Саймон тоже очень творческий.

Пока я пишу эти строки, мы все еще живем в Ньюнхэме, и сегодня мой Саймон празднует двенадцатый день рождения. Он чудесный ребенок, и я очень счастлива, что он есть в моей жизни. Он добавил в нее юмор и веселье, свое искусство и, самое главное, всепоглощающий энтузиазм. Он обогатил мою личность во многих отношениях.

Разумеется, я по-прежнему не могу воссоздать все, что происходило внутри меня в течение долгих месяцев до его рождения, но я думаю, что насторожившие меня результаты теста CVS могли быть обусловлены двумя причинами.

Вероятнее всего, тест обнаружил те клетки с хромосомными аномалиями, которые имелись исключительно в плаценте и не затронули Саймона. Вторую причину подсказывает один из моих экспериментов с мышиными химерами: Саймон мог начинать как мозаичный эмбрион, в основном нормальный, но содержащий несколько аномальных клеток. Проведенное вместе с Хелен исследование показало, что, если эмбрион хотя бы наполовину состоит из нормальных клеток, этого достаточно, чтобы исправить проблему и обеспечить нормальное развитие.

В тот счастливый год, когда родился Саймон, наша научная деятельность повернула в новом направлении. Мы опирались на те навыки, которые моя команда оттачивала годами, маркируя, отслеживая и собирая вместе индивидуальные клетки для создания нового вида живого существа: вместо яйцеклеток и сперматозоидов мы использовали разные типы стволовых клеток, чтобы сделать в лабораторных условиях эмбрионоподобную структуру.

Глава 9

Как синтезировать эмбрион

Простой девиз, начертанный на доске в аудитории Калифорнийского технологического института Ричардом Фейнманом, был сфотографирован для будущих поколений. Девиз гласит: «Чего я не могу создать, того я не понимаю».

Эту фразу подхватили биологи, чтобы объяснить, почему для понимания механизмов жизни используется инженерный подход, особенно в синтетической биологии. Если вы можете воспроизвести чудеса природы в лабораторных условиях, тогда вы действительно понимаете, каким образом ей удается провернуть тот или иной трюк. В настоящее время наука перешла от редукционистского молекулярного взгляда к холистическому восприятию всего живого существа [1].

Для нас послание Фейнмана стало актуальным, когда после мозаичных эмбрионов мы решили предпринять следующий логический шаг и создать эмбрионоподобные структуры из стволовых клеток — материнских или базовых клеток, способных дифференцироваться во все типы клеток, составляющие организм.

Эмбриональные стволовые (ЭС) клетки, которые мой бывший наставник Мартин Эванс изолировал из раннего эмбриона, обладают поистине волшебными свойствами: они могут порождать все типы клеток и создавать любую ткань, но сами по себе не способны вырасти в эмбрион. Нам было интересно узнать причину этого и выяснить, что нужно, чтобы построить эмбрион in vitro, не используя тотипотентную оплодотворенную яйцеклетку.

Клетки, создающие организм и дающие начало ЭС-клеткам, окружены двумя другими типами клеток, которые предоставляют необходимую для выращивания эмбриона информацию, хотя не принимают в этом непосредственного участия: мультипотентные экстра-эмбриональные трофобластные стволовые (ТС) клетки и экстраэмбриональные энтодермные (XEN) стволовые клетки. Следующий вопрос казался очевидным: возможен ли союз этих трех клеточных типов, чтобы они смогли самоорганизоваться и расти по принципам, открытым Аланом Тьюрингом? Если бы нам удалось совершить этот подвиг и создать в лаборатории «синтетические эмбрионы», быть может, мы бы тогда по-настоящему поняли композицию клеточного танца, согласно которому эмбрион строит самого себя.

Эмбриоидные тела

Мечта о выращивании эмбрионоподобных структур в лабораторных условиях не нова. Можно выделить разные ключевые этапы, но, на мой взгляд, серьезный прорыв в создании живых моделей эмбрионального развития был получен благодаря наблюдениям, сделанным в лаборатории Джексона в Бар-Харборе, штат Мэн, которые предоставили первые сведения о «бодибилдерском» потенциале ЭС-клеток. Там в 1950-х Лерой Стивенс обнаружил линию мышей, страдающих спонтанным образованием тестикулярных тератом (тератокарцином) — опухолей, состоящих из смеси эмбриональных и взрослых тканей [2]. Когда Стивенс и его коллега Дон Варнам пересадили образцы тератом в брюшную полость мышей, у тех сформировались целые агрегаты клеток. Несмотря на то что их рост носил бессистемный характер, Стивенс увидел в них некоторое сходство с мышиными эмбрионами в возрасте нескольких дней [3]. Эти структуры, построенные из ЭС-клеток, были названы эмбриоидными телами.

Поскольку такие опухоли состоят из клеток различных тканей, предполагалось, что они вырастают не из зрелых, а из недифференцированных мультипотентных клеток, имеющих близкое сходство с эмбриональными. Их стали называть клетками эмбриональных карцином (ЭК) [4].

На данном этапе ключевую роль сыграл Мартин Эванс. После серии экспериментов в 1970-х, в том числе вместе с Ричардом Гарднером, Мартин показал, что дифференциация этих клеток была вовсе не аномальной (как у злокачественных клеток), а похожей на таковую в эмбрионе. Хотя это означало, что можно изолировать клетки из раннего эмбриона и позволить им расти в лабораторных условиях, на совершение этого подвига потребовалось еще пять лет [5]. В 1980 году Мартин объединился с эмбриологом Мэттом Кауфманом и на следующий год представил в Nature доклад об открытии ЭК-подобных клеток, которые способны вызывать тератомы, а также использоваться для создания химер, продуцирующих функциональные зародышевые клетки; сегодня они известны как ЭС-клетки [6]. В том же году Гейл Мартин из Калифорнийского университета в Сан-Франциско умудрился вырастить ЭК-клетки из эмбриона [7].

В своей фундаментальной статье, опубликованной в Nature, Мартин подчеркнул, что ЭС-клетки можно использовать для генной модификации, а в 1986 году сделал вывод, что эти клетки являются эффективным средством для создания генетически измененных, или трансгенных животных. За это открытие он получил Нобелевскую премию 2007 года. Учитывая пластичность этих клеток для построения всех остальных типов клеток или эмбриональных тканей, кроме внеэмбриональных, казалось разумным предположить, что при выращивании ЭС-клеток в культуре можно воспроизвести развитие эмбриона. Не совсем так. ЭС-клетки способны сформировать эмбриоидные тела, но эти тела не выглядят и не развиваются как эмбрион.

Хотя я много знаю об ЭС-клетках (разумеется, от Мартина), я вдохновилась эмбриоидными телами гораздо позже, благодаря случайной встрече. Когда Саймону было около двух месяцев, мы с Дэвидом взяли его и Наташу в Японию на Окинаву, где Дэвид должен был выступать на конференции. По пути нам пришлось заглянуть в Стэнфордский университет, куда меня пригласил прочитать лекцию мой друг Мэтт Скотт, выдающийся профессор биологии развития, генетик и биоинженер. Во время этого визита я познакомилась с Роэлем Нуссе и его коллегой Дерком тен Бергом, которые любезно поделились со мной своим недавним открытием, связанным с эмбриоидными телами, — они знали, что я отслеживаю процесс создания и нарушения симметрии в эмбрионе. Они выяснили, что эмбриоидные тела могут спонтанно нарушать свою симметрию, в результате чего инициируются паттерны и активируются гены, такие как Brachyury, необходимые для создания мезодермы [8].

Это было потрясающее наблюдение. Тогда я и подумать не могла, что однажды попытаюсь создать эмбрионоподобные структуры, чтобы понять механизмы нарушения симметрии. Лишь годы спустя, вдохновленная нашими результатами, показавшими трансформацию плюрипотентных, неполярных клеток в высокополяризованную розетку на стадии имплантации, я поняла, что мы можем воссоздать этот процесс с помощью ЭС-клеток и построить эмбрионоподобную структуру в нашей лаборатории. Однако мы применили совершенно иной подход.

Как сделать эмбрион

Когда мы наконец-то нашли способ культивирования эмбрионов на стадии имплантации и начали изучать подробности их роста и самоорганизации, мы обнаружили, что это зависит не только от количества клеток, но и от контекста. Под контекстом я подразумеваю хореографию каждого типа клеток и их взаимодействие друг с другом в критическую фазу развития, когда эмбрион впервые увеличивается в размерах и претерпевает метаморфозы. Из работ многих великих биологов, занимавшихся онтогенезом млекопитающих, мы знали, что взаимодействие конкретных клеточных типов имеет решающее значение для нормального развития эмбриона, но точные взаимосвязи и пути, задействованные на этой специфической стадии онтогенеза, оставались для нас загадкой. Культивируя эмбрионы на стадии имплантации in vitro, мы научились распознавать химические и механические сигналы, побуждающие аморфный эпибласт превратиться в розетку из поляризованных клеток. Мы обнаружили, что эта самоорганизация запускается сигналом, в котором участвует внеклеточный матрикс, предоставляемый экстраэмбриональной примитивной энтодермой, и белок бета-интегрин, лежащий на поверхности клеток эпибласта [9]. И мы задались вопросом о том, можно ли сымитировать начало этого процесса у стволовых клеток, если предоставить им правильный контекст.

Наш первый подход был очень простым. Мы взяли клетки только одного типа (ЭС-клетки) и поместили их в трехмерный каркас — гелевую субстанцию матригель, которая содержит материал, в норме предоставляемый примитивной энтодермой. Мы подумали, что это индуцирует поляризацию клеток, которой может оказаться достаточно для запуска клеточной самоорганизации.

Коллега из моей команды, Иван Беджов, занимавшийся этим проектом, увидел, что через тридцать шесть часов культивирования пролиферирующая группа ЭС-клеток и впрямь самоорганизовалась в трехмерную розеткообразную структуру из поляризованных клеток. Эта розетка выглядела точно так же, как та, которую мы наблюдали во время имплантации эмбриона. Затем розетка «эволюционировала» и образовала полость — люмен. Опять же, словно эмбрион, открывающий свою амниотическую полость.

Так мы осознали, что с помощью одних лишь ЭС-клеток можем имитировать первые этапы эмбрионального развития. Несмотря на то что мы использовали только один из трех базовых типов стволовых клеток, присутствующих на заре жизни, нам удалось компенсировать (как минимум частично) отсутствие остальных двух типов подбором правильного количества клеток и правильного окружения из химических соединений, позволяющих клеткам самоорганизовываться.

С помощью нашей первой модели развивающегося эмбриона Иван попытался разобраться в молекулярных сигналах, запускающих формирование проамниотической полости. Когда он использовал ЭС-клетки, лишенные бета-интегрина, они не смогли образовать полость, что указывало на критическую важность передачи сигнала (посредством этого белка) между внеэмбриональными и эмбриональными тканями. Это наглядная демонстрация пользы упрощенных моделей эмбрионов для изучения эмбриогенеза. Наше открытие розетки, механизмов ее формирования в эмбрионе, а также ее имитация при помощи ЭС-клеток были опубликованы в 2014 году в журнале Cell [10].

Но можно ли было воспроизвести следующий шаг развития, тот, что приводит к нарушению симметрии и гаструляции, существенной для формирования всех тканей эмбриона? Те, кто занимается биологией развития, легко ответят на этот вопрос. Вместо использования одних только ЭС-клеток следовало добавить стволовые клетки, формирующие трофэктодерму, из которой образуется плацента, а также стволовые клетки, формирующие примитивную энтодерму, из которой получается желточный мешок. Могли этот рецепт привести к самоорганизации целого эмбриона, ведущей, в свою очередь, к нарушению симметрии?

Наш сумасшедший проект

Тот период совпал с первым годом скитания Сары Харрисон по разным лабораториям, где она выполняла краткосрочные проекты, прежде чем выбрать тему докторской диссертации. Сара подошла ко мне и спросила, могу ли я стать ее научным руководителем. Я с радостью согласилась и попросила ее помочь осуществить мою мечту — создать эмбрионоподобную структуру in vitro из разных типов стволовых клеток. У Сары было полно энтузиазма, сообразительности и амбиций, чтобы взяться за что-то трудное, но значительное. Зная, что прошу многого, я обещала всестороннюю поддержку на протяжении всего ее пути, который, как я подозревала, мог оказаться извилистым.

Под конец первого года работы над диссертацией Сара научилась имитировать с помощью ЭС-клеток первые этапы развития, а именно — поляризацию и люменогенез (Иван к тому времени покинул лабораторию, чтобы собрать собственную команду в Институте Макса Планка в Германии). Затем она продвинулась на шаг дальше и уже наблюдала, как клетки этих структур активируют ген Brachyury, экспрессия которого знаменует нарушение симметрии и обособление мезодермы. И все бы ничего, однако экспрессия Brachyury в ее синтетических эмбрионах была неорганизованной — происходила в случайных местах и совсем не так, как в естественных эмбрионах, у которых экспрессия этого гена всегда происходит между эмбриональной и внеэмбриональной тканями и на одной стороне эмбрионально-внеэмбриональной границы, то есть асимметрично.

Пока мы думали, что же предпринять с первыми результатами Сары, наши соседи из кембриджского отделения генетики во главе с Альфонсо Мартинесом Ариасом опубликовали статью с похожими выводами [11]. Их подход отличался от нашего. Вместо того чтобы начать с небольшого количества ЭС-клеток, формирующих розеточную структуру с открывающейся затем полостью, как у эмбрионов, они начали с сотен ЭС-клеток, создающих эмбриоидное тело, как в оригинальном исследовании Дерка тен Берга и Роэля Нуссе из Стэнфорда [12]. Такой подход тоже индуцировал экспрессию Brachyury, но, как и в нашем эксперименте, без настоящей гаструляции. Хотя методики были разными, итоговый смысл был схож с нашим. Многим исследователям было бы очень обидно наблюдать, как другая команда публикует их исследование. Но только не Саре.

Мы не стали писать еще одну научную статью с похожими результатами, а решили сделать глубокий вдох и предпринять следующий шаг. Он заключался в том, чтобы воссоздать структуру эмбриона с помощью всех компонентов, тем самым позволив ЭС-клеткам сотрудничать с ТС- и XEN-клетками — стволовыми клетками, происходящими из трофэктодермы и примитивной мезодермы, как мы и планировали изначально. Мы надеялись, что в результате экспрессия Brachyury будет организованной, а не стохастичной.

Однако создать успешный союз между разными типами стволовых клеток in vitro проще на словах, чем на деле. Поначалу мы, коротко говоря, не смогли заставить все клетки расти в одной среде и «договариваться» между собой. Но позже нам действительно удалось подтолкнуть ЭС-клетки к сотрудничеству с ГС-клетками, поместив их во внеклеточный матрикс из матригеля. Этот матрикс важен, поскольку заменяет собой третий недостающий тип ткани, примитивную энтодерму, ведь именно она индуцирует первый критический шаг самоорганизации — поляризацию клеток.

Пошаговая сборка эмбриона

Если бы мы занимались настоящей клеточной инженерией, мы бы складывали эмбрион из отдельных клеток, как ребенок по кирпичику собирает конструктор Лего. Мы смешали в чашке Петри два типа ткани в разных концентрациях и позволили клеткам взаимодействовать в случайном порядке. На второй день проверка под микроскопом показала, что некоторые клетки и в самом деле начали взаимодействовать и собираться в структуры. Их было немного, так как они формировались за счет непредсказуемых встреч, но когда эти ЭС- и ГС-клетки объединялись, их самоорганизация была изумительной — они как будто знали, что им делать, и преследовали конкретную цель.

Глядя в микроскоп во мраке лабораторной комнаты, мы стали свидетелями многих фундаментальных процессов развития. Первым делом мы увидели поляризацию клеток. Следуя ей, стволовые клетки организовывали себя таким образом, чтобы ЭС-клетки скапливались на одном конце, а ГС-клетки на другом. Затем в пределах каждого скопления открывалась полость и, благодаря диалогу между эмбриональными (производными ЭС-клеток) и внеэмбриональными (производными ГС-клеток) компартментами, получалась трехмерная структура в виде восьмерки. Мы выяснили, что при этом происходит передача сигнала с помощью белка Nodal[19]. Две полости в итоге сливались в одну с образованием крупной, так называемой проамниотической полости, существенной для развития эмбриона. Казалось, что этот люминогенез был идентичен таковому в естественном эмбрионе вскоре после имплантации. Мы стали свидетелями потрясающего подвига самоорганизации.

Но, как всегда, нам захотелось пойти дальше и сделать так, чтобы идентичные клетки в ЭС-производной части эмбриона нарушили свою симметрию должным образом. Я имею в виду попытку гаструляции — критический шаг, закладывающий основы будущего плана тела.

Мы обнаружили, что, если позволить структурам из ЭС- и ГС-клеток развиваться чуть дольше, они действительно нарушают свою симметрию. Как и в естественных эмбрионах, на границе между эмбриональными и внеэмбриональными компартментами начинается экспрессия генов, таких как Brachyury. Ген Brachyury очень важен, поскольку играет роль в формировании мезодермы и передне-задней оси симметрии [13]. Увиденное заставило замереть мое сердце и повергло в трепет всю лабораторию.

Архитектура этих эмбрионоподобных структур была достаточно близка к естественному эмбриону, чтобы приоткрыть тайны его развития на стадии имплантации в теле матери. Было очевидно, что эти ЭС-плюс-ГС-структуры имитировали морфологию и паттерны эмбриона намного точнее, чем одни только ЭС-клетки, и служили гораздо более правдивой моделью развития.

В каком-то смысле эти два вида стволовых клеток напоминали танцоров, сообщающих друг другу, где им расположиться в пределах эмбриона. Без этого па-де-де правильное развитие очертаний и форм и своевременное задействование ключевых биологических механизмов было бы невозможным. Мы также обнаружили, что, как и при естественном развитии, эти паттерны контролируются сигнальными путями Wnt и BMP, Bone Morphogenetic Protein (костного морфогенетического белка).

Когда мы с Сарой увидели формирование первых структур, странноватых, но кажущихся совершенными, мы не поверили своим глазам. Я восхищалась ими тогда и восхищаюсь теперь, когда пишу эти строки. Той осенью я поставила большую часть своей личной жизни на паузу, сопоставляя полученные результаты и описывая их для статьи. Темп моей работы, наверное, сводил Сару с ума, ведь я требовала от нее больше экспериментов, больше проверок и так далее и тому подобное, чтобы убедиться, что мы ничего не упустили и верно истолковали все данные.

Сара была очень преданной и организованной. Но возникла одна чисто практическая проблема. Согласно одному из условий ее докторской программы, она должна была несколько месяцев поработать с промышленным партнером. Чтобы помочь Саре закончить работу, я попросила еще одну аспирантку из Университета Акдениз в Анталии (Турция) приехать ко мне в лабораторию.

Так к Саре присоединилась Берна Созен. Я думаю, что поступила правильно. Поначалу Берна собиралась пробыть в моей лаборатории всего один год, но этот опыт изменил ее жизнь, и Берна осталась с нами заниматься своими постдокторскими исследованиями.

Мы представили статью в журнал Nature. Ее отправили на рецензирование, что уже было хорошо, поскольку довольно много статей отсеивалось в самом начале. Редакторы были настолько опытными и осведомленными, что даже такое решение являлось важным одобрением с их стороны (поэтому мы устроили небольшой праздник — даже скромный успех имеет значение). Но в итоге нам сообщили, что примут работу только в том случае, если мы, по словам одного из рецензентов, предоставим подробные сведения обо всех генах, которые принимают участие в сборке синтетического эмбриона, а также об изменениях паттернов их экспрессии на каждой стадии самосборки. Грандиозная задача. К тому же у меня не было соответствующих технологий для изучения изменений паттернов экспрессии всех генов. Нужны были средства на покупку оборудования, которое я не могла себе позволить. Наконец, мне надо было найти сотрудников. И я нашла их, но не в Кембридже, а на другом конце планеты благодаря воскресной прогулке по Сиднею.

Приключения в Австралии

За год до этой судьбоносной прогулки меня пригласили прочитать пленарную лекцию на конференции в Хантер-Вэлли, Австралия, это знаменитый винодельческий регион, расположенный в двух часах езды к северу от Сиднея. Вместе со мной в качестве почетного гостя был еще один практик клеточного искусства, Петер Фридль из Университета Неймегена в Нидерландах, по совместительству — доктор медицинских наук в Онкологическом центре имени М. Д. Андерсона в Хьюстоне, изучающий рост и вторжение опухолевых клеток и создающий ошеломляюще подробные визуализации.

Увлекательное путешествие пришлось на время школьных каникул, поэтому я взяла с собой Саймона. Мы летели через Гонконг и задержались там на один день в гостях у главы администрации Лян Чжэньина, отца Чжэньина-младшего, одного из моих лучших бывших аспирантов. Мы провели целый день в качестве специальных гостей Чжэньина-старшего и его супруги, которые отнеслись к нам со всей добротой. К превеликому удовольствию Саймона, у них жила великолепная собака породы хаски, с которой можно было поиграть. На следующее утро мы вылетели в Сидней, где Саймону предстояло впервые увидеть кенгуру.

Вступительное слово к моей лекции прочитал мой коллега по изучению эмбриологии мышей, биолог Патрик Тэм, что было огромной честью для меня, ведь я была поклонницей его научных работ. После конференции я, Саймон, Патрик и его жена Элизабет отправились на прогулку по побережью Сиднея, на которой Патрик рассказал мне о своем сотрудничестве с Найхэ Цзином из Шанхайских институтов биологических наук, изобретателем метода лазерного рассечения эмбрионов, позволяющего наблюдать паттерны экспрессии генов. Мне повезло вдвойне, потому что вскоре после моего возвращения в Кембридж Найхэ приехал туда с визитом, и я смогла пообщаться с ним лично. Мы договорились вместе заниматься изучением паттернов экспрессии генов моих эмбрионоподобных структур. О вкладе команды Найхэ я расскажу в следующей главе. Осознав, что на добросовестное выполнение этой задачи понадобится целый год, я начала сомневаться, стоит ли вообще тратить столько времени на то, чтобы удовлетворить (или нет, кто знает) запросы рецензентов Nature.

К тому моменту Сара и Берна успели собрать еще больше информации, и мы решили представить наши результаты в Science — журнал, с которым я была не так хорошо знакома. Это оказалось правильным решением. Как всегда, рецензенты попросили провести больше исследований, но в этот раз задание было выполнимо, хотя нам и пришлось трудиться все рождественские праздники 2016 года, дабы закончить рукопись до начала нового семестра. Дэвид пришел на помощь и сделался соавтором статьи, поэтому в то Рождество мы смогли провести вместе больше времени. Чтобы поднять всем настроение, я зажгла ароматические свечи с запахом свежей сосны и амбры. Это было роскошно. Журнал Science принял нашу статью. Ура!

Выбор названия немаловажен (как показал горький опыт с флуоресцентными гранулами), поэтому мы долго обсуждали, как назвать наши эмбрионоподобные модели. Нам хотелось подобрать что-нибудь особенное, поскольку они поведали нам изумительную историю о том, как эмбрионоподобные структуры собирают самих себя из стволовых клеток. Однако последнее слово было не за нами.

Редактору Science не понравился термин «синтетические» эмбрионоподобные структуры. Эта новость настигла меня во время школьных каникул, когда я отдыхала на лыжном курорте с семьей и друзьями, и я воспользовалась ситуацией, чтобы всем вместе придумать альтернативное название. Мы сошлись на варианте «ETs», навеянном научно-фантастическим фильмом Стивена Спилберга «Е. Т. the Extra-Terrestrial» («Инопланетянин»), Он повествует о госте из другого мира, и именно такими представлялись нам первые эмбрионоподобные структуры, самостоятельно собравшиеся из стволовых клеток. Только в нашем случае буквы Е и Т означали не extra (вне) и terrestrial (земной), a embryonic (эмбриональный) и trophoblast (трофобластный), то есть ЭС- и ГС-клетки, лежащие в основе этих структур.

В итоге в апреле 2017 года в журнале Science вышла статья под названием «Сборка эмбриональных и внеомбриональных стволовых клеток как имитация эмбриогенеза in vitro» [14]. Сегодня они известны как ETS-эмбрионы и являются упрощенной моделью, позволяющей заглянуть внутрь мышиного (а когда-нибудь и человеческого) развития без использования настоящих эмбрионов.

Первые ETS-эмбрионы

После одобрения статья всегда публикуется с задержкой, и порой это происходит совсем не вовремя. Когда статья об ETS-эмбрионах вышла на страницах Science, я мчалась на поезде в Париж на специализированное совещание по морфогенезу. Туда были приглашены многие мои друзья, поэтому я не хотела ничего отменять. Мы предупредили пресс-службу Кембриджского университета, что сможем принимать звонки от журналистов, и предложили Саре тоже в этом поучаствовать. Важно было самим объяснить журналистам смысл нашего исследования, не дожидаясь, пока кто-нибудь его исказит или раздует сенсацию.

Поездка на поезде и большая часть времени в Париже прошли в телефонных разговорах с журналистами. Никто из нас не ожидал такого внимания.

Журналистам свойственно спрашивать одно и то же. Ради чего все это? Мы отвечали, что можно использовать эмбрионоподобные структуры, чтобы понять основные процессы создания организма, включая и то, как клетки переговариваются друг с другом. Построив ETS-эмбрионы из генетически модифицированных стволовых клеток и пользуясь специальными ингибиторами, мы могли выявить сигнальные пути, укрепляющие партнерство между клетками, которое имеет существенное значение для развития с момента имплантации до образования зародышевых листков. Поскольку ETS-эмбрионы попроще настоящих, их физические, клеточные и молекулярные механизмы, лежащие в основе переговоров между эмбриональными и внеэмбриональными стволовыми клетками в процессе эмбрионального роста и морфогенеза, легче поддаются анализу. Когда нужно послушать онтогенетические истории, эти структуры — отличные рассказчики. Но не идеальные. Им не хватает одного типа клеток, поэтому их рассказ не полон.

Наш следующий шаг был очевидным. Нам надо было расширить исследования и построить мышиные эмбрионы из трех типов клеток, как в природе. Это придало бы им завершенность, а может, и силу для перехода на следующие стадии развития. Они определенно были бы лучшей моделью для понимания принципов эмбриогенеза.

Искусство XEN

Построенные из двух типов клеток ETS-эмбрионы никогда не поведают всю историю эмбриогенеза целиком, потому что естественные эмбрионы зависят от третьего клеточного типа — клеток примитивной энтодермы, посылающей сигналы для эмбрионального развития и позже формирующей желточный мешок. Они образуют специализированную переднюю сигнальную структуру, AVE, о которой мы уже упоминали и которая считается ответственной за нарушение симметрии эмбриона для установки передне-задней оси. Но можно ли в роли примитивной энтодермы использовать стволовые XEN-клетки?

Я считала, что клеткам надо не только позволять самоорганизовываться, но и направлять их на этом пути или, по крайней мере, помогать. И так как у нас уже были эмбриональные структуры, эквивалентные постимплантационным эмбрионам, нам могли пригодиться структуры, которые сделаны на более ранней стадии развития — стадии бластоцисты.

В тот период члены моей команды то приходили, то уходили. Альма-матер Берны так впечатлилась ее экспериментами с эмбриональными моделями, что позволила ей остаться в Кембридже подольше, Сара защитила докторскую диссертацию и перешла в Wellcome Trust, а из Торонтского университета, что в Канаде, к нам присоединился Джанлука Амадей для проведения своих постдокторских исследований. Но Джан был не особо знаком с ранними мышиными эмбрионами. Потенциальная польза от их изучения предстала в моем воображении так ярко, что я позвонила лучшему из известных мне экспериментальных эмбриологов, Каролине Пиотровска-Нитше, и попросила ее прилететь из Эморийского университета в Атланте, чтобы присоединиться к нашей команде. Она согласилась.

Из-за своих обязательств Каролина могла остаться с нами только на две недели. Мне кажется, если бы она побыла подольше, мы бы прямо тогда и создали синтетическую бластоцисту, поскольку были на правильном пути. Я даже подумывала над тем, чтобы самой продолжить нашу работу. Однако мне не сильно хотелось, ведь в этом случае я не смогла бы видеться с семьей и друзьями до окончания экспериментов. И тогда удача улыбнулась мне снова.

Мне оказали честь, предложив должность директора Института молекулярной генетики Макса Планка в Берлине. Я много думала над этим предложением и, разумеется, не раз ездила в Берлин. Во время одного из таких визитов я прочитала лекцию о создании эмбрионоподобных структур. Среди слушателей была Эллен На из Берлинского медицинского университета «Шарите». Она экспериментировала с эмбриоидными телами и попросила меня взглянуть на созданные ею структуры. Хотя было неясно, сколько типов клеток входило в их состав, структуры выглядели многообещающе, и Эллен жаждала объединить наши усилия. Сотрудничество является важной составляющей нашей деятельности и причиной моей сильной любви к науке, поэтому я пригласила Эллен поработать с нами. Она могла приехать к нам лишь на пару недель. Но этого оказалось достаточно. Именно тогда Джан и Эллен смогли создать первые структуры из всех трех клеточных линий.

Результат был таким потрясающим, что мы решили это отпраздновать, собравшись вместе с Джаном и Эллен в выходные в лаборатории, ведь это был последний день нашей совместной работы с Эллен.

Но вскоре выяснилось, что рецепт эмбрионов из трех типов клеток плохо воспроизводим. Сегодня он работал, завтра нет. Мы учредили «Клуб любителей синтетических эмбрионов» и на его заседаниях диагностировали неисправности метода, чтобы сделать его более надежным. Мы решили во что бы то ни стало продолжать эксперименты. К тому времени Берна вернулась в нашу команду из Турции.

Берна и Джан трудились с полной отдачей каждый день, а я поощряла других сотрудников лаборатории помогать им. Быть может, самую важную роль сыграл Энди Кокс, мой постдок и управляющий лабораторией. Он был не только одаренным эмбриологом, но и очень творческим человеком. Когда нам пришлось переехать из Института Гёрдона в Кембридж, он помог обставить нашу новую лабораторию (и помогает обставить еще одну, пока я пишу эти строки). Энди отлично работал в команде, сосредоточиваясь на пользе для науки и всех людей, а не просто для того, чтобы присвоить себе успех. Когда какой-то проект или сотрудник лаборатории испытывал трудности при проведении экспериментов, я обычно просила Энди помочь. И он всегда соглашался. Благодаря Джану, Берне и Энди у нас наконец-то сформировался костяк команды, работающей над моделью эмбрионов из трех типов клеток.

К ноябрю 2017 года ежедневный мозговой штурм по поводу поиска лучших путей продвижения стал для нас привычным. Пока Джан, Берна и Энди занимались своими экспериментами, я искала другие подходы и новых ученых, чтобы дополнить наши усилия. К нам присоединились Тьерри Воэти его постдок Лия Чаппелл из Центра Сенгера, а также Ран Ван и Найхэ Цзин из Шанхая, чтобы проанализировать паттерны экспрессии генов в наших эмбрионоподобных структурах.

Несмотря на то что развитие этих структур выглядело высокоорганизованным, при объединении клеток мы по-прежнему полагались на случайные столкновения. Только теперь Берна, Джан и Энди к ЭС- и ТС-клеткам добавляли XEN-клетки. Они смешивали все три типа клеток и «подвешивали» их в питательной среде пирамидальной емкости, чтобы помочь им встретиться друг с другом. Каждый день они заботливо подкармливали этот клеточный коктейль питательными веществами.

Установив верную концентрацию клеток путем многочисленных проб и ошибок, мы наконец-то получили нечто похожее на эмбрион. Наблюдение под микроскопом за развитием этих структур напоминало просмотр блестящего документального фильма о самоорганизации всех трех клеточных типов, наглядно демонстрирующего то, как, вероятно, собирается настоящий эмбрион. Завораживающее зрелище. Один из тех моментов, ради которых мы занимаемся наукой. Руководствуясь принятой ранее терминологией, мы окрестили эти структуры ETX-эмбрионами, где каждая заглавная буква обозначала техническое наименование каждого из трех типов клеток.

Как настоящие, ETX-эмбрионы образовывали три группы клеток: эпибласт из ЭС-клеток, наблюдаемый в нашей самой первой модели, внеэмбриональную эктодерму из TC-клеток и примитивную энтодерму из XEN-клеток (технически на данной стадии развития она зовется висцеральной энтодермой), которая, разрастаясь, охватывала всю структуру (подробности этого процесса до сих пор неизвестны). В определенной точке пространства и времени естественный эмбрион нарушает свою симметрию и эпибласт образует первичную полоску, которая погружается в эмбрион и формирует новый клеточный слой, — мезодерму. Затем возникает еще один слой, энтодерма, которая в процессе гаструляции выталкивает прочь висцеральную энтодерму. Чтобы проделать все это, клетки должны подвергнуться так называемому эпителиально-мезенхимальному переходу — ключевому событию, позволяющему им покинуть эпителий (нечто подобное происходит с раковыми клетками, когда они отделяются от опухоли и распространяются по организму в смертоносном процессе метастазирования).

Наибольшее удовлетворение вызывал тот факт, что последовательность, архитектура и паттерны генетической активности в этих эмбриональных моделях соответствовали таковым в естественных эмбрионах на стадии гаструляции. Заменив внеклеточный матрикс, используемый в более ранних экспериментах, на третий тип клеток, мы не только смогли получить структуры из всех трех тканей, но и осуществить эпителиально-мезенхимальный переход, чтобы эмбрионоподобная структура прошла через гаструляцию. Ощущение изумления и трепета от этих экспериментов было таким прекрасным, что нет слов, чтобы его описать.

Имея в распоряжении модели, способные пройти через гаструляцию, мы могли лучше разобраться в том, как три типа клеток взаимодействуют друг с другом, позволяя эмбриону приобрести свой характерный облик. Мы бы могли, например, изменить сигнальный путь одного из клеточных типов и посмотреть, как это повлияет на один из двух остальных клеточных типов или на оба сразу.

Многие месяцы ушли на то, чтобы сопоставить все полученные данные, разобраться в их значении и подготовить статью в научный журнал. Мы все считали, что Science — лучший выбор, ведь именно там вышла наша статья об ETS-эмбрионах. Но мы ошибались. По мнению редактора, мы не достигли фундаментального прогресса после предыдущего исследования. Мы были в шоке. На наш взгляд, ЕТХ-модель была гораздо лучше, технология была иной, а конечный результат был очень близок к естественному, ведь нам удалось подтолкнуть все три типа клеток к самоорганизации и пройти основной этап развития. Тем временем мы получили еще больше результатов, дополнили статью и решили подать ее в Nature.

К нашему удивлению, примерно в это же время, в мае 2018 года, команда под руководством Николаса Риврона из Института Хюбрехта предоставила сведения о другой модели эмбриона из стволовых клеток. Они взяли две популяции стволовых клеток (ЭС и ТС) мыши и создали преимплантационную структуру, похожую на бластоцисту [15]. Несмотря на то что эта структура не развивалась за пределы стадии имплантации, она все равно была потрясающей. В конце статьи стало ясно, что Риврон и его команда потратили приличное количество времени на то, чтобы удовлетворить все требования рецензентов. Впервые они представили свое исследование в Nature в сентябре 2015 года, так что потребовалось два с половиной года на то, чтобы его приняли. Наука — это тяжелая работа.

Два рецензента одобрили нашу статью. Но третий сказал, что это просто еще одна синтетическая модель эмбриона. Статью рекомендовали отклонить, а нам — рассмотреть вариант ее публикации в Nature Cell Biology, где она в итоге и вышла в июле 2018 года [16]. На сегодняшний день ЕТХ-эмбрион остается, пожалуй, самой продвинутой моделью мышиного эмбриона и потенциально способен многое нам рассказать о нашем собственном развитии.

На данный момент

Эксперименты на эмбрионоподобных моделях прекрасно дополняют исследования, начавшиеся с того дня, когда мы впервые увлеклись танцем жизни. До этого все наши усилия были сосредоточены на наблюдении за этим танцем. Мы увидели, что после единственного деления оплодотворенной яйцеклетки одна из клеток склонна развиваться в эмбрион, а другая — в поддерживающие структуры, несмотря на то, что обе клетки невероятно пластичны с точки зрения потенциала развития. Делая фильмы с участием флуоресцентно меченых клеток, мы выяснили, что клеточные танцоры кооперируют друг с другом не потому, что хореограф отдает им команды, а потому, что они переговариваются между собой при помощи белков и других молекулярных факторов и реагируют на свое окружение. Как только конкурирующие клетки начинают кооперировать, развивается новый уровень организации [17]. Кооперация

способствует специализации и разнообразию клеточных типов, что побуждает эмбрион самоорганизовываться так, чтобы, например, после нескольких дроблений образовался свободноплавающий шарик из трех групп стволовых клеток, и одна из них превратилась в диск из клеток (эпибласт), которому суждено стать собственно эмбрионом. Остальные две группы формируют поддерживающие внеэмбриональные структуры.

Нам также удалось отследить танец жизни до самого момента имплантации, когда к танцу присоединяется материнский организм. С первой по вторую неделю человеческий эмбрион готовится к гаструляции, предвещающей ему реорганизацию из шарообразного скопления клеток (бластоцисты) в структуру в форме розетки, внутри которой открывается полость. Структура прогрессивно развивается в многослойный организм с тремя осями симметрии: передне-задней, дорсально-вентральной и лево-правой.

Теперь, когда мы построили эмбрионоподобную структуру из всех трех типов стволовых клеток (один отвечает за образование энтодермы, мезодермы и эктодермы, второй — за образование трофэктодермы, формирующей плаценту, и третий — за образование примитивной энтодермы, образующей желточный мешок), мы можем углубить наше понимание того, что запускает и направляет гаструляцию, которая начинается с водопада клеток, погружающихся из эпибласта в первичную полоску — бороздку, которая тянется от заднего конца туда, где в итоге будет голова, вдоль средней линии тела, разделяющей его на правую и левую стороны для сохранения симметрии и правильного развития эмбриона.

Тот слой, который глубже всех погрузится в полоску, станет энтодермой, а два следующих — мезодермой и эктодермой. Конкурирующие взаимодействия клеток и взаимные сигналы, ведущие к обособлению местоположения и судьбы клеток, демонстрируют то, как эпигенетическая модификация и поляризация клеток определяют развитие этих трех клеточных линий.

Несмотря на то что существует много сигнальных путей, отвечающих за межклеточную коммуникацию, мы можем попытаться понять, как именно взаимодействуют клетки, и создать прочные эмбриональные паттерны. Тем не менее мы достигли серьезного прогресса, когда, например, начали понимать, почему развитие человеческого и мышиного эмбрионов сильно различается, хотя фактически у них одинаковый набор генов [18]. С момента оплодотворения яйцеклетки до стадии бластоцисты человек и мышь развиваются по относительно сходным правилам, но после имплантации мышиный эмбрион приобретает форму цилиндра, а человеческий — форму диска. Их траектории развития расходятся из-за различий во взаимодействиях трех базовых типов клеток.

И здесь эмбрионы, созданные из стволовых клеток in vitro, предоставляют новые сведения. В отличие от эмбрионов, образующихся в результате слияния сперматозоида и яйцеклетки, модельные эмбрионы можно создавать в огромных количествах и подвергать генетическому редактированию для проведения высокопроизводительных генетических тестов и скрининга лекарственных препаратов [19]. Еще одним важным источником информации являются химеры, у которых человеческие клетки имплантированы в эмбрион другого биологического вида, что приводит к созданию новой оси [20]. Так с помощью «синтетической биологии» можно проверить, можем ли мы понять развитие в целом по отдельным его частям. Сегодня мы как никогда четко можем увидеть подробности танца жизни, при котором происходит кооперация и конкуренция клеток внутри самоорганизующегося эмбриона.

Этические аспекты использования моделей эмбрионов из стволовых клеток

Исследования по созданию эмбрионоподобных структур поднимают более широкие проблемы, которые знаменитый американский ученый Джордж Чёрч, ведущий специалист по синтетической биологии в Гарварде, разобрал в статье журнала eLife [21]. Интерес Чёрча и его коллег к «синтетическим человеческим существам с эмбрионоподобными чертами» начался с эксперимента, проведенного ими в 2011 году, когда они ввели человеческие стволовые клетки в мышиные эмбрионы, прикрепленные скаффолду[20] , применив то, что сами назвали инженерией эмбриональных тканей на основе скаффолдов. Для получения скаффолда из эмбрионов удалили клетки, оставив лишь межклеточный матрикс, и предполагалось, что сигнальные факторы побудят человеческие стволовые клетки превратиться во множество клеточных типов. Уже предпринимались попытки сделать таким образом сердце крысы [22]. В статье журнала eLife утверждалось, что подобные эксперименты «могут привести к созданию эмбрионоподобных существ, если ткани разовьются в достаточном количестве и установят между собой функциональные связи».

Как мы должны относиться ко всем этим существам, от эмбриоидов до эмбрионоподобных моделей, с учетом современных этических и правовых аспектов в разных юрисдикциях? Следует ли, с точки зрения закона, обращаться с модельными эмбрионами как с человеческими, сейчас или в будущем? Что, если получится сконструировать эмбрионоподобные модели, развивающиеся до более зрелого состояния? К ним нельзя применять четырнадцатидневный лимит, поскольку их время развития измеряется по другим часам. Как подчеркнули мои коллеги в комментарии к статье в Nature, существенным для решения этих вопросов является прозрачность и эффективное взаимодействие с общественностью [23].

Нет никаких сомнений, что рождение первой здоровой мыши из имплантированной эмбрионоподобной структуры станет знаковым моментом в репродукции, который породит столько же споров, сколько и научных перспектив. Как всякое исследование с практическим применением, репродуктология и наука о стволовых клетках в равной мере приносит новые возможности и этические проблемы. Однако в своей статье мы советовали запретить использование эмбрионоподобных структур в репродукции. Что касается этики, то для регулирующих органов на первом месте должна стоять цель экспериментального использования этих структур, а не попытки понять, насколько они похожи на естественные эмбрионы. Мы полагаем, что к структурам, воспроизводящим лишь часть эмбриона, нельзя относиться точно так же, как к полноценному эмбриону. Мы также призываем каждого ученого, использующего человеческие стволовые клетки, придерживаться существующих рекомендаций. Модели эмбрионов на основе стволовых клеток способны преобразить медицину. Но мы должны действовать осторожно.

Глава 10

Новая эра синтетической биологии

Новая наука о том, как клетка становится человеком, уже оказывает на нас свое воздействие, будь то разработка новых методов лечения бесплодия, повышающих вероятность зачатия, или новых тестов и терапевтических подходов, а также многое другое — от профилактики развития врожденных дефектов до регенеративной медицины, побуждающей клетки танцевать под новую мелодию.

Точно так же, как танец организован в пространстве и времени, имеет определенный порядок шагов, направление передвижений и соответствует паттернам акцентов, так и клетки развивающегося эмбриона, по результатам исследований моей и других команд, руководствуются фундаментальными процессами, позволяющими эмбриону самоорганизовываться и создавать нас. И хотя много еще предстоит исследовать, сведения о клеточных и молекулярных процессах в раннем эмбрионе уже имеют существенное влияние.

Новая область регенеративной медицины опирается на данные о том, как стволовые клетки превращаются в ткани и органы. Пока моя команда фокусировалась на танце первой сотни (или около того) клеток развивающегося эмбриона и выясняла базовые принципы, направляющие этот танец, другие ученые выяснили принципы его дальнейшего превращения в плод, когда у зародыша начинают проступать черты ребенка. В клеточном танце взрослой жизни в пять тысяч раз больше участников, чем людей на нашей планете, и это без учета миллиардов клеток, сошедших с пути вместе с плацентой или в результате апоптоза. Сегодня мы можем наблюдать танец жизни (но не манипулировать им) и легко визуализировать его коллективные клеточные миграции.

Один из таких примеров — интерактивный 3D-атлас эмбрионального развития, охватывающий период со второй недели (когда эмбрион меньше полумиллиметра в поперечнике) до двух месяцев (когда он уже три сантиметра и явно похож на плод). Трехмерный атлас эмбриологии человека, разработанный Амстердамским медицинским центром (доступный онлайн по ссылке www.3dembryoatlas.com), ведет Бернадетт де Баккер из Амстердамского университета [1]. Чтобы изучить развитие органов и тканей, научной команде пришлось проанализировать электронно-микроскопические снимки примерно пятнадцати тысяч окрашенных срезов тканей из коллекции Института Карнеги, о которой мы уже говорили в главе 6. В целом ученые проанализировали тридцать шесть эмбрионов, по два на каждую из семнадцати стадий развития, и с помощью цифрового пера и планшета выделили развивающиеся структуры.

В первые два месяца эмбрион растет экспоненциально. Его объем ежедневно увеличивается на 25% и на шестидесятый день достигает примерно 2800 кубических миллиметров, что эквивалентно половине чайной ложки [2].

Выяснилось, что стандартные учебники эмбриологии содержат ошибки. Нет никакого «восхождения почек». Гонады (формирующие яичники и тестикулы) не опускаются, как считалось ранее, а укорачиваются относительно растущих позвонков. Также обнаружены несоответствия в описании развития артерий.

Как показывает атлас, некоторые органы у эмбриона человека развиваются гораздо раньше, чем у эмбриона курицы или мыши, а некоторые — позже, и это очередное напоминание о том, что нельзя переносить на людей результаты экспериментов с животными, например в плане воздействия лекарств и токсинов. Атлас является прекрасным примером оценки развития путем анализа редкого человеческого биоматериала и серьезным напоминанием о том, как мало мы знаем о собственном эмбриогенезе. Чем больше сведений мы получим, тем легче будем начинать и формировать танец жизни.

Креативная биология

Последние разработки в лабораториях всего мира предвещают новую эру креативной биологии. Мы можем манипулировать идентичностью клеток на всем протяжении их развития, используя факторы, которые решают клеточную судьбу. Мы даже можем обратить ее вспять с помощью так называемых факторов Яманаки, названных в честь их первооткрывателя Синъи Яманаки, который разделил Нобелевскую премию с моим наставником Джоном Гёрдоном. Эти факторы, а также другие, открытые позже, могут превратить зрелые клетки обратно в эмбриональные, вернув им потенциальную способность развиваться во многие другие типы клеток, что сулит нам огромные возможности (об этом позже).

Еще одна влиятельная технология представлена новым поколением методов геномного редактирования, которые гораздо точнее прежних генетических манипуляций, придуманных еще в начале 1970-х [3]. Это чудесный нож[21] генетики, и сочетая его с секвенированием ДНК и РНК (которым я регулярно пользуюсь), можно проводить высокоточные генетические операции, будь то исправление мутаций, ведущих к развитию заболеваний, или перенаправление клеток на новый путь развития.

Можно манипулировать генами, совершенно их не трогая, а просто вызывая эпигенетические изменения, которые регулируют их использование (экспрессию) в клетках. И разумеется, я отношусь к тем ученым, которые занимаются культивированием человеческих эмбрионов (хотя большинство моих подопечных — мышиные эмбрионы), позволяя им расти и развиваться благодаря многочисленным, эволюционировавшим вслед за ЭКО, методам репродуктивной медицины.

Совместив все эти технологии, мы вступим в новую эру, где сможем манипулировать клетками так же искусно, как гончар — глиной. Сегодня ученые приступили к разработке модельных систем (органоидов), чтобы установить механизмы роста органов и тестировать лекарственные препараты. Уже есть клеточные модели талассемии, синдрома Марфана, мышечной дистрофии, болезни Хангтинтона и др. Можно также взять Т-клетки, рабочие лошадки иммунной системы, и вооружить их на борьбу с раком [4]. И, как я уже объясняла в предыдущей главе, мы разработали модель развития раннего постимплантационного мышиного эмбриона на основе стволовых клеток и теперь пытаемся расширить метод до применения стволовых клеток человека, чтобы разобраться в собственном раннем эмбриональном развитии, о котором до сих пор мало что известно.

Кроме того, ученые пробуют выращивать человеческие органы внутри животных, чтобы устранить нехватку трансплантационного материала. Существует реальная надежда на то, что с помощью стволовых клеток мы сможем восстанавливать или даже заменять поврежденные органы и ткани подобно тому, как механик заменяет неисправную деталь.

В один прекрасный день, если прогресс будет продолжаться в том же темпе, можно будет взять клетки кожи и перепрограммировать их на обратное превращение в эмбриональные клетки, которые затем можно культивировать в зародышевые клетки и помочь мужчинам, ставшим субфертильными после противораковой терапии, снова производить сперматозоиды [5]. Когда-нибудь это станет возможным и для женщин, утративших способность производить яйцеклетки [6]. Что, если в будущем каждый человек сможет иметь ребенка?

Уже сегодня наука бросает вызов фундаментальным законам природы, таким как однополое размножение млекопитающих; как показали недавние исследования, с помощью изощренных генетических манипуляций можно получить потомство от двух самок мышей [7]. Также получено потомство от двух мышей-самцов, и это говорит о том, что стволовые клетки и геномное редактирование преодолевают даже такой барьер [8].

Сочетание ЭКО с точным геномным редактированием, секвенированием, перепрограммированием и прочими методами создает что-то вроде клеточной алхимии. Если такое искусство станет привычным, оно обеспечит постоянное изменение генома человека. Это нетрудно представить, поскольку в одном только Китае с помощью ЭКО родились миллион человек. При значительном количестве людей, рожденных в результате слияния перечисленных технологий (от лечения заболеваний до придания ребенку желательных черт и устранения нежелательных), и без законодательного регулирования подобных процедур мы рискуем перевести эволюцию человека на другой путь.

Но даже если это возможно, то случится лишь в отдаленном будущем, а пока мы бы хотели представить обзор текущего состояния научных знаний, позволяющих разработать новые методы лечения. То, о чем далее пойдет речь, отчасти неминуемо, учитывая невероятный всплеск и размах активности ученых и инженеров по всему миру. Можно представить, до какой степени эволюционирует медицина, если новые технологии перенесут из научно-исследовательских лабораторий в больницы и клиники. Наука относительно быстро вышла на новый уровень, объединив прогресс в области стволовых клеток, молекулярной, клеточной биологии и биологии развития.

Регенеративная медицина

Моей основной мотивацией было желание понять базовые принципы самых ранних стадий нашего развития, его пластичность и то, как эмбрион строит самого себя из отдельных клеток. Большинство экспериментов я проводила на мышах, но с учетом многочисленных различий в развитии мыши и человека и появления подходящих технологий я изучала и человеческие эмбрионы. Поскольку предметом моих (и многих других) исследований было формирование клеток и превращение их в разные типы, практическое применение полученных данных подходит для регенеративной медицины и репродукции человека.

Одним из пионеров регенеративной научной революции является Джон Гёрдон. Он совершил прорыв, когда впервые продемонстрировал возможность клеточного перепрограммирования в своем исследовании 1962 года [9]. В те годы его коллеги полагали, что клеточная специализация — это улица с односторонним движением, процесс, который нельзя повернуть вспять, и потому клеткам кожи не суждено стать кем-то покруче, а клетки мозга никогда не превратятся в мускулы.

Несмотря на недоверие и критику, Джон опроверг существующую догму, вынув ядро из лягушачьей яйцеклетки и заменив его ядром кишечной клетки головастика. Хотя последняя уже прошла специализацию, из ее ядра, имплантированного в яйцеклетку, чудесным образом развился нормальный головастик [10]. Эти эксперименты показали, что стрелки клеточных часов можно перевести назад, а потому вполне реально взять зрелую клетку, например кожи, и снова сделать ее эмбриональной.

За это открытие Джон Гёрдон много лет спустя получил Нобелевскую премию 2012 года, разделив ее с Синъей Яманакой из Киотского университета (Япония). Шинья открыл гены, с помощью которых зрелую клетку можно перепрограммировать в эмбриональную. Рецепт удивительно прост — надо активировать всего четыре гена. Хотя эффективность его протокола была довольно низкой, он продемонстрировал фундаментальные принципы.

Роджер Хайфилд был одним из первых журналистов, сообщивших об этом достижении и подчеркнувших тот факт, что технология Синъи Яманаки предлагает (вместо разбирания на части клонированных эмбрионов) более этичный способ выращивания клеток и тканей для конкретного пациента [11].

Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (иСК) можно целенаправленно превратить в различные типы зрелых клеток, таких как клетки сердечной мышцы и мозга, что открывает колоссальные возможности для терапии стволовыми клетками.

Вопреки распространенному мнению, стволовые клетки используются в медицине довольно давно. Доналд Томас получил в 1990 году Нобелевскую премию за трансплантацию костного мозга — работу, которую начал выполнять еще в 1950-х [12]. Костный мозг содержит гематопоэтические стволовые клетки, которые могут превращаться во многие типы клеток крови. Подобные трансплантаты уже давно используются для лечения лейкемии — ракового заболевания крови и костного мозга. С их помощью восстанавливают организм после химиотерапии, но эффективность этого лечения зависит от совместимости клеток донора и реципиента. Если они плохо подходят друг другу, клетки реципиента воспринимают трансплантированные клетки как «чужие» и атакуют их, что может быть опасным для жизни.

Стволовые клетки, выращенные из собственных клеток пациента, могут обеспечить его совместимой тканью любого типа. Однажды наступит такой день, когда можно будет взять, например, клетки кожи и превратить их в клетки сердечной мышцы, чтобы восстановить повреждения после сердечного приступа. Потенциально из стволовых клеток можно получить инсулин-продуцирующие клетки для лечения диабета. В будущем из стволовых клеток можно выращивать нервные клетки для восстановления разорванного спинного мозга или по тому же принципу восстанавливать поврежденные сердце или печень. Кроме того, стволовые клетки дают надежду людям, теряющим разум из-за болезни Альцгеймера или тело из-за болезни Паркинсона.

Но перед тем как поставить выращивание замещающих клеток на поток, мы должны научиться наставлять стволовую клетку на правильный путь развития. Если не сделать это должным образом, ее развитие может пойти в неожиданном направлении, вплоть до превращения в раковую клетку [13]. Поэтому пройдут годы и даже десятилетия, прежде чем лабораторная наука станет надежным методом лечения.

Вот почему так важно инвестировать в самую творческую базовую науку. Когда Джон Гёрдон совершал свое открытие по перепрограммированию клеточного ядра, он не думал о том, что однажды оно будет использоваться для улучшения здоровья. Большинство ученых, занимающихся фундаментальными исследованиями, ощущают то же самое. Правильно усвоив основы и разобравшись в том, как работает биология, можно гораздо успешнее применять эти знания в терапии.

Первые эмбриональные стволовые клетки

В предыдущих главах я рассказывала об основном прорыве в науке, случившемся в 1981 году, когда Мартин Эванс и Мэтью Кауфман и параллельно с ними Гейл Мартин изолировали ЭС-клетки, обладающие потенциалом превращаться во все остальные клетки организма. А в 1998 году Джеймс Томсон со своей командой из Висконсинского университета города Мэдисона выделили человеческие стволовые клетки из пожертвованных лишних эмбрионов. Исследование стало крупным техническим достижением, а Томсон заявил: «Это больше не научная фантастика. Я очень надеюсь, что успею увидеть, как эта терапия исцеляет болезни» [14].

С тех пор как Томсон и его коллеги извлекли человеческие ЭС-клетки, многие ученые стремились раскрыть их потенциал. А также сделать созданные методы терапии более легкими в применении. Например, оказалось, что ингибирование сигнального пути ROCK (назван так потому, что туда входит фермент Rho/Rho-ассоциированная киназа, или ROCK) предотвращает гибель человеческих ЭС-клеток после извлечения из колонии, в которой они выросли. Благодаря этому открытию показатель создания новых колоний увеличился от одного из ста до одного из четырех [15].

Сегодня эти бесценные клетки можно надежно поддерживать в культуре.

Управляемая дифференциация

Чтобы превращать ЭС-клетки в другие типы, необходимые для лечения, надо разобраться в том, как они формируют и генерируют три разных эмбриональных слоя (эктодерму, мезодерму и энтодерму), а затем в том, как эктодерма образует нервы, кожу и волосяные фолликулы, как мезодерма создает сердце, кровь и мышцы, а энтодерма становится кишечником, печенью, поджелудочной железой и легкими. Звучит просто, хотя на самом деле это не так.

Чтобы направить ЭС-клетки на путь превращения в целевой тип клеток, ученые проявили огромную изобретательность, создавая специальные поверхности, составляя генетические регуляторные сети, ответственные за поддержание стволовых клеток, а также оптимизируя условия выращивания. Теперь можно создать клетки сетчатки, сердечной мышцы, нервные клетки, многочисленные типы клеток крови и многое другое. Но все это требует времени. Один из ученых, которым я особенно восхищаюсь, Дуг Мелтон из Гарвардского института стволовых клеток в Кембридже, штат Массачусетс, превратил стволовые клетки в бета-клетки поджелудочной железы, чувствительные к глюкозе и вырабатывающие инсулин [16]. Открытие способа создания зрелого типа клеток стало важной вехой в исследовании диабета, но на это ушли годы. Упорство Дуга было вызвано личными причинами: в 1993 году, когда он занимался исследованием развития лягушек, у его сына обнаружили диабет первого типа [17]. С тех пор Дуг сосредоточился на поиске новых методов лечения.

Даже для эмбриологов такая работа является источником новых идей и неожиданных открытий. Вплоть до недавнего момента мы думали, что новые кровеносные сосуды эмбриона образуются исключительно из тех эндотелиальных клеток (выстилающих все кровеносные сосуды), что дифференцируются из мезодермы. Однако использование флуоресцентных меток при отслеживании судьбы стволовых клеток кровотока позволило обнаружить второй источник эндотелиальных клеток [18].

Это всего один из множества примеров того, как практическая работа со стволовыми клетками приносит новую информацию в копилку фундаментальных знаний биологии развития. Я уверена, что в ближайшие годы будет раскрыто еще больше тайн.

Взгляд изнутри

Многие годы я и моя команда совершенствовали маркеры и условия культивирования, чтобы снимать фильмы о развивающихся эмбрионах, благодаря которым можно было проследить происхождение, перемещение и судьбу всех клеток с момента оплодотворения до четвертого дня развития мышиного эмбриона [19]. Совсем недавно нам удалось заснять и отследить клетки эмбриона с четвертого по шестой день развития [20]. Это гораздо сложнее, чем следить за клетками более «юных» эмбрионов, поскольку в этот период эмбрион начинает расти. Но потраченные усилия того стоили. Сделанные фильмы позволили нам изучить взаимодействия трех базовых типов тканей и механизмов, лежащих в основе ремоделирования эмбриона вплоть до гаструляции. В значительной мере получение этой новой информации стало возможным благодаря визуализации живых мышиных эмбрионов с помощью мультифотонного микроскопа, которому нужно поглотить два фотона света (отсюда и название), чтобы вызвать флуоресценцию, и который способен визуализировать слои живой ткани на глубине до одного миллиметра. Заслуга за эту работу принадлежит коллегам из моей лаборатории Неофитосу Христодулу, Кристосу Киприану и Антонии Веберлинг. Первая часть их исследования была опубликована в журнале Nature Cell Biology [21].

За последний год Кейт Макдолл и Филипп Келлер из Исследовательского центра Janelia Research Campus разработали новый микроскоп, позволяющий визуализировать развитие еще более «взрослых» мышиных эмбрионов, от шести до восьми дней после оплодотворения [22]. Принцип действия этого микроскопа в том, чтобы пропустить сквозь эмбрион два плоских пучка света, избежав освещения образца целиком в течение долгого времени, поскольку это может ему навредить. В итоге получаются сногсшибательные фильмы. Можно, например, увидеть, как нервная трубка, структура, которая позже сформирует спинной и головной мозг, срастается вдоль эмбриона, будто застежка-молния. Можно также понаблюдать формирование сердца, от предсердия до эндокарда и, наконец, сердцебиения.

Кто-то скажет, что это всего лишь фильмы. Однако по ним анализировать клеточную динамику легче, чем по статическим изображениям, что позволяет глубже понять механизмы эмбрионального развития. Хотя эти фильмы не о человеческих эмбрионах, но, с точки зрения регенеративной медицины, между людьми и мышами достаточно сходства, и, кроме того, по ним можно изучать дефекты развития, например расщепление позвоночника, когда нервная трубка человеческого плода, развивающегося в матке, не срастается должным образом.

Болезнь в пробирке

Отслеживая дифференцировку клеток раннего эмбриона, мы получили новые сведения о том, как факторы из окружающей клетку среды, гены и др. влияют на процесс развития. Но ту же информацию можно получить, не выращивая целый организм, а взяв у него стволовые клетки. Например, чтобы понять, как создаются клетки, позволяющие людям видеть разноцветный мир, можно вырастить сетчатку в чашке Петри [23]. Аналогичным образом, можно взять стволовые клетки и посмотреть, что происходит, когда при генетических и наследственных заболеваниях процесс развития идет наперекосяк.

Например, клетки кожи мыши и человека можно превратить в нейроны болевой чувствительности и сделать модель наследственной невропатии и гиперчувствительности, развивающейся у пациентов после химиотерапии, позаимствовав клетки кожи у пациентов с наследственными неврологическими заболеваниями [24]. Клетки кожи пациентов с ранним началом Альцгеймера можно превратить в те типы нейронов, которые страдают при данном заболевании, и изучать аспекты этой формы деменции на клетках человека [25]. То же верно для пациентов с шизофренией или синдромом Дауна [26]. Вдобавок ученые могут воспользоваться банком стволовых клеток, выделенных из эмбрионов со специфическими генетическими заболеваниями [27]. Если мы убедимся, что нервные клетки, взятые у животного или культивированные в лаборатории, напоминают по сложности таковые в человеческом мозге, то однажды метод создания мозговой ткани со специфическим заболеванием поможет в исследовании неврологических расстройств.

На «болезни в пробирке» можно тестировать методы лечения. Например, клетки кожи пациентов с потенциально смертельным заболеванием сердца можно превратить в иСК, а потом сделать из них клетки сердечной мышцы конкретного пациента. Но есть одна загвоздка: хотя такие клетки и несут генетические мутации пациента, они остаются эмбриональными и не показывают признаки заболевания, развивающегося у взрослых. Ученые смогли воссоздать болезнь, заставив мышечные клетки использовать в качестве основного источника энергии не глюкозу, как это происходит у плода, а жирные кислоты, как делают клетки сердечной мышцы взрослого организма. С помощью полученных таким путем зрелых клеток удалось обнаружить метаболическое нарушение, лежащее в основе данного заболевания [28]. Разумеется, еще предстоит потрудиться, чтобы выяснить, всегда ли это заболевание развивается из-за тех же метаболических дефектов, и, если болезнь в пробирке действительно отражает реальность, разработать новый метод лечения.

Можно также побудить стволовые клетки превратиться в мини-орган, так называемый органоид, который с функциональной точки зрения напоминает настоящий, включающий все свои главные типы тканей. Одним из пионеров в этой области является Ганс Клевере из Института Хюбрехта в Утрехте, Нидерланды, чьи исследования способствовали созданию органоидов желудка, поджелудочной железы, мозга, печени и многого другого, например ядовитых желез змеи [29]. С помощью «биобанка органоидов», содержащего широкий диапазон подтипов колоректального рака, можно проводить скрининг лекарственных препаратов [30]. Моя подруга по Кембриджскому университету Мери Хуч, когда-то работавшая с Клеверсом, создала органоидные культуры на основе рака печени, чтобы смоделировать рост опухоли и протестировать препараты [31]. Можно также выращивать органоиды печени из стволовых клеток пациентов и заменять поврежденную циррозом печень [32].

Органоиды могут рассказать нам о том, как болезни и расстройства воздействуют на развитие органа, например, как связаны вирус Зика и микроцефалия, при которой ребенок рождается с аномально маленькой головой [33]. Лаборатории Го-Ли Мина и Хунцзюнь Сона в Школе медицины Университета Джона Хопкинса продемонстрировали на органоидах человеческого мозга, что вирус Зика затрагивает прогениторные клетки коры головного мозга, которые в норме дифференцируются в нейроны, и этот факт позволяет связать развитие микроцефалии с инфекцией.

Эти примеры объясняют, почему ученые испытывают оптимизм по поводу потенциала технологий на основе стволовых клеток.

Восстанавливая поврежденное тело

Когда журналисты просят меня порассуждать о том, куда могут завести человечество мои исследования раннего развития и стволовых клеток, я всегда отвечаю, что понимание базовых принципов развития увлекательно само по себе и закладывает основу для поиска новых способов предотвращения или исправления ошибок.

Хотя мечта о том, что ЭС-клетки когда-нибудь станут источником замещающих тканей, очень жива, прогресс идет гораздо медленнее, чем можно судить по газетным заголовкам.

Одним из направлений исследований стала макулярная дегенерация — самая распространенная причина слепоты после шестидесяти лет, поражающая, по некоторым данным, примерно 30% населения в семидесятипятилетнем возрасте. Заболевание характеризуется прогрессирующей потерей центрального зрения из-за дегенерации макулы — желтого пятна на задней поверхности сетчатки, отвечающего за центральное зрение. Чтобы исправить это нарушение, многие группы ученых пытались разработать терапию стволовыми клетками. Их целью был не полупрозрачный слой реагирующих на свет нейронов, которые поначалу не дегенерируют, а нижележащий слой клеток, называемый ретинальным пигментным эпителием, или РПЭ.

В 2012 году компания Advanced Cell Technology и сотрудничающие с ними специалисты по зрению из Глазного института Жюля Стайна в Лос-Анджелесе провели многообещающий эксперимент, пересадив выращенные в лаборатории РПЭ-клетки в глаза пациентов с макулярной дегенерацией и болезнью Штаргардта [34]. Хотя их основной целью было получение доказательств безопасности таких клеток (и они их получили), они обнаружили некоторое улучшение зрения. Как показало другое исследование, проведенное Питом Коффи из Института офтальмологии Университетского колледжа Лондона (Лондонский проект по лечению слепоты) в сотрудничестве с командой из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, у двух пациентов с макулярной дегенерацией улучшилось зрение после имплантации РПЭ [35].

Эти примеры дают надежду на то, что однажды мы сможем лечить некоторые формы слепоты, хотя многие детали остались неизученными; это и профилактика отторжения со стороны иммунной системы, и обеспечение долговременной выживаемости имплантированных клеток, ну и, конечно, имплантированные клетки могут быть эффективны для восстановления зрения [36].

Превратить стволовые клетки в функционирующие ткани тяжело, но еще тяжелее превратить их в органы, пригодные для трансплантации. Некоторые органы и сами могут восстановиться после повреждения. Если часть печени потеряется в результате травмы или болезни, она может отрасти обратно до изначального размера, хотя форма будет иной, а кожа постоянно сама себя восстанавливает [37]. Но некоторые человеческие ткани не регенерируют.

В сравнении с такими животными, как планария, гидра, лягушка и саламандра, мы более продвинутые существа, однако не во всех смыслах. Когда речь идет о регенерации, они нас превосходят. Лягушки могут отрастить глаза, тритоны могут полностью вырастить новые конечности, а если вы продольно разрежете планарию, она регенерирует в двух новых индивидуумов [38]. Такие подвиги тесно связаны с эмбриональным развитием.

Подробности процесса регенерации, способные объяснить, каким образом стволовые клетки формируют замещающие структуры, недавно были раскрыты Питером Реддиеном из Института биомедицинских исследований Уайтхеда в Кембридже, штат Массачусетс. Питер обнаружил, что планария и акоэль (морской регенерирующий червь) для управления регенерацией в качестве источника информации используют сигнал, поступающий из поврежденных мышц [39].

Его команда выяснила, что для регенерации глаза нужны три согласованных действия, активирующих прогениторные клетки: сигналы о местоположении для создания масштабируемой карты, самоорганизация для привлечения прогениторных клеток и сами прогениторные клетки, которые расположены не в конкретном месте, а диффузно [40]. Разобравшись в том, как эти животные используют перечисленные механизмы и молекулы для регенерации взрослых тканей без побочных эффектов вроде рака, мы можем применить это на практике для регенерации или конструирования человеческих тканей.

Точно так же, как естественный органогенез происходит у плода, он может происходить и в организме животного, если имплантировать в него ткани или клетки из первичных органов. В 2018 году стало известно об эксперименте, в котором ЭС-клетки человека ввели в эмбрионы свиней, получив в результате химер, в основном являющихся свиньями, но с определенным количеством человеческих клеток в пропорции одна из десяти тысяч. Химерным свиночеловеческим эмбрионам позволили развиваться до двадцати восьми дней (первый триместр беременности свиньи). Можно ли будет таким способом инкубировать человеческие органы, генетически совместимые с организмом пациента, чтобы использовать их для трансплантации?

Ясно, что для начала надо решить ряд практических и этических проблем. Например, у свиньи беременность длится около ста двенадцать дней, а у человека — двести семьдесят четыре дня (девять месяцев), поэтому скорость развития эмбриональных клеток этих биологических видов разная. Ведущий исследователь в этой области, Хуан Карлос Исписуа Бельмонте из Института Солка в Ла-Хойе, сравнил это с автомагистралью, по которой машины передвигаются в три раза быстрее, чем вы. Надо правильно рассчитать время, чтобы не спровоцировать аварию [41]. Другими словами, до выращивания человеческих органов внутри животных нам еще далеко.

Одно из средств усовершенствования стволовых клеток для целей регенеративной медицины — генетическая модификация. Может даже возникнуть синергичная область, как показал пример Мишеля де Лука из Университета Модены и его команды, совместивших технологии стволовых клеток с генной терапией, чтобы справиться с буллезным эпидермолизом, редким генетическим заболеванием. Заболевание развивается из-за мутаций в любом из нескольких генов, кодирующих белки, которые прикрепляют внешний слой кожи (эпидермис) к нижележащей ткани, и в результате он просто отваливается [42]. Де Лука разработал метод получения стволовых клеток из человеческой кожи, заменил в них болезнетворные гены и вырастил в лаборатории слои здоровой кожи на скаффолдах.

Хирурги из Германии отправили в Модену лоскут кожи размером с большой палец, принадлежащий семилетнему мальчику с буллезным эпидермолизом, и сделали впоследствии пересадку кожи [43]. Через полгода после исходной биопсии мальчик вернулся в школу, ознаменовав триумф данного метода лечения вместе с новыми сведениями о биологии человеческой кожи. Однако вряд ли такой подход на основе комбинирования генной терапии и науки о стволовых клетках станет распространенным, поскольку он персонализированный и дорогостоящий.

Будущее репродукции: преимплантационное тестирование

Хотя мы фокусировались на применении исследований эмбрионального развития в регенеративной медицине, они гораздо больше подойдут для репродукции как таковой. Показательным примером служит тестирование эмбрионов.

Благодаря распространению ЭКО Алан Хэндисайд, Элени Контоджанни, Кейт Харди и Роберт Уинстон из Хаммерсмитского госпиталя в Лондоне применили в 1990 году метод проверки эмбрионов на наличие серьезных генетических расстройств, чтобы не допустить их передачи следующему поколению [44]. Этот тип генетического тестирования выполняется на ДНК, взятой из одной или двух клеток эмбриона, который сам состоит всего из нескольких клеток. Изначально этим методом определяли пол будущего ребенка, что было нужно родителям с наследственными заболеваниями, проявляющимися только у мальчиков, такими как мышечная дистрофия Дюшенна — смертельное заболевание, сопровождающееся потерей мышц и, быть может, самое известное благодаря Лоренцо Одону, чья жизненная история легла в основу фильма «Lorenzo’s Oil» («Масло Лоренцо») 1993 года. Отсеивая эмбрионы мужского пола, то есть несущие L-хромосому, врачи могли гарантировать, что в результате ЭКО у матери родится только девочка, а значит, здоровый ребенок.

Этические аспекты тестирования эмбрионов никогда не были однозначными. Например, они затрагивают вопрос о равенстве. Должна ли пара слепых, глухих или низкорослых из-за ахондроплазии родителей использовать преимплантационную генетическую диагностику (ПГД) для отбора эмбрионов с соответствующей инвалидностью [45]? Но в первую очередь выбор, предлагаемый ПГД, порождает опасную идею о том, что можно контролировать репродукцию для усиления желательных черт личности. На протяжении многих лет возникали вполне понятные сомнения, стоит ли использовать ПГД для отсеивания предрасположенности к заболеваниям и правильно ли отбирать желательные черты, хотя важно подчеркнуть, что генетическая природа многих качеств, таких как интеллект, настолько сложна, что данный метод здесь бесполезен.

Как показали первые случаи применения, ПГД является одним из многих способов выбрать пол ребенка. И сегодня степень искажения пропорции полов в культурах, где сыновья в приоритете, вызывает беспокойство. Пренатальная диагностика и инфантицид привели к тому, что на сто рождений девочек приходится сто десять — сто двадцать рождений мальчиков, хотя в норме должно быть сто четыре — сто шесть [46]. По данным фонда ООН в области народонаселения, в некоторых провинциях Китая на сто девочек рождаются сто тридцать мальчиков.

Репродуктология уже меняет мир, и статистика, собранная Европейским обществом репродукции и эмбриологии человека, свидетельствует о том, что примерно в 2% случаев ПГД используется для «социального установления пола» (social sexing), поскольку в патриархальном обществе предпочтение отдается сыновьям [47]. Хотя ПГД, которая проводится в случае ЭКО, является дорогостоящей процедурой, она, скорее всего, станет более дешевой и распространенной. Если в некоторых культурах отношение к женщинам не изменится, одним из последствий применения репродуктивной технологии может быть то, что этот мир, арифметически говоря, будет становиться все более мужским.

«Дизайнерские дети»

Техника преимплантационного тестирования использовалась также для создания того, что пролайферы[22] презрительно (и ошибочно) называют «дизайнерские дети». По-видимому, этот уничижительный термин был присвоен с целью создать впечатление (разумеется, абсолютно неверное), что родители подбирают себе эмбрионы, как дизайнерские шмотки.

Но селекция — это не то же самое, что дизайн. И в принципе не отличается от отбора здоровых эмбрионов во время рутинной процедуры ЭКО. Создать «дизайнерского ребенка» не также просто, как выбрать в бутике пару туфель, потому что нет единичного гена, который отвечал бы за блондинистость, рост или что там считается чертой идеального ребенка. Безусловно, есть генетические факторы, но они зачастую сложные, и есть много факторов окружающей среды, которые тоже нельзя сбрасывать со счетов.

Преимплантационное тестирование даже по одному дефектному гену — не такая простая процедура, как может показаться. Количество яйцеклеток, которое женщина может произвести зараз, ограниченно. Не все они будут оплодотворены. Не все оплодотворенные яйцеклетки будут развиваться нормально. И даже если из них получатся эмбрионы, преимплантационная диагностика не работает как часы. Далее, лишь крохотная часть эмбрионов, успешно прошедших тестирование, имеет «правильные» характеристики для переноса в матку, поскольку имплантация эмбриона часто заканчивается неудачей. К сожалению, в большинстве случаев ЭКО не работает. Другими словами, идея о том, что ПГД предлагает легкий путь для создания «дизайнерских детей», — это иллюзия. Для пары, решившейся на ЭКО, этот процесс является тяжелым и крайне неэффективным.

Но, по крайней мере, мы можем дать этим парам выбор, которого у них раньше не было. Селекция эмбрионов, безусловно, лучше, чем ситуация, когда женщина беременеет, проходит тест CVS и/или амниоцентез и при обнаружении серьезного заболевания делает аборт.

Преимплантационное тестирование можно расширить до анализа полярных телец, о которых мы говорили ранее, и проверки наличия всех возможных наследственных заболеваний. Важно, что этот метод позволяет проверить у эмбриона количество хромосом. Если эмбрион окажется мозаичным, сможет ли он сам себя починить? Из экспериментов на мышах мы знаем, что это возможно, но у нас по-прежнему нет точных сведений, способны ли на самовосстановление человеческие эмбрионы.

Редактирование эмбриона

У преимплантанионной генетической диагностики есть более радикальная альтернатива — редактирование эмбриона. Чем пытаться отобрать эмбрион без генетических дефектов, не лучше ли откорректировать этот дефект на стадии половой клетки или эмбриона? Десятилетиями генная терапия зародышевой линии, то есть изменение ДНК яйцеклеток и сперматозоидов, вызывала тревогу из-за возможной передачи генетических изменений следующему поколению.

На одной стороне баррикад — те, кто хотел бы запретить подобную процедуру, потому что взаимодействие генов — это сложный процесс, и изъятие определенного так называемого болезнетворного гена может вызвать непредсказуемые побочные эффекты, которые испортят человеческий генофонд. Причина такого беспокойства в том, что, хотя некоторые расстройства, вызываемые единственным геном, хорошо изучены, большинство заболеваний вызваны взаимодействием множества генов с окружающей средой. Более того, многие черты, варьирующие от человека к человеку, такие как интеллект, настолько сложные, что мысль о предсказуемом воздействии на них через геномное редактирование кажется неправдоподобной [48]. На противоположной стороне баррикад находятся прагматики, которые считают, что все это — теоретические риски, которые не должны сдерживать реальный потенциал зародышевой генной терапии, способной уменьшить человеческие страдания.

В последнее время отношение к зародышевой генной терапии поменялось, отчасти благодаря тому, что методы генетических изменений стали более точными, а отчасти (как в случае ЭКО) потому, что недоверие к этой технологии сменилось признанием ее потенциальной пользы. Недавно Наффилдский совет по биоэтике пришел к выводу, что редактирование ДНК человеческого эмбриона с целью воздействия на черты будущего человека («наследуемое геномное редактирование») может быть морально допустимо [49].

В Великобритании Управление по оплодотворению и эмбриологии человека уже одобрило один из таких методов, который позволяет передавать через женщин генетические изменения следующим поколениям. Замена митохондрий была одобрена для того, чтобы избавить некоторые семьи от груза генетических заболеваний. Мы поговорим об этом методе подробнее, поскольку он отражает невероятный уровень тщательности (а так и должно быть), с которой репродуктология подходит к исследованиям.

Замена митохондрий

Митохондриальные болезни обусловлены группой генетических расстройств, которые в худшем случае вызывают слепоту, сердечную недостаточность и смерть. Для облегчения жизни пациентов созданы разнообразные методы терапии, однако для семей, страдающих самыми тяжелыми формами заболевания, важна именно профилактика.

Эмбриолог Мери Герберт и невролог Дуг Тернбулл из Ньюкасла, Англия, занимались продвижением нового метода генной терапии, дающего надежду на исцеление от этих метаболических расстройств. В Ньюкаслском предложении речь шла о детях с расстройствами, которые вызваны ошибками в генах, влияющих на работу митохондрий в качестве клеточных аккумуляторов.

Чтобы предотвратить заболевание, Герберт и Тернбулл хотели заменить дефектные митохондрии на здоровые, убрав из оплодотворенной яйцеклетки пронуклеус (содержащий ДНК матери и отца) и пересадив его в донорскую яйцеклетку женщины с нормально функционирующими митохондриями.

Из донорской яйцеклетки удаляется ДНК, но оставляются донорские митохондрии. Когда пронуклеус помещается в такую энуклеированную яйцеклетку, получается эмбрион с ядерной ДНК из родительских половых клеток, но с митохондриями (и митохондриальной ДНК) донорской яйцеклетки. Таким способом можно остановить наследование митохондриальных болезней, поскольку митохондрии передаются следующему поколению в основном через мать [50].

Закон Великобритании об оплодотворении и эмбриологии человека 1990 года запрещал проводить генетические модификации человеческих эмбрионов. Поэтому Тернбулл и Герберт вместе с политиками и пациентами добивались смягчения этого закона в отношении донорства митохондрий. Во время пересмотра закона в 2008 году было сделано исключение, разрешающее вносить изменение в митохондрии, но только в случае тяжелого заболевания и при условии безопасности процедуры. В 2015 году парламент проголосовал за то, чтобы в принципе разрешить этот вид терапии, а в 2017 году Управление по оплодотворению и эмбриологии человека одобрило донорство митохондрий для лечения пациентов.

За те годы, пока рассматривался вопрос о разрешении данной терапии, был разработан альтернативный метод, протестированный только на мышах, суть которого в том, чтобы изменить митохондриальную ДНК с помощью инструментов геномного редактирования [51]. Здесь имеются в виду ферменты митохондриально-адресованная цинк-пальцевая нуклеаза или митохондриально-адресованная система TALEN (transcription activator-like effector nucleases), которые можно сконструировать для вырезания специфических последовательностей ДНК и использовать для распознавания и удаления мутантной митохондриальной ДНК [52]. Когда ученые ввели эти ферменты с помощью модифицированного вируса в клетки сердечной мышцы, ее метаболизм улучшился. Эта методика может стать еще одним способом лечения митохондриальных болезней — способом, не требующим введения здоровых митохондрий из донорских яйцеклеток.

Геномное редактирование CR1SPR

Улучшение методов геномного редактирования важно не только для моей области, но и для всех биологических наук. Разумеется, генетическая модификация проводилась тысячелетиями с помощью искусственного отбора, но непосредственное манипулирование ДНК стало возможным примерно пятьдесят лет назад и обычно являлось неэффективным.

Серьезный прогресс наступил в 2012 году, когда был придуман высокоэффективный и более точный способ коррекции генетических дефектов. Метод был создан на основе природного механизма, имеющегося у бактерии Streptococcus pyogenes для защиты от вирусных атак. Он известен как CRISPR - аббревиатура от Clustered Regular Interspaced Short Palindromic Repeats, или короткие палиндромные повторы ДНК, регулярно расположенные группами. Это повторяющиеся последовательности ДНК, формирующие иммунную систему бактерии с набором ферментов Cas (от CRISPR-associated, или ассоциированные с CRISPR), которые под руководством молекул РНК, скопированных у вторгшихся вирусов, разрезают ДНК вируса, чтобы остановить его размножение.

Дженнифер Дудна из Калифорнийского университета в Беркли и Эммануэль Шарпантье из Университета Умео в Швеции умудрились трансформировать бактериальную систему CRISPR-Cas9 в простой программируемый инструмент для редактирования генома. Это было выдающееся открытие.

Здесь тоже не обошлось без опасений. Одно из них касается «эффектов мимо цели», когда ДНК разрезается в ненужном месте [53]. Чтобы не допустить подобное и улучшить попадание в цель, были разработаны новые варианты Cas9 [54]. Однако и в нужном месте редактирование может быть неточным. И даже попав в цель и аккуратно отредактировав, можно спровоцировать у некоторых людей иммунный ответ [55].

В США национальные академии наук, инженерии и медицины призывают к осторожности, но подчеркивают, что «предостережение не означает запрещение» [56]. В случае зародышевых линий они рекомендуют редактировать только те гены, которые приводят к тяжелым заболеваниям, и только при отсутствии других подходящих методов лечения.

В ноябре 2018 года Хэ Цзянькуй из Южного университета науки и техники в Шэньчжэне, Китай, нагнал на всех ужас, когда выяснилось, что он предположительно создал первых генномодифицированных детей. Он описал, как с помощью CRISPR/Cas9-технологии изменил гены, кодирующие рецептор, необходимый для проникновения ВИЧ (вирус, который вызывает СПИД) в белые кровяные клетки. Однако этот случай является примером плохой науки и плохой этики, поскольку существуют противоречивые предположения о вероятных молекулярных процессах и последствиях геномного редактирования [57]. Бен Хёрблут отмечает, что данная ситуация «создает возможность и насущную потребность внесения изменений в глобальное управление наукой» [58].

Что касается моей области, геномное редактирование способно улучшить наши представления о работе генов. С его помощью мы изучаем влияние генов на развитие мышиных эмбрионов. Этот метод используется и для человеческих эмбрионов, и первая лицензия на проведение таких экспериментов выдана Управлением по оплодотворению и эмбриологии человека моей коллеге Кэти Ниакан из Института Фрэнсиса Крика в Лондоне.

Чтобы проверить принцип действия, Кэти устранила с помощью геномного редактирования экспрессию гена ОСТ4, о котором мы говорили ранее и который важен для развития плюрипотентности клеток. В результате выяснилось, что ОСТ4 нужен человеческому эмбриону для того, чтобы правильно сформировать бластоцисту, а мышиному — для создания эпибластной линии плюрипотентных клеток в бластоцисте. Это подчеркивает ценность мышиных эмбрионов как модельных систем и одновременно демонстрирует, почему для понимания развития человека надо исследовать именно человеческие эмбрионы.

Это исследование, опубликованное в Nature, является важной вехой; впервые геномное редактирование было использовано для изучения функции генов человеческих эмбрионов [59]. Разобравшись в том, какие гены критически важны для успешного эмбрионального развития, мы сможем установить причины выкидышей. Кроме эмбрионального развития человека, ген ОСТ4 важен для изучения биологии стволовых клеток, поскольку участвует в самообновлении недифференцированных ЭС-клеток.

Вторая половина инноваций

Сегодня мы можем делать в лаборатории невероятные вещи: микрохирургию эмбрионов, проверку наличия болезнетворных генов, замену митохондрий и даже можем попытаться превратить клетки кожи в сперматозоиды и яйцеклетки или в эмбрион. Как я рассказывала в предыдущей главе, мы даже можем создать искусственные эмбрионоподобные структуры из стволовых клеток, чтобы разобраться в том, как эмбрион строит самого себя.

Но важно понимать, что у науки есть пределы. Хотя в последние десятилетия был достигнут значительный успех в снижении материнской смертности, ежегодно сотни женщин умирают от осложнений беременности или родов, таких как кровотечение и инфекция [60]. В основном это происходит в развивающихся странах, где осложнения беременности и родов остаются ведущей причиной смертности девушек подросткового возраста. Большинство таких смертей можно было предотвратить, но науке не справиться с подобной проблемой в одиночку. Требуются деньги и участие политиков.

Однако и в более богатых странах то, что на сегодняшний день может предложить женщинам репродуктология, вызывает, мягко говоря, разочарование. Даже сорок лет спустя ЭКО остается удивительно неэффективной процедурой. Для рождения Луизы Эдвардсу и Стептоу понадобилось десять лет и четыреста шестьдесят семь попыток ЭКО у двухсот пятидесяти пациентов, и сегодня средний уровень успешности этой процедуры у женщин до тридцати пяти лет по-прежнему лишь 29% на каждый цикл [61]. И несмотря на шумиху вокруг скрининга ЭКО-эмбрионов для создания «дизайнерских детей», у этой процедуры есть множество серьезных ограничений, упомянутых ранее, которые замалчиваются и сильно ограничивают ее успех.

Тем временем все больше женщин откладывают беременность, рожая детей под сорок лет и позже. Замораживание яйцеклеток — это один из способов сохранить фертильность и создать семью в будущем. Процедура включает сбор яйцеклеток, их заморозку и последующее размораживание для ЭКО. Хорошая новость в том, что яйцеклетки, замороженные путем витрификации (быстрой заморозки), похоже, имеют такие же шансы на успешное оплодотворение, как и свежие [62]. Так как после тридцати лет фертильность снижается, оптимальное время для сбора яйцеклеток до тридцати пяти лет, однако, согласно статистике, к этой процедуре в основном прибегают тридцативосьмилетние женщины, а многие делают это после сорока лет, когда шансов на будущую беременность еще меньше [63].

Разумеется, появляются новые прогрессивные возможности, такие как замена митохондрий и геномное редактирование. Но важно не терять из виду менее захватывающую работу, такую как повышение эффективности и надежности ЭКО, решение проблемы выкидышей и создание более точных методов тестирования нерожденных детей в первые недели беременности.

Повышение эффективности ЭКО

Хотя успех клиник ЭКО зависит от многих факторов, эта процедура до сих пор остается не столь эффективной. Она приводит к рождению ребенка у четырех из десяти женщин до тридцати пяти лет, но после этого возраста соотношение падает вплоть до одной успешной беременности на десять попыток для женщин старше сорока лет, а среди женщин старше сорока пяти лет лишь 2% становятся матерями в результате этой процедуры [64]. Несмотря на то, что вспомогательная репродукция существует больше сорока лет, более двух третей потенциальных родителей, прошедших цикл ЭКО, в итоге не получают ребенка, и этот факт просто шокирует [65]. ЭКО — это по-прежнему малоэффективная, дорогостоящая и стрессовая процедура. Многим женщинам мучительно осознавать, что очередная попытка ЭКО закончилась ничем.

Если оставить в стороне тот факт, что одни клиники ЭКО более квалифицированны, чем другие, в настоящее время предпринимаются усилия по улучшению технологии. Кое-что женщины делают сами, делясь на форумах секретами увеличения шансов на успех. Многое из этого — не более чем суеверия вроде употребления бразильских орехов, гранатового сока, жареной картошки, ананасовых огрызков и даже ношения носков. Не думаю, что доктора мешают пациенткам делать то, что помогает им успокоиться, если оно безвредно. Некоторые женщины пробуют акупунктуру, но, несмотря на иллюзию успеха, исследования показывают, что нет, акупунктура не работает [66]. Но есть исследования, согласно которым женщины, употребляющие в пищу больше свежих овощей, фруктов, цельных злаков, рыбы, оливкового масла и меньше красного мяса, имеют на две трети больше шансов забеременеть и родить, чем женщины, которые не придерживаются такой средиземноморской диеты [67].

Врачи — всего лишь люди, и у них тоже бывают свои ритуалы. Будучи ярым приверженцем научных доказательств, я рада, что хотя бы некоторые из них разоблачаются как суеверия. Например, существует техника «царапания эндометрия», когда перед проведением ЭКО на выстилающую оболочку матки наносится царапина или делается биопсия ткани. Есть и другое дополнительное и не бесплатное лечение, которое назначается пациентам для повышения успешности ЭКО. Однако крупное рандомизированное исследование показало, что все это не имеет никакой ценности и не связано с увеличением вероятности беременности и рождения детей [68].

Уже давно известно, что главный фактор успешности ЭКО — возраст женщины. Врачи советуют парам, планирующим одного ребенка, начинать попытки ЭКО, когда женщине меньше тридцати пяти лет, планирующим двух детей — когда женщине максимум тридцать один год, и трех детей — когда женщине двадцать восемь лет [69]. Поскольку мужчинам не свойственно такое строгое снижение фертильности, возраст женщины традиционно был в фокусе внимания, а период от двадцати до тридцати пяти лет остается самым безопасным для деторождения [70].

Но теперь появились доказательства, что возраст мужчины тоже имеет значение. Анализ девятнадцати тысяч циклов (количество пар: семь тысяч семьсот пятьдесят три), проведенных в центре ЭКО в Бостонском регионе в 2000—2014 годах, показал, что кумулятивный показатель рождаемости падает с увеличением возраста мужчин. Например, среди пар, где женщине меньше тридцати лет, а мужчине сорок — сорок два года, показатель рождаемости был ниже (46%), чем среди пар, где женщине меньше тридцати лет, а мужчине тридцать — тридцать пять лет (73%) [71]. Оказывается, у мужчин своя версия биологических часов.

Некоторые женщины бесплодны, поскольку их яйцеклетки не созревают должным образом, и в этом случае ЭКО бессильно. Но с каждым годом мы получаем все больше сведений о механизмах созревания яйцеклетки, в основном из исследований мышиных ооцитов, которые позволяют понять причины анеуплоидии яйцеклеток и потери беременности, и мы все чаще исследуем человеческие яйцеклетки тоже [72].

Как только яйцеклетка оплодотворяется, критическое значение приобретает питательная среда, в которой будет расти эмбрион. Среда может повлиять на правильность его развития. Разумеется, здесь очень важны методы оценки здоровья эмбриона, и приятно осознавать, что методика таймлапсов, разработанная нами для съемки эмбрионального развития мышей, используется сегодня для визуализации развития человеческих эмбрионов. Более мощное оборудование, эмбриоскоп (EmbryоScope), используемый нами в лаборатории, взят на вооружение некоторыми клиниками ЭКО для мониторинга развития эмбрионов — мониторинга, при котором их не нужно извлекать из инкубаторов. В то время как нездоровый эмбрион легко узнать по фрагментированным или слишком малочисленным клеткам, труднее определить, какой из нормально выглядящих эмбрионов имеет больше всего шансов на успешное развитие после переноса в матку. Съемка развития позволяет без извлечения из инкубатора установить, в какой момент эмбрионы достигают каждого критического периода в процессе шестидневного развития in vitro, и выбрать для переноса в организм матери самый перспективный экземпляр.

Но даже в этом случае методика является субъективной. Поэтому, на мой взгляд, нам нужен объективный, быстрый и простой способ оценки потенциала развития эмбриона. Что-то подобное используется в наших исследованиях и вскоре может стать полноценной методикой.

Как многое в науке, все началось со случайного наблюдения за движениями цитоплазмы яйцеклетки вскоре после оплодотворения. Это привело нас к сотрудничеству с Крисом Грэхемом, который был моим наставником во время проведения диссертационных исследований в Оксфорде, а также с командой математиков из Оксфордского отделения зоологии.

Чтобы проанализировать это движение, Крис представил нам новую технологию под названием «велосиметрия по изображениям частиц», разработанную для того, чтобы, например, отслеживать потоки воздуха, когда по небу проносятся облака. Эта технология позволила отследить движение частиц в яйцеклетке, и оказалось, что потоки цитоплазмы начинаются в виде струйки в месте проникновения сперматозоида, а затем продолжаются несколько часов в колеблющейся манере [73]. Мы выяснили, что эти потоки рождаются в ответ на колебания уровня ионов кальция, высвобождаемых в цитоплазму яйцеклетки после оплодотворения.

Хорошо известно, что для развития яйцеклетки необходим нормальный уровень кальция, но до появления этой новой технологии невозможно было оценить его уровень неинвазивным путем, то есть так, чтобы это не повлияло на развивающуюся яйцеклетку. Выяснилось, что по паттернам потоков цитоплазмы (их частоте и размеру) можно предсказать, получится ли из данной яйцеклетки здоровая мышь [74]. Карлу Свану из Кардиффского университета стало любопытно, есть ли такие же потоки в человеческой яйцеклетке, — и оказалось, что есть. Это потрясающе, ведь измерение потоков — полностью неинвазивный и объективный (количественный) способ предсказать жизнеспособность яйцеклеток, оплодотворенных in vitro, и тем самым значительно улучшить перспективы ЭКО.

Следующая проблема — внедрение данного подхода в клиники ЭКО, ведь для этого нужна более совершенная микроскопия, чем та, что применяется в них сегодня. В сочетании с другими технологиями для определения здоровья эмбриона (например, изучением его метаболизма и химического состава) этот подход может оказаться бесценным в ситуации, когда понадобится решить, какой из эмбрионов лучше подсадить матери [75].

Конечно, здоровье эмбриона не гарантирует беременность. Еще одна причина низкой успешности ЭКО — проблема с имплантацией, когда эмбрион для продолжения развития должен прикрепиться к выстилке матки. Наш метод помогает оценить здоровье эмбриона, что важно, но бесполезен, когда особенности организма матери затрудняют принятие эмбриона.

Есть разногласия по поводу того, одинаковы ли шансы на развитие у эмбрионов, достигших стадии бластоцисты на шестой день культивирования in vitro, и у эмбрионов, достигших этой стадии на пятый день. Сегодня это можно проверить. Моя коллега по лаборатории Марта Шахбази в сотрудничестве с Эмре Салли, Ричардом Скоттом и его командой из IVIRMA[23] , штат Нью-Джерси, показали, что человеческие эмбрионы, достигающие стадии бластоцисты in vitro за пять дней, развиваются лучше тех, которые достигают ее за шесть. С помощью этого метода можно улучшить условия культивирования при ЭКО, если установить пока неизвестные химические сигналы, которыми в разное время пользуется эмбрион.

Для повышения успешности процедуры ЭКО определенно нужно больше новых технологий, но даже при том, что многие из них уже разработаны, надо провести больше правильно организованных клинических испытаний, чтобы выбрать наиболее эффективные [76].

Хромосомные аномалии

Следующая причина провала ЭКО — ситуация, когда используются аномальные эмбрионы, зачастую те, что содержат клетки с неправильным количеством хромосом из-за ошибок митоза или мейоза [77]. После рождения Саймона, когда моя лаборатория выяснила, что существует механизм, который может компенсировать хромосомные аномалии, если в эмбрионе присутствует достаточное количество нормальных клеток, я задумалась о значении этого механизма самовосстановления для клиник.

Неспособность производить полностью нормальные эмбрионы (что определяется генетическим тестированием) для огромного количества женщин, проходящих ЭКО, означает конец репродуктивного периода. Считается, что в одних только США десятки тысяч эмбрионов могли быть отнесены к аномальным, имея лишь несколько аномальных клеток, и уничтожены, и это всего за один год [78].

По результатам многих исследований неожиданно большое количество человеческих эмбрионов содержат аномальные клетки. Такие мозаики из нормальных и аномальных клеток имеются у 30% ЭКО-эмбрионов [79]. Более того, оказалось, что женщины, проходящие ЭКО, рискуют меньше, чем принято считать, когда совершают немыслимое и имплантируют себе эмбрион, который, по результатам генетического тестирования, является мозаичным [80].

Если открытое нами самовосстановление мышиных эмбрионов верно и для человеческих, то часть (возможно, небольшая, но все же значительная, когда речь идет о родительских парах) из многих тысяч человеческих эмбрионов, отбраковываемых ежегодно, вполне могла вырасти в здоровых детей. Больно представить, сколько было таких пар, которые производили только частично аномальные эмбрионы и в итоге сдались.

Генетическое тестирование анеуплоидии подразумевает извлечение из эмбриона одной или нескольких клеток. Но если не все клетки человеческого эмбриона идентичны друг другу (как выяснилось в случае мышей), и одни клетки могут иметь больший потенциал развития, чем другие, важно, какие именно клетки берутся для тестирования. Действительно, было доказано, что биопсия эмбриона на ранней стадии снижает вероятность успешного ЭКО у женщин старшего возраста [81].

Но есть и другие проблемы, связанные с биопсией на поздней стадии бластоцисты, когда берутся клетки из трофэктодермы. Все потому, что клетки трофэктодермы не всегда отражают хромосомный состав внутренней клеточной массы, из которой развивается эмбрион [82]. Наши исследования мышиных эмбрионов показали, что, хотя во внутренней клеточной массе аномальные клетки подвергаются уничтожению путем апоптоза, в трофэктодерме подобная «зачистка» не происходит, и аномальные клетки не умирают, а просто замедляют свое деление.

Ситуация еще больше осложняется тем, что результаты тестов могут не совпадать. В исследовании описывается, как в одной лаборатории обнаружили анеуплоидию у одиннадцати эмбрионов, зато в другой такие же хромосомные аномалии были найдены только у одной пятой из этих эмбрионов, и лишь половина эмбрионов имели идентичные хромосомные профили [83]. Другими словами, многие эмбрионы, считающиеся аномальными, в действительности были мозаичными.

Благодаря этим сведениям по крайней мере некоторые клиники ЭКО меняют свою практику. Появились клиники, которые подсаживают мозаичные эмбрионы, если те выглядят нормальными, утверждая, что у эмбрионов есть шанс самостоятельно откорректироваться и развиваться как обычно. В 2017 году команда итальянских ученых сообщила о том, что перенос «аномальных» в плане набора хромосом эмбрионов может привести к здоровой беременности в зависимости от степени мозаичности и анеуплоидии [84].

Обычно мозаичные эмбрионы обнаруживаются в процессе эмбрионального скрининга, и когда в отсутствие другого выбора их решают использовать, больше родителей выигрывают от ЭКО [85]. Отрадно осознавать, что эксперименты моей команды с мышиными эмбрионами, вдохновленные историей моего Саймона, помогли разобраться в том, почему мозаичные эмбрионы могут развиваться нормально.

Диагностика беременности

Биопсия ворсинок хориона, CVS и амниоцентез являются инвазивными тестами и проводятся во второй триместр беременности (например, по нормам британской Национальной службы здравоохранения, диагностика аномалий проводится на восемнадцатой — двадцать первой неделе). Если обнаруживается проблема, перед матерью встает тяжкий выбор [86]. Разрабатываются альтернативные методы диагностики, позволяющие проводить скрининг в первом триместре, когда процедура прерывания беременности более безопасна.

Впервые красные кровяные клетки плода в материнском кровотоке были обнаружены в 1959 году, но только через десятки лет, в 1990 году, их удалось выделить, тем самым обеспечив потенциал их использования в неинвазивной пренатальной диагностике [87]. И лишь недавно, когда мы научились читать весь генетический код отдельной клетки, открылись возможности для пренатального скрининга по образцу материнской крови, что потенциально могло бы покончить с инвазивными методами вроде CVS и амниоцентеза.

Информационная РНК, циркулирующая в крови беременной женщины, уже используется для отслеживания развития тканей плода в третьем триместре [88]. К счастью, дородовый анализ крови, который можно проводить раньше, становится все более надежным и распространенным. В один прекрасный день генетический материал эмбриона, циркулирующий в материнской крови, станет использоваться для выявления проблем на ранних стадиях беременности.

Баланс репродуктологии

Мы все отягощены мнением и точкой зрения, которые могут влиять на то, что мы делаем. Здоровые люди веками проектировали здания, в которых людям с ограниченными возможностями нелегко жить и работать. Мужья веками считали, что если у них не получается иметь детей, то в этом виновата жена, и таких женщин клеймили позором.

Пока с одними членами общества поступали несправедливо из-за количества имеющихся у них X-хромосом, других наказывали за цвет кожи. В 1932 году, отражая расовые предрассудки того времени, Американская служба здравоохранения на базе Института Таскиги приступила к «Исследованию нелеченого сифилиса у чернокожих мужчин города Таскиги»; выяснилось, что триста девяносто девять больных сифилисом не получали никакого лечения — и даже когда в 1947 году стал доступен пенициллин, исследователи не предложили его своим испытуемым [89]. Мне до сих пор трудно в это поверить.

Проблема не в науке, а в культуре. Человеческое общество разнообразно, и мы должны радоваться этому и ценить силу этого качества. Когда в творческом процессе нет разнообразия, все неизбежно заканчивается формированием единственного, ограниченного и искаженного взгляда, тормозящего прогресс. В создании ребенка принимают участие и мужчина, и женщина (по крайней мере, какое-то время), и если мы хотим вывести репродуктологию на новый уровень, обогатить ее большим числом людей и более разнообразным и широким мышлением, нам нужно сбалансировать программу исследований. Когда речь идет об исследователях, необходимо равноправие.

Кто знает, каким бы был наш мир, если бы такие пионеры, как Хильда Мангольд и Розалинд Франклин[24] не умерли трагически в столь молодом возрасте. Заманчиво думать, что репродуктология была бы больше сосредоточена на том, как сделать воспроизводство более легким и комфортным для женщин.

Но все прекрасно понимают, что доживи Мангольд, Франклин и подобные им выдающиеся женщины до старости, вряд ли чаша весов сдвинулась бы от мужского контроля в сторону расширения женских прав и возможностей. Правда в том, что героическое повествование о гениальном ученом, трагически погибшем в молодом возрасте, может пересказываться бесконечно, как в случае Алана Тьюринга, Шринивасы Рамануджана и Блеза Паскаля. Многие талантливые женщины, погибшие прежде, чем реализовать весь свой потенциал, только в последние годы начали выходить из тьмы истории. С Ранней Античности шла борьба за признание вклада женщин в развитие общества. Борьба за то, чтобы женщины пользовались заслуженным уважением и руководили своей репродуктивной судьбой, началась с рождения эмбриологии две тысячи лет назад.

Глава 11

Танец жизни

При выполнении земляных работ для расчистки места под строительство нового музея современного искусства в центре Афин рабочие наткнулись на останки того, что, вероятно, было местом рождения эмбриологии. Проводя эту «эксгумацию» в 1996 году, строительная бригада обнаружила руины одного из первых университетов, Ликея, где Аристотель в IV веке до н. э. читал лекции о великом цикле жизни, от развития в утробе матери до превращения во взрослого и обратно к размножению [1].

Аристотель интересовался всем на свете и писал о физике, химии и космологии. Но больше всего он любил биологию. По некоторым данным, он препарировал и сравнивал анатомическое строение порядка тридцати пяти видов, включая сорокадневный человеческий эмбрион [2]. Исследуя эмбриогенез или, как он называл его, «становление», Аристотель говорил о «душе», но в более современном смысле одушевления жизни путем организации материи или обеспечения эмбриона набором функционирующих органов [3].

В своем труде «О происхождении животных» Аристотель описал то, как один человек порождает другого [4]. С учетом древности своих представлений он необычайно хорошо все понял. Джозеф Нидхэм в книге «История эмбриологии» [5] перечисляет одиннадцать идей Аристотеля в области эмбриологии, включая оспаривание преформизма (учения, утверждавшего, что изначально существует мини-версия полностью сформированного ребенка, который затем просто растет) и поддержку эпигенеза (учения о поэтапном формировании органов). Поскольку я сама увлекаюсь симметрией, мне нравится, что уже тогда Аристотель любил геометризировать животных шестью полюсами и тремя осями [6].

Арман Леруа, биолог-эволюционист, написавший книгу о необыкновенном вкладе Аристотеля в науку, заметил, что «Аристотель ответил, и ответил правильно, на вопрос о том, что является непосредственным источником дизайна, наблюдаемого нами у живых существ. Это информация, которую они наследуют от родителей» [7]. Удивительно, как ему удалось верно уловить суть во времена дремучих мифов и догм, господствовавших две тысячи лет назад.

Но, разумеется, Аристотель многие вещи совершенно не понимал [8]. Среди его ошибочных воззрений была идея о том, что женщины являются, как он выразился, «неполноценными» и отклоняются от мужской нормы, что пришло ему в голову после того, как он подметил женские черты у евнухов [9]. И непонятно почему (ведь это было легко проверить) он считал, что у женщин меньше зубов, чем у мужчин.

Со времени, когда Аристотель прогуливался среди садов Ликея, отношение к женщинам значительно изменилось. Однако эти изменения оказались недостаточными. В мире науки многим женщинам пришлось так долго добиваться заслуженного признания, что появился специальный термин «эффект Матильды» (названный так потому, что впервые этот феномен описала суфражистка и аболиционистка XIX века Матильда Джослин Гейдж), придуманный историком Корнеллского университета Маргарет Росситер, чтобы продемонстрировать предвзятость к достижениям женщин-ученых, чьи заслуги зачастую приписывались коллегам-мужчинам [10]. Примеры можно встретить во всех областях науки, и биология развития не исключение.

Сколько людей знает о том, что Нетти Мария Стивенс из колледжа Брин-Мар в Пенсильвании опровергла идею о том, что пол определяется окружающей средой (Аристотель советовал мужчинам зачинать сыновей летом), продемонстрировав, что за это ответственны X- и Y-хромосомы [11]? Обычно в качестве первооткрывателя половых хромосом упоминают ее коллегу и наставника Эдмунда Уилсона, несмотря на тот факт, что после смерти Стивенс от рака груди в 1912 году журнал Science упомянул ее всемирную репутацию [12].

Роль такого огромного количества женщин была маргинализирована или сведена к минимуму. Во Франции заслуга за открытую Мартой Готье в конце 1950-х причину синдрома Дауна перешла коллеге-мужчине Жерому Лежену. Полька по происхождению Мария Склодовская-Кюри в силу необходимости проводила свои исследования в Париже и стала первой женщиной — лауреатом Нобелевской премии 1903 года (по физике), но проиграла один голос, когда в 1910 году была выдвинута в члены Французской Академии наук [13]. На следующий год она получила Нобелевскую премию по химии, став единственным человеком, удостоенным этой премии в двух разных научных областях, но Академия отказывалась принимать первую женщину в свои полноправные члены на протяжении последующих семидесяти лет, пока в 1979 году ею не стала математик Ивонн Шоке-Брюа [14]. В Америке Джошуа Ледерберг получил Нобелевскую премию 1958 года, которую больше заслужила его жена Эстер Ледерберг за свои исследования в области генетики бактерий, включая открытие заражающего бактерии вируса [15]. Кэндис Перт, будучи аспиранткой в Университете Джона Хопкинса в Балтиморе, помогла открыть опиатный рецептор (место на поверхности клетки, с которым связываются в мозге эндорфины — собственные обезболивающие организма) и, как известно, протестовала, когда только мужчины разделили Премию Ласкера (часто рассматриваемую как предшественницу Нобелевской премии) за исследование этого рецептора и энкефалинов, еще одних связывающихся с ним обезболивающих [16]. И еще множество других подобных примеров, не считая, разумеется, тех, о которых мы никогда не узнаем.

Гонка

Когда я выхожу на утреннюю пробежку, мои мысли убегают в прошлое. Они проносятся сквозь мою жизнь и заставляют осознавать, что я больше всего ценю и сколько всего упускаю прямо сейчас.

Радость от открытия чего-то важного, о чем никто раньше не знал, встречи с чудесными людьми во время поездок по всему миру на конференции или для прочтения лекций, удовольствие от работы в блестящей команде и осознание того влияния, которое когда-нибудь окажут наши исследования, — все это мощные мотиваторы.

Я обожаю науку, но в ней есть свои трудности. Когда от ученых постоянно ждут каких-то восхитительных новых идей, одну за другой, это необычайно увлекательно, но что случится, если не сможешь вовремя до них додуматься? Есть беспощадное давление в виде необходимости решать научные проблемы, многократно перепроверять результаты собственных экспериментов и, ко всему прочему, всегда излучать энтузиазм, мотивирующий команду на работу, а спонсоров — на финансирование исследований, которые отнюдь не дешевы.

Большинство ученых вынуждены в сжатые сроки подготавливать множество заявок на гранты, чтобы иметь возможность продолжать исследования и платить зарплату своей команде, да и самим себе тоже. Для написания каждой заявки надо напрячься, чтобы объяснить все детали задуманного эксперимента, который, как вы надеетесь, поднимет науку на новый уровень, и непременно сопроводить это предварительными экспериментами, доказывающими, что ваша задумка в принципе реальна. Приходится объяснять рецепт успеха с точки зрения вашей наилучшей идеи, как вы к ней пришли и как собираетесь претворить в жизнь: как, прежде всего, будете искать подходящих людей, оборудование, реагенты, выбирать методы анализа и т. д. А на очереди — целый ворох бланков, ждущих заполнения. Это требует долгих дней и многих ночей, остается совсем мало времени на что-то другое.

Все эти усилия не зря, если через несколько месяцев выяснится, что вас собираются финансировать. Но будет больно, если вам откажут, и просто невыносимо, когда вы обнаружите (как я сама недавно), что четыре рецензента, рассматривавших вашу заявку, были к вам очень благосклонны, но вы проиграли потому, что еще один рецензент решил все испортить слабой оценкой.

Наука — это конкуренция, и у вас нет другого выбора, кроме как вложить еще больше времени и эмоциональной энергии в написание очередной заявки и придумать еще более умную идею и эксперименты, если хотите продолжать.

За все приходится платить.

Продолжая утреннюю пробежку, я вспоминаю, как, будучи беременной Наташей, днями и вечерами готовила заявку на крупный грант. И даже после ее рождения была по-прежнему поглощена работой, потому что моя команда исследовала новый научный путь. Когда я обнимала Наташу и имела дело со всеми радостями и хлопотами материнства, от кормления грудью до бессонных ночей, мои родительские инстинкты были направлены не только на дочь. И все же я благодарна, что малышка Наташа была рядом со мной в тот мрачный день, когда я, находясь с лекциями в Америке, получила сокрушительное известие о том, что ее дедушка, мой отец и наставник, только что умер.

Я очень сильно люблю Наташу, но не уверена, что была тем самым человеком, который услышал ее первые в жизни слова. Я едва помню тот момент, когда она превратилась в настоящего ребенка. Пока она пробовала вставать, а потом ходить, мое исследование дифференциации клеток переживало нападки со стороны коллег, открыто и публично ставилось под сомнение, и я находилась под чудовищным давлением необходимости добыть еще больше доказательств правильности моих результатов, не только ради моей репутации, но и репутации всей команды.

Я также пропустила момент, когда Саймон делал первые шаги, несмотря на то, что он вопреки всему явился на этот свет. При любой возможности я брала Саймона, Наташу и Дэвида с собой на конференции, чтобы нам не пришлось расставаться, однако, едва приехав домой, мы с Дэвидом фокусировались на наших проектах, чтобы держать их на плаву.

Порой мне кажется, что я упустила многие важные этапы взросления своих детей. То и дело кто-то из них спрашивает, почему я веду себя не как другие мамы, которые каждый день забирают детей из школы, общаются между собой за утренней чашкой кофе и всегда находятся дома. Бывает, я и сама себя об этом спрашиваю. Огромная часть меня хотела бы этим заниматься.

Я пытаюсь совмещать чудеса и обязательства исследовательской деятельности с глубоким наслаждением повседневной жизнью с любимыми, со всей ее мелкой рутиной вроде уборки постели, готовки, семейных ужинов, приготовлением одежды на завтра и чтением книжки Саймону или разговорами с ним, прежде чем он заснет.

Чтобы справиться со стрессом, я ежедневно бросалась на утреннюю пробежку с Наташей, а затем и с Саймоном. Теперь они стали слишком резвыми, чтобы бежать рядом со мной. Они обогнали меня давным-давно.

Как быстро пролетело время, но я благодарна за две обогащающие меня жизни — дома и в лаборатории, — которые сплелись в одну.

Баланс и разнообразие

Последние тридцать лет я сражалась за то, чтобы сбалансировать жизнь ученого и преподавателя с ролью жены, матери и друга, и возможно, что трудности подобной задачи вызваны тем, что мы по-прежнему имеем дело с наследием Аристотеля. Да, наука держится на скептицизме и поиске объективных ответов, и да, мужчинам тоже приходится метаться между работой и личной жизнью, но даже сегодня, невзирая на такой сильный прогресс, все еще может быть так, что кто-нибудь из коллег-мужчин более критичен (в лучшем случае) по отношению к женщине, чем ее коллеги женского пола. Я смирилась с фактом, что кто-то может отнести меня к тем «трудным женщинам», которые считают, будто их мысли и идеи также важны, как мысли и идеи работающих рядом с ней мужчин.

Когда в 2000 году я начала работать с собственной исследовательской группой, мне требовалось гораздо больше знаний, чем основы проведения эксперимента или выступление с докладом. Несмотря на десятки лет опыта, я все еще учусь. Ошибки неизбежны, но если вы остались верны тому, что согласуется с вашими убеждениями, это значит, что ошибки не обернулись разочарованием. Теперь, когда я сама выбираю членов своей команды, я думаю не только о науке, которой мы будем вместе заниматься, но и о создании атмосферы, для которой сильное чувство искренней дружбы и поддержки важны так же, как совершение открытий. Я хочу видеть в своей команде любознательных, широко мыслящих и не боящихся задавать сложные вопросы людей, но кроме этого, добрых и не скрывающих своих чувств.

В исследованиях для меня всегда имела значение интуиция. Вы можете решить, что наука строго объективна, но она делается живыми людьми. Наука начинается на уровне личности с выбора вопросов, которые вы бы хотели задать, с придумывания собственного способа найти ответ и формирования своего уникального «научного голоса». Я решила заниматься теми вопросами, которые по-настоящему меня вдохновляют и которые, я надеюсь, вносят свой вклад в науку, а не просто следуют последней моде. Ступить на нетривиальную тропу мне помогает моя семья и та молодежь, что работает под моей опекой.

И в этом плане я поняла, как важно для меня наставлять начинающих ученых, многие из которых — женщины. Я стараюсь лелеять своих «лабораторных детей» согласно их нуждам. Насколько сильно я верю в справедливое отношение ко всем, настолько же сильно я верю, что нельзя со всеми обращаться одинаково. Каждый человек уникален. Некоторые сами по себе — и подходят ко мне лишь тогда, когда сталкиваются с трудностями при проведении экспериментов, кому-то нравится только обсуждать свои успехи, а другие любят встречаться регулярно. Какими бы разными мы ни были, когда наши идеи взаимодействуют, смешиваются и усиливают друг друга, мы сообща продвигаем науку.

Что касается моих настоящих детей, я очень сильно люблю их, без вопросов, и каждый из них по-своему мой «любимчик». Несмотря на сложное начало жизни (а может быть, именно поэтому), Саймон является бесценным свидетельством моих ошибок и открытий, сделанных до и после его рождения.

Он тот, кто бесстрашно сопровождает меня ночью, когда я отправляюсь в кромешную тьму на поиски нашего черного кота. Он бросается открывать дверь, когда я возвращаюсь с работы домой, и спрашивает, как прошел мой день. Он очень восприимчивый к чувствам, на которые многим людям просто плевать. Он тот, кто звонит мне, когда я не прихожу на ужин в семь вечера, и приказывает мне немедленно покинуть лабораторию. Он может очень красиво нарисовать все что угодно, но особенно хорошо у него выходят портреты женщин. Он говорит, что самое важное в них — это глаза, по которым можно все прочитать.

Моя дочь — любящая, полная энергии и огромного воодушевления (я храню ее детские стихи как сокровища), и пока я пишу, она усердно учится (но по-прежнему пишет стихи каждый день). Хотя она застенчивая, актерская игра — это ее страсть, и выходя на сцену, она будто светится изнутри. Она очень организованная и временами помогает привести в порядок мою жизнь (я менее практичная, вся в отца). Она — моя ожившая фантазия об идеальном ребенке. Недавно она объявила, что хочет изучать медицину. Возможно, она все-таки станет ученым.

Я стараюсь подходить к каждому «ребенку» индивидуально (дома или в лаборатории), но, в конечном счете, все они — моя семья. Я могу рассчитывать на них в том случае, когда наши результаты расходятся с общепринятым мнением и подвергаются публичным нападкам со стороны влиятельных в области науки фигур. Не знаю, как бы я справилась со всем этим без поддержки Дэвида. Опираясь о него, я могла подставить плечо другим.

Чтобы преодолеть весь скептицизм, мне приходилось повторять наши эксперименты (один за другим и независимо) в моей лаборатории с помощью многих разных ученых. Это была изнурительная, многолетняя и беспокойная работа. Хотя это был один из тяжелейших периодов моей жизни, оглядываясь назад, я думаю, что этот болезненный опыт того стоил.

К счастью, меня поддерживала моя семья (дома и на работе, мужчины и женщины), которая верила в меня, и именно благодаря этому я пережила непростые времена, не бросила заниматься наукой. К слову, именно этим наука и отличается: можно выиграть спор с помощью разума, доказательств и достаточного количества времени. Если вы действительно правы, разумеется.

Научная культура скептицизма, проверок и формирования предварительной договоренности — это, вне всяких сомнений, наиболее значительное человеческое достижение. Вот почему из всех наших стремлений именно наука оказывает самое существенное влияние на повседневную жизнь, от регенеративной медицины до репродукции человека. Польза регенеративной медицины еще не вполне ощутима, зато со дня рождения Луизы Браун на свет появились многие миллионы ЭКО-детей, и сегодня у родительских пар больше возможностей контролировать свою судьбу, чем когда-либо в истории человечества.

Однако наукой должны заниматься как мужчины, так и женщины. Необходима более сбалансированная и позитивная картина, как та, что описана в великолепной книге Анджелы Сайни «Inferior: How Science Got Women Wrong — and the New Research That’s Rewriting the Story» («Неполноценные: как наука ошибалась по поводу женщин, и новое исследование, которое перепишет историю») [17]. Несмотря на все сказанное и сделанное, гендерное неравенство по-прежнему существует. Исследование 2018 года с использованием более чем десяти миллионов научных статей показало, что среди старших авторов женщины встречаются реже [18]. А согласно недавним исследованиям, рецензенты низко оценивают заявки на грант, представленные женщинами. Мужчины с большей вероятностью, чем женщины, задают вопросы после прослушивания научных докладов [19]. Сомневаюсь, что женщины менее любознательны. Но я действительно считаю, женщины до сих пор боятся выступать на публике. Мне самой потребовались годы, чтобы побороть стеснительность и выйти на сцену и рассказать о своей науке.

Наука — это продукт коллективных усилий и догадок. На фоне брексита, ксенофобии и подъема активности крайних правых наука — это маяк, который светит разнообразию, сотрудничеству и свободному перемещению людей и мыслей. Однообразие наскучивает. Разнообразие будоражит. Моя лаборатория — это идеальный пример мультикультурной среды. Мои сотрудники — представители Испании, Кипра, Канады, Китая, Индии, Италии, Германии, Турции, США, Великобритании и, конечно, Польши, и я уверена, что это разнообразие делает нас успешными. Быть может, разнообразие клеток раннего эмбриона, которое я так долго изучала и которое доставило мне столько хлопот, тоже позволяет эмбриону успешнее строить самого себя.

Работая вместе, мы можем разгадать много загадок о том, как начинается жизнь и как по-разному нарушается симметрия на разных стадиях эмбрионального развития. Изучив фундаментальные принципы развития и вскрыв наиболее важные детали, мы можем сделать гораздо больше ради того, чтобы устранить осложнения беременности, разработать более мягкие методы диагностики и ЭКО и подарить парам больше шансов родить здорового ребенка.

Превратив исследовательскую деятельность в предприятие, где мужчины и женщины работают рука об руку, организуют изящные эксперименты и координируют легчайшие вспышки прозрений, мы откроем гораздо более тонкие, динамичные и важные детали танца жизни.

Дальнейшие действия

История моих исследований может показаться бесконечной борьбой. Все потому, что зачастую так оно и есть, но еще чаще наука — это увлекательное, обогащающее и невероятно веселое занятие. В ней столько же красоты, сколько силы. И все-таки наука может стать еще сложнее в том случае, если вы женщина, не в последнюю очередь потому, что семейные обязательства выходят далеко за рамки необходимости вынашивать ребенка девять месяцев, а также из-за предвзятого отношения, о котором я только что рассказала.

В последние годы я столкнулась с трудным выбором. Финансирующий орган, который годами поддерживал мои исследования, наполовину сократил штат моей команды, на треть урезал финансирование и попросил меня сосредоточиться на изучении человеческих, а не мышиных эмбрионов. Я должна была либо уменьшить свою команду и отказаться от большинства экспериментов с мышиными эмбрионами, что продвигали науку последние тридцать лет, либо написать еще больше заявок на гранты, чтобы достичь наших целей. Новость меня шокировала, но, как это часто бывает в жизни, когда одна дверь закрывается, открывается другая. Мне повезло, что в последние несколько лет мне поступали предложения перенести лабораторию из Кембриджа в другую страну.

Дом и семья всегда были для меня на первом месте. Однако мое мировоззрение начало меняться с тех пор, как несколько лет назад я посетила Стэнфордский университет в Калифорнии, райское место неподалеку от Силиконовой долины, где обосновались многие выдающиеся ученые. Приехав в этот обширный, залитый солнцем кампус, я увидела больше велосипедов, чем студентов, и почувствовала себя как дома. Ощущение усилилось после того, как я немного пообщалась с Беном Барресом, заведующим кафедрой нейробиологии. Он был отличным собеседником, одновременно сильным и мягким. Он убедил меня всерьез подумать над переездом моей команды из Кембриджа в Соединенные Штаты и заметил, что я, безусловно, должна работать в Стэнфорде, где более открытая и всеобъемлющая культура.

Жизненная история Бена изумляет. Тогда я не знала, но в 2006 году Роджер Хайфилд беседовал с ним по поводу комментария, написанного Беном в ответ на негодование, вызванное высказыванием Лоуренса Саммерса, бывшего президента Гарвардского университета, о том, что дефицит женщин в верхних уровнях науки, возможно, обусловлен их биологическими особенностями, касающимися то ли отсутствия драйва, то ли фундаментальных различий в устройстве мозга, хотя он допустил, что социальные и культурные факторы тоже имеют значение [20].

В Стэнфорде Бен руководил исследованием функций глиальных клеток в мозге. К дебатам о несправедливом отношении к женщинам со стороны научного истеблишмента, где доминируют мужчины, у него было свое уникальное отношение. До 1997 года его звали Барбара, пока он в возрасте сорока трех лет не сменил женский пол на мужской.

Анализируя данные исследований на тему предвзятости в науке, а также свой личный опыт, Бен утверждал, что нехватка женщин в передовых научных областях больше связана с предвзятостью, чем со способностями. Когда Бен еще был Барбарой, он сильно разочаровался в Массачусетском технологическом институте, где получил степень бакалавра. В первый же день Барбаре не поверили, что она решила сложную математическую задачу, предположив, что за нее это сделал бойфренд.

Бен рассказал Роджеру, что, уже будучи мужчиной, случайно подслушал слова одного ученого: «Бен Баррес провел сегодня отличный семинар, а его исследования гораздо лучше, чем у его сестры». Однако сам Бен считал, что его научные познания и интересы остались прежними, а качество его работ не изменилось с тех пор, как он был Барбарой. Там, где другие видели глубинные различия между мужчинами и женщинами, Бен видел только дискриминацию. Он сказал: «Когда идет речь о предрассудках, факты не так важны — многие мужчины уже для себя решили, что женщины менее способны в той или иной области, и данные, свидетельствующие об обратном, не всегда могут изменить их мнение».

По его словам, некоторые женщины не осознают, что их воспринимают иначе, поскольку никогда не знали другого обращения. Какое верное замечание. Роджер спросил, сменил ли Бен пол ради того, чтобы преуспеть. «Нет, — ответил он. — Я проделал весь путь до своей должности будучи женщиной, и на том этапе карьеры смена пола не могла ничего изменить».

Пока я пишу эти строки, я близка к тому, чтобы занять должность в Калифорнийском технологическом институте — этом генераторе исследований, расположенном в Пасадене, округ Лос-Анджелес, штат Калифорния. Переехать за 5500 миль с двумя семьями, домашней и лабораторной, чтобы начать новую жизнь, — это грандиозная затея для всех участников, но мы надеемся, что переезд будет того стоить. В отличие от Великобритании с ее дефицитом финансирования и неопределенностью брексита, я видела в новом месте огромную и захватывающую возможность.

Я стремлюсь охватить все чудеса развития, что начинаются с момента встречи сперматозоида и яйцеклетки. Оплодотворенное яйцо — первоэлемент биологической формы. Что может быть интереснее, чем наблюдать за тем, как асимметрия вмешивается в развитие раннего эмбриона, чтобы создать нас такими, какие мы есть? Что может быть важнее, чем выяснение деталей рассказа о том, как вы стали вами?

Я горю нетерпением больше узнать о скрытом путешествии, в которое нам всем приходится пускаться, чтобы превратиться из единственной оплодотворенной клетки в тридцать семь триллионов клеток. Я все еще стремлюсь разгадать многие оставшиеся тайны клеточной хореографии. И я до сих пор обожаю изучать скрытую программу, которая формирует нас всех, древние секреты клеточной хореографии и необычайное путешествие клеток, генов, яйцеклетки и сперматозоида, которые составляют танец жизни.

Благодарности

Эта книга вынашивалась больше десяти лет. Идея создания восходит к 2005 году, когда нас познакомил нобелевский лауреат Джон Гёрдон. Результатом стала статья Роджера [Хайфилда] в Daily Telegraph, которая впервые осветила нетрадиционные для того времени идеи Магды [Зерники-Гетц] о происхождении различий между клетками раннего эмбриона. С тех пор она и ее многочисленные коллеги расширили эту работу, в основном исследованиями на мышах, раскрыли детали самоорганизации и самовосстановления эмбриона и совершили множество технических достижений, от создания эмбрионоподобных структур из стволовых клеток в культуре до технологии более продолжительного, чем когда-либо, культивирования эмбрионов в лаборатории. И, конечно же, замечательная история ее сына Саймона вдохновила ее на новое направление исследований.

Мы благодарны за то, что нашу книгу с таким энтузиазмом поддержал наш агент Питер Таллак из агентства The Science Factory в Гамбурге, Германия. Мы также получили огромную пользу отдельных советов и хороших предложений наших редакторов, Джейми Джозефа из издательства Penguin Random House в Лондоне и Эрика Хенни из издательства Basic Books в Нью-Йорке, а также его коллег Мелиссы Веронези и Сьюзен ВанХекке.

Мы полагались на прямую или косвенную помощь большого числа людей через электронные письма, конференции, встречи и документы. Роджер смог опираться на интервью, которые проводил на протяжении многих лет с самыми разными людьми, от Роберта Эдвардса, Бена Барреса, Джима Уотсона и Дуга Мелтона до Синъи Яманаки, Энн Макларен, Луизы Браун и Яна Уилмута. Мы так или иначе обязаны людям, которых перечислим ниже, однако хотим подчеркнуть, что любые ошибки, которые могут быть в этой книге, мы сделали сами.

Биология развития и стволовых клеток — это поразительно насыщенная область, и нам остается только извиниться перед теми учеными, чьи заслуги мы не упомянули или упомянули лишь вскользь.

Несколько человек прочитали черновики рукописей и дали свои советы, поделились замечаниями, за что мы им очень благодарны: Питер Брауд, Агата Доминик, Мэтью Фримен, Дэвид Гловер, Джон Гёрдон, Джулиан Хичкок, Мартин Джонсон, Якуб Халаф, Брайан Миллар, Питер Момбаертс, Кэти Ниакан, Джон Пайне, Ли Сакс и Марта Шахбази.

Отдельные пункты и главы мы проверили с теми, кто не скупился на свое время и отзывы: Бернадетт С. Де Баккер, Гарри Клифф, Питер Ковени, Мартин Эванс, Бен Херлбут, Арман Лерой, Каролина Пиотровска-Нитше, Мартин Рис, Анджела Сайни, Дуг Тернбулл, Джон Уэбстер и покойная ныне Мери Варнок.

Эта книга построена на научных исследованиях, и Магда хотела бы выделить следующих людей за их особенно важное и ценное влияние на ее мышление: Джона Гёрдона, Мартина Эванса, Ричарда Гарднера, Джона Пайнза и Анджея Тарковского.

Магда смогла построить свою карьеру в Соединенном Королевстве благодаря неизменной поддержке и вере в нее со стороны Джона Гёрдона, Мартина Эванса, Габриэля Хорна, Энн Макларен и Билла Харриса. Она также хотела бы поблагодарить ЕМВО, Институт Листера, ERC и Wellcome Trust за поддержку ее поисков ответа на самый главный вопрос: как мы пришли в этот мир?

На протяжении многих лет рядом с ней работали многие энергичные и прилежные женщины и мужчины, чье разнообразное прошлое, личные качества и профессиональные навыки повлияли на развитие этой истории: Анна Айдук, Джан Амадей, Фран Антоника, Иван Беджов, Моника Белецкая, Алекс Брюс, Ли Карпентер, Неофит Кристодулу, Паула Коэльо, Энди Кокс, Стивен Франкенберг, Мубин Гулам, Джоанна Грабарек, Сара Грэм, Дионн Грей, Сима Гревол, Шарлотта Хэндфорд, Сейки Харагути, Сара Харрисон, Анна Хупаловска, Агнешка Едрусик, Кристос Киприану, Рози Лартер, Сай Леунг, Карин Ликке-Андерсен, Кирсти Макинлей, Руи Мартинс, Сиголен Мейлхак, Даниэль Меснард, Маттео Моул, Кэтрин Мур, Саманта Моррис, Джи На, Лоренцо Ориетти, Марина Панамарова, Эмлин Парфитт, Каролина Пиотровска-Нитше, Береника Плюса, Гаэль Речер, Люси Ричардсон, Марта Шахбази, Ханна Шарплин, Шрути Сингла, Мария Скамагки, Мигель Соарес, Берна Созен, Бернхард Штраус, Рой Тео, Мария-Елена Торрес-Падилья, Джульетта Тиндаль, Санна Вуористо, Роберта Вебер, Антония Веберлинг, Флоренс Винни, Кшиштоф Вичер, Цян By и Мэн Чжу.

Без сотрудничества наука не была бы такой веселой, полезной для общества или вообще осуществимой, и Магда хотела бы поблагодарить своих многочисленных замечательных сотрудников, с которыми работала все эти годы. Список может быть длинным, но в контексте этой книги мы хотели бы выделить клиники ЭКО, которые внесли свой вклад в ее работу. В частности, мы благодарим Саймона Фишеля, Элисон Кэмпбелл и их коллег из CARE Fertility, а также Карлоса Саймона, Эмре Сели и Ричарда Скотта из клиники IVI-RMA вместе с их коллегами, а также всех родителей, которые решили пожертвовать свои эмбрионы для этого исследования. Мы и будущие поколения в долгу перед вами.

Мы также хотели бы поблагодарить соответствующие учреждения образования за созданную ими благоприятную творческую среду. Магда благодарна университетам, в которых является профессором, а также своим коллегам в каждом из них: кафедре физиологии, биологии развития и нейробиологии Кембриджского университета, особенно Биллу Харрису, Грэму Бертону, Саре Брей и Биллу Колледжу; и Калифорнийскому технологическому институту, особенно Стивену Майо, Марианне Броннер и Карлосу Лоису. Магда также благодарна Сидни-Сассекс-колледжу, где она стипендиат. Роджер благодарит группу Музея науки, в частности Яна Блатчфорда, Джонатана Ньюби, Пита Дикинсона и Джессику Ллойд-Райт, а также Конни Орбах и Линг Ли, кураторов выставки Музея науки «ЭКО: шесть миллионов детей спустя». Он также благодарен Школе патологии сэра Уильяма Данна Оксфордского университета и кафедре химии Лондонского университетского колледжа, где он является приглашенным профессором.

Наши друзья оказали нам большую поддержку, начиная от советов и заканчивая неформальной терапией. Магда хотела бы поблагодарить Дороту Берент, Эву Борсук, Марианну Броннер, Джуд Браун и Умара Салама, Ци Чен, Аню Цемерыч-Литвиненко, Мари-Лора и Жана-Франсуа де Клермон-Тоннер, Джерри Крэбтри, Агнешку де Рулак, Мачека Дунайского, Тони Кузаридиса, Яцека Кубяка, Рона Ласки, Питера Лоуренса, Эву Леванович, Бренду Майо, Алана Мидцлбрука, Джинни Папайоану и Саймона Шама, Доминику Пщолковска и Тадеуша Москицки, Беату Ромашко, Ханну Сидорович, Лилу Сольница-Крезель, Фила и Вальдо Сориано, Ольгу Токарчук, Петра Вегленского, Лиз Винтер, Еву Заневскую, Терезу и Йолу Зерницких. Роджер хотел бы поблагодарить Самиру Ахмед, Энн, Джейн и Джорджа Блумбертов, Ричарда и Леа Брукс, Нила Бакли, Фрэн Кордейро, Эвана Дэвиса, Кристин Дерретт, Джонатана Дорфмана, Грэма Фармело, Пола Франклина, Кэрол Гэннон, Хизер Гизинг, Маргарет Гилмор, Марка Глэнвилла, Мартина Годфри, Фила Килро, Джима Лори, Джеймса Лайла, Майкла Махони, Имона Мэтьюза, Кристин Макки, Раджа Персо, Дэвида и Фиону Сандерсон, Марка Седлера, Тома Стэндидж, Лизу Таннер, Марка Томпсона, Мартина и Кэролайн Уинн.

Наконец, мы хотели бы поблагодарить наши семьи за их невероятное терпение и терпимость во время нашего долгого совместного писательского путешествия, которое, хотя и было вдохновляющим, однако вынуждало вставать рано и засиживаться до глубокой ночи. Магда хотела бы выразить свою сердечную благодарность и любовь Дэвиду, Наташе и Саймону, а Роджер — Джулии, Холли и Рори.

Мы приветствуем их всех, наших партнеров в танце жизни.

Магдалена Зерницка-Гетц, профессор биологии развития млекопитающих и биологии стволовых клеток в Кембриджском университете, руководитель лаборатории на кафедре физиологии, биологии развития и нейробиологии; Бреновский профессор биологии и биоинженерии в Калифорнийском технологическом институте, где она открыла собственную лабораторию в сентябре 2019 года; стипендиат Сидни-Сассекс-колледжа и фонда Wellcome Trust (стипендия старшего научного сотрудника); владелец нескольких патентов, касающихся диагностики и лечения, автор порядка ста пятидесяти научных статей и книжных глав в таких престижных журналах, как Nature, Science и Cell. Живет в Кембридже, Великобритания, и в Лос-Анджелесе, штат Калифорния, США.

Роджер Хайфилд, писатель, журналист, телеведущий и научный директор Ассоциации британских музеев; приглашенный профессор по связям с общественностью в Оксфордском университете и Университетском колледже Лондона. До работы в Ассоциации британских музеев был редактором New Scientist и научным редактором Daily Telegraph. Является автором и соавтором восьми научно-популярных книг и редактором двух книг Дж. Крейга Вентера, особенно «А Life Decoded» (Allen Lane / Viking, 2007), которая была номинирована на премию Science Book Prize Королевского научного общества. Живет в Лондоне.

Ссылки

Введение. Концепция

[1] Eva Bianconi, Allison Piovesan, Federica Facchin, Alina Beraudi, Raffaella Casadei, Flavia Frabetti, Lorenza Vitale, Maria Chiara Pelleri, Simone Tassani, Francesco Piva, Soledad Perez-Amodio, Pierluigi Strippoli, Silvia Canaider. An Estimation of the Number of Cells in the Human Body. Annals of Fluman Biology 40. No. 6 (2013): 463-471. Doi: 10.3109/03014460.2013.807878. Elizabeth Howell. How Many Stars Are in the Milky mTy7Space.com, March 30. 2018. URL: www.space.com/25959-how-many-stars-are-in-the-milky-way. html.

[2] Human Cell Atlas. URL: www.humancellatlas.org. Дата обращения: 04.04.2019.

[3] Eleftheria Pervolaraki, James Dachtler, Richard A. Anderson, Arun V. Holden. Ventricular Myocardium Development and the Role of Connexins in the Human Fetal Heart. Scientific Reports 7 (2017), article 12272. Doi: 10.1038/s41598-017-11129-9.

[4] К. E. Garcia, E. C. Robinson, D. Alexopoulos, D. L. Dierker, M. F. Glasser, T. S. Coalson, С. M. Ortinau, D. Rueckert, L. A. Taber, D. C. Van Essen, С. E. Rogers, C. D. Smyser, P. V. Bayly. Dynamic Patterns of Cortical Expansion During Folding of the Preterm Human Brain. Proceedings of the National Academy of Sciences 115. No. 12 (2018): 3156-3161. Doi: 10.1073/pnas. 1715451115.

[5] A. J. De Casper, W. P. Fifer. Of Human Bonding: Newborns Prefer Their Mothers’ Voices. Science 208. No. 4448 (1980): 1174—1176. Doi:10.1126/science.7375928; S. Zoia, L. Blason, G. D’Ottavio, M. Bulgheroni, E. Pezzetta, A. Scabar, U. Castiello. Evidence of Early Development of Action Planning in the Human Fetus: A Kinematic Study. Experimental Brain Research 176 (2006): 217—226. Doi:10.1007/ s00221-006-0607-3; Martin Witt, Klaus Reutter. Embryonic and Early Fetal Development of Human Taste Buds: A Transmission Electron Microscopical Study. Anatomical Record 246 (1996): 507—523. Doi: 10.1007/s004180050228.

[6] Eva Bianconi et al. An Estimation of the Number of Cells in the Human Body, 463—471.

[7] S. J. Smartt, T.-W. Chen, A. Jerkstrand, M. Coughlin, E. Kankare, S. Sim, M. Fraser, C. Inserra, K. Maguire, К. C. Chambers, M. E. Huber, T. Kruhler, G. Leloudas, M. Magee, L. J. Shingles, K. W. Smith, D. R. Young, J. Tonry, R. Kotak, A. Gal-Yam, J. D. Lyman, D. S. Homan, C. Agliozzo, J. P. Anderson, C. R. Angus, C. Ashall, C. Barbarino, F. E. Bauer, M. Berton, M. T. Botticella, M. Bulla, J. Bulger, G. Cannizzaro, Z. Cano, R. Cartier, A. Cikota, P. Clark, A. De Cia, M. Della Valle, L. Denneau, M. Dennefeld, L. Dessart, G. Dimitriadis, N. Elias-Rosa, R. E. Firth, H. Flewelling, A. Flors, A. Franckowiak, C. Frohmaier, L. Galbany, S. Gonzalez-Gaitan, J. Greiner, M. Gromadzki, A. N. Guelbenzu, С. P. Gutierrez, A. Hamanowicz, L. Hanlon, J. Harmanen, К. E. Heintz, A. Heinze, M. Hernandez, S. T. Hodgkin, I. M. Hook, L. Izzo, P. A. James, P. G. Jonker, W. E. Kerzendorf, S. Klose, Z. Kostrzewa- Rutkow-ska, M. Kowalski, M. Kromer, H. Kuncarayakti, A. Lawrence, T. B. Lowe, E. A. Magnier, I. Manulis, A. Martin-Carrillo, S. Mattila, O. McBrien, A. Muller, J. Nordin, D. O’Neill, F. Onori, J. T. Palmerio, A. Pastorello, F. Patat, G. Pignata, P. Podsiadlowski, M. L. Pumo, S. J. Prentice, A. Rau, A. Razza, A. Rest, T. Reynolds, R. Roy, A. J. Ruiter, K. A. Rybicki, L. Salmon, P. Schady, A. S. B. Schultz, T. Schweyer, I. R. Seitenzahl, M. Smith, J. Sollerman, B. Stalder, C. W. Stubbs, M. Sullivan, H. Szegedi, F. Taddia, S. Taubenberger, G. Terreran, B.van Soelen, J. Vos, R. Wainscoat, N. A. Walton, C. Waters, H. Weiland, M. Willman, P. Wiseman, D. E. Wright, L.Wyrzykowski, O. Yaron. A Kilonova as the Electromagnetic Counterpart to a Gravitational-WaveSource. Nature 551 (2017): 75—79. URL: https://doi.org/10.1038/nature24303.

[8] Philip Ball. Schrodinger’s Cat Among Biology’s Pigeons: 75 Years of What Is L//fe?Nature 560 (2018): 548—550. URL: www.nature.com/articles/ d41586-018-06034-8; for Max Pemtz’s criticisms, see: MaxPerutz. ‘What Is Life?’ Fiction, Not Science. The Scientist. April 6, 1987. URL: www.the-cientist.com/books-etc-/what-is-life-fiction-not-science-63885.

[9] Джим Уотсон, интервью с Роджером Хайфилдом; январь 2018.

[10] Nick Lane, William F. Martin. The Origin of Membrane Bioenergetics. Cell 151 (2012): 1406-1416. URL: https://doi.Org/10.1016/j. cell.2012.11.050; Benedicte Menez, Celine Pisapia, Muriel Andre -ani, Frederic Jamme, Quentin P. Vanbellingen, Alain Brunelle, Laurent Richard, Paul Dumas, Matthieu Refregiers. Abiotic Synthesis of Amino Acids in the Recesses of the Oceanic Lithosphere. Nature 564 (2018): 59—63. URL: www.nature.com/articles/s41586-018-0684-z.

[11] Samuel Taylor Coleridge. The Complete Works of Samuel Taylor Coleridge: Poems, Plays, Lectures, Autobiography & Personal Letters (Musaicum Books, 2017), sec. 39.

[12] Мартин Джон Рис, лорд Рис из Лудлоу, астроном Ее величества; электронное письмо Роджеру Хайфилду, 28 января 2019 года.

Глава 2. Случай и судьба

[1] Andrzej К. Tarkowski. Experiments on the Development of Isolated Blastomeres of Mouse Eggs. Nature 184 (1959): 1286—1287. URL: www.nature.com/articles/1841286a0.

[2] Magdalena Zernicka-Goetz. Activation of Embryonic Genes During Preimplantation Rat Development. Molecular Reproduction and Development 38. No. 1 (1994): 30-35. Doi:10.1002/mrd. 1080380106.

[3] Scott F. Gilbert. Rearrangement of the Egg Cytoplasm. Developmental Biology. 6th ed. Sunderland, MA: Sinauer Associates, 2000.

[4] Daniel J. Marston, Bob Goldstein. Symmetry Breaking in C. elegans: Another Gift from the Sperm. Developmental Cell 11. No. 3 (2006): 273-274. Doi: 10.1016/j.devcel.2006.08.007.

[5] Martin H. Johnson, Carol Ann Ziomek. The Foundation of Two Distinct Cell Lineages Within the Mouse Morula. Cell 24. No. 1 (1981): 71-80. Doi.org/10.1016/0092-8674(81)90502-X.

[6] Berenika Plusa, Stephen Frankenberg, Andrew Chalmers, Anna-Katerina Hadjantonakis, Catherine A. Moore, Nancy Papalopulu, Virginia E. Papaioannou, David M. Glover, Magdalena Zernicka-Goetz. Downregulation of Par3 and aPKC Function Directs Cells Toward the ICMin the Preimplantation Mouse Embryo. Journal of Cell Science 118 (2005): 505-515. Doi:10.1242/jcs.01666.

[7] A. M. Dalcq. Introduction to General Embryology. London: Oxford University Press, 1957.

Глава 3. Раскрашивая клетки

[1] О. Shimomura. The Discovery of Aequorin and Green Fluorescent Protein. Journal of Microscopy 217. No. 1 (2005): 3—15. Doi: 10.1111/j.0022-2720.2005.01441 .x.

[2] Jean Livet, Tamily A. Weissman, Hyuno Kang, Ryan W. Draft, Ju Lu, Robyn A. Bennis, Joshua R. Sanes, JeffW. Lichtman. Transgenic Strategies for Combinatorial Expression of Fluorescent Proteins in the Nervous System. Nature 450 (2007): 56—62. Doi:10.1038/nature06293.

[3] Martin Chalfie, Yuan Tu, Ghia Euskirchen, William W. Ward, Douglas C. Prasher. Green Fluorescent Protein as a Marker for Gene Expression. Science 263. No. 5148 (1994): 802—805. Doi: 10.1126/ science.8303295.

[4] Alan M. Turing. On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem. Proceedings of the London Mathematical Society 2-42. No. 1 (1937): 230-265. URL: https://doi.Org/10.l 112/ plms/s2-42.1.230.

[5] John B. Gurdon. The Egg and the Nucleus: A Battle for Supremacy. Nobel Lecture, December 7,2012. URL: www.nobelprize.org/prizes/ medicine/2012/gurdon/lecture.

[6] lan Wilmut, Roger Highfield. After Dolly: The Uses and Misuses of Human Cloning. New York: Norton, 2006, 67.

[7] Stefan Wyszyn'ski. Polish prelate of the Roman Catholic Church. September 26, 1982. URL: https://en.wikiquote.org/wiki/Poland.

[8] M. Zernicka-Goetz, J. Pines, K. Ryan, K. R. Siemering, J. Haseloff, M. J. Evans, J. B. Gurdon. An Indelible Lineage Marker for Xenopus Using a Mutated Green Fluorescent Protein. Development 122 (1996): 3719—3724. URL: http://dev.biologists.org/content/122/12/3719.

[9] Rosario Rizzuto, Marisa Brini, Paolo Pizzo, Marta Murgia, Tullo Pozzan. Chimeric Green Fluorescent Protein as a Toolfor Visualizing Subcellular Organelles in Living Cells. Current Biology 5 (1995): 635-642. URL: https://d0i.0rg/l0.1016/S0960-9822(95)00128-X; S. R. Kain, M. Adams, A. Kondepudi, T. T. Yang, W. W. Ward, P. Kitts. Green Fluorescent Protein as a Reporter of Gene Expression and Protein Localization. Biotechniques 19. No. 4 (1995): 650—655.

[10] M. Zernicka-Goetz, J. Pines, S. McLean Hunter, J. P. Dixon, K. R. Siemering, J. Haselhoff, M. J. Evans. Following Cell Fate in the Living Mouse Embryo. Development 124(1997): 1133—1137.

[11] Samuel Schmerler, Gary M. Wessel. Polar Bodies — More a Lack of Understanding Than a Lack of Respect. Molecular Reproduction and Development 78. No. 1 (2010): 3—8. Doi:10.1002/mrd.21266.

[12] Y. Verlinsky, S. Rechitsky, J. Cieslak, V. Ivakhnenko, G. Wolf, A. Lifchez, B. Kaplan, J. Moise, J. Walle, M. White, N. Ginsberg, C. Strom, A. Kuliev. Preimplantation Diagnosis of Single Gene Disorders by Two-Step Oocyte Genetic Analysis Using First and Second Polar Body. Biochemical and Molecular Medicine 62 (1997): 182-187.

[13] John Biggers. Obituary: Dame Anne McLaren. Guardian, July 10,2007. URL: www.theguardian.eom/science/2007/jul/10/uk.obituaries.

[14] Dame Anne McLaren. University of Cambridge Department of Zoology, accessed April 4,2019. URL: www.zoo.cam.ac.uk/alumni/ biographies-of-zoologists/dame-anne-mclaren.

[15] Lewis Wolpert. Triumph of the Embryo. Oxford, UK: Oxford University Press, 1991, 12.

[16] R. L. Gardner. The Early Blastocyst Is Bilaterally Symmetrical and Its Axis of Symmetry Is Aligned with the Animal-Vegetal Axis of the Zygote in the Mouse. Development 124 (1997): 289—301.

[17] R. J. Weber, R. A. Pedersen, F. Wianny, M. J. Evans, M. Zernicka-Goetz. Polarity of the Mouse Embryo Is Anticipated Before Implantation. Development 126 (1999): 5591-5598.

Глава 4. Нарушая симметрию

[1] Scott Pitnick, Greg S. Spicer, Therese A. Markow. How Long Is a Giant Sperm?Nature 375 (1995): 109.

[2] V. Grandjean, S. Fourre, D. A. F. De Abreu, M.-A. Derieppe, J.-J. Remy, M. Rassoulzadegan. RNA-Mediated Paternal Heredity of Diet-Induced Obesity and Metabolic Disorders. Scientific Reports 5 (2015): 18193. Doi: 10.1038/srep 18193; Q. Chen, M. Yan, Z. Cao, X. Li, Y. Zhang, J. Shi, G. H. Feng, H. Peng, X. Zhang, Y. Zhang, J. Qian, E. Duan, Q. Zhai, Q. Zhou. Sperm tsRNAs Contribute to Intergenerational Inheritance of an Acquired Metabolic Disorder. Science 351 (2016): 397-400. Doi: 10.1126/science.aad7977.

[3] R. L. Gardner. The Early Blastocyst Is Bilaterally Symmetrical and Its Axis of Symmetry Is Aligned with the Animal-Vegetal Axis of the Zygote in the Mouse. Development 124 (1997): 289-301.

[41 Alan M. Turing. The Chemical Basis of Morphogenesis. Philosophical Transactions of the Royal Society В 237. No. 641 (1952). URL: https://d0i.0rg/l 0.1098/rstb. 1952.0012.

[5] J. M. Dreiling, T. J. Gay. Chirally Sensitive Electron-Induced Molecular Breakup and the Vester- Ulbricht Hypothesis. Physical Review Letters 113. No. 11 (2014): 118103. Doi: 10.1103/PhysRev-Lett.113.118103.

[6] R. T. Liu, S. S. Liaw, P. K. Maini. Two-Stage Turing Modelfor Generating Pigment Patterns on the Leopard and the Jaguar. Physical Review E 74 (2006): 011914. Doi: 10.1103/PhysRevE.74.011914.

[7] Stefanie Sick, Stefan Reinker, Jens Timmer, Thomas Schlake. IVNT and DKK Determine Hair Follicle Spacing Through a Reaction-Diffusion Mechanism. Science 314 (2006): 1447-1450. Doi: 10.1126/ science. 1130088.

[8] Xavier Diego, Lucaiao Marcon, Patrick Muller, James Sharpe. Key Features of Turing Systems Are Determined Purely by Network Topology. Physical ReviewX8. No. 2 (2018): 021071. Doi:10.1103/ PhysRevX.8.021071; H. Hamada. In Search of Turing In Vivo: Understanding Nodal and Lefty Behavior. Developmental Cell 22 (2012): 911-912. Doi: 10.1016/j.devcel.2012.05.003.

[9] K. Piotrowska, F. Wianny, R. A. Pedersen, M. Zernicka-Goetz. Blas-tomeres Arising from the First Cleavage Division Have Distinguishable Fates in Normal Mouse Development. Development 128. No 19 (2001): 3739-3748.

[10] Ernest Just. The Relation of the First Cleavage Plane to the Entrance Point of the Sperm. Biological Bulletin 22. No. 4 (1912): 239—252. Doi: 10.2307/1535889.

[11] Y. Tsunoda, A. S. McLaren. Effect of Various Procedures on the Viability of Mouse Embryos Containing Half the Normal Number of Blas-tomeres. Journal of Reproduction and Fertility 69 (1983): 315—322. Doi: 10.1530/jrf.0.0690315.

[12] V. E. Papaioannou, К. M. Ebert. Mouse Half Embiyos: Viability and Allocation of Cells in the Blastocyst. Developmental Dynamics 203 (1995): 393-398. Doi: 10.1002/aja. 1002030402.

[13] R. L. Gardner. The Early Blastocyst Is Bilaterally Symmetrical and Its Axis of Symmetry Is Aligned with the Animal- Vegetal Axis of the Zygote in the Mouse. Development 124 (1997): 289—301.

[14] K. Piotrowska, M. Zernicka-Goetz. Role for Sperm in Spatial Patterning of the Early Mouse Embryo. Nature 409 (2001): 517—521. Doi: 10.1038/35054069.

[15] K. Piotrowska, F. Wianny, R. A. Pedersen, M. Zernicka-Goetz. Blas-tomeres Arising from the First Cleavage Division Have Distinguishable Fates in Normal Mouse Development. Development 128. No 19 (2001): 3739-3748.

[16] B. Plusa, K. Piotrowska, M. Zernicka-Goetz. Sperm Entry Position Provides a Surface Marker for the First Cleavage Plane of the Mouse Zygote. Genesis 32. No. 3 (2002): 193—198.

[17] Roger Highfield, Ian Wilmut. After Dolly. New York: Norton, 2006, 82.

[18] Takashi Hiiragi, Davor Solter. First Cleavage Plane of the Mouse Egg Is Not Predetermined but Defined by the Topology of the Two Apposing Pronuclei. Nature 430 (2004): 360—364.

[19] B. Plusa, A.-K. Hadjantonakis, D. Gray, K. Piotrowska-Nitsche, A. Jedrusik, V. E. Papaioannou, D. M. Glover, M. Zernicka-Goetz. Does Prepatterning Occur in the Mouse Egg? (Reply). Nature 442 (2006): E4.

[20] T. Hiiragi, V. B. Alarcon, T. Fujimori, S. Louvet-Vallee, M. Malesze-wski, Y. Marikawa, B. Maro, D. Solter. Where Do We Stand Now? Mouse Early Embryo Patterning Meeting in Freiburg, Germany (2005). International Journal of Developmental Biology 50 (2006): 581-586, discussion 586-587. Doi: 10.1387/ijdb.062181th.

[21] David M. Glover. Unfair Debate. Internationa] Journal of Developmental Biology 50 (2006): 587. Doi: 10.1387/ijdb.062181 dg.

[22] Jerzy Kosin ski. The Painted Bird. Boston: Houghton Mifflin, 1965. На русском языке: Ежи Косинский. Раскрашенная птица (фрагменты) // Искусство кино. 1994. № 10—11.

[23] D. Gray, В. Plusa, К. Piotrowska, J. Na, В. Tom, D. М. Glover, М. Zernicka-Goetz. First Cleavage of the Mouse Embryo Responds to Change in Egg Shape at Fertilization. Current Biology 14 (2004): 397-405.

[24] Plusa et al. The First Cleavage Plane of the Mouse Zygote, 391-395; Gray et al. First Cleavage of the Mouse Embryo, 397-405.

[25] Q. Chen, J. Shi, Y. Tao, M. Zernicka-Goetz. Tracing the Origin of Heterogeneity and Symmetry Breaking in the Early Mammalian Embryo. Nature Communications 9 (2018): 1819.

[26] Anna Hupalowska, Agnieszka Jedrusik, Meng Zhu, Mark T. Bedford, David M. Glover, Magdalena Zernicka-Goetz. CARM1 and Paraspeckles Regulate Pre-implantation Mouse Embryo Development. Cell 175 (2018): 1902—1916, el3, URL: www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/ articles/PMC6292842.

[27] Ibid.

Глава 5. Рождение плана тела

[1] D. Mesnard, M. Filipe, J. A. Belo, M. Zernicka-Goetz. The Anterior-Posterior Axis Emerges Respecting the Morphology of the Mouse Embryo That Changes and Aligns with the Uterus Before Gastrulation. Current Biology 14(2004): 184-196. Doi: 10.1016/j.cub.2004.01.026; S. A. Morris, Y. Guo, M. Zernicka-Goetz. Developmental Plasticity Is Bound by Pluripotency and the Fgf and Wnt Signaling Pathways. Cell Reports 2. No. 4 (2012): 756-765.

[2] Homer. The Iliad, trans. Samuel Butler, Internet Classics Archive. URL: http://classics.mit.edu/Homer/iliad.mb.txt. На русском языке см., напр., в переводе Н. И. Гнедича: Гомер. Илиада. Одиссея. М.: Художественная литература, 1967. URL: https://facetia.ru/node/3388.

[3] David Alvarez-Ponce, James О. Mclnerney. The Human Genome Retains Relics of Its Prokaryotic Ancestry: Human Genes of Archae-bacterial and Eubacterial Origin Exhibit Remarkable Differences. Genome Biology and Evolution 3 (2011): 782—790. URL: https:// doi.org/10.1093/gbe/evr073.

Хотя сегодня этот взгляд ставится под сомнение, см.: Joran Martijn, Julian Vosseberg, Lionel Guy, Pierre Offre, T. J. G. Ettema. Deep Mitochondrial Origin Outside the Sampled Alphaproteobacterial. Nature 557 (2018): 101-105. Doi: 10.1038/s41586-018-0059-5.

[4] A. K. Tarkowski. Mouse Chimaeras Revisited: Recollections and Reflections. International Journal of Developmental Biology 42 (1998): 903-908.

[5] Ibid: 903-908.

[6] A. K. Tarkowski. Mouse Chimaeras Developedfrom Fused Eggs. Nature 190(1961):857-860.

[7] M. Maleszewski. Early Mammalian Embryo: My Love. An Interview with Andrzej K. Tarkowski. International Journal of Developmental Biology 52. Nos. 2—3 (2008): 163—169. Doi: 10.1387/ijdb.072377mm.

[8] R. Gardner. Chimaeric Mice on the Road Towards Stem Cells. Nature 414 (2001): 393. Doi: 10.1038/35106720.

[9] Anne McLaren. Mammalian Chimaeras. Cambridge: Cambridge University Press, 1976.

[10] N. M. Le Douarin, F. V. Jotereau. Tracing of Cells of the Avian Thymus Through Embryonic Life in Interspecific Chimeras. Journal of Experimental Medicine 142 (1975): 17—40.

[11] С. B. Fehilly, S. M. Willadsen, E. M. Tucker. Interspecific Chimaerism Between Sheep and Goat. Nature 307 (1984): 634—636.

[12] The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007. NobelPrize.org, accessed April 3, 2019. www.nobelprize.org/prizes/medicine/2007/ summary.

[13] J. Wu, A. Platero-Luengo, М. Sakurai, A. Sugawara, М. A. Gil, Т. Ya-mauchi, К. Suzuki, Y. S. Bogliotti, C. Cuello, M. Morales Valencia, D. Okumura, J. Luo, M. Vilarino, 1. Parrilla, D. A. Soto, C. A. Martinez, T. Hishida, S. Sanchez-Bautista, M. L. Martinez-Martinez, H. Wang, A. Nohalez, E. Aizawa, P. Martinez-Redondo, A. Ocampo, P. Reddy, J. Roca, E. A. Maga, C. R. Esteban, W. T. Beiggren, E. Nunez Delicado, J. Lajara, I. Guillen, P. Guillen, J. M. Campistol, E. A. Martinez, P. J. Ross, J. C. Izpisua Belmonte. Interspecies Chimerism with Mammalian Pluripotent Stem Cells. Cell 168 (2017): 473-486, el5. Doi: 10.1016/j.cell.2016.12.036; G. Almeida-Porada, C. D. Porada, J. Chamberlain, A. Torabi, E. D. Zanjani. Formation of Human Hepato-cytes by Human Hematopoietic Stem Cells in Sheep. Blood 104 (2004): 2582-2590. Doi: 10.1182/blood-2004-01-0259; X. Han, M. Chen, F. Wang, M. Windrem, S. Wang, S. Shanz, Q. Xu, N. A. Oberheim, N. L. Bekar, S. Betstadt, A. J. Silva, T. Takano, S. A. Goldman, M. Nedergaard. Forebrain Engraftment by Human Glial Progenitor Cells Enhances Synaptic Plasticity and Learning in Adult Mice. Cell Stem Cell 12 (2013): 342-353. Doi: 10.1016/j.stem.2012.12.015; M. S. Windrem, S. J. Schanz, C. Morrow, J. Munir, D. Chandler-Militello, S. Wang, S. A. Goldman. A Competitive Advantage by Neonatally Engrafted Human Glial Progenitors Yields Mice Whose Brains Are Chimeric for Human Glia. Journal of Neuroscience 34 (2014): 16153-16161. URL: www. jneurosci.org/content/34/48/16153.

[14] K. Piotrowska-Nitsche, A. Perea-Gomez, S. Haraguchi, M. Zer-nicka-Goetz. Four-cell Stage Mouse Blastomeres Have Different Developmental Properties. Development 132 (2005): 479—490.

[15] K. Piotrowska-Nitsche, A. Perea-Gomez, S. Haraguchi, M. Zer-nicka-Goetz. Four-cell Stage Mouse Blastomeres Have Different Developmental Properties. Development 132 (2005): 479-490; K. Piotrowska-Nitsche, M. Zernicka-Goetz. Spatial Arrangement of Individual 4-cell Stage Blastomeres and the Order in Which They Are Generated Correlate with Blastocyst Pattern in the Mouse Embryo. Mechanisms of Development 122. No. 4 (2005): 487-500. Doi:10.1016/j.mod.2004.11.014.

[16] Piotrowska-Nitsche et al. Four-cell Stage Mouse Blastomeres, 479— 490; Morris et al. Developmental Plasticity Is Bound by Pluripotency, 756-765.

[17] Piotrowska-Nitsche, Zernicka-Goetz. Spatial Arrangement of Individual 4-Cell Stage Blastomeres, 487—500.

[18] Y. Kurotaki, K. Hatta, K. Nakao, Y. Nabeshima, T. Fujimori. Blastocyst Axis Is Specified Independently of Early Cell Lineage but Aligns with the ZP Shape. Science 316 (2007): 719—723. Doi: 10.1126/ science. 1138591.

[19] Richard L. Gardner. The Axis of Polarity of the Mouse Blastocyst Is Specified Before Blastulation and Independently of the Zona Pellucida. Human Reproduction 22. No. 3 (2007): 798—806. Doi: 10.1093/ humrep/del424.

[20] M. Bischoff, D.-E. Parfitt, M. Zernicka-Goetz. Formation of the Embryonic-Abembryonic Axis of the Mouse Blastocyst: Relationships Between Orientation of Early Cleavage Divisions and Pattern of Symmetric/Asymmetric Divisions. Development 135 (2008): 953—962. Doi:10.1242/dev.014316.

[21] M. E. Torres-Padilla, D. E. Parfitt, T. Kouzarides, M. Zernicka-Goetz. Histone Arginine Methylation Regulates Plan potency in the Early Mouse Embryo. Nature 445. No 7124 (2007): 214—218. Doi:10.1038/nature05458.

[22] Ibid.

[23] Fernando H. Biase, Xiaoyi Cao, Sheng Zhong. Cell Fate Inclination Within 2-Cell and 4-Cell Mouse Embryos Revealed by Single-Cell RNA Sequencing. Genome Research 24. No. 11 (2014): 1787—1796. Doi: 10.1101/gr. 177725.114; Junchao Shi, Qi Chen, Xin Li, Xiu-deng Zheng, Ying Zhang, Jie Qiao, Fuchou Tang, Yi Tao, Qi Zhou, Enkui Duan. Dynamic Transcriptional Symmetry-Breaking in Pre-implantation Mammalian Embryo Development Revealed by Single-Cell RNA-Seq. Development 142 (2015): 3468—3477. Doi:10.1242/ dev. 123950.

[24] Мубин Гулам, электронное письмо Роджеру Хайфилду, 17 сентября 2018 года; Мубин Гулам, интервью с Роджером Хайфилдом, 23 августа 2018 года.

[25] М. Goolam, A. Scialdone, S. J. L. Graham, I. С. Macaulay, A. Jedrusik, A. Hupalowska, Т. Voet, J. C. Marioni, M. Zernicka-Goetz. Heterogeneity in Oct4 and Sox2 Targets Biases Cell Fate in 4-Cell Mouse Embryos. Cell 165 (2016): 61-74. Dor 10 1016/i cell.2016.01.047.

[26] A. Jedrusik, D.-E. Parfitt, G. Guo, M. Skamagki, J. B. Grabarek, M. H. Johnson, P. Robson, M. Zernicka-Goetz. Role ofCdx2and Cell Polarity in Cell Allocation and Specification of Trophectoderm and Inner Cell Mass in the Mouse Embryo. Genes and Development 22 (2008): 2692-2706. Doi: 10.1101 /gad.486108.

[27] Goolam et al. Heterogeneity in Oct4andSox2 Targets, 61-74.

[28] M D. White, J. F. Angiolini, Y. D. Alvarez, G. Kaur, Z. W. Zhao, E. Mocskos, L. Bruno, S. Bissiere, V. Levi, N. Plachta. Long-Lived Binding of Sox2 to DNA Predicts Cell Fate in the Four-Cell Mouse Embryo. Cell 165 (2016): 75-87. Doi: 10.1016/j.cell.2016.02.032.

[29] Ibid.

[30] S. A. Morris, Y. Guo, M. Zernicka-Goetz. Developmental Plasticity Is Bound by Pluripotency and the Fgfand Wnt Signaling Pathways. Cell Reports 2. No. 4 (2012): 756-765.

[31] N. Plachta, T. Bollenbach, S. Pease, S. E. Fraser, P. Pantazis. Oct4 Kinetics Predict Cell Lineage Patterning in the Early Mammalian Embryo. Nature Cell Biology 13 (2011): 117-123. Doi: 10.1038/ncb2154.

[32] White et al. Long-Lived Binding of Sox2 to DNA, 75-87.

[33] 1. Tabansky, A. Lenarcic, R. W. Draft, K. Loulier, D. B. Keskin, J. Rosains, J. Rivera-Feliciano, J. W. Lichtman, J. Livet, J. N. Stern, J. R. Sanes, K. Eggan. Developmental Bias in Cleavage-Stage Mouse Blastomeres. Current Biology 23 (2013): 21-31. Doi: 10.1016/j cub.2012.10.054.

[34] Ibid.

Глава 6. Вскрытие черного ящика

[1] J. W. Lichtman, S. E. Fraser. The Neuronal Naturalist: Watching Neurons in Their Native Habitat. Nature Neuroscience 4 (2001): 1215-1220. Doi:10.1038/nn754.

[2] Insoo Hyun, Amy Wilkerson, Josephine Johnston. Embryology Policy: Revisit the 14-Day Rule. Nature 533 (2016): 169-171. URL: www. nature.com/news/embryology-policy-revisitthe- 14-day-rule-1.19838.

[3] J. Carver, К. Martin, I. Spyropoulou, D. Barlow, I. Sargent, H. Mar-don. An In-Vitro Model for Stromal Invasion During Implantation of the Human Blastocyst. Human Reproduction 18 (2003): 283-290.

[4] William Richard Rice. The High Abortion Cost of Human Reproduction. bioRxiv (2018): 372193.

[5] A. T. Hertig, J. Rock, E. C. Adams. A Description of 34 Human Ova Within the First 17 Days of Development. American Journal of Anatomy 98. No. 31 (1956): 435-493. URL: https://doi.org/10.1002/ aja. 1000980306.

[6] Ibid.

[7] B. Fu, Y. Zhou, X. Ni, X. Tong, X. Xu, Z. Dong, R. Sun, Z. Tian, H. Wei. Natural Killer Cells Promote Fetal Development Through the Secretion of Growth-Promoting Factors. Immunity 47 (2017): 1100-1113. Doi: 10.1016/j.immuni.2017.11.018.

[8] R. Vento-Tormo, M. Efremova, R. A. Botting, M. Y. Turco, M. Ven-to-Tormo, К. B. Meyer, J. E. Park, E. Stephenson, K. Polaski, A. Goncalves, L. Gardner, S. Holmqvist, J. Henriksson, A. Zou, A. M. Sharkey, B. Millar, B. Innes, L. Wood, A. Wilbrey-Clark, R. P. Payne, M. A. Ivarsson, S. Lisgo, A. Filby, D. H. Rowitch, J. N. Bulmer, G. J. Wright, M. J. T. Stubbington, M. Haniffa, A. Moffett, S. A. Teichmann. Single-Cell Reconstruction of the Early Maternal-Fetal Interface in Humans. Nature 563 (2018): 347-353. Doi: 10.1038/s41586-018-0698-6.

[9] F. Louwen, C. Muschol-Steinmetz, J. Reinhard, A. Reitter, J. Yuan. A Lesson for Cancer Research: Placental Microarray Gene Analysis in Preeclampsia. Oncotarget 3. No. 8 (2012): 759-773. Doi: 10.18632/ oncotarget.595.

[10] P. Thomas, R. Beddington. Anterior Primitive Endoderm May Be Responsible for Patterning the Anterior Neural Plate in the Mouse Embryo. Current Biology 11 (1996): 1487—1496.

[11] S. A. Morris, S. Grewal, F. Barrios, S. N. Patankar, B. Strauss, L. Buttery, M. Alexander, К. M. Shakesheff, M. Zernicka-Goetz. Dynamics of Anterior-Posterior Axis Formation in the Developing Mouse Embryo. Nature Communications 3 (2012): 673. Doi:10.1038/ncommsl671.

[12] Ibid.

[13] I. Bedzhov, М. Zernicka-Goetz. Self-Organizing Properties of Mouse Pluripotent Cells Initiate Morphogenesis upon Implantation. Cell 156 (2014): 1032-1044. Doi: 10.1016/j.cell.2014.01.023.

[14] A. Deglincerti, G. F. Croft, L. N. Pietila, M. Zernicka-Goetz, E. D. Siggia, A. H. Brivanlou. Self-Organization of the In Vitro Attached Human Embryo. Nature 533. No. 7602 (2016): 251—254. Doi:10.1038/ naturel7948; M. N. Shahbazi, A. Jedrusik, S. Vuoristo, G. Recher, A. Hupalowska, V. Bolton, N. N. M. Fogarty, A. Campbell, L. Devito, D. Ilic, Y. Khalaf, К. K. Niakan, S. Fishel, M. Zernicka-Goetz. Self-Organization of the Human Embryo in the Absence of Maternal Tissues. Nature Cell Biology 18. No. 6 (2016): 700-708. Doi:10.1038/ncb3347.

[15] H. Suryawanshi, P. Morozov, A. Straus, N. Sahasrabudhe, К. E. A. Max, A. Garzia, M. Kustagi, T. Tuschl, Z. Williams. A Single-Cell Survey of the Human First-Trimester Placenta and Eecidua. Science Advances 4 (2018): eaau4788. Doi: 10.1126/sciadv.aau4788.

[16] M. N. Shahbazi, A. Scialdone, N. Skorupska, A. Weberling, G. Recher, M. Zhu, A. Jedrusik, L. G. Devito, L. Noli, I. C. Macaulay, C. Buecker, Y. Khalaf, D. Ilic, T. Voet, J. C. Marioni, M. Zernicka-Goetz. Pluripotent State Transitions Coordinate Morphogenesis in Mouse and Human Embryos. Nature 552 (2017): 239—243. Doi:10.1038/nature24675.

Глава 7. Надо ли использовать в исследованиях человеческие эмбрионы?

[1] Cambridge Study Named as People’s Choice for Science Magazine’s Breakthrough of the Year 2016. University of Cambridge, accessed April 4, 2019. URL: www.cam.ac.uk/research/news/cambridge-study-named-as-peoples-choice-for-science-agazines-breakthrough-of-the-year-2016. v

[2] Human Embryo Culture. Nuffield Foundation for Bioethics, August 2017. URL: http://nuffieldbioethics.org/wp-content/uploads/ Human-Embryo-Culture-web-FlNAL.pdf.

[3] John Paul II encyclical, n.d., John Paul II website, accessed April 4, 2019. URL: http://w2.vatican.va/content/john-paul-ii/en/ encyclicals/documents/hfJp-ii_enc_25031995_evangeliumvitae. html#%241N.

[4] J. Rossant, P. P. L. Tam. Exploring Early Human Embryo Development. Science 360 (2018): 1075—1076. Doi: 10.1126/science.aas9302.

[5] John Rock, Miriam F. Menkin. In Vitro Fertilization and Cleavage of Human Ovarian Eggs. Science 100 (1944): 105—107. Doi: 10.1126/ science. 100.2588.105.

[6] Roy O. Greep. Min Chueh Chang 1908—1991: A Biographical Memoir. Washington, DC: National Academies Press, 1995. URL: www. nasonline.org/publications/biographical-memoirs/memoir-pdfs/ chang-m-c.pdf.

[7] R. G. Edwards. Meiosisin Ovarian Oocytes of Adult Mammals. Nature 196 (1962): 446-450.

[8] Martin H. Johnson, Carol Ann Ziomek. The Foundation of Two Distinct Cell Lineages Within the Mouse Morula. Cell 24. No. 1 (1981): 245-262. Doi.org/10.1016/0092-8674(81 )90502-X.

[9] Ibid.

[10] R. G Edwards, B. D. Bavister, P. C. Steptoe. Early Stages of Fertilization In Vitro of Human Oocytes Matured In Vitro. Nature 221 (1969): 632-635.

[11] R. G. Edwards, D. J. Sharpe. Social Values and Research in Human Embryology. Nature 231 (1971): 87-91.

[12] Monash University IVF History, accessed April 4,2019. URL: https:// monashivf.com/about-us/history/.

[13] Martin H. Johnson, Sarah B. Franklin, Matthew Cottingham, Nick Hopwood. Why the Medical Research Council Refused Robert Edwards and Patrick Steptoe Support for Research on Human Conception in 1971. Human Reproduction 25. No. 9 (2010): 2157—2174. Doi:10.1093/ humrep/deql55.

[14] A. Lopata, I. W. Johnston, I. J. Hoult, A. I. Speirs. Pregnancy Following Intrauterine Implantation of an Embryo Obtained by In Vitro Fertilization of a Preovulatory Egg. Fertility and Sterility 33. No.2(1980): 117-120.

[15] John Webster, email to Roger Highfield, February 24, 2019; Louise Brown. Louise Brown: 40 Years of IVF. Bristol, UK: Bristol Books, 2015,32; Duncan Wilson. The Making of British Bioethics. Manchester, UK: Manchester University Press, 2014, 152.

[16] Johnson et al. Why the Medical Research Council Refused, 2157—2174.

[17] Wilson. The Making of British Bioethics, 152.

[18] M. H. Johnson, K. Elder. The Oldham Notebooks: An Analysis of the Development of IVF 1969—1978. V. The Role of Jean Purdy Reassessed. Reproductive Biomedicine and Society Online 1 (2015): 46—57. Doi: 10.1016/j.rbms.2015.04.005; M. H. Johnson. IVF: The Women Who Helped Make It Happen. Reproductive Biomedicine and Society Online 8 (2019): 1—6. URL: https://doi.Org/10.1016/j. rbms.2018.11.002.

[19] Johnson, Elder. The Oldham Notebooks, 46—57.

[20] Wilson. The Making of British Bioethics, 154.

[21] «Законодательное регулирование ЭКО». Баронесса Мери Варнок, интервью с Роджером Хайфильдом для Музея науки, 4 июня 2018 года, видео, 19:19, https://youtu.be/phwVo-W-G_l.

[22] Wilson, The Making of British Bioethics, 140.

[23] Ibid.

[24] Ingmar Persson. Two Claims About Potential Human Beings. Bioethics 17. Nos. 5—6 (2003): 503—517. Doi: https://doi.org/10.lll/1467-8519.00364.

[25] Баронесса Мери Варнок, электронное письмо Роджеру Хай-филду, 21 января 2019 года.

[26] «Законодательное регулирование ЭКО», https://youtu.be/phwVo-W-G_I.

[27] Mary Warnock and the Committee of Inquiry into Human Fertilisation and Embryology, Department of Health and Social Security. Report of the Committee of Inquiry into Human Fertilisation and Embryology, July 1984 (London: Her Majesty’s Stationery Office, 1988). Copy on the Human Fertilisation and Embryology Authority website. URL: www. hfea.gov.uk/media/2608/wamock-report-of-the-committee-of- in-quiry-into-humanfertilisation-and-embryology-1984.pdf.

[28] «Законодательное регулирование ЭКО», https://youtu.be/phwVo-W-GI.

[29] В основном это заслуга невролога Джона Уолтона. «Законодательное регулирование ЭКО», https://youtu.be/phwVo-W-G_I.

[30] «Законодательное регулирование ЭКО», https://youtu.be/phwVo-W-GJ.

[31] Stem Cell Research and Regulations Under the Human Fertilisation and Embryology Act /99(7 (Revised Edition). House of Commons Library, www.files.ethz.ch/isn/44586/rp00-093.pdf.

[32] Fetal Awareness: Review of Research and Recommendations for Practice. Royal College of Obstetricians & Gynaecologists, June 25, 2010, accessed April 4, 2019. URL: www.rcog.org.uk/en/guidelines-re-search-services/guidelines/fetal-awareness—-review-of-research-and-recommendations-for-practice.

[33] R. C. Tyser, A. M. Miranda, C. Chen, S. M. Davidson, S. Srinivas, R R. Riley. Calcium Handling Precedes Cardiac Differentiation to Initiate the First Heartbeat. eLife 5 (2016): e 17113. Doi: 10.7554/ eLife.17113.

134] Roger Highfield. First IVF Baby Louise Brown Celebrates 40th at the Science Museum. Science Museum blog, July 26, 2018, accessed April 4,2019. URL: https://blog.sciencemuseum.org.uk/firstivf-baby-louise-brown-celebrates-40th-at-the-science-museum/.

[35] J. Benjamin Hurlbut. Experiments in Democracy: Human Embryo Research and the Politics of Bioethics. New York: Columbia University Press, 2017.

[36] Amy Lee, Ann A. Kiessling. Early Human Embryos Are Naturally An-euploid—Can That Be Corrected? Journal of Assisted Reproduction and Genetics 34. No. 1 (2016): 15-21. Doi: 10.1007/sl0815-016-0845-7.

Глава 8. Саймон

[1] S. Santaguida, A. Tighe, A. M. D’Alise, S. S. Taylor, A. Musac-chio. Dissecting the Role of MPS1 in Chromosome Bi orientation and the Spindle Checkpoint Through the Small Molecule Inhibitor Reversine. Journal of Cell Biology 190 (2010): 73—87.

[2] А. К. Hadjantonakis, V. Е. Papaioannou. Dynamic In Vivo Imaging and Cell Tracking Using a Histone Fluorescent Protein Fusion in Mice. BMC Biotechnology (2004).

[3] Florence Wianny, Magdalena Zernicka-Goetz. Specific Interference with Gene Function by Double-Stranded RNA in Early Mouse Development. Nature Cell Biology 2 (1999): 70—75.

[4] H. Bolton, S. J. L. Graham, N. Van der Aa, P. Kumar, K. Theunis,

E. Fernandez Gallardo, T. Voet, M. Zernicka-Goetz. Mouse Model of Chromosome Mosaicism Reveals Lineage-Specific Depletion of Aneuploid Cells and Normal Developmental Potential. Nature Communications 7 (2016): 11165. Doi:10.1038/ncommsl 1165.

[5] Maria-Elena Torres-Padilla, David-Emlyn Parfitt, Tony Kouzarides, Magdalena Zernicka-Goetz. Histone Arginine Methylation Regulates Pluripotency in the Early Mouse Embryo. Nature 445 (2007): 214—218. Doi:10.1038/nature05458.

Глава 9. Как синтезировать эмбрион

[1] С. R. Woese. A New Biology for a New Century. Microbiology and Molecular Biology Reviews 68. No. 2 (2004): 173-186.

[2] Leroy C. Stevens Jr., С. C. Little. Spontaneous Testicular Teratomas in an Inbred Strain of Mice. Proceedings of the National Academy of Sciences 40 (1954): 1080-1087.

[3] L. C. Stevens. Embryonic Potency of Embryoid Bodies Derived from a Transplantable Testicular Teratoma of the Mouse. Developmental Biology 2 (1960): 285-297.

[4] G. B. Pierce, F. J. Dixon. Testicular Teratomas. I. Demonstration of Teratogenesis by Metamorphosis of Multipotential Cells. Cancer 12 (1959): 573-583.

[5] Martin Evans. Origin of Mouse Embryonal Carcinoma Cells and the Possibility of Their Direct Isolation into Tissue Culture. Journal of Reproduction and Fertility 62 (1981): 625—631, https://doi.org/10.1530/ jrf.0.0620625.

[6] M. J. Evans, M. FI. Kaufman. Establishment in Culture of Pluripotential Cells from Mouse Embryos. Nature 292 (1981): 154—156.

[7] G. R. Martin. Isolation of a Pluripotent Cell Line from Early Mouse Embryos Cultured in Medium Conditioned by Teratocarcinoma Stem Cells. Proceedings of the National Academy of Sciences 78. No. 12 (1981): 7634-7638.

[8] D. ten Berge, W. Koole, C. Fuerer, M. Fish, E. Eroglu, R. Nusse. Wnt Signaling Mediates Self-Organization and Axis Formation in Embryoid Bodies. Cell Stem Cell 3. No. 5 (2008): 508-518. Doi: 10.1016/j. stem.2008.09.013.

[9] I. Bedzhov, M. Zernicka-Goetz. Self-Organizing Properties of Mouse Pluripotent Cells Initiate Morphogenesis upon Implantation. Cell 156 (2014): 1032-1044. Doi: 10.1016/j.cell.2014.01.023.

[10] Ibid.

[11] Susanne C. van den Brink, Peter Baillie-Johnson, Tina Balayo, An-na-Katerina Fladjantonakis, Sonja Nowotschin, David A. Turner, Alfonso Martinez Arias. Symmetry Breaking, Germ Layer Specification and Axial Organisation in Aggregates of Mouse Embryonic Stem Cells. Development 141 (2014): 4231—4242. Doi:10.1242/dev.l 13001.

[12] D. ten Berge, W. Koole, C. Fuerer, M. Fish, E. Eroglu, R. Nusse. Wnt Signaling Mediates Self-Organization and Axis Formation in Embry oid Bodies. Cell Stem Cell 3. No. 5 (2008): 508-518. Doi: 10.1016/j. stem.2008.09.013.

[13] R. S. Beddington, P. Rashbass, V. Wilson. Brachyury — A Gene Affecting Mouse Gastrulation and Early Organogenesis. Development Supplement (1992): 157-165.

[14] S. E. Flarrison, B. Sozen, N. Christodoulou, C. Kyprianou, M. Zernicka-Goetz. Assembly of Embryonic and Extraembryonic Stem Cells to Mimic Embryogenesis In Vitro. Science 356 (2017): eaall810. Doi: 10.1126/science.aall810.

[15] N. C. Rivron, J. Frias-Aldeguer, E. J. Vrij, J.-C. Boisset, J. Korving, J. Vivid, R. K. Truckenmiiller, A. van Oudenaarden, C. A. van Blit-terswijk, N. Geijsen. Blastocyst-Like Structures Generated Solely from Stem Cells. Nature 557 (2018): 106-111. Doi: 10.1038/s41586-018-0051-0.

[16] B. Sozen, G. Amadei, A. Cox, R. Wang, E. Na, S. Czukiewska, L. Chappell, T. Voet, G. Michel, N. Jing, D. M. Glover, M. Zer-nicka-Goetz. Self-Assembly of Embryonic and Two Extra-Embryonic Stem Cell Types into Gastrulating Embryo-Like Structures. Nature Cell Biology 20 (2018): 979-989. Doi: 10.1038/s41556-018-0147-7.

[17] Martin A. N owak. Five Rules for the Evolution of Cooperation. Science 314(2006): 1560-1563. Doi: 10.1126/science.l 133755.

[18] Why Mouse Matters. National Human Genome Research Institute, accessed April 5, 2019. URL: www.genome.gov/10001345/impor-tance-of-mouse-genome/.

[19] Nicolas Rivron, Martin Pera, Janet Rossant, Alfonso Arias, Magdalena Zernicka-Goetz, Jianping Fu, Susanne Van den Brink, Annelien Bredenoord, Wybo Dondorp, Guido de Wert, Insoo Hyun, Megan Munsie, Rosario Isasi. Debate Ethics of Embryo Models from Stem Cells. Nature 564 (2018): 183-185. Doi: 10.1038/d41586-018-07663-9.

[20] I. Martyn, T. Y. Kanno, A. Ruzo, E. D. Siggia, A. H. Brivanlou. Self-Organization of a Human Organizer by Combined Wnt and Nodal Signalling. Nature 558 (2018): 132-135. Doi: 10.1038/s41586-018-0150-y.

[21] John Aach, Jeantine Lunshof, Eswar Iyer, George M. Church. Addressing the Ethical Issues Raised by Synthetic Human Entities with Embryo-Like Features. eLife 6 (2017): e20674. URL: https:// elifesciences.org/articles/20674, doi: 10.7554/eLife.20674.

[22] H. C. Ott, T. S. Matthiesen, S.-K. Goh, L. D. Black, S. M. Kren, T. I. Netoff, D. A. Taylor. Perfusion-Decellularized Matrix: Using Nature’s Platform to Engineer a Bioartificial Heart. Nature Medicine 14 (2008): 213-221. Doi:10.1038/nml684.

[23] Rivron et al. Debate Ethics of Embryo Models, 183—185.

Глава 10. Новая эра синтетической биологии

[1] 3D Atlas of Human Embryology, Carnegie Stage 7, accessed April 5, 2019. URL: http://3datlas.3dembryo.nl/3DAtlas_CS07-8752-v2016-03.pdf; 3D Atlas of Human Embryology, Carnegie Stage 23, accessed April 5, 2019. URL: http://3datlas.3dembryo. nl/3 DAtlas_CS23-9226-v2016-03.pdf; 3D Atlas of Human Embryology, accessed April 5, 2019. URL: www.3dembryoatlas.com/.

[2] В. S. de Ваккег, К. Н. de Jong, J. Hagoort, К. de Bree, С. T. Besselink, F. E. C. de Kanter, T. Veldhuis, B. Bais, R. Schildmeijer, J. M. Rui-jter, R. J. Oostra, V. M. Christoffels, A. F. Moorman. An Interactive Three-Dimensional Digital Atlas and Quantitative Database of Human Development. Science 354 (2016): aag0053. Doi:10.1126/science. aag0053.

[3] D. A. Jackson, R. H. Symons, R Berg. Biochemical Methodfor Inserting New Genetic Information into DNA of Simian Virus 40: Circular SV40 DNA Molecules Containing Lambda Phage Genes and the Galactose Орегон of Escherichia coli. Proceedings of the N ational Academy 69. No. 10 (1972): 2904-2909.

[4] CAR T Cells: Engineering Patients’ Immune Cells to Treat Their Cancers. National Cancer Institute, accessed April 5,2019. URL: www.cancer. gov/about-cancer/treatment/research/car-t-cells.

[5] M. Saitou, H. Miyauchi. Gametogenesisfrom Pluripotent Stem Cells. Cell Stem Cell 18 (2016): 721-735. Doi:10.1016/j.stem.2016.05.001.

[6] O. Hikabe, N. Hamazaki, G. Nagamatsu, Y. Obata, Y. Flirao, N. Hamada, S. Shimamoto, T. Imamura, K. Nakashima, M. Saitou, K. Hayashi. Reconstitution In Vitro of the Entire Cycle of the Mouse Female Germ Line. Nature 539 (2016): 299—303. Doi:10.1038/na-ture20!04.

[7] Z.-K. Li, L.-Y. Wang, L.-B. Wang, G.-FI. Feng, X.-W. Yuan, C. Liu,

K. Xu, Y.-H. Li, H.-F. Wan, Y. Zhang, Y. F. Li, X. Li, W. Li, Q. Zhou, B. Y. Hu. Generation of Bimaternal and Bipaternal Mice from Hy-pomethylated Haploid ESCs with Imprinting Region Deletions. Cell Stem Cell 23 (2018): 665-676, e4. URL: https://doi.Org/10.1016/j. stem.2018.09.004.

[8] Ibid.

[9] J. B. Gurdon. The Developmental Capacity of Nuclei Taken from Intestinal Epithelium Cells of Feeding Tadpoles. Journal of Embryology and Experimental Morphology 10 (1962): 622—640.

[10] J. B. Gurdon. The Egg and the Nucleus: A Battle for Supremacy (Nobel Lecture). Angewandte Chemie (International Edition in English) 52 (2013): 13890-13899. Doi:10.1002/anie.201306722.

[11] Roger Highfield. Scientists ‘Close to Holy Grail’of Stem Cells. Daily Telegraph, August 25, 2006, accessed April 5, 2019. URL: www. telegraph.co.uk/news/1527209/Scientists-closeto-Holy-Grail-of-stem-cells.html.

[12] The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1990: Press Release, accessed April 5, 2019. URL: www.nobelprize.org/prizes/rnedicine/1990/ press-release/; E. Donnall Thomas. A History of Haemopoietic Cell Transplantation. British Journal of Haematology 105 (1999): 330-339. Doi:10.1111/j. 1365-2141.1999.01337.x.

[13] N. Amariglio, A. Hirshberg, B. W. Scheithauer, Y. Cohen, R. Loe-wenthal, L. Trakhtenbrot et al. Donor-Derived Brain Tumor Following Neural Stem Cell Transplantation in an Ataxia Telangiectasia Patient. PLOS Medicine 6. No. 2 (2009): el000029. URL: https://doi. org/10.1371/journal.pmed. 1000029.

[14] John Gearhart. Cell Biology: New Potential for Human Embryonic Stem Cells. Science 282 (1998): 1061-1062. Doi:10.1126/sci-ence.282.5391.1061; Eliot Marshall. Cell Biology: A Versatile Cell Line Raises Scientific Hopes, Legal Questions. Science 282 (1998): 1014-1015. Doi:10.1126/science.282.5391.1014.

[15] K. Watanabe, M. Ueno, D. Kamiya, A. Nishiyama, M. Matsumura, T. Wataya, J. B. Takahashi, S. Nishikawa, S. Nishikawa, K. Mugu-ruma et al. A ROCK Inhibitor Permits Survival of Dissociated Human Embryonic Stem Cells. Nature Biotechnology 25 (2007): 681—686. Doi:10.1038/nbtl310.

[16] David Cyranoski. The Cells That Sparked a Revolution. Nature 555 (2018): 429-430.

[17] Roger Highfield. Doug Melton: Finding a Cure for Diabetes. New Scientist, September 3, 2009, accessed April 5, 2019. URL: www. newscientist.com/article/dnl7729-doug-melton-finding-a-cure-for-diabetes/.

[18] A. Plein, A. Fantin, L. Denti, J. W. Pollard, C. Ruhrberg. Erythro-My-eloid Progenitors Contribute Endothelial Cells to Blood Vessels. Nature 562 (2018): 223-228. Doi:10.1038 /s41586-018-0552-x.

[19] S. A. Morris, R. T. Y. Teo, H. Li, P. Robson, D. M. Glover, M. Zer-nicka-Goetz. Origin and Formation of the First Two Distinct Cell Types of the Inner Cell Mass in the Mouse Embryo. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 107 (2010): 6364-6369. Doi:10.1073/pnas.0915063107.

[20] N. Christodoulou, C. Kyprianou, A. Weberling, R. Wang, G. Cui, G. Peng, N. Jing, M. Zernicka-Goetz. Sequential Formation and Resolution of Multiple Rosettes Drive Embryo Remodelling After Implantation. Nature Cell Biology 20 (2018): 1278—1289. Doi: 10.1038/ S41556-018-0211-3.

[21] Ibid.

[22] Katie McDole, Leo Guignard, Fernando Amat, Andrew Berger, Gregoire Malandain, Loi'c A. Royer, Srinivas C. Turaga, Kristin Branson, Philipp J. Keller. In Toto Imaging and Reconstruction of Post-Implantation Mouse Development at the Single-Cell Level. Cell 175 (2018): 859-876, e 33. Doi: 10.1016/j.cell.2018.09.031.

[23] К. C. Eldred, S. E. Hadyniak, K. A. Hussey, B. Brenerman, P.-W. Zhang, X. Chamling, V. M. Sluch, D. S. Welshie, S. Hattar, J. Taylor, K. Wahlin, D. J. Zack, R. J. Johnston Jr. Thyroid Hormone Signaling Specifies Cone Subtypes in Human Retinal Organoids. Science 362 (2018): eaau6348. Doi:10.1126/science.aau6348.

[24] B. J. Wainger, E. D. Buttermore, J. T. Oliveira, C. Mellin, S. Lee, W. A. Saber, A. J. Wang, J. K. Ichida, I. M. Chiu, L. Barrett, E. A. Huebner, C. Bilgin, N. Tsujimoto, C. Brenneis, K. Kapur, L. L. Rubin, K. Eggan, C. J. Woolf. Modeling Pain In Vitro Using Nociceptor Neurons Reprogrammed from Fibroblasts. Nature Neuroscience 18 (2014): 17—24. Doi:10.1038/nn.3886.

[25] Christina R. Muratore, Heather C. Rice, Priya Srikanth, Dana G. Callahan, Taehwan Shin, Lawrence N. P. Benjamin, Dominic M. Walsh, Dennis J. Selkoe, Tracy L. Young-Pearse. The Familial Alzheimer’s Disease APPV7171 Mutation Alters APP Processing and Tau Expression in iPSC-Derived Neurons. Human Molecular Genetics 23. No. 13 (2014): 3523-3536. Doi:10.1093/hmg/ddu064.

[26] A. Sarkar, A. С. M. Paquola, S. Stern, C. Bardy, J. R. Klug, S. Kim, N. Neshat, H. J. Kim, M. Ku, M. N. Shokhirev, D. H. Adamo-wicz, M. C. Marchetto, R. Jappelli, J. A. Erwin, K. Padmanabhan, M. Shtrahman, X. Jin, F. H. Gage. Efficient Generation of CA3 Neurons from Human Pluripotent Stem Cells Enables Modeling of Hippocampal Connectivity In Vitro. Cell Stem Cell 22 (2018): 684-697, e9. Doi:10.1016/j.stem.2018.04.009; Raquel Real, Manuel Peter, Antonio Trabalza, Shabana Khan, Mark A. Smith, Joanna Dopp, Samuel J. Barnes, Ayiba Momoh, Alessio Strano, Emanuela Volpi, Graham Knott, Frederick Livesey, Vincenzo De Paola. In Vivo Modeling of Human Neuron Dynamics and Down Syndrome. Science 362 (2018): eaaul810. Doi:10.1126/science.aaul810.

[27] S. Deleu, E. Gonzalez-Merino, N. Gaspard, T. M. U. Nguyen, P. Vanderhaeghen, L. Lagneaux, M. Toungouz, Y. Englert, F. Devre-ker. Human Cystic Fibrosis Embryonic Stem Cell Lines Derived on Placental Mesenchymal Stromal Cells. Reproductive Biomedicine Online 18 (2009): 704-716. URL: https://doi.org/10.1016/ S 1472-6483( 10)60018-1; S. J. Pickering, S. L. Minger, M. Patel,

H. Taylor, C. Black, C. J. Burns, A. Ekonomou, P. R. Braude. Generation of a Human Embryonic Stem Cell Line Encoding the Cystic Fibrosis Mutation AF508, Using Preimplantation Genetic Diagnosis. Reproductive Biomedicine Online 10 (2005): 390-397; J. C. Nic-lis, A. O. Trounson, M. Dottori, A. M. Ellisdon, S. P. Bottomley, Y. Verlinsky, D. S. Cram. Human Embryonic Stem Cell Models of Huntington Disease. Reproductive Biomedicine Online 19 (2009): 106-113. URL: https://doi.org/10.1016/S1472-6483(10)60053-3;

C. K. Bradley, El. A. Scott, O. Chami, T. T. Peura, B. Dumevska, U. Schmidt, T. Stojanov. Derivation of Huntington’s Disease—Affected Human Embryonic Stem Cell Lines. Stem Cells and Development 20. No. 3 (2011): 495—502. URL: https://doi.org/10.1089/ scd.2010.0120.

[28] C. Kim, J. Wong, J. Wen, S. Wang, C. Wang, S. Spiering, N. G. Kan, S. Forcales, P. L. Puri, T. C. Leone, J. E. Marine, H. Calkins, D. P. Kelly, D. P. Judge, H. S. Chen. Studying Arrhythmogenic Right Ventricular Dysplasia with Patient-Specific iPSCs. Nature 494 (2013): 105-110. Doi: 10.1038/naturel 1799.

[29] Gunjan Sinha. This Scientist Is Building Miniature Guts, Livers, and Lungs That Could Save Your Life One Day. Science, August 23, 2017. URL: www.sciencemag.org/news/2017/08/scientist-building-miniature-guts-livers-and-lungs-could-saveyour-life-one-day.

[30] М. van der Watering, H. E. Francies, J. M. Francis, G. Bounova, F. Iorio, A. Pronk, W. van Houdt, J. van Gorp, A. Taylor-Weiner, L. Kester, A. McLaren-Douglas, J. Blokker, S. Jaksani, S. Bartfeld, R. Volckman, P. van Sluis, V. S. Li, S. Seepo, C. Sekhar Pedamallu, K. Cibulskis, S. L. Carter, A. McKenna, M. S. Lawrence, L. Lichtenstein, C. Stewart, J. Koster, R. Versteeg, A. van Oudenaarden, J. Saez-Rodriguez, R. G. Vries, G. Getz, L. Wessels, M. R. Stratton, U. McDermott, M. Meyerson, M. J. Garnett, H. Clevers. Prospective Derivation of a Living Organoid Biobank of Colorectal Cancer Patients. Cell 161 (2015): 933-945. Doi: 10.1016/j. cell.2015.03.053.

[31] L. Broutier, G. Mastrogiovanni, M. M. Verstegen, H. E. Francies, L. M. Gavarro, C. R. Bradshaw, G. E. Allen, R. Arnes-Benito, O. Sidorova, M. P. Gaspersz, N. Georgakopoulos, В. K. Koo, S. Dietmann, S. E. Davies, R. K. Praseedom, R. Lieshout, J. N. M. Ijzermans, S. J. Wigmore, K. Saeb-Parsy, M. J. Garnett, L. J. van der Laan, M. Huch. Human Primary Liver Cancer-Derived Organoid Cultures for Disease Modeling and Drug Screening. Nature Medicine 12(2017): 1424-1435. Doi:10.1038/nm.4438.

[32] FI. Willenbring, A. Soto-Gutierrez. Transplantable Liver Organoids Made from Only Three Ingredients. Cell Stem Cell 13 (2013): 139—140. Doi: I0.1016/j.stem.2013.07.014.

[33] G. Ming, H. Song, H. Tang. Racing to Uncover the Link Between Zika Virus and Microcephaly. Cell Stem Cell, n.d., accessed April 5, 2019. URL: www.cell.com/pb-assets/journals/research/cell-stem-cell/ stories/zika-backstory/index.html.

[34] Steven D. Schwartz, Jean-Pierre Hubschman, Gad Heilwell, Valentina Franco-Cardenas, Carolyn K. Pan, Rosaleen Ostrick, Edmund Mickunas, Roger Gay, Irina Klimanskaya, Robert Lanza. Embryonic Stem Cell Trials for Macular Degeneration: A Preliminary Report. Lancet 379 (2012): 713-720. Doi: 10.1016/SO140-6736(12)60028-2.

[35] L. da Cruz, K. Fynes, O. Georgiadis, J. Kerby, Y. H. Luo, A. Ahmado, A. Vernon, J. T. Daniels, B. Nommiste, S. M. Flasan, S. B. Gooljar, A. F. Carr, A. Vugler, С. M. Ramsden, M. Bictash, M. Fenster, J. Steer, T. Harbinson, A. Wilbrey, A. Tufail, G. Feng, M. Whitlock, A. G. Robson, G. E. Holder, M. S. Sagoo, P. T. Loudon, P. Whiting, Р. J. Coffey. Phase 1 Clinical Study of an Embryonic Stem Cell—Derived Retinal Pigment Epithelium Patch in Age-Related Macular Degeneration. Nature Biotechnology 36 (2018): 328-337. Doi: 10.1038/nbt.4114.

[36] V. Chichagova, D. Hallam, J. Collin, D. Zerti, B. Dorgau, M. Felemban, M. Lako, D. H. Steel. Cellular Regeneration Strategies for Macular Degeneration: Past, Present and Future. Eye 32 (2018): 946-971. Doi: 10.1038/s41433-018-0061 -z.

[37] Regeneration: What Does It Mean and How Does It Work? EuroStemCell, accessed April 5, 2019. URL: www.eurostemcell. org/regeneration-what-does-it-mean-and-how-does-it-work.

[38] С. X. Kha, P. H. Son, J. Lauper, K. A.-S. Tseng. A Model for Investigating Developmental Eye Repair in Xenopus laevis. Experimental Eye Research 169 (2018): 38-47. Doi: 10.1016/j.exer.2018.01.007.

[39] J. N. Witchley, M. Mayer, D. E. Wagner, J. H. Owen, P. W. Reddien. Muscle Cells Provide Instructions for Planarian Regeneration. Cell Reports 4 (2013): 633-641. Doi:10.1016/j.celrep.2013.07.022; Amelie A. Raz, Mansi Srivastava, Ranja Salvamoser, Peter W. Reddien. Acoel Regeneration Mechanisms Indicate an Ancient Role for Muscle in Regenerative Patterning. Nature Communications 8 (2017): 1260.

[40] K. D. Atabay, S. A. LoCascio, T. de Hoog, P. W. Reddien. Self-Organization and Progenitor Targeting Generate Stable Patterns in Planarian Regeneration. Science 360 (2018): 404-409. Doi: 10.1126/ science.aap8179.

[41] Scientists Use Stem Cells to Create Human/Pig Chimera Cells. EurekAlert! American Association for the Advancement of Science, January 26, 2017. URL: www.eurekalert.org/pub_releases/2017-01/ cp-sus011917.php; J. Wu, A. Platero-Luengo, M. Sakurai, A. Sugawara, M. A. Gil, T. Yamauchi, K. Suzuki, Y. S. Bogliotti, C. Cuello, M. Morales Valencia, D. Okumura, J. Luo, M. Vilarino, I. Parrilla, D. A. Soto, C. A. Martinez, T. Hishida, S. Sanchez-Bautista, M. L. Martinez-Martinez, H. Wang, A. Nohalez, E. Aizawa, P. Martinez-Redondo, A. Ocampo, P. Reddy, J. Roca, E. A. Maga, C. R. Esteban, W. T. Berggren, E. Nunez Delicado, J. Lajara, I. Guillen, P. Guillen, J. M. Campistol, E. A. Martinez, P. J. Ross, J. C. Izpisua Belmonte. Interspecies Chimerism with Mammalian PluripotentStem Cells. Cell 168 (2017): 473-486, el5. Doi: 10.1016/j. cell.2016.12.036.

[42] Tobias Hirsch, Tobias Rothoeft, Norbert Teig, Johann W. Bauer, Graziella Pellegrini, Laura De Rosa, Davide Scaglione, Julia Reichelt, Alfred Klausegger, Daniela Kneisz, Oriana Romano, Alessia Secone Seconetti, Roberta Contin, Elena Enzo, Irena Jurman, Sonia Carulli, Frank Jacobsen, Thomas Luecke, Lehnhardt Marcus, Michele De Luca. Regeneration of the Entire Human Epidermis Using Transgenic Stem Cells. Nature 551 (2017): 327-332. Doi:10.1038/nature24487.

[43] Kelly Servick. A Boy with a Rare Disease Gets New Skin. Thanks to Gene-Corrected Stem Cells. Science, November 8, 2017, accessed April 5, 2019. URL: www.sciencemag.org/news/2017/ll/boy-rare-disease-gets-new-skin-thanks-gene-corrected-tem-cells.

[44] Alan Handyside, E. H. Kontogianni, K. R. M. L. Hardy, Robert Winston. Pregnancies from Biopsied Human Preimplantation Embryos Sexedby Y-Specific DNA Amplification. Nature 344(1990): 768-770. Doi:10.1038/344768a0.

[45] Darshak M. Sanghavi. Wanting Babies Like Themselves, Some Parents Choose Genetic Defects. New York Times, December 5, 2006, accessed April 5, 2019. URL: www.nytimes.com/2006/12/05/health/05essa. html.

[46] Christophe Z. Guilmoto. Sex Imbalances at Birth: Current Trends, Consequences and Policy Implications. Bangkok: United Nations Population Fund Asia, 2012. URL: www.unfpa.org/publications/ sex-imbalances-birth.

[47] Joyce Harper, L. Wilton, Joanne Traeger-Synodinos, Veerle Goossens, Celine Moutou, S. B. SenGupta, T. Pehlivan Budak, Pamela Renwick, Martine De Rycke, Joep Geraedts, Gary Harton. The ESHRE PGD Consortium: 10 Years of Data Collection. Human Reproduction Update 18 (2012): 234-247. Doi:10.1093/humupd/dmr052.

[48] Genome Editing and Human Reproduction: Social and Ethical Issues. London: Nuffield Council on Bioethics, 2018, accessed April 5,2019. URL: http://nuffieldbioethics.org/report/genome-editing-human-reproduction-social-ethical-issues/overview.

[49] Ibid.

[50] Shiyu Luo, С. Alexander Valencia, Jinglan Zhang, Ni-Chung Lee, Jesse Slone, Baoheng Gui, Xinjian Wang, Zhuo Li, Sarah Dell, Jenice Caitlin Brown, S. M. Chen, Y.-H. Chien, W.-L. Hwu, P.-C. Fan, L.-J. Wong, P. S. Atwal, T. Huang. BiparentalInheritance of Mitochondrial DNA in Humans. Proceedings of the National Academy of Sciences 115 (2018): 13039-13044. Doi:10.1073/ pnas. 1810946115.

[51] P. A. Gammage, C. Viscomi, M.-L. Simard, A. S. H. Costa, E. Gaude, C. A. Powell, L. van Haute, B. J. McCann, P. Rebelo-Guiomar, R. Cerutti, L. Zhang, E. J. Rebar, M. Zeviani, C. Frezza, J. B. Stewart, M. Minczuk. Genome Editing in Mitochondria Corrects a Pathogenic mtDNA Mutation In Vivo. Nature Medicine 24 (2018): 1691-1695. Doi:10.1038/s41591-018-0165-9.

[52] S. R. Bacman, J. H. K. Kauppila, С. V. Pereira, N. Nissanka, M. Miranda, M. Pinto, S. L. Williams, N.-G. Larsson, J. B. Stewart, С. T. Moraes. MitoTALEN Reduces Mutant mtDNA Load and Restores tRNAAla Levels in a Mouse Model of Heteroplasmic mtDNA Mutation. Nature Medicine 24 (2018): 1696-1700. Doi:10.1038/s41591-018-0166-8.

[53] X.-H. Zhang, L. Y. Tee, X.-B. Wang, Q.-S. Huang, S.-H. Yang. Off-Target Effects in CRISPR/Cas9-Mediated Genome Engineering. Molecular Therapy-Nucleic Acids 4 (2015): e264. URL: https:// doi.org/10.1038/mtna.2015.37.

[54] Janice S. Chen, Yavuz Dagdas, Benjamin Kleinstiver, Moira M. Welch, Alexander A. Sousa, Lucas B. Harrington, Samuel Stern Berg, J. Keith Joung, Ahmet Yildiz, Jennifer A. Doudna. Enhanced Proofreading Governs CRISPR-Cas9 Targeting Accuracy. Nature 550 (2017): 407-410. Doi:10.1038/nature24268.

[55] Julie M. Crudele, Jeffrey S. Chamberlain. Cas9 Immunity Creates Challenges for CRISPR Gene Editing Therapies. Nature Communications 9 (2018): 3497.

[56] National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. Human Genome Editing: Science, Ethics, and Governance. Washington, DC: National Academies Press, 2017. URL: https:// doi.org/10.17226/24623.

[57] Н. Wang, Н. Yang. Gene-Edited Babies: What Went Wrong and What Could Go Wrong. PLOS Biology 17. No. 4 (2019): e3000224. URL: https://doi.org/10.1371 /joumal.pbio. 3000224.

[58] J. B. Hurlbut. Human Genome Editing: Ask Whether, Not How. Nature 565 (2019): 135. Doi: 10.1038/d41586-018-07881 -1.

[59] N. M. E. Fogarty, A. McCarthy, К. E. Snijders, В. E. Powell, N. Kubikova, P. Blakeley, R. Lea, K. Elder, S. E. Wamaitha, D. Kim, V. Maciulyte, J. Kleinjung, J. S. Kim, D. Wells, L. Vallier, A. Bertero, J. M. A. Turner, К. K. Niakan. Genome Editing Reveals a Role for OCT4 in Human Embryogenesis. Nature 550 (2017): 67—73. Doi: 10.1038/ nature24033.

[60] Maternal Mortality, World Health Organization, February 16, 2018, accessed April 5, 2019. URL: www.who.int/mediacentre/factsheets/ fs348/en/.

[61] Human Fertilisation & Embryology Authority. Fertility Treatment 2014—2016: Trends and Figures. March 2018. URL: www.hfea.gov. uk/media/2563/hfea-fertility-trends-and-figures-2017-v2.pdf.

[62] Yuhua Shi, Yun Sun, Cuifang Hao, Heping Zhang, Daimin Wei, Yunshan Zhang, Yimin Zhu, Xiaohui Deng, Xiujuan Qi, Hong Li, Xiang Ma, Haiqin Ren, Yaqin Wang, Dan Zhang, Bo Wang, Fenghua Liu, Qiongfang Wu, Ze Wang, Haiyan Bai, Zi-Jiang Chen. Transfer of Fresh Versus Frozen Embryos in Ovulatory Women. Obstetrical & Gynecological Survey 73 (2018): 213—214. Doi:10.1097/ OGX.0000000000000546.

[63] Human Fertilisation & Embryology Authority. Egg Freezing in Fertility Treatment: Trends and Figures, 2010—2016, n.d. URL: www.hfea. gov.uk/media/2656/egg-freezing-in-fertility-treatmenttrends-and-figures-2010-2016-final.pdf.

[64] In Vitro Fertilisation, Human Fertilisation & Embryology Authority, accessed April 5, 2019. URL: www.hfea.gov.uk/treatments/explore-all-treatments/in-vitro-fertilisation-ivf/.

[65] Human Fertilisation & Embryology Authority. Fertility Treatment 2014-2016.

[66] Acupuncture and Success of 1VF. NHS website, February 8, 2008, accessed April 5, 2019. URL: www.nhs.uk/news/pregnancy-and-child/acupuncture-and-success-of-ivf/; С. A. Smith, S. de Lacey, М. Chapman, J. Ratcliffe, R. J. Norman, N. P. Johnson, C. Boothroyd, P. Fahey. Effect of Acupuncture vs Sham Acupuncture on Live Births Among Women Undergoing In Vitro Fertilization: A Randomized Clinical Trial. Journal of the American Medical Association 319. No. 19 (2018): 1990-1998. Doi:10.1001/jama.2018.5336; T. El-Toukhy, Sesh Sunkara, Mahmoudkhair Khairy, R. Dyer, Yacoub Khalaf, Arri Coomarasamy. A Systematic Review and Meta-Analysis of Acupuncture in In Vitro Fertilization. BJOG: An International Journal of Obstetrics and Gynaecology 115 (2008): 1203-1213. Doi: 10.1111/j. 1471-0528.2008.01838.x.

[67] Dimitrios Karayiannis, Meropi Kontogianni, Minas Mastrominas, Nikolaos Yiannakouris. Adherence to the Mediterranean Diet and IVF Success Rate Among Non-Obese Women Attempting Fertility. Human Reproduction 33 (2018). Doi:10.1093/humrep/dey003.

[68] Sarah Lensen. A Commonly Offered Add-On Treatment for IVF Fails to Provide Any Benefit in a Large Randomised Trial. European Society of Human Reproduction and Embryology website, July 3,2018, accessed April 5,2019. URL: www.eshre.eu/Annual-Meeting/Barcelona-2018/ ESHRE-2018-Press-releases/Lensen; Tracy Wing Yee Yeung, Joyce Chai, Raymond Hang Wun Li, Vivian Chi Yan Lee, Pak Chung Ho, Ernest Hung Yu Ng. The Effect of Endometrial Injury on Ongoing Pregnancy Rate in Unselected Subfertile Women Undergoing In Vitro Fertilization: A Randomized Controlled Trial. Human Reproduction 29. No. 11 (2014): 2474—2481. URL: https://doi.org/10.1093/humrep/ deu213.

[69] J. Dik, F. Habbema, Marinus J. C. Eijkemans, Henri Leridon, Egbert R. te Velde. Realizing a Desired Family Size: When Should Couples Start? Human Reproduction 30 (2015): 2215-2221. Doi:10.1093/ humrep/devl48.

[70] Susan Bewley. Which Career First?ЪШ 331 (2005): 588-589. URL: https://doi.org/10.1136/bmj.331.7517.588.

[71] Laura Dodge. Delivery Rates in IVF Are Affected by the Age of the Male Partner. European Society of Human Reproduction and Embryology website, July 3, 2017, accessed April 5, 2019. URL: www.eshre.eu/Annual-Meeting/Geneva-2017/ESHRE-2017-Press-releases/Dodge.aspx.

[72] Binyam Mogessie, Kathleen Scheffler, Melina Schuh. Assembly and Positioning of the Oocyte Meiotic Spindle. Annual Review of Cell and Developmental Biology 34 (2018): 381—403. Doi: 10.1146/annurev-cellbio-100616-060553.

[73] A. Ajduk, T. Ilozue, S. Windsor, Y. Yu, К. B. Seres, R. J. Bomphrey, B. D. Tom, K. Swann, A. Thomas, C. Graham, M. Zernicka-Goetz. Rhythmic Actomyosin-Driven Contractions Induced by Sperm Entry Predict Mammalian Embryo Viability. Nature Communications 2 (2011): 417. Doi:10.1038/ncommsl424.

[74] K. Swann, S. Windsor, K. Campbell, K. Elgmati, M. Nomikos, M. Zernicka-Goetz, N. Amso, F. A. Lai, A. Thomas, C. Graham. Phospholipase Cf-induced Ca2+ Oscillations Cause Coincident Cytoplasmic Movements in Human Oocytes that Failed to Fertilize After In-tracytoplasmic Sperm Injection. Fertility and Sterility 97. No. 3 (2012): 742-747.

[75] Tiffany C. Y. Tan, Lesley Ritter, Annie Whitty, Renae Fernandez, Lisa J. Moran, Sarah Robertson, Jeremy Thompson, FTannah Brown. Gray Level Co-occurrence Matrices (GLCM) to Assess Microstructural and Textural Changes in Pre-implant ation Embryos. Molecular Reproduction and Development 83 (2016): 701—713. URL: https://doi. org/10.1002/mrd.22680.

[76] Peter Braude. The Emperor Still Looks Naked. Reproductive Bio-Medicine Online 37. No. 2 (2018): 133—135. URL: https://doi. org/10.1016/j.rbmo.2018.06.018.

[77] Clare O’Connor. Chromosomal Abnormalities: Aneuploidies. Nature Education 1 (2008): 172. URL: www.nature.com/scitable/topicpage/ chromosomal-abnormalities-aneuploidies-290.

[78] Stephen S. Hall. A New Last Chance: There Could Soon Be a Baby-Boom Among Women Who Thought They'd Hit an IVF Dead End. The Cut, September 18, 2017, accessed April 5, 2019. URL: www.thecut.com/2017/09/ivf-abnormal-embryos-new-last-chance.html.

[79] Santiago Munne, Dagan Wells. Detection of Mosaicism at Blastocyst Stage with the Use of High-Resolution Next-Generation Sequencing. Fertility and Sterility 107. No. 5 (2017): 1085—1091. Doi: 10.1016/j. fertnstert.2017.03.024.

[80] Norbert Gleicher. Preimplantation Genetic Screening: Unvalidated Methods Discard Healthy Embryos. BioNews, December 11, 2017, accessed April 5, 2019. URL: www.bionews.org.uk/page_96294; N. Gleicher, A. Vidali, J. Braverman, V. A. Kushnir, D. F. Albertini, D. H. Barad. Further Evidence Against Use of PGS in Poor Prognosis Patients: Report of Normal Births After Transfer of Embryos Reported as Aneuploid. Fertility and Sterility 104. No. 3 (2015): e9. URL: https:// doi.org/10.1016/j.fertnstert.2015.07.180.

[81] S. Mastenbroek, M. Twisk, J. van Echten-Arends, B. Sikkema-Radd-atz, J. C. Korevaar, H. R. Verhoeve, N. E. A. Vogel, E. G. J. M. Arts, J. W. A. de Vries, R M. Bossuyt, С. H. С. M. Buys, M. J. Heineman, S. Repping, F. van der Veen. In Vitro Fertilization with Preimplantation Genetic Screening. New England Journal of Medicine 357. No. 1 (2007): 9-17. Doi:10.1056/NEJMoa067744.

[82] R. Orvieto, Y. Shuly, M. Brengauz, B. Feldman. Should Pre-implantation Genetic Screening Be Implemented to Routine Clinical Practice? Gynecological Endocrinology 32 (2016): 506—508. Doi:10.3109/09 513590.2016.1142962.

[83] Norbert Gleicher, Andrea Vidali, Jeffrey Braverman, Vitaly Kushnir, David Barad, Cynthia Hudson, Yang-Guan Wu, Qi Wang, Lin Zhang, David Albertini, and the International PGS Consortium Study Group. Accuracy of Preimplantation Genetic Screening (PGS) Is Compromised by Degree of Mosaicism of Human Embryos. Reproductive Biology and Endocrinology 14 (2016): 54. Doi: 10.1186/ si 2958-016-0193-6.

[84] E. Greco, M. G. Minasi, F. Fiorentino. Healthy Babies After Intrauterine Transfer of Mosaic Aneuploid Blastocysts. New England Journal of Medicine 373 (2015): 2089—2090. Doi:10.1056/NE-JMcl500421.

[85] Santiago Munne, Dagan Wells. Detection of Mosaicism at Blastocyst Stage with the Use of High-Resolution Next-Generation Sequencing. Fertility and Sterility 107. No. 5 (2017): 1085—1091. Doi: 10.1016/j. fertnstert.2017.03.024.

[86] Your Pregnancy and Baby Guide. NHS website, updated February 15, 2018, accessed April 5, 2019. URL: www.nhs.uk/conditions/ pregnancy-and-baby/screening-tests-abnormalitypregnant/.

[87] A. Zipursky, A. Hull, F. D. White, L. G. Israels. Foetal Erythrocytes in the Maternal Circulation. Lancet 1. No. 7070 (1959): 451— 452; D. W. Bianchi, A. F. Flint, M. F. Pizzimenti, J. H. M. Knoll, S. A. Latt. Isolation of Fetal DNA from Nucleated Erythrocytes in Maternal Blood. Proceedings of the National Academy of Sciences 87 (1990): 3279-3283.

[88] W. Koh, W. Pan, Charles Gawad, H. C. Fan, G. A. Kerchner, T. Wyss-Coray, Y. J. Blumenfeld, Y. Y. El-Sayed, S. R. Quake. Noninvasive In Vivo Monitoring of Tissue-Specific Global Gene Expression in Humans. Proceedings of the National Academy of Sciences 111 (2014): 7361-7366. Doi: 10.1073/pnas. 1405528 111.

[89] U.S. Public Health Service Syphilis Study at Tuskegee. Centers for Disease Control and Prevention website, accessed April 5, 2019. URL: www.cdc.gov/tuskegee/timeline.htm.

Глава 11. Танец жизни

[1] Armand Marie Leroi. The Lagoon: How Aristotle Invented Science. London: Bloomsbury Circus, 2014, 7. На русском языке: Арман Мари Леруа. Лагуна. Как Аристотель придумал науку. М.: ACT, 2019.

[2] Ibid, 181.

[3] Ibid, 162.

[4] См., напр.: Аристотель. История животных (Зоология). М.: Институт истории естествознания РАН, 1996.

[5] См.: Джозеф Нидхэм. История эмбриологии. М.: Государственное издательство иностранной литературы, 1947.

[6] Armand Marie Leroi. The Lagoon: How Aristotle Invented Science. London: Bloomsbury Circus, 2014, 108.

[7] Ibid, 39.

[8] Armand Marie Leroi. 6 Things Aristotle Got Wrong. HuffPost, October 2, 2014, accessed April 5, 2019. URL: www.huffpost.com/ entry/6-things-aristotle-got-wr_b_5920840.

[9] Aristotle, Generation of Animals, trans. A. L. Peck, Internet Archive, accessed April 5, 2019, URL: https://archive.org/stream/genera-tionofanimOOarisuoft#page/174/mode/2up/search/deformed.

[10] Margaret W. Rossiter. The Matthew Matilda Effect in Science. Social Studies of Science 23. No. 2 (1993): 325-341. URL: https://doi. org/10.1177/030631293023002004.

[11] Scott F. Gilbert. Developmental Biology. 6th ed. Sunderland, MA: Sinauer Associates, 2000; Stephen G. Brush. Nettie M. Stevens and the Discovery of Sex Determination by Chromosomes. Isis 69. No. 2 (1978): 162-172. URL: https://doi.org/10.1086/352001.

[12] Brush. Nettie M. Stevens, 162—172; The Death of Nettie Maria Stevens. Science 35. No. 907 (1912): 771. Doi:10.1126/science.35.907.771.

[13] Monica Grady. Is Marie Sklodowska Curie Still a Good Role Model for Female Scientists at 150?The Conversation, November 7, 2017, accessed April 15, 2019. URL: https://theconversation.com/is-ma-rie-sklodowska-curie-still-a-good-role-model-for-female-scientists-at-150-87025.

[14] Vesna Petrovich. Women and the Paris Academy of Sciences. Eighteenth-Century Studies 32. No. 3, Constructions of Femininity (1999): 383-390.

[15] Luigi Luca Cavalli-Sforza. Testimonial Noting Some of Esther Lederberg’s Achievements (Insufficiently Accredited to Her). October 1974, accessed April 5, 2019. URL: www.estherlederberg.com/ LLCS%20Cavalli%20testimonials.html.

[16] John Schwartz. Candace Pert, 67, Explorer of the Brain, Dies. New York Times, September 19, 2013, accessed April 5,2019. URL: www. nytimes.com/2013/09/20/science/candace-pert-67-explorer-of-the-brain-dies.html.

[17] Angela Saini. Inferior: How Science Got Women Wrong—and the New Research That’s Rewriting the Story. London: 4th Estate, 2017, 13.

[18] L. Holman, D. Stuart-Fox, С. E. Hauser. The Gender Gap in Science: How Long Until Women Are Equally Represented? PLOS Biology 16. No. 4 (2018): e2004956, URL: https://doi.org/10.1371/journal. pbio.2004956.

[19] J. Kolev, Y. Fuentes-Medel, F. Murray. Is Blinded Review Enough? How Gendered Outcomes Arise Even Under Anonymous Evaluation. National Bureau of Economic Research Working Paper No. 25759, April 2019. URL: www.nber.org/papers/w25759; Alecia J. Carter, Alyssa Croft, Dieter Lukas, Gillian M. Sandstrom. Women’s Visibility in Academic Seminars: Women Ask Fewer Questions Than Men. PLOS ONE 13. No. 9 (2018): e0202743. Doi: 10.1371/journal.pone.0202743.

[20] Roger Highfield. Studies Showing Sex Bias Are Ignored, Says Transsexual Professor. Daily Telegraph, July 13, 2006, accessed April 5, 2019. URL: www.telegraph.co.uk/news/worldnews/northamerica/ usa/1523820/Studies-showing-sexbias-are-ignored-says-transsexu-al-professor.html; Emily Singer, Speech Transcript Stokes Opposition to Harvard Head. Nature 433 (2005): 790. Doi:10.1038/433790a; Larry Summers, speech transcript, accessed December 15, 2018. URL: www.harvard.edu/president/speeches/summers_2005/nber.php.

Примечания

1

Шрёдингер Э. Что такое жизнь? Физический аспект живой клетки. М.; Ижевск: НИЦ Регулярная и хаотическая динамика, 2002. — Примеч. пер.

2

Постдокторское исследование, постдокторантура — научное исследование, проводимое ученым, недавно получившим степень PhD (англ. Doctor of Philosophy). Степень PhD присваивается ученым западных стран, в России обычно приравнивается к степени кандидата наук. — Примеч. ред.

3

Chaussons aux pommes (фр.) — букв, «тапочки с яблоками», название слоеных пирожков с фруктовой начинкой. — Примеч. пер.

4

Ужин за Высоким столом — одна из традиций колледжа Магдалины: официальный ужин, для присутствия на котором необходимо быть в мантии. — Примеч. ред.

5

Точнее, три, поскольку первое полярное тельце, прежде чем дегенерировать, тоже может поделиться надвое. — Примеч. пер.

6

Принцип Златовласки — принцип «строго нужного» количества, предела; назван по аналогии с известной сказкой «Три медведя», в которой девочка с таким именем пробует кашу из трех разных тарелок и отдает предпочтение не слишком горячей и не слишком холодной. — Примеч. ред.

7

Постдок — ученый со степенью PhD, участвующий в постдокторских исследованиях. — Примеч. ред.

8

Большой взрыв — общая космологическая модель, описывающая раннее развитие Вселенной; здесь используется в качестве метафоры. — Примеч. ред.

9

Речь идет о компактизации ДНК, которая происходит в несколько этапов, сокращая линейные размеры молекулы во много раз. — Примеч. ред.

10

Хиральность — отсутствие симметрии относительно правой и левой стороны. — Примеч. ред.

11

Таймлапс — фотосъемка с определенными интервалами, смонтированная в один видеоролик. — Примеч. ред.

12

В оригинале — Entwicklungsmechanik (нем.). Механика развития — учение о причинных механизмах индивидуального развития, получило наибольшее развитие в конце XIX — начале XX века. — Примеч. пер.

13

От англ, goat — «коза» и sheep — «овца». — Примеч. пер.

14

Имеется в виду информационная (матричная) РНК. — Примеч. пер.

15

A*STAR — Agency for Science, Technology and Research. — Примеч. nep.

16

Гистерэктомия — операция по удалению матки. — Примеч. пер.

17

In vitro — опыт, проведенный вне живого организма, в пробирке; in vivo — эксперимент, проведенный на (внутри) живой ткани живого организма. — Примеч. ред.

18

Созвучна с англ, словом mad, которое означает «безумный», «неистовый», «рассвирепевший», «помешанный». — Примеч. пер.

19

В переводе с англ, «узловой», «центральный». — Примеч. пер.

20

От англ. scaffold— «строительные леса», «подмостки»; трехмерные матрицы, основная функция которых состоит в обеспечении механического каркаса для клеток. — Примеч. пер.

21

Волшебный предмет могущественной силы из фантастического романа Филипа Пулмана «Чудесный нож» («The Subtle Knife»), способный разрезать любую вещь и вырезать окна в другие миры. — Примеч. пер.

22

Англ. Pro-life — движение «в защиту жизни», включая защиту права на жизнь с момента зачатия. — Примеч. ред.

23

Медицинское учреждение, занимающееся вспомогательной репродукцией. — Примеч. пер.

24

Хильда Мангольд (1898—1924) — немецкий эмбриолог, автор экспериментальной работы, результаты которой легли в основу исследования, отмеченного Нобелевской премией в 1935 году, погибла в результате несчастного случая в возрасте двадцати пяти лет; Розалинд Франклин (1920—1958) — английский биофизик, рентгенограф, успешно изучала структуру ДНК, скончалась от рака в возрасте тридцати семи лет, за четыре года до присуждения Нобелевской премии за исследование нуклеиновых кислот. — Примеч. ред.

Content

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

Введение Концепция

Моя наука

Границы истории сотворения

Глава 1 Белое платье

Мой тест

Глава 2 Случай и судьба

Неизбежность и стечение обстоятельств

Пластичность

Оксфордские клоны

У людей все иначе?

Цветные клетки

Глава 3 Раскрашивая клетки

Полярные тельца

Трудный выбор

Первая вылазка за пределы имплантации

Эмбриологическое искусство

Глава 4 Нарушение симметрии

Оплодотворение

Крошечный сперматозоид и могучая яйцеклетка

Когда появляется индивидуум

Искусство симметрии

Математика жизни

Кухонная эмбриология

Первое окрашивание раннего эмбриона

Угри, лягушки и люди

Менторство мужчин

Истоки перемен

Глава 5 Рождение плана тела

Героические мыши

Пирамидальные химеры

Лучше один раз увидеть

Каков же механизм?

Истории одной клетки

Как сделать близнецов

Репликация

Глава 6 Вскрытие черного ящика

Охота на эмбрион

Эмбрион во время имплантации

Самоорганизация человеческого эмбриона

Клетки, потентность и архитектура

Как долго должен развиваться человеческий эмбрион?

Глава 7 Надо ли использовать в исследованиях человеческие эмбрионы?

Человеческие эмбрионы in vitro

Регулирование ЭКО

Надо ли пересматривать четырнадцатидневный лимит?

Никаких скользких путей

Глава 8 Саймон

Трисомия

Мозаики и химеры

Вечная проблема публикации

Как делается наука

Саймон

Глава 9 Как синтезировать эмбрион

Эмбриоидные тела

Как сделать эмбрион

Наш сумасшедший проект

Пошаговая сборка эмбриона

Приключения в Австралии

Первые ETS-эмбрионы

Искусство XEN

На данный момент

Этические аспекты использования моделей эмбрионов из стволовых клеток

Глава 10 Новая эра синтетической биологии

Креативная биология

Регенеративная медицина

Первые эмбриональные стволовые клетки

Управляемая дифференциация

Взгляд изнутри

Болезнь в пробирке

Восстанавливая поврежденное тело

Будущее репродукции: преимплантационное тестирование

«Дизайнерские дети»

Редактирование эмбриона

Замена митохондрий

Геномное редактирование CR1SPR

Вторая половина инноваций

Повышение эффективности ЭКО

Хромосомные аномалии

Диагностика беременности

Баланс репродуктологии

Глава 11 Танец жизни

Гонка

Баланс и разнообразие

Дальнейшие действия

Благодарности

Ссылки

Примечания