Сиддхартха Мукерджи

Песнь клетки. Медицинские исследования и новый человек

Посвящается У К. и Э. У – они были одними из первых, кого я встретил.

В сумме частей есть только части.

Мир следует измерять глазом^1.

Уоллес Стивенс[1], “Части света”

[Жизнь] – это бесконечное ритмичное движение пульса, походки и даже клеток^2.

Фридрих Ницше

Siddhartha Mukherjee

The Song of the Cell

An Exploration of Medicine and the New Human

Перевод с английского

Татьяны Мосоловой

В книге изменены некоторые имена и частные подробности.

© 2022, Siddhartha Mukherjee

All rights reserved

© Deborah Feingold, фотография автора

© T. Мосолова, перевод на русский язык, 2025

© А. Бондаренко, художественное оформление, макет, 2025

© ООО “Издательство ACT”, 2025

Издательство CORPUS ®

Прелюдия

‘‘Элементарные частицы организмов”

– Элементарно, – добавил он. – Это тот самый случай, когда можно легко поразить воображение собеседника, упускающего из виду какое-нибудь небольшое обстоятельство, на котором, однако, зиждется весь ход рассуждении.

Шерлок Холмс доктору Ватсону, Артур Конан Дойл, “Горбун”

Разговор шел за ужином в октябре 1837 года^2. Сгустились сумерки, и газовые фонари осветили центральные улицы Берлина. От этого вечера остались лишь обрывки воспоминаний. Никто не вел записей, не было никакой научной переписки. Осталась только история двух друзей, двух коллег, обсуждавших за едой эксперименты и одну важную идею. Одним из двух сидевших за столом людей был ботаник Маттиас Шлейден. Его лоб был отмечен грубым шрамом, оставшимся в память о попытке самоубийства. Вторым был зоолог Теодор Шванн со спускавшимися по щекам бакенбардами. Оба работали в Берлинском университете под руководством знаменитого физиолога Иоганнеса Мюллера.

Шлейден, прежде юрист, а ныне ботаник, изучал структуру и развитие тканей растений. Он называл себя “собирателем сена” (Heusammelei)3, и в его коллекции были сотни образцов растений: тюльпаны, вереск, ель, разные травы, орхидеи, шалфей, линантус, горошек и десятки видов лилий. Ботаники с уважением относились к его коллекции^4.

В тот вечер Шванн и Шлейден обсуждали фитогенез – происхождение и развитие растений. Шлейден сообщил Шванну следующее: рассматривая образцы растений, он обнаружил некие “единицы” их строения и организации. В процессе развития растительных тканей – листьев, корней, семядолей – в клетках проступает внутренняя структура, называемая ядром (Шлейден не понимал функции ядра, но отчетливо видел его в клетке).

Но еще удивительнее было глубокое единообразие в организации тканей. Все части растений были построены, как будто собраны, из отдельных независимых единиц – клеток. “Каждая клетка ведет двойную жизнь, – писал Шлейден годом позже, – совершенно независимую, посвященную только собственному развитию, и вторичную, поскольку является частью растения”5.

Живое внутри живого. Независимое живое существо – единица, являющаяся частью целого. Живой строительный кирпичик внутри более крупного живого существа.

Шванн насторожился. Он тоже видел ядро, но только в клетке развивающегося животного – головастика. И тоже обратил внимание на универсальность микроскопического строения тканей животных. Возможно, “единицы”, обнаруженные Шлейденом в растительных клетках, имели более глубокую универсальность, распространявшуюся на все формы жизни.

В его голове начала складываться еще не завершенная, но очень важная мысль, которой предстояло изменить ход развития биологии и медицины. Возможно, тем же вечером или вскоре после него Шванн пригласил (или затащил) Шлейдена в свою лабораторию в анатомическом театре, где хранил образцы. Шлейден поглядел в микроскоп и согласился, что развивающиеся микроскопические структуры животных, включая заметно выделяющееся ядро, выглядели почти так же, как в растениях[2].

Растения и животные – настолько, казалось бы, разные, насколько разными могут быть живые организмы! Однако, как заметили Шванн и Шлейден, под микроскопом их ткани определенно выглядели похожими. Идея Шванна казалась верной. Как он вспоминал позднее, тем вечером в Берлине двое друзей раскрыли универсальную и важнейшую научную истину: растения и животные характеризовались “одинаковыми способами организации клеток”6.

В 1838 году Шлейден объединил свои наблюдения в обширную статью, озаглавленную “Данные о фитогенезе”7. Годом позже Шванн последовал за ним со своим трудом о клетках животных: “Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений”8. Шванн утверждал, что животные и растения построены одинаковым образом: и те и другие представляют собой “агрегаты полностью индивидуальных и независимых клеток”.

В этих двух важнейших работах, опубликованных с разницей примерно в двенадцать месяцев, живой мир был сведен к единому общему знаменателю. Шлейден и Шванн не первыми обнаружили клетки или идентифицировали их в качестве основополагающих единиц живых организмов. Но они предположили, что все живые существа характеризуются единством организации и функции. Как писал Шванн, существует “соединительная связь” между разными ветвями жизни^9.

В конце 1838 года Шлейден покинул Берлин, получив должность в Университете Иены^10. А в 1839 году уехал и Шванн, занявший пост в Католическом университете Лёвена в Бельгии^11. Но и после ухода из лаборатории Мюллера они сохранили дружеские отношения и вели оживленную переписку. Их важнейший вклад в основание клеточной теории, несомненно, связан с их работой в Берлине, где они стали близкими друзьями, коллегами и соратниками. Там, по словам Шванна, они открыли “элементарные частицы организмов”.

Эта книга рассказывает историю клетки. Это хроника появления и развития мысли о том, что все организмы, включая человека, состоят из “элементарных частиц”. Это история о том, как кооперативное и организованное соединение этих автономных живых единиц с образованием тканей, органов и систем органов на самом глубоком уровне определяет все формы физиологических процессов: иммунитет, репродукцию, чувствительность, познавательную способность, репарацию и омоложение. А также это история о том, что происходит, когда клетки теряют свою функцию и физиология превращается в патологию: аномальное функционирование клеток приводит к аномальному функционированию тела. Наконец, это история о том, как глубокое понимание клеточной физиологии и патологии привело к революции в биологии и медицине и к их трансформации и как новая медицина, в свою очередь, трансформировала человека.

В период между 2017 и 2021 годами я написал три статьи для журнала New Yorker^12. Первая статья была о клеточной медицине и ее будущем, в частности, о создании Т-клеток, способных атаковать раковые опухоли. Вторая касалась нового представления о раке в свете идеи об экологии клеток – не о раковых клетках в изоляции, а о раке in situ[3] и о том, почему одни части тела подвержены возникновению злокачественных новообразований больше других. Третья статья, написанная в начале пандемии COVID-19, была посвящена поведению вирусов в наших клетках и тканях и тому, как это поведение помогает нам понять физиологические расстройства, вызываемые некоторыми вирусами человека.

Я размышлял над тематической связью между этими тремя проблемами. По-видимому, в центре всех этих вопросов находится концепция клеток и клеточной инженерии. В клеточной инженерии произошла революция, позволяющая говорить о переписывании истории и нашего будущего: о клетках, о нашей способности манипулировать ими и об изменениях в медицине, происходящих по мере продолжения этой революции.

Из семян этих трех фрагментов выросли стебли, корни и усики данной книги. Изложенная в ней история начинается в 1660-е и 1670-е годы, когда нелюдимый голландский торговец тканями и неортодоксальный английский эрудит, жившие на расстоянии более двух сотен километров друг от друга, посмотрели в самодельные микроскопы и обнаружили первые доказательства существования клеток. Постепенно эта история приходит к сегодняшнему дню, когда мы научились манипулировать человеческими стволовыми клетками и вводить их пациентам с хроническими и потенциально смертельными заболеваниями, такими как диабет и серповидноклеточная анемия, или вживлять электроды в мозговые нейронные сети людей с не поддающимися медикаментозному лечению неврологическими заболеваниями. И в итоге эта история подводит нас к порогу неясного будущего, в котором “инакомыслящие” ученые (один из которых оказался за решеткой на три года и был навсегда лишен права проводить экспериментальные исследования) создают генетически модифицированные эмбрионы и пересаживают клетки, стирая границы между естественными и искусственными процессами.

Я черпал информацию из разных источников: из интервью, встреч с больными, прогулок с учеными (и их собаками), посещений лабораторий, из работы с микроскопом, бесед с медсестрами, пациентами и врачами, из архивов, научных статей и личной переписки. Моя цель заключалась не в том, чтобы изложить полную историю медицины или историю зарождения клеточной биологии. Об этом написаны такие книги, как “Величайшее благо человеческого рода. Медицинская история человечества” Роя Портера^13, “Рождение клетки” Генри Харриса^14 и “Лаборатория Мюллера” Лауры Оутис. Скорее данная книга рассказывает историю о том, как сама идея клетки и наше понимание клеточной физиологии изменили медицину, биологию, науку в целом, социальные структуры и культуру. Она заканчивается видением будущего, в котором мы научимся манипулировать этими структурами, придавать им новые формы или даже создавать синтетические клетки и ткани человека.

В моем рассказе об истории клетки есть неизбежные пробелы и темные пятна. Клеточная биология неразрывно связана с генетикой, патологией, эпидемиологией, эпистемологией, таксономией и антропологией. Исследователи, работающие в той или иной области медицины или клеточной биологии, занимающиеся каким-то конкретным видом клеток, могут видеть изложенную здесь историю под совсем иным углом, а ботаникам, бактериологам и микологам совершенно очевидно будет не хватать упора на растения, бактерии и грибы. Осветить все эти темы связным образом – значит войти в бесконечно ветвящийся лабиринт. Я изложил некоторые части истории в виде сносок и примечаний и призываю заинтересованных читателей вдумчиво их изучить[4].

В нашем путешествии мы встретимся со многими пациентами, в том числе и с моими. Некоторые из них упомянуты по имени, другие предпочли остаться неизвестными, так что в тексте не приводятся никакие детали, позволяющие их опознать. Я испытываю безграничную благодарность по отношению к этим мужчинам и женщинам, которые ступили на неизведанную территорию, передав свое тело и разум во власть развивающегося и неопределенного царства науки. И такую же безграничную радость я испытываю по той причине, что являюсь свидетелем того, как клеточная биология оживает в новой медицине.

Вступление

“Мы всегда будем возвращаться к клетке”

Как бы мы ни крутились и ни вертелись, мы в конечном итоге будем опять возвращаться к клетке^1.

Рудольф Вирхов, 1858

В ноябре 2017 года я наблюдал, как мой друг Сэм П. умирал, поскольку его клетки восстали против его собственного тела^2.

Весной 2016 года у Сэма была диагностирована злокачественная меланома. Рак возник на щеке в виде округлого родимого пятна темно-лилового цвета с ободком. Его мать Клара, художница, первой обратила внимание на пятно во время отдыха на Блок-Айленде в конце лета. Она просила, а потом умоляла и даже пыталась угрозами заставить Сэма сходить к дерматологу, но тот был занятым спортивным комментатором в большой газете, и у него не было времени обращать внимание на какое-то пятнышко на щеке. К тому времени, когда я увидел его и осмотрел в марте 2017 года (я не был его онкологом, но один знакомый попросил меня взглянуть), опухоль превратилась в продолговатое образование размером с большой палец с признаками метастаза в коже. Когда я дотронулся до опухоли, Сэма передернуло от боли.

Одно дело обнаружить рак, другое – следить за его передвижением. Меланома поползла по лицу Сэма в сторону уха. Если приглядеться, был виден ее след, как след от парома на воде – в виде кильватера из лиловых точек.

Даже Сэм, который всю жизнь писал о скорости, движении и активности, был потрясен быстротой перемещения меланомы. Как, настойчиво спрашивал он меня, как, как, как могли клетки, которые спокойно сидели на месте на протяжении десятилетий, вдруг обрести способность путешествовать по его лицу и при этом усиленно делиться?

Раковые клетки ничего не “изобрели”. Они не создают ничего нового, они воруют; точнее, в рамках естественного отбора выживают клетки с наибольшей склонностью к делению и метастазированию. Для создания строительных блоков для роста эти клетки используют те же самые гены и белки, которые использует растущий эмбрион в период невероятно быстрого развития в первые дни своей жизни. Способы передвижения раковых клеток по телу заимствованы ими у клеток, которым полагается перемещаться по телу. Гены, позволяющие мятежным клеткам делиться, – это искаженные, мутантные версии генов, необходимых для деления нормальных клеток. Короче говоря, рак – это клеточная биология в патологическом зеркале. И я как онколог в первую очередь являюсь клеточным биологом, за тем только исключением, что смотрю на нормальный клеточный мир, отраженный словно в кривом зеркале.

Ранней весной 2017 года Сэму было назначено лечение, которое должно было превратить его собственные Т-клетки в войско для борьбы с разраставшейся в его теле армией мятежных клеток. Представьте себе ситуацию: на протяжении многих лет, возможно десятилетий, клетки меланомы Сэма и его Т-клетки сосуществовали в теле, по большому счету игнорируя друг друга. Злокачественные клетки оставались невидимыми для его иммунной системы. Миллионы Т-клеток прошмыгивали мимо клеток меланомы каждый день, оставаясь бездеятельными свидетелями, отвернувшимися от происходящей клеточной катастрофы.

Была надежда, что лекарство, которое назначили Сэму, положит конец “невидимости” опухолевых клеток и заставит Т-клетки распознать клетки меланомы в качестве “чужеродных” захватчиков и отторгнуть их, как они отторгают клетки, пораженные микробами. Пассивные наблюдатели должны были стать активными игроками. Мы создали в его теле клетки, которые должны были сделать видимым то, что до сих пор оставалось незримым.

Появление такой “разоблачительной” терапии стало кульминацией в серии потрясающих достижений клеточной биологии 1950-х годов: понимание Т-клеточного механизма распознавания “свой-чужой”; идентификация белков иммунных клеток, необходимых для обнаружения чужеродных захватчиков; обнаружение механизмов, с помощью которых нормальные клетки уклоняются от атак со стороны этой системы распознавания, а раковые клетки делаются невидимыми; а также изобретение молекул, сбивающих со злокачественных клеток шапку-невидимку. Каждое новое открытие делалось на основе предыдущего, и все эти данные были добыты клеточными биологами большими усилиями и долгим упорным трудом.

Практически сразу после начала лечения в теле Сэма разгорелась гражданская война. Его Т-клетки, разбуженные присутствием опухоли, выступили против злокачественных клеток, и агрессия с одной стороны порождала агрессию с другой. Однажды утром лиловый нарост на его щеке стал горячим, поскольку иммунные клетки внедрились в опухоль и развязали воспалительный цикл. И тогда злокачественные клетки покинули свой лагерь, оставив после себя лишь затухающие лагерные костры. Когда через несколько недель я вновь увидел Сэма, продолговатый нарост на его щеке и “кильватер” за ним исчезли. Остались лишь умирающие остатки опухоли, съежившейся до размера крупной виноградины. Это была ремиссия.

Мы выпили кофе, чтобы это отпраздновать. Ремиссия изменила Сэма не только в физическом плане, она изменила его психологию. Впервые за много недель я увидел, как складки озабоченности на его лице разгладились. Он смеялся.

Но потом ситуация изменилась: апрель 2017 года был жестоким месяцем. Т-клетки Сэма, атаковавшие опухоль, ополчились против его собственной печени, вызвав аутоиммунный гепатит – воспаление печени, которое плохо контролируется иммуносупрессорными препаратами. В октябре мы обнаружили, что рак, еще пару недель назад находившийся в стадии ремиссии, развивался в коже, мышцах и легких Сэма, прятался в других органах и находил новые ниши, позволявшие ему пережить атаки иммунных клеток.

Через все эти победы и поражения Сэм прошел с железной стойкостью. Временами его неослабевающий юмор казался его собственным способом контратаки: он готов был громить рак до самого конца. Когда я однажды застал его в кабинете в отделе новостей и спросил, не хочет ли он пройти со мной в какое-то укромное место, например в мужскую уборную, чтобы показать мне новые опухоли, он весело ответил: “К тому моменту, пока мы дойдем до уборной, эта зараза уже снова переедет. Лучше посмотреть сразу, пока она еще здесь”.

Врачи притупили иммунную реакцию, чтобы остановить аутоиммунный гепатит, но тогда начала расти опухоль. Врачи возобновили иммунотерапию, чтобы атаковать рак, и вернулся острый гепатит. Это напоминало бои животных: пока вы держите иммунные клетки на привязи, животные набрасываются и убивают. Вы спускаете клетки с привязи, и они принимаются без разбора нападать и на рак, и на печень. Сэм умер зимним утром, через несколько месяцев после того, как я впервые увидел его опухоль. В конце концов меланома победила.

В один ненастный день 2019 года я был на конференции в Пенсильванском университете в Филадельфии. Примерно тысяча ученых, врачей и биотехнологов собрались в аудитории в здании из камня и кирпича на Спрус-стрит. Они приехали сюда, чтобы обсудить успехи новейшего направления медицины – создание генетически модифицированных клеток и их введение в организм человека с терапевтическими целями. Были доклады о модификации Т-клеток, об использовании вирусов для введения генов в клетки и о новых важных шагах в области клеточной трансплантации. В выступлениях и в кулуарах звучали такие термины, как будто биология, робототехника, научная фантастика и алхимия слились в экстазе и произвели на свет недоношенное дитя. “Перезапуск иммунной системы”. “Терапевтическая клеточная инженерия”. “Долгосрочная устойчивость пересаженных тканей”. Эта конференция была посвящена будущему.

Но было представлено и настоящее. В нескольких рядах впереди меня сидела четырнадцатилетняя (всего на год больше, чем моей старшей дочери) Эмили Уайтхед. Взъерошенные каштановые волосы, черно-желтая рубашка и темные штаны. Шел седьмой год ее ремиссии после лейкоза. “Она только рада прогулять школу”, – сказал мне ее отец Том. Девочка улыбнулась.

Эмили была “Пациентом № 7”, она проходила лечение в Детском госпитале Филадельфии^3. Почти все присутствовавшие на конференции были знакомы с ней или знали ее историю. В мае 2010 года у Эмили был диагностирован острый лимфобластный лейкоз (ОЛЛ). Это одна из наиболее быстро прогрессирующих форм рака, которая чаще всего поражает маленьких детей.

Лечение больных с ОЛЛ подразумевает максимально интенсивный курс химиотерапии: пациентам назначают одновременно семь или восемь препаратов, и некоторые из них вводят непосредственно в спинномозговую жидкость, чтобы убить все раковые клетки, прячущиеся в головном и спинном мозге. Хотя побочные эффекты такого лечения (в том числе постоянное онемение пальцев рук и ног, мозговые повреждения, остановка роста и опасные для жизни инфекции – и это еще не полный список) могут быть весьма неприятны, около 90 % детей излечиваются. К сожалению, Эмили оказалась в числе несчастливых ю%, и ее рак оказался нечувствительным к стандартному лечению. Через шестнадцать месяцев после начала курса химиотерапии случился рецидив. Девочку поставили в очередь на пересадку костного мозга – последний возможный вариант лечения, – но за время ожидания подходящего донора ее состояние ухудшилось.

“Врачи советовали мне не узнавать в интернете ее шансы на выживание, – рассказывала мне мама Эмили Кейри. – Так что я немедленно это и сделала”.

Из интернета Кейри узнала жуткое: среди детей с ранним или повторным рецидивом не выживал почти никто. Когда в марте 2012 года Эмили поступила в больницу, почти все ее органы были поражены злокачественными клетками. Ее обследовал детский онколог Стивен Грапп – мягкий крупный мужчина с выразительными постоянно движущимися усами. И девочку включили в клинические испытания.

Клинические испытания заключались в том, что Эмили вводили ее собственные Т-клетки. Но эти Т-клетки были перевооружены методом генной инженерии таким образом, что могли распознавать и уничтожать раковые клетки. В отличие от Сэма, которому вводили лекарства для активации иммунитета внутри тела, Т-клетки Эмили извлекали и выращивали вне тела. Эта форма лечения была предложена иммунологом Мишелем Саделейном из Института Слоуна – Кеттеринга в Нью-Йорке и Карлом Джуном из Пенсильванского университета и основывалась на трудах израильского исследователя Зелига Эшхара.

В нескольких десятках метров от того места, где мы заседали, располагалось отделение клеточной терапии – надежно изолированное подвальное помещение со стальными дверями, стерильными комнатами и инкубаторами. Здесь группы инженеров обрабатывали клетки, взятые у десятков пациентов, включенных в клинические испытания, а затем хранили их в морозильных камерах, похожих на большие баки. Каждая камера носила имя персонажа из мультсериала “Симпсоны”; клетки Эмили хранились в морозилке “Клоун Красти”. Еще одну порцию ее Т-клеток, модифицированных так, чтобы экспрессировать ген, распознающий и убивающий ее лейкозные клетки, выращивали в лаборатории, экспоненциально увеличивая их количество, чтобы затем вновь привить их Эмили.

Продолжавшаяся на протяжении трех дней пересадка клеток прошла спокойно. Эмили посасывала мороженое на палочке, пока доктор Грапп вводил клетки ей в вену. На ночь Эмили с родителями осталась у ее тети, которая жила неподалеку. Первые два вечера девочка играла и каталась на закорках у папы. Но на третий день ее накрыло: началась рвота, подскочила температура. Родители поспешили отвести ее обратно в госпиталь. Ситуация быстро ухудшалась. У нее отказали почки. Из-за отказа ряда органов Эмили то теряла сознание, то вновь приходила в себя.

“Мы ничего не понимали”, – рассказывал Том. Его шестилетнюю дочь перевели в отделение интенсивной терапии, где родители и Грапп вели круглосуточное дежурство у ее койки.

Ученый и врач Карл Джун, который тоже лечил Эмили, честно сказал мне: “Мы думали, она умрет. Я написал письмо проректору университета и сообщил, что один из первых пациентов из этих испытаний умирает. Испытания закрывались. Я сохранил черновик письма, но так и не нажал кнопку «Отправить»”.

Сотрудники лаборатории работали всю ночь, пытаясь установить причину высокой температуры. Они не нашли признаков инфекции, но вместо этого обнаружили в крови повышенное содержание молекул, называемых цитокинами, – сигнальных веществ, выделяющихся при активном воспалении. В частности, уровень интерлейкина-6 был примерно в тысячу раз выше нормы. Убивая опухолевые клетки, Т-клетки Эмили породили шквал этих химических сигнальных молекул, подобно тому как восставшая толпа в неистовстве изрыгает подстрекательские памфлеты.

По странному стечению обстоятельств дочь Джуна страдала от воспалительного заболевания, называемого ювенильным артритом. И потому он знал, что четыре месяца назад Управление по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных средств (FDA) одобрило новый препарат, который блокирует выработку интерлейкина-6. В отчаянии Грапп запросил у больничной аптеки разрешение использовать новое лекарство не по инструкции. В тот же вечер комиссия дала разрешение на использование этого препарата, и Грапп в отделении интенсивной терапии ввел Эмили дозу лекарства.

Через два дня, в свой седьмой день рождения, Эмили очнулась. “Потрясающе, – сказал доктор Джун, взмахнув рукой. – Потрясающе. Рак просто растворился. Через двадцать три дня мы сделали биопсию костного мозга. Девочка была в полной ремиссии”.

“Я никогда не видел, чтобы настолько тяжело больной пациент поправился так быстро”, – сказал мне Грапп.

Умелое вмешательство в лечение Эмили и ее потрясающее выздоровление спасли саму клеточную терапию. Эмили Уайтхед по сей день остается в глубокой ремиссии. В ее костном мозге и крови не выявляется никаких опухолевых клеток. Она считается полностью выздоровевшей.

“Если бы Эмили умерла, – рассказывал Джун, – с большой вероятностью испытания были бы полностью прекращены”. И это остановило бы развитие клеточной терапии на десять лет или даже больше.

В перерыве между заседаниями на конференции мы с Эмили посетили кампус медицинского факультета, которым руководил коллега доктора Джуна доктор Брюс Левин. Он основатель и директор лаборатории Пенсильванского университета, где модифицируют, контролируют и выращивают Т-клетки, и он одним из первых осуществлял манипуляции с клетками Эмили. Лаборанты работали поодиночке или парами: проверяли боксы, оптимизировали протоколы, перемещали клетки между инкубаторами, стерилизовали руки.

Эту лабораторию можно считать маленьким памятником Эмили. На стенах были расклеены ее фотографии: восьмилетняя Эмили с косичками, десятилетняя Эмили с табличкой, улыбающаяся двенадцатилетняя Эмили без переднего зуба рядом с президентом Бараком Обамой. В какой-то момент я взглянул на живую Эмили, смотревшую из окна на больницу на другой стороне дороги. Она смотрела приблизительно в сторону угловой палаты интенсивной терапии, где ей пришлось безвылазно провести около месяца.

Хлестал дождь, и капли били по стеклу.

Мне было интересно, что она чувствует, зная, что существует в этой больнице в трех ипостасях: сегодняшняя Эмили, удачно пропустившая школу, Эмили на фотографиях, которая жила и почти умерла в отделении интенсивной терапии, и замороженная Эмили в морозилке “Клоун Красти” в соседней комнате.

“Ты помнишь, как попала в госпиталь?” – спросил я.

“Нет, – ответила она, глядя на дождь. – Я помню только, как ушла отсюда”.

Наблюдая за наступлением и отступлением болезни Сэма и за удивительным выздоровлением Эмили Уайтхед, я понимал, что являюсь свидетелем рождения нового медицинского направления, в рамках которого клетки становятся инструментом для борьбы с болезнью, – технологии клеточной инженерии. Но на деле на моих глазах повторялась история многовековой давности. Мы состоим из клеточных единиц. Наши слабости – это слабости наших клеток. Наша способность манипулировать клетками или изменять их (в случае Сэма и Эмили это были клетки иммунной системы) становится фундаментом новой медицины, которая пока еще только зарождается. Если бы мы знали, как эффективнее вооружить клетки Сэма против меланомы и не допустить аутоиммунной реакции, возможно, он был бы еще жив и с блокнотом в руке сочинял спортивные репортажи для газеты.

Эти два новых человека – результат клеточной инженерии. В случае Эмили нашего понимания биологии Т-клеток оказалось достаточно, чтобы отогнать смертельную болезнь больше чем на десять лет и, надеюсь, на всю ее жизнь. В случае Сэма мы еще не поняли, как найти баланс между атаками Т-клеток на опухоль и на собственные клетки тела.

Что принесет нам будущее? Позвольте пояснить: в тексте и в заглавии книги я использую выражение “новый человек”. И использую я его в строго определенном смысле. Безусловно, я не имею в виду “нового человека” из научно-фантастического будущего – усиленного искусственным интеллектом, роботизированного, способного видеть в инфракрасном спектре, глотающего “синие таблетки”, счастливо сосуществующего в реальном и виртуальном мире, как Киану Ривз в черном плаще[5]. Я также не имею в виду “трансчеловека”, обладающего повышенными способностями и возможностями, превосходящими наши нынешние.

Я имею в виду человека, измененного с помощью модифицированных клеток, который выглядит и ощущает все так же (почти), как мы с вами. Женщина с тяжелой формой стойкой депрессии, чьи нервные клетки (нейроны) стимулируют с помощью электродов. Мальчик-подросток с серповидноклеточной анемией, перенесший экспериментальную пересадку костного мозга с введением генетически модифицированных клеток. Больной диабетом первого типа, которому прививают его собственные стволовые клетки, измененные таким образом, чтобы производить гормон инсулин для поддержания в крови нормального уровня глюкозы – топлива организма. Восьмидесятилетний старик, переживший несколько сердечных приступов, которому вводят вирус, заражающий печень и снижающий вероятность закупорки артерий холестерином, что уменьшает риск очередного приступа. Мой отец с имплантированными нейронами или со стимулирующим их устройством для стабилизации походки, что могло бы предотвратить падение, повлекшее его смерть.

Меня такие “новые люди” (и клеточные технологии для их создания) восхищают в гораздо большей степени, чем их воображаемые аналоги из научной фантастики. Мы изменяем людей, чтобы избавить их от страданий, используя для этого науку, созданную и усовершенствованную бесконечными трудами и любовью, и хитрые технологии, которые кажутся чем-то на грани возможного. Например, слияние раковых и иммунных клеток для производства бессмертных клеток, способных победить рак, или выделение Т-клеток из организма девочки, их модификация для борьбы с лейкозом и введение обратно в ее тело. С такими новыми людьми мы будем встречаться почти в каждой главе книги. И по мере того, как мы будем учиться перестраивать тела и части тел с помощью клеток, мы все чаще будем встречать таких людей в реальности – в кафе, супермаркетах, на вокзалах и в аэропортах, среди наших соседей и в собственной семье. Среди них могут оказаться наши двоюродные братья и сестры и наши дедушки и бабушки, наши родители и наши родные братья и сестры. Быть может, и мы сами окажемся в их числе.

Меньше чем за два столетия, с конца 1830-х годов, когда Маттиас Шлейден и Теодор Шванн предположили, что ткани всех животных и растений состоят из клеток, и до весны, ознаменовавшей выздоровление Эмили, в биологии и медицине распространилась революционная идея, затронувшая буквально все аспекты обеих наук и изменившая их навсегда. Сложные живые организмы состоят из крохотных самостоятельных саморегулируемых элементов – живых ячеек, если угодно, или “живых атомов”, как назвал их в 1676 году голландский микроскопист Антони ван Левенгук^4. Люди – это экосистемы, состоящие из таких живых единиц. Мы собраны из пикселей, мы композитные существа, и наша жизнь – результат кооперативной агломерации.

Мы сумма частей.

Открытие клеток и переосмысление человеческого тела как клеточной экосистемы ознаменовали рождение медицины нового типа, основанной на терапевтических манипуляциях с клетками. Перелом шейки бедра, остановка сердца, иммунодефицит, болезнь Альцгеймера, СПИД, пневмония, рак легкого, почечная недостаточность, артрит – все эти состояния можно воспринимать как результат аномального функционирования клеток или групп клеток. И все они могут быть объектами клеточной терапии.

Новые возможности, появившиеся в медицине благодаря этому новому пониманию клеточной биологии, можно разделить на четыре основные категории.

К первой относится применение лекарств, химических веществ или физических стимуляций, изменяющих свойства клеток: их взаимосвязь, коммуникацию и поведение. Примерами терапии такого рода является применение антибиотиков для борьбы с инфекцией, химиотерапия и иммунотерапия против рака, стимуляция нейронов электродами для модуляции сетей нервных клеток в мозге.

Ко второй категории относится перенос клеток из тела в тело (в том числе и в исходное тело), например, при переливании крови, пересадке костного мозга или при оплодотворении in vitro.

Третья категория – использование клеток для синтеза веществ (инсулина или антител), оказывающих терапевтическое действие при заболевании.

Совсем недавно появилась четвертая категория – генетическая клеточная модификация и последующая трансплантация с целью создания клеток, органов и тел с новыми свойствами.

Некоторые из этих способов лечения, например использование антибиотиков или переливание крови, так глубоко укоренились в медицинской практике, что мы уже не воспринимаем их в качестве “клеточной терапии”. Однако они появились в результате развития нашего понимания биологии клеток (как мы вскоре увидим, инфекционная теория заболеваний является продолжением клеточной теории). Другие методы лечения, такие как противоопухолевая иммунотерапия, являются достижениями XXI века. Ну а третьи, такие как введение модифицированных стволовых клеток при диабете, настолько новые, что все еще считаются экспериментальными.

Однако все они – как старые, так и новые – представляют собой варианты “клеточной терапии”, поскольку в значительной степени зависят от нашего понимания клеточной биологии. И каждое из этих достижений изменило развитие медицины, а равно и наше представление о человеке и его жизни.

В 1922 году четырнадцатилетнего мальчика с диабетом первого типа вывели из комы, буквально подарив ему новую жизнь, при помощи инъекции инсулина, выделенного из клеток поджелудочной железы собаки. В 2010 году, когда Эмили Уайтхед ввели ее собственные Т-клетки с химерным антигенным рецептором^5, или двенадцатью годами позднее, когда благодаря генно-модифицированным стволовым клеткам крови излечились первые пациенты с серповидноклеточной анемией, начался переход из “эпохи генов” в пересекающуюся с ней “эпоху клеток”.

Клетка – единица жизни. Но из этого следует более глубокий вопрос: что такое жизнь? Вероятно, одна из метафизических биологических загадок заключается в том, что мы все еще пытаемся описать суть нашего существования. Жизнь нельзя определить каким-то единственным параметром. Как сказал украинский биолог Сергий (или Сергей, как его звали раньше) Цоколов, “каждая теория, гипотеза или точка зрения принимает такое определение жизни, которое соответствует конкретным научным интересам и предположениям. В научном языке есть сотни рабочих и условных определений жизни, но ни одно из них не является общим”6. (Цоколов, который, к сожалению, умер в 2009 году в расцвете своей интеллектуальной жизни, знал, о чем говорил, поскольку это была и его головная боль. Он был ^гстробиологом, и в круг его интересов входили поиски жизни за пределами Земли. Но как найти жизнь, если ученые все еще не могут дать ей определение?)

Определение жизни можно сравнить с меню. Это не одна какая-то вещь, а набор вещей, набор поведений, серия процессов, а не единственное свойство. Живой организм должен иметь возможность воспроизводиться, расти, осуществлять метаболизм, адаптироваться к внешним стимулам и сохранять свое внутреннее содержимое. Кроме того, сложные многоклеточные организмы обладают так называемыми эмерджентными[6] свойствами – такими свойствами, которые возникают в системах клеток, например, механизмы защиты от повреждений и заражений, органы со специфическими функциями, физиологические способы коммуникации между органами и даже разум и познание[7]. И далеко не случайно, что все подобные свойства в конечном итоге основаны на клетке или на системах клеток[8]. И в этом смысле жизнь можно определить как наличие клеток, а клетку определить как наличие жизни.

Такое рекурсивное определение – не бессмыслица. Если бы Цоколов встретил первое астробиологическое существо, скажем эктоплазматическое создание из созвездия Альфа Центавра, и поинтересовался, является ли он/она/оно “живым” или нет, он должен был бы выяснить, соответствует ли это существо списку критериев жизни. Или просто спросить у существа, есть ли у него клетки. Трудно вообразить жизнь без клеток, как невозможно вообразить клетки без жизни.

Вероятно, это подчеркивает важность истории клетки: чтобы понять функции человеческого тела, нужно понимать функции клетки. Это нужно, чтобы понимать возможности медицины. Но еще важнее, что через историю клеток мы можем рассказать историю жизни и нас самих.

Что же такое клетка? В узком понимании клетка – это самостоятельная живая единица, играющая роль машины по расшифровке генов. Гены обеспечивают инструкции (код, если хотите) для построения белков – молекул, которые выполняют в клетке фактически всю работу. Белки осуществляют биологические реакции, координируют передачу внутриклеточных сигналов, формируют структурные элементы, включают и выключают гены, чтобы контролировать идентичность, метаболизм, рост и смерть клетки. В биологии они главные действующие лица – молекулярные машины, которые делают жизнь возможной[9].

Гены с инструкциями для построения белков физически организованы в виде двунитевой спиральной молекулы, называемой дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК), которая в человеческих клетках упакована в хромосомы, напоминающие клубки пряжи. Насколько нам известно, ДНК есть во всех живых клетках (но может оттуда исторгаться). Ученые занимаются поиском клеток, использующих в качестве источника информации не ДНК, а другие молекулы, например РНК, но до сих пор не нашли клеток с инструкциями в форме РНК.

Под расшифровкой генов я подразумеваю процесс, в рамках которого внутриклеточные молекулы считывают конкретные фрагменты генетического кода, как музыканты в оркестре читают свою часть партитуры (песнь конкретной клетки), тем самым превращая генетические инструкции в реальный белок. Говоря проще, ген содержит код, а клетка его расшифровывает. Таким образом, клетки превращают информацию в форму – превращают генетический код в белки. Ген без клетки лишен жизни – это инструкция к действию в инертной молекуле, музыкальная партитура без музыкантов, библиотека без единого читателя. Клетки дают генам материальное, физическое обличье. Клетки оживляют гены.

Однако клетка – не просто аппарат для расшифровки генов. Расшифровывая код путем синтеза специфического набора закодированных в генах белков, клетка превращается в интегратор. Клетка использует этот набор белков (и продукты их биохимических реакций) в зависимости от других клеток, чтобы скоординировать их функцию, их поведение (движение, метаболизм, передачу сигналов, доставку питательных компонентов к другим клеткам, обнаружение посторонних объектов), соответствующее критериям жизни. Метаболизм организма определяется метаболизмом клеток. Репродукция организма основана на репродукции клеток. Репарация, выживание и гибель организма основаны на репарации, выживании и гибели клеток. Поведение органа или организма определяется поведением клетки. Жизнь организма определяется жизнью клетки.

Наконец, клетка имеет механизм деления. Внутриклеточные молекулы (опять-таки белки) инициируют процесс удвоения генома. Меняется внутренняя организация клетки. Делятся хромосомы, в которых хранится генетический материал клетки. От деления клетки зависят рост, репарация, регенерация и в конечном итоге репродукция наряду с другими важнейшими процессами жизнеобеспечения.

Я постоянно и давно занимаюсь клетками. И каждый раз, когда я смотрю на них в микроскоп – сияющих, блестящих, живых, – я как бы заново переживаю волнение, которое ощутил, когда увидел их впервые. Днем в пятницу осенью 1993 года, примерно через неделю после прибытия в лабораторию Алана Таунсенда в Оксфордском университете для работы над своей диссертацией по иммунологии, я измельчил мышиную селезенку и поместил этот кровавый суп в чашку Петри с факторами для стимуляции роста Т-клеток. Вернувшись в лабораторию в понедельник утром после выходных, я уселся за микроскоп. Комната была освещена так слабо, что мне не нужно было даже задергивать шторы: в Оксфорде всегда сумрачно (безоблачная Италия словно создана для телескопов, а сумрачная туманная Англия – по-видимому, для микроскопов). Я поместил чашку под объектив микроскопа. Под слоем питательной среды плавали полупрозрачные Т-клетки, которые, я бы сказал, лучились внутренним светом и полнотой – признак здоровых активных клеток. (Когда клетки умирают, это сияние меркнет, клетки съеживаются и становятся зернистыми, “пикнотическими” на языке клеточной биологии.)

“Как глаза, которые смотрят на меня в ответ”, – прошептал я сам себе. И вдруг, к моему удивлению, Т-клетка сдвинулась – намеренно, целенаправленно, в поисках инфицированной клетки, которую она могла бы найти и уничтожить. Она была живая.

Годами позже такое же волнующее и завораживающее ощущение я испытывал, наблюдая за распространением клеточной революции в медицине. Когда я в первый раз увидел Эмили Уайтхед в Пенсильванском университете в освещенном флуоресцентными лампами коридоре рядом с аудиторией, у меня возникло ощущение, что мне позволили войти в некую дверь, отделявшую прошлое от будущего. Прежде чем стать врачом-онкологом, я изучал иммунологию, потом стволовые клетки и, наконец, биологию опухолей[10]. Случай Эмили объединял все эти прошлые жизни, причем не только мои, а, что важнее, жизни и труды тысяч исследователей, глядевших в тысячи микроскопов на протяжении тысяч дней и тысяч ночей. Эмили воплощала наше желание добраться до светящегося сердца клетки и понять ее бесконечно захватывающие тайны. А еще воплощала наше жгучее желание увидеть зарождение новой медицины, клеточной терапии, становящейся возможной благодаря пониманию физиологии клеток.

Встречи с моим другом Сэмом в его больничной палате и наблюдения, неделя за неделей, за его ремиссиями и рецидивами дали мне опыт противоположного рода – не возбуждения, а понимания того, как много нам еще предстоит усвоить и узнать. Меня как онколога интересовали мятежные клетки – которые оказались там, где их не должно было быть, клетки с неконтролируемым делением. Эти клетки нарушают и ниспровергают законы поведения, которые я описываю в этой книге. Я пытаюсь понять, почему и как это происходит. Меня можно назвать клеточным биологом, попавшим в перевернутый мир. И история клетки глубоко вплетена в полотно моей научной и личной жизни.

Пока я активно занимался написанием книги, начиная с первых месяцев 2020 года и закачивая 2022-м, в мире продолжала бушевать пандемия COVID-19. В моем госпитале, в радушно принявшем меня городе Нью-Йорке и на моей родине росло число больных и умерших. К февралю 2020 года койки в отделении интенсивной терапии в Медицинском центре Колумбийского университета, где я работаю, были забиты людьми, захлебывавшимися собственными выделениями, пока аппараты искусственного дыхания прокачивали воздух через их легкие. Начало весны 2020 года было черным периодом: Нью-Йорк превратился в неузнаваемый, продуваемый ветрами мегаполис с опустевшими переулками и улицами, где одни люди шарахались от других. В Индии пик смертности пришелся на год позже, на апрель и май 2021 года. Тела сжигали на парковках, в проходах между домами, в трущобах и на детских площадках. В крематориях печи так часто работали на полную мощность, что прогорали и плавились металлические решетки, на которые клали тела.

Сначала я проводил время в клинической комнате госпиталя, а затем, когда онкологическую клинику урезали до минимума, оставался дома с семьей. Глядя в окно на линию горизонта, я вновь думал о клетках. Об иммунитете и его мятеже. Вирусолог из Йельского университета Акико Ивасаки рассказывала мне, что главной патологией, которую вызывает SARS-C0V-2 (тяжелый острый респираторный синдром коронавируса-2), было “ложное срабатывание иммунной системы” – нарушение регуляции работы иммунных клеток^7. Я никогда прежде не слышал этого термина, но масштаб проблемы меня поразил: по сути, пандемия тоже была клеточной болезнью. Да, конечно, был вирус, но вирус без клеток инертен и лишен жизни. Наши клетки разбудили эту “чуму” и дали ей жизнь. Чтобы понять ключевые элементы пандемии, нужно понять не только особенности этого вируса, но также биологию иммунных клеток и причины их недовольства.

Тогда казалось, что все тропинки и нити моих размышлений и самого моего естества опять вели к клетке. Не знаю, я ли дал жизнь этой книге, или это она сама захотела, чтобы ее написали.

В книге “Царь всех болезней” я писал о нашем острейшем желании найти средства для борьбы с раком или для его предотвращения. Книга “Ген” посвящена поискам способов декодирования и расшифровки кода жизни. А в “Песни клетки” мы отправляемся в совсем другое путешествие: к познанию жизни через ее простейший элемент – клетку. Эта книга не о поисках методов лечения и не о расшифровке кода. Здесь нет одного явного злодея. Главные герои стремятся понять жизнь через понимание анатомии, физиологии и поведения клеток и их взаимодействия с соседними клетками. Понять музыку клетки. А их медицинские цели заключаются в поисках методов клеточной терапии – возможностей использовать строительные кирпичики человеческого тела для перестройки и обновления людей.

В этой связи я посчитал нужным выбрать не хронологический, а иной порядок изложения. Каждая часть книги затрагивает то или иное важнейшее свойство сложных живых организмов и исследует его историю. Каждая часть освещает одно фундаментальное свойство жизни (воспроизводство, автономность, метаболизм), связанное с определенной системой клеток. И каждая описывает зарождение какой-то новой клеточной технологии (например, пересадку костного мозга, искусственное оплодотворение, генную терапию, глубокую стимуляцию мозга, иммунотерапию), возникшей благодаря нашему новому пониманию клеток и поставившей под сомнение наши представления о строении и функционировании человека. Эта книга – тоже сумма частей: мировая и личная история, физиология и патология, прошлое и будущее (а также история моего становления в качестве клеточного биолога и врача) сливаются в ней в единое целое. Такая вот клеточная организация, если угодно.

Я начал работать над этой книгой зимой 2019 года и собирался посвятить ее Рудольфу Вирхову. Меня вдохновляет этот прогрессивный, скромный и мягкий человек, немецкий врач и ученый^8, который противостоял патологическим социальным движениям своего времени, пропагандировал свободу мысли, защищал идею общественного здравоохранения, презирал расизм, издавал журнал, проделал самостоятельный и уникальный путь в медицине и предложил рассматривать заболевания органов и тканей как результат нарушения функций клетки – он назвал это “клеточной патологией.

Но в итоге я посвятил ее моему другу и пациенту, которого лечили от рака с помощью нового варианта иммунотерапии, и Эмили Уайтхед; такие пациенты позволяют по-новому понять функцию клеток и клеточную терапию. Они были одними из первых пациентов, для лечения которых мы пытались использовать клетки, превращая клеточную патологию в клеточную медицину – с переменным успехом. И поэтому данная книга посвящается им и их клеткам.

Часть первая

Открытие

Мы с вами оба начались с единственной клетки.

Наши гены различаются, но несильно. Пути развития наших тел разнятся. Наша кожа, волосы, кости и мозг строились по-разному. У нас совершенно разный жизненный опыт. Двое моих дядей умерли от психических заболеваний. Мой отец умер после каскада нарушений, вызванных неудачным падением. У него был артрит колена. Друг (так много друзей) – от рака.

И при этом, несмотря на очевидные различия между нашими телами и опытом, у нас с вами два общих свойства. Во-первых, мы появились из одноклеточного эмбриона. Во-вторых, из этой клетки образовались многие другие – те, которые ныне составляют ваше и мое тело. Мы построены из одинаковых материальных единиц, как два комочка материи, состоящие из одинаковых атомов.

Из чего мы сделаны? В древности одни люди считали, что мы состоим из менструальной крови, которая затвердела и оформилась в тела. Другие полагали, что мы зарождаемся заранее сформированными – мини-существа, со временем просто увеличивающиеся в размере, как воздушные шары в форме человеческих тел, которые надувают на праздник. По мнению третьих, человек слеплен из глины и речной воды. Ну а четвертые думали, что в матке мы сначала превращаемся из головастика в некое подобие рыбы и в конечном итоге в человека.

Но если вы поглядите в микроскоп на свою и на мою кожу или печень, вы обнаружите, что они поразительно похожи. И вы поймете, что все мы на самом деле состоим из живых единиц – клеток. Первая клетка дала начало другим, а затем делилась еще и еще, пока постепенно не сформировались печень, кишечник и головной мозг – все сложные анатомические элементы тела.

Когда люди поняли, что состоят из независимых живых единиц? И что эти единицы являются основой всех функций тела? Иными словами, что наша физиология в конечном итоге определяется физиологией клетки? И когда мы установили, что наше здоровье и будущее неразрывно связаны с изменениями этих живых сущностей? Что наши болезни – результат клеточной патологии?

Именно к этим вопросам (и к связанной с ними истории одного открытия, затронувшего и радикально изменившего биологию, медицину и наши представления о человеке) мы обратимся в первую очередь.

Исходная клетка. Невидимый мир

Истинное знание заключается в осознании незнания^1.

Рудольф Вирхов, из письма отцу, 1830-е годы

Сначала давайте отдадим должное тихому голосу Рудольфа Вирхова^2. Вирхов родился в Померании, в Пруссии (теперь эта территория поделена между Германией и Польшей) 13 октября 1821 года. Его отец Карл был фермером и местным казначеем. О его матери Йоханне Вирхов, урожденной Хессе, нам известно мало. Рудольф был прилежным и блестящим учеником – вдумчивым, внимательным, способным к языкам. Он выучил немецкий, французский, арабский и латынь и был отмечен за свои учебные работы.

В восемнадцать лет он написал дипломную работу “Жизнь, полная работы и трудов, – не груз, а благословение” и уже готовился стать священником. Он хотел быть пастором и проповедовать прихожанам. Но его угнетала слабость собственного голоса. Вера передается через воодушевление, а воодушевление порождается красноречием. Но что, если никто даже не услышит, как он вещает с кафедры? Медицина и наука казались более подходящими занятиями для застенчивого и прилежного юноши с тихим голосом. По окончании школы в 1839 году Вирхов получил военную стипендию и решил изучать медицину в Институте Фридриха Вильгельма в Берлине.

Медицинская среда, в которую вошел Вирхов в середине 1800-х годов, условно делилась на две составляющие: на анатомию и патологическую анатомию – одна сравнительно продвинутая, другая все еще неупорядоченная. Начиная с XVI столетия анатомы все точнее и точнее описывали форму и структуру человеческого тела. Самым известным среди всех анатомов был фламандский ученый и профессор Падуанского университета в Италии Андреас Везалий^3. Он был сыном аптекаря и прибыл в Париж в 1533 году, чтобы учиться и заниматься хирургией. Хирургическая анатомия тогда находилась в состоянии полнейшего беспорядка. По этому предмету было лишь несколько учебников, и еще не существовало системного атласа строения человеческого тела. Большинство хирургов и их учеников в какой-то степени ориентировались на анатомические труды римского врача Галена, жившего между 129 и 216 годами. Труды Галена тысячелетней давности, основанные на анатомии животных, давно устарели и, честно говоря, во многом были просто ошибочными.

Цокольный этаж парижского госпиталя Отель-Дьё, в котором производили анатомирование разлагающихся человеческих трупов, был грязным, затхлым и плохо освещенным пространством, где под каталками бродили полудикие собаки, грызшие обрезки плоти, – “мясной рынок”, как Везалий называл одно из таких мест. Профессора сидели в “высоких креслах [и] кудахтали, как куры”4, писал он, а их помощники рубили и кромсали тела случайным образом и вытаскивали из них органы и фрагменты, как вату из набивных кукол.

“Доктора даже не пытались резать, – с горечью писал Везалий, – а их цирюльники, которым было вверено ремесло хирургии, были слишком плохо обучены, чтобы понимать записи профессоров анатомии… Они лишь вырезали то, что нужно было показать по инструкции врача, который никогда сам ничего не вырезал и просто руководил происходящим – и не без высокомерия. Все преподавалось неправильно, дни проходили в глупых диспутах. В этой суете зрителям представляли меньше фактов, чем мясник мог бы представить врачу у себя на мясном рынке”. И мрачно завершал: “Кроме восьми мышц живота, изуродованных и представленных в неправильном порядке, никто и никогда не показал мне ни одной мышцы и ни одной кости, не говоря уже о последовательности нервов, вен и артерий”.

Разочарованный и раздраженный Везалий решил самостоятельно построить карту человеческого тела. Он делал вылазки в склепы вблизи госпиталя, иногда по два раза за день, чтобы пополнить свою лабораторию новыми образцами. Могилы на Кладбище Невинных, часто вскрытые, где от тел оставались одни скелеты, предоставляли превосходные образцы для зарисовки костей.

Литография из труда Везалия De Humani Corporis Fabrica (1543), демонстрирующая его метод создания последовательных срезов анатомических структур, позволяющих устанавливать связь между нижними и верхними слоями, как это делает современная компьютерная томография. Такие книги, как эта, проиллюстрированные Яном ван Калькаром, произвели настоящую революцию в изучении анатомии человека, однако аналогичных полных учебников по физиологии или патологической анатомии в 1830-е годы не существовало.

А прогуливаясь под трехъярусной парижской виселицей Монфокон, Везалий разглядывал казненных заключенных. Он тайком уносил тела недавно повешенных, чьи мышцы, внутренние органы и нервы оставались сравнительно нетронутыми – достаточно, чтобы вскрывать их слой за слоем и зарисовывать расположение органов.

Сложные рисунки, выполненные Везалием за последующее десятилетие, изменили представление об анатомии человека^5. Иногда он проводил диссекцию мозга на срезы в горизонтальной плоскости, как срезают верхушку с дыни, и делал такие же изображения, какие получают теперь при помощи современной компьютерной аксиальной томографии. На других иллюстрациях он накладывал на мышцы кровеносные сосуды или открывал в мышцах “окошки”, чтобы было видно, что находится в более глубоких слоях.

Он зарисовывал человеческую брюшную полость в проекции снизу вверх, как тело Христа на полотне итальянского художника XV века Андреа Мантеньи “Мертвый Христос”, и делал срезы рисунка, как теперь это делает сканер для магнитно-резонансной томографии. Самые точные и тонкие рисунки анатомических структур человека он создал вместе с художником и литографом Яном ван Калькаром. В 1543 году он опубликовал свои работы по анатомии в виде семи томов, озаглавленных De Humani Corporis Fabrica (“О строении человеческого тела”)6. Слово fabrica (ткань) в названии было ключом к содержанию и назначению этого труда: человеческое тело рассматривалось как физическая материя, а не как тайна, оно состояло из физической материи, а не из духа. Отчасти это был учебник по медицине, содержащий около семи сотен иллюстраций, отчасти научный трактат с картами и диаграммами, заложивший основы для изучения анатомии человека на столетия вперед.

Так вышло, что этот труд был опубликован в том же году, в котором польский астроном Николай Коперник составил “анатомию небес” в своей монументальной книге De Revolutionibus Orbium Coelestium (“О вращении небесных сфер”), содержавшей карту гелиоцентрической Солнечной системы, на которой Земля находилась на орбите, а Солнце было твердо установлено в центральное положение^7.

Везалий же поместил анатомию человека в центр медицины.

В то время как анатомия (изучение структурных элементов человеческого тела) развивалась быстро, патологическая анатомия (изучение человеческих болезней и их причин) все еще оставалась неструктурированной. Это был неопределенный, беспорядочный мир. По патологической анатомии не было таких книг, как по анатомии, и не существовало общей теории болезней – не было ни открытий, революций. На протяжении XVI и XVII веков большинство болезней объясняли миазмами – ядовитыми парами, исходящими из загрязненных стоков или зараженного воздуха. Миазмы якобы переносили частицы разлагающейся материи, называемые миазматами, которые каким-то образом проникали в тело и приводили к его распаду. (В слове “малярия” по сей день сохранились следы этой истории: оно состоит из итальянских слов mala и aria, что в сочетании означает “плохой воздух”.)

По этой причине первые реформы в здравоохранении, направленные на предотвращение заболеваний и лечение больных, касались общественной санитарии и гигиены. Для утилизации отходов жизнедеятельности рыли сточные канавы, а в домах и на производствах открывали вентиляционные отверстия, чтобы предотвратить накопление зараженных миазмов. Казалось, эта теория подкреплялась неоспоримой логикой. Многие города, переживавшие быструю индустриализацию и не справлявшиеся с размещением рабочих и их семей, представляли собой зловонные скопления смога и нечистот, и болезни очевидно выбирали наиболее смрадные и перенаселенные районы. Периодические волны холеры и тифа выискивали самые бедные районы Лондона и его окрестностей, такие как Ист-Энд (теперь там блестят витрины магазинов и ресторанов и продаются высококачественные льняные фартуки и бутылки дорогого джина). С бешеной скоростью распространялись сифилис и туберкулез. Рождение ребенка было опасным и жутковатым делом, поскольку с большой вероятностью могло закончиться не рождением, а смертью либо плода, либо матери, либо обоих. В более благополучных частях города, где воздух был чище, а нечистоты утилизировались несколько эффективнее, люди были здоровее, но беднота, жившая в зараженных миазмами районах, неизбежно постоянно болела. Если чистота была залогом здоровья, следовательно, болезни разумно было считать результатом грязи или заражения.

Но несмотря на то, что представление о заразных парах и миазмах, казалось бы, содержало в себе некое зерно истины (и давало людям прекрасное основание для дальнейшего отделения богатых районов города от бедных), на пути к пониманию патологической анатомии оставались странные загадки. К примеру, почему женщины, рожавшие в родильном доме в одном районе Вены в Австрии, вскоре умирали примерно в три раза чаще, чем те, которые рожали в соседнем родильном доме?8 В чем заключалась причина бесплодия? Почему совершенно здоровый молодой человек внезапно заболевал и его суставы сковывала чудовищная боль?

На протяжении XVIII и XIX веков врачи и ученые настойчиво искали системные причины человеческих болезней. Но самыми успешными результатами их трудов оказались лишь несколько несущественных дополнений к прежним объяснениям, основанным на макроскопической анатомии: любая болезнь представляет собой нарушение функции конкретного органа. Печень. Желудок. Селезенка. Был ли какой-то более глубокий организационный принцип, связывающий эти органы с непонятными и таинственными нарушениями их функции? Стоило ли вообще рассуждать о патологии человека в систематическом плане? Возможно, ответ нельзя было найти в анатомии видимых структур, а только на микроскопическом уровне. На самом деле в XVIII веке химики уже начали понимать, что свойства вещества (взрывоопасность водорода и текучесть воды) являются эмерджентными свойствами невидимых частиц, молекул, а также составляющих их атомов. Могла ли биология оказаться устроенной схожим образом?

Рудольфу Вирхову едва исполнилось восемнадцать, когда он поступил в медицинский Институт Фридриха Вильгельма в Берлине^9. Институт был создан с целью обучения военных медиков для прусской армии, и там царила соответствующая военная этика: предполагалось, что студенты в дневное время должны проводить по шестьдесят часов в неделю на занятиях, а материал запоминать по ночам. (В военной медицинской школе Pepiniere старшие военные врачи часто проводили неожиданные проверки посещаемости^10. Если выяснялось, что кого-то из учащихся нет на занятиях, наказывали весь класс.) “Так происходит каждый день без остановки с шести утра до одиннадцати вечера, кроме воскресенья, – мрачно писал Вирхов отцу, – <… > и к вечеру устаешь так, что уже мечтаешь о жесткой постели, с которой, проспав почти в летаргическом сне, встаешь утром почти таким же усталым, как накануне”11. Учащимся выдавали дневную порцию мяса, картошки и водянистого супа, а жили они в маленьких изолированных комнатках. В камерах.

Вирхов зазубривал материал. Анатомию преподавали вполне разумно: макроскопическая карта тела слегка уточнилась со времен Везалия усилиями многих поколений вивисекторов в результате тысяч вскрытий. Но в патологической анатомии и физиологии того времени не было основополагающей логики. Почему органы работают, что они делают и почему теряют свою функцию – на этот счет существовали лишь спекулятивные рассуждения, натянутые, как по военному приказу, от гипотезы до факта. Патологоанатомы уже давно разделились на разные школы мысли в отношении происхождения болезней. Сторонники гипотезы миазмов полагали, что болезни возникают от загрязненных испарений, последователи галенизма верили, что болезнь – это патологическое нарушение равновесия между четырьмя жидкими и полужидкими средами тела, называемыми “туморами”, а сторонники “психиатрической теории” доказывали, что болезнь – это проявление расстройства разума. К тому времени, когда Вирхов занялся медициной, большинство из этих теорий находились в плачевном состоянии или уже умерли.

В 1843 году Вирхов получил медицинскую степень и начал работать в берлинском госпитале Шарите, где сотрудничал с Робертом Фрорипом – патологоанатомом, микроскопистом и куратором коллекции патологических образцов госпиталя. Освободившись от интеллектуального рабства предыдущего института, Вирхов принялся искать систематический путь к пониманию человеческой физиологии и патологии. Он погрузился в изучение истории патологической анатомии. “Существует острая и всепоглощающая необходимость понять [микроскопическую патологию] 12”, – писал он. Однако эта дисциплина, по его ощущениям, “свернула куда-то не туда”. Возможно, микроскописты были правы и систематический ответ нельзя было найти в видимом мире. Что, если сердечная недостаточность или цирроз печени являются лишь эпифеноменами – эмерджентными проявлениями более глубокой дисфункции, невидимой невооруженным глазом?

Анализируя прошлое, Вирхов осознал, что ученые раньше уже рассматривали этот невидимый мир. В конце XVII столетия исследователи обнаружили, что ткани животных и растений построены из единообразных живых структур, названных клетками. Могут ли эти самые клетки находиться в центре физиологии и патологии? Если это так, откуда они берутся и что делают?

“Истинное знание заключается в осознании незнания”, – написал он в письме отцу в 1830-е годы, еще в бытность студентом медицинского факультета. “Как сильно и болезненно я ощущаю пробелы в моих знаниях. Именно по этой причине я не остановился пока ни на одном направлении науки… Для меня еще много неопределенного и нерешенного”. Но в медицине Вирхов нашел опору, и боль в его душе как будто утихла. “Я сам себе руководитель”, – писал он с вновь обретенной уверенностью в 1847 году^13. Если клеточной патологии не существовало, он должен был создать это направление с нуля. Возмужав как врач и обретя знания по истории медицины, он мог наконец остановиться и начать заполнять пробелы.

Видимая клетка. “Вымышленные истории о маленьких животных”

В сумме частей есть только части.

Мир нужно измерять глазом.

Уоллес Стивенс

“Мир нужно измерять глазом”.

Современная генетика родилась из сельскохозяйственной практики: моравский монах Грегор Мендель обнаружил гены, занимаясь перекрестным опылением растений гороха с помощью кисточки в монастырском саду в городе Брно^1. Русский генетик Николай Вавилов вдохновлялся селекцией зерновых культур^2. И даже английский натуралист Чарльз Дарвин обратил внимание на невероятные изменения форм животных в результате работы селекционеров^3. Развитию клеточной биологии тоже способствовала простая практическая технология. Интеллектуальная наука родилась из примитивного ремесла.

В случае клеточной биологии это было просто искусство наблюдения: ученые измеряли, наблюдали и анализировали мир глазом. В начале XVII века голландские мастера по изготовлению очков отец и сын Ганс и Захарий Янсен поместили два увеличительных стекла в верхнюю и нижнюю часть полой трубки и обнаружили, что могут видеть мир, невидимый невооруженным глазом^4.[11] Такие микроскопы с двумя линзами стали называть “сложными”, а микроскопы с единственной линзой – “простыми”, но появление обоих типов микроскопов стало возможным благодаря древнейшему опыту стеклодувного ремесла, развивавшегося со времен арабского и греческого мира до эпохи итальянских и голландских стеклодувов. Во II веке до нашей эры Аристофан описывал “горящие шары”: стеклянные сферы для фокусировки и направления луча света, которые продавали на рынках в качестве безделушек. Если внимательно посмотреть через “горящий шар”, в нем можно увидеть увеличение миниатюрной вселенной. Увеличьте его до линзы размером с глаз, и получится первый прототип монокля – вероятно, этот фокус в XII веке изобрел итальянский оптик Амати. Приделайте ручку – и получите увеличительное стекло.

Главное достижение Янсенов заключалось в том, что они соединили мастерство стеклодувов с инженерным решением, позволявшим двигать стекла на неподвижной подставке. Установив один или два куска идеально прозрачного стекла в форме линзы на металлической пластинке или трубке с помощью винтов и зажимов, позволяющих передвигать стекла, исследователи нашли путь в невидимый миниатюрный мир – в неизвестную ранее огромную вселенную, противоположную макроскопическому космосу, видимому с помощью телескопа.

Один нелюдимый голландский торговец самостоятельно научился разглядывать этот невидимый мир. В 1670-е годы торговцу тканями из Делфта Антони ван Левенгуку понадобился инструмент для изучения качества и целостности нитей. В XVII веке Голландия была активным центром торговли тканями^5: шелк, бархат, шерсть, лен и хлопок прибывали крупными рулонами и свертками из портов и колоний, а из Голландии расходились по всей континентальной Европе. Опираясь на работу Янсенов, Левенгук сконструировал простой микроскоп с единственной линзой, укрепленной на толстой латунной пластинке, и с тоненькой платформой для размещения образца. Поначалу он использовал инструмент, чтобы оценивать качество тканей. Но вскоре интерес к возможностям созданного им же инструмента полностью его захватил: он стал направлять линзы на любые предметы, которые попадались ему под руку.

Двадцать шестого мая 1675 года Делфт накрыла сильнейшая буря. Левенгук, которому в то время было сорок два года, набрал воды, протекавшей через крышу дома, оставил ее постоять сутки, а потом поместил каплю под стекло одного из микроскопов и поднес к свету^6. И тут же пришел в безумный восторг. Насколько ему было известно, еще никто прежде не видел ничего подобного. В воде кишели десятки крохотных организмов – “анималькулей”, как он их назвал. Люди, смотревшие в телескопы, видели макроскопический мир – голубую Луну, газовую Венеру, кольца Сатурна, красноватый Марс. Но никто не рассказывал о чудесном живом космосе в капле дождевой воды. “Это было самое чудесное из всех чудес, которые я обнаружил в природе, – писал он в 1676 году[12]. – Никогда мои глаза не испытывали большего удовольствия, чем при виде этого спектакля тысяч живых существ в капле воды”7.

(а) Схема одного из первых микроскопов Левенгука: 1) предметная игла, 2) основной винт, з) линза, 4) рукоятка для фокусировки.

(б) Один из микроскопов Левенгука, установленный на латунной пластине.

Левенгук хотел увидеть больше, найти более точные инструменты для наблюдения за этой завораживающей новой вселенной живых существ. Он заказал шарики разных размеров из венецианского стекла самого высокого качества и принялся тщательно шлифовать и полировать их, придавая им идеальную двояковыпуклую форму. (Как мы теперь знаем, некоторые линзы он изготавливал, растягивая стеклянную палочку над открытым огнем до состояния тонкой нити и отламывая кончик, в результате чего на конце возникал “пузырек”, превращавшийся в глобулу в форме линзы.) Он устанавливал эти линзы на тонких металлических пластинках из латуни, серебра или золота, снабженных сложной системой миниатюрных зажимов и винтов, позволявших двигать элементы инструмента вверх и вниз и добиваться идеальной фокусировки. Он изготовил около пяти сотен таких микроскопов, и каждый из них – чудо тончайшего ремесла.

А были ли подобные существа в другой воде? Левенгук упросил человека, ездившего к морю, привезти ему океанской воды “в чистой стеклянной бутыли”. И вновь обнаружил плавающих в воде крохотных одноклеточных существ “с телами мышиного цвета и более светлым овальным окончанием”8. Наконец в 1676 году он записал свои наблюдения и отослал записи в самое именитое научное общество своей эпохи.

“В 1675 году – писал он в письме Лондонскому королевскому обществу, – я обнаружил живых существ в дождевой воде, которая простояла несколько дней в новом глиняном горшке… Когда эти анималькули, или живые атомы, двигались, они выставляли вперед два усика и беспрерывно себя подталкивали… Остальное тело было округлым, слегка заостренным к концу, где у них был хвост, примерно в четыре раза длиннее тела”9.

Когда я закончил писать этот параграф, мною овладело такое же непреодолимое желание – я тоже захотел посмотреть на это. Находясь в состоянии полной неопределенности посреди пандемии, я решил соорудить собственный микроскоп – или хотя бы наиболее близкий аналог. Я заказал металлическую пластинку и поворачивающийся зажим, просверлил дырку и установил пластинку с самой лучшей тонкой линзой, которую смог купить. Это напоминало современный микроскоп не больше, чем телега с волами напоминает космический корабль. Я выбросил не один десяток прототипов, прежде чем получил один рабочий. Однажды в солнечный день я поместил капельку дождевой воды из лужи на предметную иглу и вынес инструмент на свет.

Ничего. Я видел лишь смутные очертания, как будто тени из призрачного мира. Размытое пятно. Я был разочарован и стал тихонько настраивать фокусировку, как это сделал бы Левенгук. В предвкушении предстоящего зрелища я ощущал каждый поворот винта собственным нутром, как будто такой же винт проворачивался где-то у меня в позвоночнике. И вдруг я увидел. Капля стала видна отчетливо – а в ней целый мир. Под линзой промелькнуло амебообразное существо. Потом другое. Некоторых я не узнавал. Какой-то спиралевидный организм. И округлый подвижный сгусток с ободком из самых прекрасных и нежных ресничек, которые я когда-либо видел. Я не мог оторваться. Это были клетки.

В 1677 году Левенгук рассмотрел человеческие сперматозоиды, “генитальных анималькулей”, из собственной спермы, а также из образца спермы мужчины с гонореей^10. Он нашел их “движущимися, как змея или угорь движется в воде”11. Однако, несмотря на свой энтузиазм и продуктивность, торговец тканями не горел желанием демонстрировать свои инструменты любопытствующей публике или ученым. И эта подозрительность была взаимной: ученые относились к нему с таким же недоверием. Секретарь Королевского общества Генри Ольденбург уговаривал Левенгука “ознакомить [ученых] с его методом, чтобы другие могли подтвердить подобные наблюдения”12, а также предоставить рисунки и подтверждающие данные в дополнение примерно к двум сотням писем, которые Левенгук направил в Королевское общество, поскольку лишь около половины из них содержали доказательства или описывали научный метод, который можно было бы опубликовать. Но Левенгук давал лишь туманные описания своих инструментов и своего метода. Как писал историк науки Стивен Шейпин, Левенгук “не был ни философом, ни медиком, ни джентльменом^13. Он не учился в университете, не знал латыни, французского или английского… Его заявления [о существовании в воде большого количества микроскопических организмов] вписывались в стандартные схемы с большой натяжкой, и его личность также не помогала придать весу его заявлениям”.

Некоторые виды “анималькулей”, обнаруженных Левенгуком с помощью простого микроскопа. Заметим, что Fig. II в нижней части рисунка может быть изображением либо человеческого сперматозоида, либо жгутиковой бактерии.

Казалось, ему нравилось иногда представляться скрытным и осторожным любителем – простым торговцем тканями, просившим приятеля принести морской воды в стеклянной бутылке. Единственный способ поверить этому торговцу тканями, который превратился в микроскописта и перевернул биологию с ног на голову, открыв новый мир микроскопических существ, заключался в том, чтобы довериться показаниям восьми не слишком респектабельных жителей Делфта, которых он собрал. Те клялись, что с помощью его инструментов действительно видели “плавающих животных”. В результате такого принципа “свидетельских показаний” страдала научная репутация Левенгука^14. Подозрительный и раздосадованный Левенгук еще глубже зарывался в свой миниатюрный мир, видимый, казалось, только ему одному. “Моя работа, которой я занят уже долгое время, – возмущенно писал он в 1716 году, – была предпринята не для того, чтобы завоевать похвалу, которой я теперь наслаждаюсь, но главным образом из-за острой жажды знаний, которая присуща мне больше, чем многим другим людям”15.

Как будто его собственный микроскоп поглотил его и уменьшил в размере. Вскоре он сам стал почти что невидимым, маленьким, забытым.

В 1665 году, примерно за десять лет до того, как Левенгук опубликовал письмо с описанием анималькулей в воде, английский ученый и энциклопедист Роберт Гук тоже увидел клетки^16 – но не живые и далеко не такие разнообразные, как анималькули Левенгука. Пожалуй, как ученый Гук был полной противоположностью Левенгука. Он учился в колледже Уэдхем в Оксфорде, и его разносторонний интеллект был способен проникать в разные научные сферы и постигать разные миры. Он был не только физиком, но и архитектором, математиком, научным иллюстратором, умел обращаться с телескопом и с микроскопом.

В отличие от большинства ученых мужей того времени – мужчин из состоятельных семей, имевших возможность долго рассуждать о естественных науках, не ожидая следующей зарплаты, – Гук происходил из небогатой английской семьи. Получая стипендию в Оксфорде, он жил за счет того, что помогал в работе знаменитому физику Роберту Бойлю. К1662 году, еще в качестве помощника Бойля, он утвердился как полностью независимый мыслитель и занял должность “куратора экспериментов” в Королевском обществе.

Интеллект Гука был искрящимся и гибким, как резиновая лента, которая светится при растяжении. Он проникал в ту или иную сферу науки и затем расширял и освещал ее своим внутренним светом. Он много писал о механике, оптике и науках о материи. После великого лондонского пожара в сентябре 1666 года, продолжавшегося пять дней и уничтожившего четыре пятых города^17, Гук помогал известному архитектору Кристоферу Рену осматривать и восстанавливать здания. Он построил мощный новый телескоп, с помощью которого изучал поверхность Марса, а также исследовал и классифицировал окаменелости.

В начале 1660-х годов Гук начал серию экспериментов с микроскопами. В отличие от микроскопов Антони ван Левенгука, это были сложные микроскопы. Две тщательно отшлифованные линзы размещались на концах трубки, заполненной водой для увеличения четкости изображения. Вот что он писал: “Если… поднести его очень близко к предмету и посмотреть через него, он одновременно увеличит предметы и сделает некоторые более различимыми, чем любой большой микроскоп. Но из-за этого, хотя их [чрезвычайно] просто делать, их очень трудно использовать, из-за малого размера и из-за близости предмета; чтобы избежать и того и другого и ввиду лишь двух рефракций я обзавелся латунной трубкой”18.

В январе 1665 года Гук опубликовал книгу под названием “Микрография, или Некоторые физиологические описания мельчайших телец при помощи увеличительных стекол с их наблюдением и обсуждением”, в которой подробно описал свои эксперименты и микроскопические наблюдения. Эта книга стала хитом года: “Самая оригинальная книга, какую я когда-либо читал”, – писал в своем дневнике Сэмюэл Пипс^19.[13] Изображения микроскопических телец, никогда не виданных в таком увеличении, заворожили и восхитили читателей. Среди десятков тщательно выполненных рисунков было гигантское изображение блохи, огромная вошь с гротескным ртом паразита, занявшим восьмую часть страницы, а также сложный глаз комнатной мухи с сотнями линз, напоминающий миниатюрный многогранный светильник^20. “Глаз мухи… очень похож на сетку”, – писал Гук^21. Он напоил муравья бренди и смог подробно зарисовать его усики^22. Однако среди изображений этих паразитов и вредителей было одно, казалось бы, неприметное изображение, которое незаметно пошатнуло самые основания биологии. Это был поперечный срез стебля растения – тонкий срез коры пробкового дуба, который Гук поместил под свой микроскоп.

Изображение сложного двухлинзового микроскопа, которым пользовался Роберт Гук. Обратите внимание на латунную трубку, в которой установлены две линзы, на пламя с несколькими зеркалами в качестве постоянного источника света и размещенный под трубкой образец.

Гук обнаружил, что пробка не была гомогенным блоком вещества. “Я взял хороший чистый кусок пробки, – писал он в «Микрографии», – и острым как бритва перочинным ножом отрезал кусок, освободив гладкую поверхность, а затем исследовал ее очень внимательно с помощью микроскопа и смог увидеть, что она слегка пористая”23. Эти поры, или клетки, не были очень глубокими, но состояли “из многочисленных маленьких ячеек”24.

Изображение среза пробки из “Микрографии” Роберта Гука (1665).

Книга вызвала неожиданно большой интерес и стала популярной во всей Англии благодаря увеличенным изображениям крохотных животных и растений. По-видимому, в этом образце Гук обнаружил клеточные стенки, но позднее в воде он увидел целые клетки.

Короче говоря, этот кусок пробки состоял из упорядоченного набора многогранных структур с выраженными повторяющимися “элементами”, соединенными в единое целое. Они напоминали медовые соты в улье или монашеские кельи.

Гук искал название для этих пор и наконец остановился на слове “клетка” (cell), от латинского cella, что означает “маленькая комната” (на самом деле Гук видел не клетки, а очертания стенок, которыми окружены растительные клетки; возможно, внутри были клетки, но никаких подтверждающих рисунков не сохранилось). “Многочисленные маленькие ячейки”, – писал о них Гук. Сам того не подозревая, он создал новую концепцию живых существ, включая человека.

Гук принялся дальше и глубже исследовать эти маленькие независимые живые элементы, невидимые невооруженным глазом. На собрании Королевского общества в ноябре 1677 года он рассказывал о том, что увидел под микроскопом в дождевой воде. Вот что было записано в протоколе собрания:

Первый представленный эксперимент состоялся в перечной воде, изготовленной на дождевой воде… помещенной туда за девять или десять дней до этого. Мистер Гук в течение недели наблюдал в ней большое количество чрезвычайно мелких животных, плававших взад и вперед. Через стекло, увеличивающее примерно в сто тысяч раз[14], они казались размером с клеща, и поэтому, по рассуждению, они в сотню тысяч раз меньше клеща. По форме они похожи на очень маленький прозрачный пузырек овальной или яйцевидной формы; этот яйцевидный пузырек движется вперед своим наиболее крупным концом. Они перемещаются в воде вперед и назад всеми возможными способами; и все, кто их видел, сочли их животными, и в этом ошибки быть не может^25.

В последующие десять лет Антони ван Левенгук, узнавший о предыдущей работе Гука, связался с ним, осознавая, что увиденные им под микроскопом анималькули могут иметь нечто общее с набором живых элементов (клеток), которые Гук увидел в коре, или с кувыркавшимися в перечной воде организмами. Письма были написаны в самоуничижительном и разочарованном тоне, как, например, письмо от ноября 1680 года: “Как часто доходило до моих ушей, что я рассказываю только вымышленные истории о маленьких животных… ”26 Однако в пророческом письме, написанном в 1712 году, он продолжал: “Нет, мы можем двигаться дальше и открыть в этой мельчайшей частичке этого маленького мира новый неисчерпаемый запас материи, способной привести в другую вселенную”27.

Гук отвечал лишь изредка, но следил, чтобы письма Левенгука переводились и переправлялись в Королевское общество. Хотя Гук, по-видимому, спас репутацию Левенгука для будущих поколений, его собственное влияние на развитие клеточной биологии было довольно ограниченным. Специалист по истории клеточной биологии Генри Гаррис пишет: “Гук ни в коем случае не предполагал, что эти структуры были скелетом основополагающих единиц, из которых состоят все растения и животные. И возможно, не представлял себе, если вообще задумывался об основополагающих единицах, что они могут иметь размер и форму этих пор в пробке, которые он увидел”28. Он обнаружил “в пробке стенки живых клеток, но неправильно понял их назначение и, очевидно, не представлял себе, чем занято пространство между этими стенками в живом состоянии”29.[15] Пористый кусок мертвой коры; что еще можно извлечь из этого микрографического рисунка? Почему ствол растения имеет такое строение? Откуда берутся эти “клетки”? В чем их назначение? Являются ли они универсальными для всех организмов? И какова связь между этими живыми элементами и здоровым или больным телом?

В конечном итоге интерес Гука к микроскопии угас. Его беспокойному разуму нужны были широкие просторы, и он вернулся к оптике, механике и физике. Возможно, главной слабостью Гука и был его интерес буквально ко всему. Его мантрой стал девиз Королевского общества – Nullius in verba, который можно перевести как “Никому не верь на слово”. Гук перескакивал с одной научной дисциплины на другую, выдвигая смелые гипотезы, не веря никому на слово, завоевывая аспекты важнейших областей науки, но так и не добился окончательного авторитета ни в одном вопросе. Он сформировался по аристотелевской модели философа-натуралиста (интересующегося всеми материями, имеющего суждение по поводу любых данных), а не по модели современного ученого, достигающего авторитета в каком-то конкретном вопросе, и в результате из-за этого пострадала его научная репутация.

В 1687 году Исаак Ньютон опубликовал Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (“Математические начала натуральной философии”)30 – труд настолько широкий и глубокий, что он пошатнул прошлое и сформировал ландшафт науки будущего. Среди открытий Ньютона был закон всемирного тяготения. Однако Гук утверждал, что он раньше уже сформулировал законы гравитации, а Ньютон украл его наблюдения.

Это заявление было абсурдным. Гук и некоторые другие физики действительно предполагали, что планетарные тела притягивались к Солнцу невидимыми “силами”, но по математической точности и научной глубине анализа никто из них даже отдаленно не смог приблизиться к тому, что изложил Ньютон в Principia. Конфликт между Гуком и Ньютоном[16] длился несколько десятилетий, но последним, очевидно, посмеялся Ньютон. Бытует история, возможно вымышленная, о том, что через семь лет после смерти Роберта Гука, в 1710 году, когда Ньютон наблюдал за переездом Королевского общества на новое место в Крейн-Корт, в коллекции портретов недосчитались одного-единственного, а именно – портрета Гука, и Ньютон не заказал посмертную версию. Новатор в области оптики, человек, позволивший увидеть целую новую вселенную, остался невидимым для нас. До нас не дошло ни одного достоверного изображения или портрета Гука[17].

Универсальная клетка. “Мельчайшие частицы этого маленького мира”

Я мог отчетливо видеть, что вся она продырявленная и пористая, очень похожая на соты, но только эти поры были неровными… Эти поры, или клетки… на самом деле были первыми микроскопическими порами, которые я увидел^1.

Роберт Гук, 1665

Как только для изучения структуры растений стали применять микроскоп, невероятная простота их строения… сразу привлекла внимание^1.

Теодор Шванн, 1847

В истории биологии долины тишины часто сменяются пиками монументальных открытий. После открытия генов Грегором Менделем в 1865 году наступил период “одного из самых странных затиший в истории науки”, как выразился один историк^3: о генах (“факторах” или “элементах”, как назвал их Мендель) не вспоминали почти сорок лет, пока они не были заново открыты в начале 1900-х годов. В 1720 году лондонский врач Бенджамин Мартен утверждал, что туберкулез (или чахотка, как раньше называли эту болезнь) – заразное респираторное заболевание, которое, вероятно, переносят микроскопические организмы. Он называл эти заразные элементы “невероятно мелкими живыми существами”4 и “живой заразой”5(contagium vivum, обратите внимание на слово “живой”). Мартен мог бы стать отцом современной микробиологии, если бы углубил свои медицинские исследования, но прошло еще около ста лет, прежде чем микробиологи Роберт Кох и Луи Пастер связали болезнь и гниение с микробными клетками.

Но если внимательнее приглядеться к “долинам тишины”, выясняется, что это вовсе не области затишья и застоя. Это удивительно плодотворные периоды, когда ученые пытаются осмыслить масштаб, универсальность и значение открытия. Является ли конкретное открытие универсальным и всеобъемлющим принципом функционирования живых систем или же уникальной особенностью курицы, орхидеи или лягушки? Объясняет ли оно необъяснимые ранее наблюдения? Скрывается ли за ним другой уровень организации?

В какой-то степени такие затишья объясняются тем, что для ответа на подобные вопросы требуются новые инструменты и модельные системы, а для их создания нужно время. Генетикам пришлось ждать исследований биолога Томаса Моргана, который в 1920-е годы доказал физическое существование генов, проанализировав механизмы наследования признаков у дрозофил, а также зарождения рентгеновской кристаллографии, с помощью которой в 1950-е была расшифрована трехмерная структура таких молекул, как ДНК, что в конечном итоге позволило установить физическое строение генов. Для подтверждения атомной теории, впервые выдвинутой Джоном Дальтоном в начале 1800-х годов, пришлось ждать появления катодной трубки в 1890-м и создания в начале XX века математических уравнений, необходимых для построения моделей квантовой физики, которые позволили прояснить строение атома. Клеточная биология ждала развития методов центрифугирования, биохимического анализа и электронной микроскопии.

Но еще одна причина может заключаться в том, что для перехода от описания элемента (клетка под микроскопом, ген в качестве единицы наследственности) к пониманию универсальных принципов организации, функции и поведения необходимы концептуальные эвристические изменения. Атомистические идеи являются самыми смелыми: они предполагают фундаментальный пересмотр представлений о мире на основании универсальных единичных сущностей. Атомов. Генов. Клеток. О клетках нужно думать в ином ключе: не как о предмете под лупой, а как о функциональной ячейке, в которой происходят все физиологические химические реакции, как об организующей единице всех тканей и как о едином источнике всех физиологических и патологических процессов. Требуется перейти от представления о непрерывной организации биологического мира к описанию, основанному на существовании дискретных, отдельных, самостоятельных элементов, объединяющих этот мир. Используя метафору, можно сказать, что нужно смотреть сквозь “плоть” (непрерывную, телесную и видимую субстанцию) и воображать “кровь” (невидимую, корпускулярную и дискретную).

Период с 1690-х по 1820-е годы был именно такой долиной в развитии клеточной биологии. После открытия Гуком клеток (точнее говоря, клеточных стенок) в срезе коры многие ботаники и зоологи принялись устанавливать под микроскопами образцы растительных и животных тканей, чтобы исследовать их микроскопическую структуру. Антони ван Левенгук до самой своей смерти в 1723 году смотрел в микроскоп и описывал элементы (“живые атомы”, как он их называл) невидимого мира. У него возбуждение от первого прикосновения к этому невидимому миру так и не прошло (подозреваю, что не пройдет и у меня).

В конце XVII и начале XVIII века такие микроскописты, как Марчелло Мальпиги и Мари Франсуа Ксавье Биша поняли, что “живые атомы” Левенгука могли быть не только одноклеточными существами, ткани более сложных организмов растений и животных образованы из клеток. В частности, французский анатом Биша идентифицировал двадцать одну (!) элементарную ткань в составе человеческих органов^6. К сожалению, он умер в тридцать лет от туберкулеза. И хотя Биша в некоторых случаях ошибался относительно строения этих элементарных тканей, он продвинул клеточную биологию в сторону гистологии – изучения тканей и систем кооперирующих клеток.

Однако вывести теорию клеточной физиологии на основании этих ранних наблюдений в большей степени, чем все микроскописты, пытался Франсуа-Венсан Распай. Он признавал, что клетки существуют буквально повсюду – ив растительных, и в животных тканях, но, чтобы понять, зачем они существуют, нужно понять, что они делают.

Распай был человеком дела^7. Этот ботаник, химик и микроскопист-самоучка родился в 1794 году в Карпантра, в департаменте Воклюз на юго-востоке Франции. Он считал себя независимым мыслителем, отказался от католических обетов и посвятил жизнь противостоянию моральным, культурным, научным и политическим авторитетам. Он не примыкал к научным сообществам, считая их излишне закрытыми и старомодными, и не учился на медицинском факультете. Однако он без угрызений совести присоединился к тайному обществу, намеревавшемуся освободить Францию во время революции 1830 года, из-за чего период с 1832 до начала 1840 года провел за решеткой. В тюрьме он обучал сокамерников правилам антисептики, санитарии и гигиены. В 1846 году Распай вновь был арестован за участие в антиправительственных манифестациях, а также за то, что давал заключенным врачебные рекомендации, не имея официального медицинского образования. Распая сослали в Бельгию, но даже его обвинители стыдились собственного приговора: “Сегодня перед судом предстоит знаменитый ученый, человек, которым медицинское сообщество могло бы гордиться, если бы он присоединился к нему и принял диплом медицинского факультета”8. Распай в своей манере отказался[18].

Несмотря на активную политическую деятельность и отсутствие формального биологического образования, в период с 1825 до 1860 года Распай опубликовал более пятидесяти статей на целый ряд тем, включая ботанику, анатомию, криминалистику, клеточную биологию и антисептику. Более того, он пошел дальше своих предшественников и начал исследовать состав, функцию и происхождение клеток.

Из чего состоят клетки? “Каждая клетка выбирает из среды, забирая только то, в чем нуждается”9, – писал Распай в конце 1830-х годов, предзнаменуя начало века биохимии клетки. “У клеток есть разные возможности для выбора, обеспечивающие разное содержание воды, углерода и оснований, входящих в состав их клеточных стенок. Легко представить, что некоторые стенки позволяют проходить определенным молекулам”, – продолжал он, постулируя идею селективной пористой клеточной мембраны, обеспечивающей автономность клеток, и утверждая представление о клетках как о метаболических единицах.

А что клетки делают? “Клетка – это… своего рода лаборатория”, – утверждал он. Остановимся на минуту, чтобы оценить масштаб этой идеи. Исходя лишь из основных предположений о химии и клетке, Распай сделал вывод о том, что клетка осуществляет химические процессы, обеспечивающие функцию тканей и органов. Иными словами, клетка обеспечивает физиологию. Он назвал клетку центром, где протекают жизненно важные реакции. Но биохимия все еще находилась в зачаточном состоянии, так что он не знал, какая химия и какие реакции реализуются в этих клеточных “лабораториях”. Он мог описывать эти процессы только теоретически. Это была гипотеза.

Наконец, откуда берутся клетки? В 1825 году в качестве эпиграфа к одной из рукописей Распай выбрал латинский афоризм Omnis cellula e cellular “Каждая клетка происходит из клетки”10. Он не рассматривал вопрос подробнее, поскольку у него не было инструментов или экспериментальных методов, чтобы это доказать, но уже этим он изменил фундаментальные представления о том, что такое клетка и что она делает.

Нестандартным людям достаются нестандартные награды. Распай, который посмеивался как над обществом, так и над разными Обществами, так и не был признан научной элитой Европы. Зато его именем назван один из самых длинных бульваров Парижа, простирающийся от катакомб до бульвара Сен-Жермен. Прогуливаясь по бульвару Распай, вы пройдете мимо Института Джакометти, где застыли в бесконечных размышлениях фигуры одиноких тощих людей на островках-пьедесталах. Каждый раз, проходя там, я думаю об одиноком и дерзком новаторе клеточной биологии (хотя Распай, надо заметить, тощим не был). Я возвращаюсь к идее о клетке как о физиологической лаборатории организма: любая клетка, растущая у нас в лабораторном инкубаторе, является лабораторией. Т-клетки, которые я разглядывал под микроскопом в оксфордской лаборатории, были “наблюдательными лабораториями”, плавающими в жидкости в поисках патогенных вирусных частиц, спрятавшихся в других клетках. Сперматозоиды, увиденные Левенгуком с помощью его стекол, были “информационными лабораториями”, которые содержали наследственную информацию мужской особи и, упаковав ее в ДНК, с помощью мощного плавательного мотора отправляли к яйцеклетке для репродукции. Как выясняется, клетки проводят физиологические опыты, забирая и отдавая молекулы, создавая и разрушая химические соединения. Это лаборатории для реакций, благодаря которым существует жизнь.

Если бы открытие автономных единиц живой материи (клеток) произошло в другое время или в другом месте, вероятно, оно не вызвало бы такого ажиотажа в биологии. Но зарождение клеточной биологии совпало по времени с периодом разгара двух наиболее острых дискуссий о жизни, волновавших европейскую науку в XVII и XVIII столетиях. Предмет обеих дискуссий сегодня может показаться весьма странным, но он отражал две самые серьезные проблемы, стоявшие на пути развития клеточной теории. Когда в 1830-е годы новая дисциплина вырвалась из своей околоплодной оболочки, клеточные биологи вынуждены были как-то решать эти проблемы, чтобы их направление науки могло окончательно сформироваться.

Первая дискуссия возникла в связи с теорией витализма: некоторые биологи, химики, философы и теологи придерживались мнения, что живые существа не могут возникать из тех же химических компонентов, из которых состоит весь окружающий мир. Теории витализма существовали еще со времен Аристотеля, но слияние витализма с романтизмом конца XVIII века породило экстатическое представление о Природе, наполненной специфическим “органическим” духом, не сводимым лишь к какой-то химической или физической материи или форме. Видными сторонниками этой точки зрения был французский гистолог Мари Франсуа Ксавье Биша в 1790-е годы и немецкий физиолог Юстус фон Либих в начале 1800-х. В 1795 году направление обрело богатый поэтический голос в лице Сэмюэла Тейлора Кольриджа, описывавшего, как “одушевленная природа” начинает жить и трепетать, когда через нее протекает эта жизненная сила, как ветерок играет на струнах арфы и производит музыку, которую нельзя выразить просто отдельными нотами. Как писал Кольридж:

А что, когда вся сущая природа —

Собрание живых и мертвых арф,

Что мыслями трепещут, если их

Коснется ветер, беспредельный, мудрый,

– И каждого Душа и Бог Всего[19]?11

Виталисты утверждали, что жидкости и плоть живых существ помечены неким божественным знаком. Ветром, играющим на струнах арфы. Человек – не просто собрание “неодушевленных” неорганических химических реакций, и даже если мы состоим из клеток, сами клетки должны обладать этими жизненными флюидами. Виталисты не возражали против идеи существования клеток. Они полагали, что Творец, создавший все многообразие живых существ за шесть дней, вполне мог произвести их из единичных блоков (гораздо проще собрать слона и многоножку из одних и тех же деталей, особенно если дедлайн всего через шесть дней). Проблему они видели в происхождении клеток. Некоторые виталисты утверждали, что клетки зарождаются внутри других клеток, как одни люди зарождаются в утробе других; другие полагали, что клетки “кристаллизуются” самопроизвольно из жизненных флюидов, как химические вещества в неорганическом мире, с той только разницей, что в этом случае живую материю производит живая материя. Так виталисты приходили к естественному для них представлению о “спонтанном зарождении”: жизненные флюиды, наполнявшие все живые системы, были необходимым и достаточным условием для создания жизни. Включая клетки.

Виталистам противостояла небольшая оборонявшаяся группа ученых, утверждавших, что живые химические соединения и природные соединения одинаковы по своей сути и что живые существа происходят от живых существ, но не самопроизвольно, а в процессе рождения и развития. В конце 1830-х годов в Берлине немецкий биолог Роберт Ремак изучал под микроскопом эмбрионы лягушки и кровь курицы. Он надеялся увидеть в куриной крови рождение клетки – событие довольно редкое, и поэтому он ждал. И ждал. И вот однажды поздним вечером свершилось: под микроскопом он увидел, как клетка задрожала, увеличилась, раздулась и разделилась надвое, дав начало “дочерним” клеткам. Думаю, Ремак пережил волну эйфории, поскольку нашел неопровержимое доказательство тому, что развивающиеся клетки получаются в результате деления уже существующих клеток: Omnis cellula e cellula, как ненавязчиво напомнил Распай в эпиграфе[20]. Однако это открытие Ремака осталось по большому счету незамеченным, поскольку он был евреем и не мог иметь полной профессорской позиции в университете (веком позже его внук, известный математик, погиб в нацистском концлагере в Освенциме).

Но виталисты продолжали утверждать, что клетки образуются из жизненных флюидов. Чтобы опровергнуть этот тезис, противникам витализма нужно было суметь объяснить, как возникают клетки, а это, как полагали виталисты, сделать никогда не удастся.

Вторая тема дискуссий, разгоревшихся в начале 1800-х годов, касалась преформизма – идеи о том, что человеческий зародыш является полностью сформированной миниатюрной версией человека уже в момент его появления в матке после оплодотворения. Преформизм имел долгую и красочную историю. Вероятно, идея зародилась в фольклоре и мифах и была подхвачена первыми алхимиками. В середине 1500-х годов шведский алхимик и врач Парацельс писал о “прозрачных” мини-человечках, “похожих на человека”, которые существуют в зародыше. Некоторые алхимики настолько твердо верили в “предсуществование” всех человеческих форм в зародыше, что полагали, будто путем инкубации куриного яйца и человеческой спермы можно создать полностью оформленного человека, поскольку в сперме уже содержатся все инструкции для создания человека с нуля. В 1694 году голландский микроскопист Николаас Хартсокер опубликовал рисунки с изображением мини-человечков из спермы – с головами, руками и ступнями, уложенными, как оригами, в головке сперматозоида, которых он якобы обнаружил с помощью микроскопа^12. Клеточным биологам предстояло показать, как такое сложное существо, как человек, может появиться из оплодотворенной яйцеклетки без готового шаблона.

Именно опровержение теорий витализма и преформизма – и их замена клеточной теорией – в конечном итоге способствовало формированию новой науки и началу эпохи клеток.

В середине 1830-х годов, пока Франсуа-Венсан Распай пропадал в тюрьме, а Рудольф Вирхов все еще был бедствующим студентом-медиком, молодому немецкому юристу Маттиасу Шлейдену наскучила его профессия. Он попытался пустить себе пулю в лоб, но промахнулся. Смирившись с неудачей в попытке покончить с собой, Шлейден решил оставить юриспруденцию и отдаться своей настоящей страсти – ботанике.

Он принялся исследовать ткани растений под микроскопом. В то время инструменты были уже гораздо более сложными, чем у Гука или Левенгука, с более качественными линзами и колесиками для тонкой настройки, позволявшими добиваться очень высокой резкости изображения. Шлейдена интересовала ботаника и, понятное дело, природа растительных тканей. Разглядывая стебли, листья, корни и лепестки, он обнаружил такие же элементарные структуры, которые открыл Гук. Ткани, как он писал, состоят из скоплений крохотных многогранных элементов, “агрегатов полностью индивидуальных, независимых, отдельных существ, самих клеток”13.

Шлейден обсудил свои наблюдения с зоологом Теодором Шванном, в лице которого обрел верного единомышленника и соратника на всю жизнь. Шванн обнаружил, что ткани животных тоже имеют организованную структуру, видимую только под микроскопом: они состоят из клеток, как из строительных кирпичиков.

“Значительная доля животных тканей происходит или состоит из клеток^14, – писал Шванн в 1838 году. – Невероятное разнообразие форм [органов и тканей] достигается за счет разных способов соединения простых элементарных структур, которые, хотя и имеют различные модификации, по сути, одни и те же, а именно – клетки”15. Сложные ткани растений и животных построены из живых элементов, как небоскребы из кубиков лето. У них одна и та же система организации. Волокнистые клетки мышц совсем не похожи на красные клетки крови или на клетки печени, но даже при наличии “различных модификаций”, как писал Шванн, они были одним и тем же – живыми элементами, используемыми для построения живых организмов. В каждой ткани, методично исследованной Шванном, обнаруживались эти самые крохотные единицы жизни – описанные Гуком “маленькие ячейки”.

Ни Шванн, ни Шлейден не нашли ничего нового и не открыли неизвестных свойств клеток. Известность им принесло не открытие, а дерзость их гипотез. Они объединили работы своих предшественников – Гука, Левенгука, Распая, Биша и голландского врача и натуралиста Яна Сваммердама – и сформулировали на их основе радикальное предположение. Эти двое ученых поняли, что предыдущие исследователи обнаружили не особенности или специфические признаки отдельных тканей или некоторых типов животных и растений, а общий и универсальный принцип биологии[21]. Что делают клетки? Составляют организмы. Когда универсальность и широта этой идеи стали очевидными для Шлейдена и Шванна, они сформулировали два первых постулата клеточной теории:

1. Все живые организмы состоят из одной или нескольких клеток.

2. Клетка – это основополагающая структурная и организационная единица живых существ.

Но даже Шванн и Шлейден не понимали, откуда берутся клетки. Если растения и животные состоят из независимых и самостоятельных живых элементов, откуда берутся эти элементы? По логике, клетки животного должны появляться из первой оплодотворенной клетки, а затем их численность увеличивается в миллионы или миллиарды раз в процессе построения целого организма. Но за счет чего тогда появляются и множатся клетки?

Шванн и Шлейден с благоговением относились к своему учителю физиологу Иоганнесу Мюллеру – видной фигуре в блеклом мире немецкой биологии. “Неоднозначный, загадочный, переменчивый персонаж”, как его описала мне историк науки Лаура Оутис^16. Мюллера раздирали противоречия: с одной стороны, он соглашался с идеей виталистов о том, что у живой материи есть особенные свойства, с другой стороны, он настойчиво искал универсальные научные принципы функционирования живой природы[22]. Под влиянием Мюллера, пытавшегося определить эти универсальные принципы, Шлейден занялся вопросом происхождения клеток. По мнению Шлейдена, единственный механизм, позволявший объяснить микроскопические наблюдения (возникновение в тканях большого количества организованных структурных единиц), заключался в привязке к химическому процессу, который тоже приводит к созданию множества организованных единиц из химического вещества, а именно – кристаллизации. Мюллер считал, что клетки должны возникать в результате некоего процесса по типу кристаллизации во флюиде жизни, и Шлейден не мог с ним не согласиться.

Однако чем больше Шванн изучал ткани под микроскопом, тем меньше он верил в эту теорию. Где эти так называемые живые кристаллы? В книге “Микроскопические исследования” он писал: “Мы действительно сравниваем рост организма с кристаллизацией… однако в [кристаллизации] есть много неопределенного и парадоксального”17. Но каким бы парадоксальным это ни казалось, даже Шванн не мог выйти за пределы догм витализма, хотя собственными глазами видел нечто совершенно иное. Он предположил следующее: “Главный вывод заключается в том, что в основе развития лежит определяющий общий принцип… подобно тому как те же законы управляют образованием кристаллов”18. Сколько он ни пытался, он не мог понять, как зарождаются клетки.

Осенью 1845 года в Берлине Рудольфа Вирхова, которому было двадцать четыре года и который тогда только-только окончил медицинский факультет, пригласили на консультацию в связи со случаем пятидесятилетней женщины, у которой наблюдалась постоянная беспричинная усталость, вздутый живот и пальпируемая, увеличенная селезенка. Он взял у женщины кровь и рассмотрел ее под микроскопом. В образце содержалось необычайно много белых клеток. Вирхов назвал это состояние лейкоцитемией, а затем просто лейкемией – избытком белых кровяных клеток^19.

Аналогичный случай был задокументирован в Шотландии. Однажды мартовским вечером 1845 года шотландского врача Джона Беннета срочно вызвали к двадцативосьмилетнему кровельщику, умиравшему от загадочной болезни. “У него смуглая кожа, – писал Беннет, – обычно он здоров и воздержан; [он] сообщает, что двадцать месяцев назад у него появилась сильная усталость, продолжающаяся до сего времени. В прошлом июне он обнаружил опухоль в левой части живота, которая постепенно увеличивалась в размере на протяжении четырех месяцев, после чего рост прекратился”20.

После этого у пациента Беннета появились множественные опухоли в подмышечных впадинах, в паху и на шее. При вскрытии тела несколько недель спустя Беннет обнаружил, что в крови кровельщика было очень много белых клеток. Беннет предположил, что пациент скончался от инфекции. “Данный случай кажется мне особенно ценным, – писал Беннет, – поскольку служит демонстрацией существования истинного гноя, возникающего повсеместно в сосудистой системе”21. Спонтанное “гноение крови”, как Беннет назвал эту ситуацию, опять-таки указывало на самопроизвольное зарождение, в которое верили виталисты. Однако в данном случае не было никаких других признаков инфекции или воспаления, и это сбивало врачей с толку[23].

Шотландский случай классифицировали как непонятное медицинское явление или аномалию, но он заинтересовал Вирхова, который и сам видел нечто подобное. Если Шванн, Шлейден и Мюллер были правы и клетки действительно образуются в результате кристаллизации жизненных флюидов, почему (и как) в крови вдруг выкристаллизовались миллионы белых клеток?

Вирхову не давало покоя происхождение этих клеток. Он не мог представить, чтобы десятки миллионов белых клеток крови появлялись из ниоткуда и безо всякой причины. Он начал подозревать, что эти миллионы аномальных клеток могли возникнуть из других клеток. Они даже выглядели как другие клетки, поскольку раковые клетки однотипны и схожи между собой. Вирхов знал об экспериментах Гуго фон Моля, который наблюдал за растительными клетками и видел, как клетки делятся на две дочерние. И конечно же, Ремак тоже терпеливо ждал у своего микроскопа, пока не увидел, как клетки лягушки и курицы появляются из других клеток. Но если такой процесс происходил у растений и животных, то почему бы и не в человеческой крови? А что, если лейкоз (лейкемия) был результатом изменения физиологического процесса деления клеток? Что, если клетки с нарушенной функцией производили на свет новые клетки с нарушенной функцией и именно это постоянное и неконтролируемое рождение клеток было причиной лейкоза?

Вирхов всю жизнь отличался удивительным постоянством в своих изысканиях: его характеризовала неугомонная и бесконечная любознательность и скептицизм в отношении признанных авторитетов и ортодоксальных объяснений. В 1848 году эта неугомонность приобрела политическую окраску^22. В начале года в Силезии разразился голод, а затем по стране прокатилась смертоносная волна эпидемии тифа. Под давлением прессы и общественного недовольства министерство внутренних дел и министерство образования запоздало создали комиссию для изучения причин эпидемии. Вирхов вошел в состав комиссии и отправился в Силезию, расположенную в польской части Прусского королевства (теперь в основном на территории Польши). Проведя там несколько недель, он начал понимать, что причиной патологии граждан была патология государства. Вирхов написал гневную статью об эпидемии и опубликовал ее в медицинском журнале, в учреждении которого участвовал незадолго до этого, – Archives for Pathological Anatomy and Physiology and Clinical Medicine (позднее переименован в Virchows Archiv)25. Он утверждал, что причиной эпидемии был не только инфекционный агент, но также десятилетия политических беспорядков и пренебрежительное отношение к социальным проблемам^24.

Обвинительное выступление Вирхова не осталось незамеченным. Его объявили либералом (опасный и уничижительный термин в Германии того времени) и взяли под наблюдение. В 1848 году, когда по Европе прокатилась взрывная волна популистской революции, Вирхов принимал участие в уличных протестах. Он основал еще одно печатное издание, Medical Reform, в котором мог объединять научные и политические идеи для нанесения ударов по государственному аппарату.

Роялистам выходки подстрекателя и активиста, пусть даже считавшегося одним из самых выдающихся ученых того времени, пришлись не по вкусу. Восстание было подавлено, в некоторых областях очень жестоко, а Вирхов был уволен из госпиталя Шарите. Его заставили подписать документ, в котором он обязался ограничить свои политические выступления, а затем с позором сослали в тихий институт в Вюрцбурге, где он не привлекал бы внимания и не причинял беспокойства.

Можно догадаться, что творилось в голове у Вирхова, когда после шумного блестящего Берлина он попал в сонный провинциальный Вюрцбург. Если из революции 1848 года можно вывести исторический урок, то он заключается в том, что государство и его граждане взаимосвязаны. Целое складывается из частей, а части составляют целое. Болезнь или запущенность лишь одной части может стать болезнью целого, как одна-единственная раковая клетка может произвести миллиарды злокачественных клеток и вызвать сложную и смертельную болезнь. “Тело – это клеточное государство, в котором каждая клетка является гражданином, – писал Вирхов. – Болезнь – это конфликт граждан государства, вызванный действием внешних сил”25.

В Вюрцбурге, вдали от берлинской суеты и политики, Вирхов начал обдумывать два дополнительных принципа, которым предстояло изменить будущее клеточной биологии и медицины. Он соглашался с идеей Шванна и Шлейдена о том, что все ткани растений и животных состоят из клеток. Но он не мог заставить себя поверить, что клетки самопроизвольно зарождаются из жизненных флюидов.

Но откуда же они тогда берутся? Как и во времена Шванна и Шлейдена, опять настало время для формулировки универсальных законов, и Вирхов был готов. Все фрагменты доказательств были уже найдены его предшественниками, а ему оставалось лишь принять корону и возложить себе на голову. Принцип зарождения клеток из клеток был справедлив не только для некоторых клеток и некоторых тканей, постулировал Вирхов, но для всех клеток. Это не аномалия или частная особенность, а универсальное свойство жизни растений, животных и человека. Деление клетки дает начало двум клеткам, из двух образуются четыре и так далее. Omnis cellula e cellula, писал он, “из клеток происходят клетки” – выражение Распая стало его основным догматом^26.

Никакого слияния клеток из жизненных флюидов или формирования отдельной клетки из внутреннего жизненного флюида. Никакой “кристаллизации”. Это лишь фантазии: никто и никогда ничего подобного не видел. Уже три поколения микроскопистов разглядывали клетки. И видели лишь рождение клеток из других клеток – и происходило это за счет деления. Для объяснения происхождения клеток не нужно привлекать какие-то особые химические или божественные процессы. Новая клетка является результатом деления предшествовавшей клетки, все образуется из нее. Как писал Вирхов, “жизнь существует только за счет прямой преемственности”27.

Клетки происходят из клеток. Клеточная физиология – основа нормальной физиологии. Если первый догмат Вирхова касался нормальной физиологии, то второй говорил о противоположном – Вирхов изменил медицинское понимание отклонений от нормы. Он начал рассуждать: не может ли нарушение функции клеток быть причиной нарушения функционирования тела? Что, если все патологии являются клеточными патологиями! В конце лета 1856 года Вирхова пригласили вернуться в Берлин: политические грехи молодости были прощены в свете его растущего научного влияния. Вскоре после возвращения он опубликовал свою самую известную книгу “Целлюлярная патология”, которая представляла собой серию лекций, прочитанных им в берлинском Институте патологии весной 1858 года.

“Целлюлярная патология” произвела фурор в медицинском мире^28. Многие поколения патологоанатомов рассуждали о болезнях как об отказе тканей, органов и систем органов. Вирхов утверждал, что они упускали главную причину болезней. По его мнению, раз клетки являются строительными кирпичиками жизни и физиологии, патологические изменения при болезнях органов и тканей следует связывать с патологическими изменениями в единицах поврежденных тканей – иными словами, в клетках. Чтобы понять патологию, врачам следует искать нарушения не только в видимых органах, но и в их невидимых кирпичиках[24].

Здесь важный смысл несет слово “функция” и его антоним “дисфункция”: нормальная клетка “делает” нормальные вещи, обеспечивая целостность и физиологию тела. Клетки – не пассивные структурные единицы. Это действующие лица, игроки, деятели, рабочие, строители, созидатели – главные функционеры в физиологии. И когда их функции каким-то образом нарушаются, тело заболевает.

И вновь мощь и широта теории объяснялись ее простотой. Чтобы понять болезнь, врачу не нужно искать гуморы Галена, психические отклонения, истерию, неврозы или миазмы – или Божью волю, если уж на то пошло. Изменения в анатомии или в спектре симптомов (таких как жар и опухоли у кровельщика с изобилием белых клеток крови) связаны с изменениями и нарушениями функционирования клеток.

В целом Вирхов уточнил клеточную теорию Шванна и Шлейдена, добавив три важных новых постулата к двум предыдущим (“Все живые организмы состоят из одной или нескольких клеток” и “Клетка – это основополагающая структурная и организационная единица организмов”):

1. Все клетки происходят из клеток (Omnis cellula e cellula).

2. Нормальная физиология зависит от клеточной физиологии.

3. Болезнь как нарушение физиологии – результат нарушения физиологии клетки.

Эти пять принципов стали основой клеточной биологии и клеточной медицины. Они произвели революцию в понимании человеческого тела как конгломерата клеточных единиц и дополнили атомистическую концепцию человеческого тела, назвав клетку фундаментальной “атомной” единицей тела.

В заключительной фазе жизни Вирхова подтверждалась справедливость его теорий не только о кооперативной социальной организации тела (клетки сотрудничают с клетками), но и о значении кооперативной социальной организации государства (люди сотрудничают с людьми). В обществе с нараставшими расистскими и антисемитскими тенденциями он горячо отстаивал равенство граждан. Болезнь – это уравнитель, и медицина создана не для того, чтобы кого-то дискриминировать. “Доступ в больницу должен быть открыт для любого больного, который в этом нуждается, – писал он, – вне зависимости от того, есть у него деньги или нет, еврей он или язычник”29.

Рисунок из журнала Virchows Archiv (ок. 1847 года), иллюстрирующий организацию клеток и тканей. Обратите внимание на смежные или слипающиеся клетки на Fig. 2. На Fig. jf представлены варианты клеток крови, в том числе клетки с гранулами и сегментированными ядрами (нейтрофилы).

В 1859 году он был избран в городской совет Берлина, а в 1880-е годы – в рейхстаг. И стал свидетелем подъема злокачественной формы радикального национализма, приведшего в конечном итоге к формированию нацистского режима. Главный миф, который позднее превратится в идею о превосходстве “арийской” расы и о “чистой” нации светловолосых, голубоглазых и белокожих людей, был патологией, злобно распространявшейся по стране.

В свойственной ему манере Вирхов отторгал общепринятую тенденцию и пытался ограничить распространение мифа о расовом разделении: в 1876 году он начал координировать исследование среди 6,76 миллиона немцев для определения цвета их волос и оттенка кожи. Результаты опровергали государственную мифологию. Лишь каждый третий немец имел признаки “арийского превосходства”, а больше половины людей представляли собой смесь: некую перетасовку смуглой и светлой кожи, светлых и темных волос, голубых и карих глаз. Заметим, что 47 % еврейских детей характеризовались такими же смешанными чертами, а 11 % были светловолосыми и голубоглазыми – неотличимыми от арийского идеала. Вирхов опубликовал эти результаты в Archive of Pathology в 1886 году^30, за три года до рождения немецкого демагога австрийского происхождения, оказавшегося настоящим мастером по производству мифов, которому вопреки научным данным удалось создать вымышленную расу и в значительной степени разрушить идеи гражданственности, столь яростно отстаиваемые Вирховом.

В последние годы жизни Вирхов много времени уделял социальным реформам и общественному здравоохранению, в частности созданию систем канализации и обеспечению городских санитарных норм. Он оставил после себя яркий (и объемный) след в виде публикаций, писем, лекций и научных статей в качестве врача, исследователя, антрополога, активиста и политика. Но наиболее актуальными остаются его ранние работы – размышления чрезвычайно любознательного молодого человека, искавшего клеточную теорию заболеваний. В лекции, прочитанной в 1845 году, Вирхов пророчески определил жизнь, физиологию и эмбриональное развитие как следствие функционирования клеток: “Жизнь в целом является активностью клеток. Начиная с использования микроскопа для изучения органического мира, перспективные исследования… показали, что все растения и животные в своем начале… являются клеткой, внутри которой развиваются другие клетки, дающие начало новым клеткам, которые вместе трансформируются в новые формы и в конечном итоге… составляют удивительный организм”31.

В письме ученому, который интересовался причинами заболеваний, он назвал клетку центром патологического процесса. “Каждая болезнь зависит от изменения большего или меньшего числа клеточных единиц в живом теле, любое патологическое нарушение, любое терапевтическое действие находят окончательное объяснение только тогда, когда удается определить ответственные за них специфические живые клеточные элементы”32.

Эти два абзаца – первый, в котором клетка определяется в качестве единицы жизни и физиологии, и второй, где она называется единичным локусом болезни, – закреплены на доске в моем кабинете. Я неизбежно возвращаюсь к ним, когда размышляю о клеточной биологии, клеточной терапии и о создании новых людей из клеток. Они же парным музыкальным рефреном проходят через всю эту книгу.

Зимой 2002 года я наблюдал один из самых сложных медицинских случаев в моей практике; это было в Массачусетском госпитале Бостона, где я три года проработал врачом. Молодой человек – назовем его М. К. – лет двадцати трех страдал от длительной тяжелой пневмонии, устойчивой к действию антибиотиков^33. Бледный и истощенный, он лежал, свернувшись клубочком под простынями, мокрый от приступов жара, которые начинались и заканчивались без какой-либо видимой закономерности. Его родители (как мне стало известно, американцы итальянского происхождения, приходившиеся друг другу троюродными братом и сестрой) сидели у его постели с полубессознательным и отрешенным выражением лица. Тело молодого человека было настолько измучено хронической инфекцией, что на вид ему можно было дать двенадцать или тринадцать лет. Молодые ординаторы и медсестры не могли найти на его руках вены, чтобы ввести иглу капельницы, и когда я устанавливал ему в яремную вену катетер крупного диаметра, чтобы вводить антибиотики и растворы, у меня было ощущение, что игла прокалывает высохший пергамент. Кожа походила на прозрачную бумагу, которая едва не трескалась, когда я к ней прикасался.

У М. К. был диагностирован особый вариант тяжелого комбинированного иммунодефицита^34, при котором нарушается функция как В-клеток (лейкоцитов, производящих антитела), так и Т-клеток (которые убивают зараженные микробами клетки и помогают вызвать иммунный ответ). В его крови разрастался целый гротескный “ботанический сад” микробов: Streptococcus, Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, различные виды грибов и бактерий, названия которых я даже не мог произнести. Его тело словно превратилось в живую чашку Петри для микробов.

Но в диагнозе были странности. В ходе анализов выяснилось, что количество В-клеток в крови у М. К. было ниже нормы, но не опасно низким. То же самое касалось уровня антител – пехотинцев иммунной системы в войне с болезнью. Магнитно-резонансная и компьютерная томография не выявили новообразований, которые могли бы указывать на течение злокачественного заболевания. Были назначены дополнительные анализы крови. На протяжении всего этого тяжелого времени мать М. К. оставалась рядом с ним. Молчаливая, с покрасневшими глазами, она дремала на койке и каждую ночь укладывала сына спать, положив его голову себе на колени. От чего же этот молодой человек так страдал?

Мы явно упускали какую-то клеточную дисфункцию. Однажды ледяным ноябрьским вечером в Бостоне я сидел за своим рабочим столом. Улицы были завалены снегом, и ехать на машине домой было рискованно из-за заносов – я выкинул эту мысль из головы. Нам нужно было произвести некое систематическое “вскрытие” клеточной патологии, аналогичное анатомическому, – составить клеточный атлас тела пациента. Я открыл сборник лекций Вирхова и вновь прочел несколько строчек: “Каждое животное является суммой жизненных единиц… так называемый индивидуум всегда представляет собой организованную общность частей”. Каждая клетка, продолжал он, “имеет собственное назначение, даже если получает стимулы от других частей”35.

“Организованная общность частей”. Каждая клетка… получает стимулы от других клеток. Вообразите клеточную сеть (социальную сеть), в которой один узел портит всю сеть. Вообразите обычную рыбацкую сеть с прорехой в важном месте. Вы можете найти случайную деформацию в углу рыбацкой сети и прийти к заключению, что в этом и кроется источник проблемы. Но вы пропустите настоящий источник – эпицентр – всей загадки. Вы будете смотреть на периферию, тогда как на деле не работает центр.

На следующей неделе патологоанатомы взяли образцы крови и костного мозга пациента в лабораторию и начали выделять подгруппы клеток, одну за другой, как будто выполняли хирургическое препарирование, “анализ по Вирхову”, как я бы это назвал. “Не обращайте внимания на В-клетки, – убеждал я их. – Прочешите кровь, клетку за клеткой, и найдите центр деформации сети”. Нейтрофилы, путешествующие через кровь и органы в поисках микробов, были в норме, как и макрофаги – еще одна группа белых клеток крови с аналогичной функцией[25]. Но когда мы начали считать и анализировать Т-клетки, ответ стал очевиден: их было слишком мало, и они были незрелыми и фактически нефункциональными. По крайней мере, мы нашли центр разорванной сети.

Аномалии всех других клеток и отсутствие иммунитета были лишь симптомами нарушения функции Т-клеток: коллапс Т-клеток каскадом отразился на всей иммунной системе, разрушив всю сеть. У этого молодого человека не было того варианта тяжелого комбинированного иммунодефицита, который у него диагностировали изначально. Это было похоже на вышедшую из-под контроля машину Руба Голдберга[26]: проблема Т-клеток стала проблемой В-клеток и дальше по каскаду привела к полному коллапсу всей иммунной системы.

В последующие недели мы пытались восстановить иммунитет М. К. путем пересадки костного мозга. Мы полагали, что после пересадки нового костного мозга сможем ввести ему функциональные донорские Т-клетки для восстановления иммунитета. Он выдержал пересадку. Клетки костного мозга росли, и иммунитет восстанавливался. Инфекция отступила, и он начал прибавлять в весе. Нормальное функционирование клеток восстановило нормальное функционирование организма. Пять лет спустя его организм все еще справлялся с инфекционными заболеваниями, его иммунная функция восстановилась, а В- и Т-клетки вновь общались между собой.

Каждый раз, когда я вспоминаю о случае М. К. и его больничной палате (о его отце, который по снегу добирался до бостонского района Норд-Энд, чтобы привезти сыну его любимые мясные фрикадельки и обнаружить их потом нетронутыми у кровати, и об удивленных и сбитых с толку докторах с блокнотами, испещренными многочисленными знаками вопроса), я также думаю о Рудольфе Вирхове и его “новой” теории патологии. Недостаточно найти очаг болезни в каком-то органе, нужно понять, какие клетки органа отвечают за болезнь. Нарушение иммунитета может быть связано с проблемой В-клеток, с дисфункцией Т-кле-ток или со сбоем в функционировании любого другого из десятков типов клеток иммунной системы. Например, иммунная недостаточность при СПИДе объясняется тем, что вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) убивает конкретную подгруппу клеток (CD4 Т-клетки), ответственных за координацию иммунного ответа. Другие варианты иммунодефицита возникают из-за неспособности В-клеток производить антитела. Внешние проявления болезни в этих случаях могут быть сходными, так что постановка диагноза и лечение невозможны без установления истинной причины. А для установления причины нужно провести “вскрытие” органа для выявления состава и функции его элементов – клеток. Поскольку, как ежедневно напоминает мне Вирхов, “любое патологическое нарушение, любое терапевтическое действие находят окончательное объяснение только тогда, когда удается определить ответственные за них специфические живые клеточные элементы”.

Чтобы локализовать центр нормальной физиологии или болезни, нужно в первую очередь проанализировать клетки.

Патогенная клетка. Микробы, инфекции и революция антибиотиков

Микробы, как отшельники, должны заботиться только о собственном пропитании; координация или кооперация с другими не являются обязательными, хотя некоторые микробы иногда объединяют свои силы. Напротив, клетки многоклеточных организмов – от четырех клеток некоторых водорослей до тридцати семи триллионов клеток человека – отказываются от независимости, чтобы тесно объединяться; они приобретают специализированные функции и ограничивают собственное воспроизводство для общего блага, размножаясь лишь в такой степени, чтобы выполнять свою функцию. Если они восстают, может возникнуть рак^1.

Элизабет Пенниси, Science, 2018

Рудольф Вирхов был не единственным ученым, который в 1850-е годы понял роль клеток в развитии патологии. “Живые анималькули”, обнаруженные под микроскопом Антони ван Левенгуком примерно на два столетия раньше, являлись, вероятно, независимыми одноклеточными живыми существами – микробами. Подавляющее большинство таких микробов безвредны, однако некоторые обладают способностью проникать в человеческие ткани и вызывать воспаление, гниение и смертельные болезни. Микробная теория, утверждающая, что микробы (независимые живые клетки) в некоторых случаях способны вызывать заболевания человека, впервые установила связь клетки (в данном случае микробной) с патологией и медициной.

Связь между микробными клетками и болезнями человека была установлена в рамках поиска ответа на вопрос, столетиями занимавший натуралистов и философов: в чем заключается причина гниения? Гниение – не только научная, но и теологическая проблема. В некоторых христианских доктринах принято считать, что тела святых и монархов не подвержены гниению, особенно в тот момент, пока они находятся между смертью, воскресением и вознесением на небеса. Но когда стало понятно, что тела святых и грешников разлагались с одинаковой скоростью, пришлось делать очевидные выводы: в чем бы ни заключалась причина гниения, она не подчинялась божественным законам. Вообще говоря, трудно примириться с мыслью о том, что при вознесении на небеса от священного тела отваливаются разлагающиеся фрагменты, как балласт, сброшенный с корабля.

В 1668 году Франческо Реди опубликовал спорную статью под названием “Опыты по зарождению насекомых”2. Реди пришел к выводу, что личинки насекомых – один из первых признаков гниения плоти – могут появляться только из отложенных мухами яиц, но не из воздуха, что ставило под сомнение теорию спонтанного зарождения жизни. Когда Реди накрывал кусок мяса или рыбы тонкой муслиновой тканью, пропускающей воздух, но не мух, в нем не оказывалось личинок, но та же самая плоть кишела ими, если была доступна для воздуха и мух. Миазматические теории гласили, что разложение плоти происходит изнутри или от миазмов, находящихся в воздухе. Реди утверждал, что разложение происходит, когда в плоть из воздуха попадают живые клетки (яйца личинок)3. Omne vivum ex vivo, писал он, “всякая жизнь происходит из жизни”. Короче говоря, Реди, считающийся основоположником экспериментальной биологии, выдвинул тезис, предвосхитивший более точный тезис Вирхова. Он предположил, что жизнь порождает жизнь, – всего один шаг до идеи о том, что клетки порождают клетки.

В 1859 году в Париже Луи Пастер продолжил эксперименты Реди^4. Он налил мясной бульон в бутылку с горлышком в форме лебединой шеи – круглую емкость с длинным горлышком, свернутым в виде буквы S. Пастер оставлял колбу открытой, но бульон оставался стерильным: микробам из воздуха трудно попадать в бульон через такое горлышко[27]. Но если он наклонял колбу так, чтобы бульон соприкасался с воздухом, или отламывал “лебединую шею”, то бульон зарастал микробами и мутнел. Пастер заключил, что бактериальные клетки переносятся с воздухом и пылью. Разложение или гниение связаны не с разложением живого существа изнутри (и не с какой-то висцеральной формой греха). Гниение происходит только тогда, когда в бульон попадают бактериальные клетки.

На первый взгляд может показаться, что разложение и болезнь – независимые процессы, но Пастер нашел между ними важную связь. Он изучал инфекционные болезни шелковичного червя, порчу вина и заражение животных сибирской язвой. И обнаружил, что причиной инфекции во всех этих случаях были не плавучие частицы миазмов или грехи, а заражение микробами – одноклеточными организмами, которые внедряются в другие организмы и вызывают в них патологические изменения и разрушение тканей.

Важнейший вклад в развитие теории Пастера внес молодой офицер низкого ранга Роберт Кох, который имел медицинское образование и работал в кустарной лаборатории в Вольштейне в Германии^5. В начале 1876 года он выделил возбудителя сибирской язвы из зараженных коров и овец и исследовал его под микроскопом^6. Это были вибрирующие прозрачные микробы в форме палочки – хрупкие на вид, но потенциально смертельные. Они умеют образовывать округлые спящие споры, чрезвычайно устойчивые к высыханию или нагреванию. Но если добавить воду или поместить споры в подходящий организм, они очнутся ото сна и вернутся к своей смертоносной деятельности, превращаясь в палочковидные бациллы сибирской язвы, которые быстро размножаются и вызывают болезнь. Кох брал каплю крови коровы, зараженной сибирской язвой, вводил ее в хвост мыши через крохотный прокол, сделанный стерильной деревянной палочкой, и ждал. Кажется невероятным и даже необъяснимым, что в истории биологии до 1876 года ни один ученый не проделывал систематических научных опытов по перенесению болезни из одного организма в другой.

Изображение клеток Bacillus anthracis, обнаруженных Робертом Кохом. Обратите внимание на длинные бациллы нитевидной формы и на крохотные округлые споры.

Бактерии сибирской язвы выделяют ядовитый токсин, убивающий клетки. У мыши появились язвы. Селезенка потемнела, распухла и была наполнена мертвыми клетками, и в легких тоже появились многочисленные черные язвы. Исследуя селезенку под микроскопом, Кох обнаружил в ней такие же вибрирующие бактерии в форме палочек, окруженные миллионами мертвых мышиных клеток. Кох повторил опыт: заразил мышь, выделил селезенку и перенес капельку в другую мышь – и так двадцать раз. И каждый раз у мыши-реципиента развивалась сибирская язва. Заключительный эксперимент Коха был самым изобретательным: он соорудил стерильную стеклянную камеру и поместил в нее капельку жидкости из глаза мертвого быка. А потом ввел в эту капельку кусочек селезенки мыши, зараженной сибирской язвой. В жидкости выросло множество таких же палочковидных бактерий, превративших прозрачную каплю в мутное месиво микробных клеток.

Кох проводил эксперименты методично и систематически – с прицельной точностью. Луи Пастер установил причинность по ассоциативной связи: порча вина была связана с избыточным ростом бактерий, порча бульона – с контактом с микроорганизмами. Кох хотел подтвердить причинную связь более строгим путем. Сначала он выделил микроорганизм из больного животного. Затем он показал, что введение патогена в здоровое животное вызывает ту же болезнь. А потом он вновь выделил микробов из зараженного животного, вырастил в чистом виде в культуре и показал, что они способны вновь вызывать болезнь. Как можно опровергнуть такую логику? “Ввиду этих данных, – писал он в своих заметках, – исчезают все сомнения в том, что Bacillus anthracis является настоящей причиной и возбудителем сибирской язвы”7.

В 1884 году, через восемь лет после проведения опытов с сибирской язвой, Кох использовал свои экспериментальные наблюдения для формулировки четырех принципов теории микробных заболеваний. По его мнению, при выполнении следующих условий можно утверждать, что конкретный микроб вызывает конкретное заболевание (скажем, Streptococcus вызывает воспаление легких, a Bacillus anthracis — сибирскую язву): 1) организм / микробная клетка обнаруживается в больном организме, но не в здоровом; 2) микробная клетка выделена из больного организма и выращена в лабораторных условиях; 3) при заражении здорового организма культивированным микробом в организме возникают характерные признаки болезни; 4) микроб выделен из зараженного организма и идентичен исходному микроорганизму[28].

Эксперименты Коха и его постулаты отразились в биологии и медицине гулким эхом и в том числе сильно повлияли на идеи Пастера. Однако, несмотря на интеллектуальную близость этих двух людей (или, возможно, именно из-за этой близости), Кох и Пастер на протяжении нескольких десятилетий были откровенными соперниками. (Ясно также, что Франко-прусская война 1870-х годов не способствовала сотрудничеству французских и немецких ученых.) В статьях Пастера, опубликованных фактически одновременно со статьями Коха, с почти неприкрытой мстительностью использовался французский термин bacteridiae'[29] с упоминанием терминологии Коха в виде сноски “Bacillus an thru cis у немцев”8. Кох ответил на научное оскорбление насмешкой, написав во французском журнале в 1882 году: “До сих пор работа Пастера с сибирской язвой ни к чему не привела”9.

По сути, предмет их научных стычек был совершенно незначительным. Пастер настаивал, что в результате многократных пересевов бактериальных клеток в лаборатории можно ослабить их болезнетворную способность или, говоря научным языком, аттенуировать. Пастер хотел использовать аттенуированные клетки сибирской язвы в качестве вакцины: ослабленные клетки усиливают иммунный ответ, но не вызывают болезнь. Однако, по мнению Коха, аттенуация была бессмыслицей, поскольку патогенность микробов постоянна. Со временем выяснилось, что они оба были правы: какие-то микробы поддаются аттенуации, а каких-то ослабить трудно. Но в целом работы Пастера и Коха обозначили новое направление в изучении патологии. Было показано, что автономные живые микробные клетки вызывают как гниение, так и болезнь, как минимум в экспериментах с животными и в клеточной культуре.

Но какова связь между гниением, вызванным микробными клетками, и заболеваниями человека! Первый намек на возможную связь был получен венгерским врачом-акушером Игнацем Земмельвейсом, который в конце 1840-х годов работал помощником врача в родильном доме Вены^10. Родильный дом был поделен на две части: Первая клиника и Вторая клиника. В XIX веке роды уносили почти столько же жизней, сколько производили. Уровень смертности рожениц в результате инфекции (от родильной горячки) составлял от 5 до 10 %. Земмельвейс обратил внимание на одну особенность: в Первой клинике смертность матерей от родильной горячки была значительно выше, чем во Второй. Благодаря слухам и пересудам, распространявшимся по всей Вене, такое различие перестало быть секретом. Беременные женщины умоляли, упрашивали или манипулировали персоналом, чтобы только попасть во Вторую клинику. Некоторые преднамеренно рожали на улице, вне клиники, мудро рассуждая, что Первая клиника – гораздо более опасное место для рождения ребенка, чем улица.

“Что защищало тех, кто рожал вне клиники, от этого неизвестного деструктивного эндемического влияния?” – задавался вопросом Земмельвейс^11. Это была редкая возможность провести эксперимент в “естественных условиях”: две женщины в одинаковом состоянии входили в один и тот же госпиталь через две двери. Одна уходила со здоровым ребенком, вторую отправляли в морг. Почему? Как детектив, отсеивающий потенциальных подозреваемых, Земмельвейс составил в голове список возможных причин и поочередно их отбрасывал. Дело было не в переизбытке пациентов, не в возрасте женщин или отсутствии вентиляции, не в длительности родов или близости расположения коек.

В 1847 году коллега Земмельвейса Якоб Коллечка порезался скальпелем при проведении вскрытия. Вскоре у него началась лихорадка и сепсис. Земмельвейс не сумел ему помочь, но заметил, что симптомы у больного были такими же, как у женщин с родильной горячкой^12. И в этом, возможно, заключался ответ: в Первой клинике работали хирурги и студенты-медики, сновавшие туда-сюда между патологоанатомическим отделением и родильным домом – сразу переходившие от анатомирования и вскрытия трупов к приему родов. А во Второй клинике работали акушеры, не имевшие контакта с трупами и никогда не производившие вскрытий. Земмельвейс задал себе вопрос, не переносили ли студенты и хирурги, которые осматривали женщин без перчаток, некое материальное вещество (он назвал его “трупным веществом”) из разлагающихся тел в тела беременных.

Он настоял, чтобы студенты и хирурги мыли руки водой с хлоркой, прежде чем входить в родильное отделение. Он стал вести тщательные записи относительно числа смертей в обеих клиниках. Результат был поразительным: смертность в Первой клинике сократилась на 90 %. В апреле 1847 года уровень смертности составлял около 20 % (каждая пятая женщина умирала при родах). К августу, после введения правила тщательно мыть руки, смертность среди молодых матерей сократилась до 2 %.

Но каким бы потрясающим этот результат ни был, Земмельвейс не мог объяснить то, что видел. В чем было дело? В крови? Жидкости? Каких-то частицах? Венские хирурги не верили в микробную теорию, и их не волновала настойчивость молодого ассистента, требовавшего, чтобы они мыли руки между клиниками. Земмельвейса травили, над ним смеялись, не давали повышения и в конце концов уволили из госпиталя. Мысль о том, что родильная горячка на самом деле была “докторской чумой” – ятрогенным заболеванием, вызванным самими докторами, пришлась не по вкусу венским профессорам. Земмельвейс писал раздраженные обвинительные письма акушерам и хирургам по всей Европе, и все они считали его сумасшедшим. Наконец он перебрался в провинциальный Будапешт, где у него случился нервный срыв. Его поместили в психиатрическую лечебницу, где санитары избивали его и поломали кости, что вызвало гангрену. Игнац Земмельвейс скончался в 1865 году, главным образом в результате сепсиса, вызванного побоями, – вероятно, уничтоженный тем самым “материальным” веществом, которое он пытался идентифицировать в качестве причины инфекций.

В 1850-е годы, вскоре после вынужденного переезда Земмельвейса в Будапешт, английский врач Джон Сноу стал следить за развитием эпидемии холеры в лондонском районе Сохо^13. Сноу не только изучал симптомы болезни и возможности лечения, но также обратил внимание на географический аспект локализации и передачи болезни: он инстинктивно подозревал, что эпидемия распространялась в определенных районах и местах, и это могло дать ключ к выявлению ее причины. Сноу переписывал местных жителей, указывая время и место обнаружения каждого случая заболевания. И затем начал отслеживать распространение инфекции в ретроспективе, как будто прокручивая фильм в обратную сторону, – он искал происхождение, источник и причины.

Источником, как заключил Сноу, были не невидимые воздушные миазмы, а вода из колонки на Броад-стрит, где, по-видимому, началась эпидемия. Или, точнее, откуда она разошлась, как расходятся по воде круги от брошенного в пруд камня. Когда позднее Сноу начертил карту распространения эпидемии, отмечая каждый случай заболевания черточкой, черточки окружили колонку. (Сегодня большинству эпидемиологов лучше знакома более поздняя карта, составленная в 1960-е годы, на которой случаи заболевания помечены точками.) “Я обнаружил, что почти все смерти имели место на небольшом расстоянии от колонки [на Броад-стрит], – писал он. – Лишь десять смертей произошли в домах, расположенных ближе к другой уличной колонке. В пяти из этих случаев семьи умершего сообщали мне, что всегда посылали за водой к колонке на Броад-стрит, так как предпочитали ее воде из ближайшей колонки. В трех других случаях умерли дети, которые ходили в школу мимо колонки на Броад-стрит”14.

Но что за вещество содержалось в зараженном источнике? В 1855 году Сноу начал исследовать воду под микроскопом. Он был уверен, что это какое-то вещество, способное воспроизводиться, какая-то частица, структура и функции которой позволяют ей заражать людей. В книге “О способе передачи холеры” он писал: “Чтобы смертельное вещество холеры обладало свойством воспроизводиться, обязательно должна существовать некая структура, скорее всего клетка”15.

Один из оригинальных чертежей Джона Сноу 1850-х годов с обозначенными случаями холеры в районе колонки на Броад-стрит в Лондоне. Стрелка указывает местонахождение колонки (добавлена автором), а количество случаев в доме определяется высотой столбца из черных черточек. Участок, обозначенный Сноу, обведен окружностью (добавлена автором).

Это была пророческая догадка, особенно в отношении слова “клетка”. По сути, Сноу в какой-то степени объединил три независимые медицинские теории, три дисциплины. Первая из них, эпидемиология, пыталась объяснить характер распространения человеческих заболеваний. Эта дисциплина “витала” над людьми, отсюда и название: epi (над) и demos (народ). Она пыталась объяснить заболевания человека в терминах распространения в популяции, подъемов и спадов распространения, а также наличия или отсутствия заболеваний в определенных географических или физических границах, например, в зависимости от расстояния от колонки на Броад-стрит. В конечном итоге эта дисциплина позволяет оценить риск возникновения заболевания.

Сноу объединил теорию эпидемиологии с теорией патологии – перекинул мостик от потенциального риска к материальному веществу. Причиной болезни был какой-то элемент, содержавшийся в воде: клетка – ни больше ни меньше. Географический фактор в виде карты распространения заболевания был лишь ключом к пониманию ее причины, это было указание на существование физического вещества, перемещающегося во времени и пространстве и разносящего болезнь.

Вторая дисциплина – микробная теория, находившаяся еще в самом начале развития, – основывалась на том, что причиной инфекционных заболеваний являются микроскопические организмы, заражающие тело и нарушающие его физиологию.

Третья дисциплина была самой смелой – некий зачаточный вариант клеточной теории, которая утверждает, что невидимые болезнетворные микробы на самом деле являются независимыми живыми организмами — клетками, которые заразили воду. Сноу не увидел бацилл холеры под микроскопом. Но он инстинктивно почувствовал, что болезнетворные элементы должны иметь возможность воспроизводиться в теле, проникать в сточную воду и возобновлять инфекционный цикл. Инфицирующие агенты должны быть живыми существами, способными копировать самих себя.

Когда я пишу эти строки, я осознаю, в какой степени эти рамки – микробы, клетки, риск – до сих пор определяют искусство медицинской диагностики. Я понимаю, что каждый раз, осматривая пациента, я рассматриваю его случай через призму трех важнейших вопросов. Является ли причиной болезни внешний патоген, такой как бактерия или вирус? Произошло ли эндогенное нарушение физиологии клеток? Возникла ли болезнь в результате действия какого-то фактора риска – влияния патогена, семейного анамнеза или токсина из окружающей среды?

Несколько лет назад, в начале моей практики в качестве онколога, я познакомился с профессором, у которого внезапно начались приступы усталости – настолько сильные, что в иные дни он не мог спустить ноги с постели. В результате многократных визитов к многочисленным специалистам он получил список всех возможных диагнозов: синдром хронической усталости, волчанка, депрессия, психосоматический синдром или скрытый рак. И этот список продолжал удлиняться.

Все результаты анализов крови были в норме, за исключением одного, который указывал на хроническую анемию. Однако низкий уровень эритроцитов – это симптом болезни, а не причина. Тем временем усталость продолжала усиливаться. На спине профессора появилась странная сыпь – еще один симптом без видимой причины. Через несколько дней он вновь оказался в больнице – без диагноза. Рентген показал наличие пленки из жидкости, накапливающейся в двуслойном плевральном мешке, окружающем легкое. Теперь диагноз был понятен. Конечно, это был рак, ранее остававшийся в скрытой форме. Я ввел шприц между двух ребер, отобрал небольшое количество жидкости и отослал в лабораторию. Я был уверен, что в жидкости найдут раковые клетки и все станет ясно.

Однако я еще колебался, прежде чем назначить пациенту дополнительное сканирование и пункцию. Мой инстинкт восставал против мною же поставленного диагноза, и поэтому я направил мужчину к лучшему терапевту, которого знал. Это был необычный, странный человек, походивший на врача старой школы из прошлого столетия. “Не забывай обнюхивать пациента”, – посоветовал мне однажды этот Пруст от медицины и перечислил ряд болезней, которые можно диагностировать по запаху; я стоял у него в кабинете, удивленно слушал и запоминал.

На следующий день этот врач мне позвонил.

Расспросил ли я пациента о факторах риска?

Я вяло промямлил, что да, но со стыдом подумал, что полностью сосредоточился на раке.

Знал ли я, что мой пациент провел первые три года жизни в Индии? И что он ездил туда с тех пор несколько раз? Нет, я об этом не спрашивал. Мужчина рассказал, что с детства жил в Белмонте, в Массачусетсе, но я не углублялся в расспросы и не уточнил, где он родился или когда переехал в Штаты.

– Вы послали легочную жидкость в бактериологическую лабораторию? – спросил мудрый доктор Пруст.

Я был уже красный как помидор.

– Зачем?

– Затем, что это явно рецидив туберкулеза.

К счастью, в лаборатории сохранилась половина отобранной мною жидкости. Через три недели в лаборатории из нее вырастили Mycobacterium tuberculosis — возбудителя туберкулеза. Мужчину лечили соответствующим антибиотиком, и он медленно поправлялся. Через несколько месяцев симптомы исчезли.

Этот случай – урок смирения. И по сей день, когда я вижу пациента без установленного диагноза, я бормочу тихонько про себя, вспоминая Джона Сноу и моего друга терапевта, который любил обнюхивать пациентов: “Микробы. Клетки. Риск”.

Микробная теория произвела настоящий переворот в медицине. В Глазго, в Шотландии, в 1864 году, всего через несколько лет после завершения экспериментов Луи Пастера по изучению гниения (и больше чем за десять лет до того, как Роберт Кох окончательно доказал на животных, что болезни вызываются микробами), молодой хирург Джозеф Листер прочел статью Пастера Recherches sur laputrefaction (“Исследования гниения”). Он сделал смелый шаг и ассоциировал гниение, которое наблюдал Пастер в колбах с горлышком в виде лебединой шеи, с хирургическими инфекциями, с которыми сам сталкивался в больнице. В далекой древности в Индии и Египте врачи очищали инструменты кипячением. Но во времена Листера хирурги почти не думали о возможности заражения микробами^16. Хирургические операции проводились в условиях невероятной антисанитарии, как будто врачи намеренно игнорировали весь исторический опыт гигиены. Например, покрытый гноем хирургический инструмент, извлеченный из раны одного пациента, могли тут же без стерилизации ввести в тело другого. Более того, хирурги использовали выражение “доброкачественный гной”, считая, что наличие гноя свидетельствует о процессе заживления. Если во время операции скальпель падал на залитый кровью и гноем пол, хирург мог запросто обтереть его о фартук той же степени чистоты и тут же использовать при операции на следующем пациенте.

Листер решил кипятить инструменты в растворе, убивающем микробов, поскольку был убежден, что именно они являлись причиной инфекций. Но в каком растворе? Он знал, что для устранения зловония канализационные и сточные воды обрабатывали карболовой кислотой, и подумал, что, возможно, она убивает микробов, являющихся источником запаха сточных вод. Действуя по наитию, он стал кипятить инструменты в карболовой кислоте. Частота постоперационных инфекций сразу уменьшилась. Раны заживали быстро, и число случаев септического шока у пациентов, являющегося бичом всех хирургических операций, также внезапно сократилось. Поначалу хирурги противились теории Листера, но доказательства становились все более и более неопровержимыми. Подобно Земмельвейсу, Листер ввел микробную теорию в медицинскую практику.

Менее чем за столетие, с 1860-х до 1950-х годов, стерильность, гигиена и антисептика – единственно возможные методы предотвращения инфекций – в значительной степени были усилены изобретением антибиотиков, уничтожающих микробные клетки. В 1910 году появился первый антибиотик (арсфенамин, производное мышьяка), открытый Паулем Эрлихом и Сахатиро Хатой, которые установили, что это вещество убивает возбудителя сифилиса^17. Вскоре появилось огромное количество антибиотиков, в частности пенициллин (секретируемое грибами антимикробное вещество, которое Александр Флеминг обнаружил на заплесневелых пластинах с питательной средой в 1928 году^18) и противотуберкулезный препарат стрептомицин (выделен из почвы Альбертом Шацем и Зельманом Ваксманом[30] в 1943 году^19).

Принцип действия антибиотиков, так сильно изменивших лицо медицины, обычно основан на существовании каких-либо различий между микробными клетками и клетками хозяйского организма. Например, пенициллин уничтожает бактериальный фермент, необходимый для синтеза клеточной стенки, так что в стенках бактерий образуются “дыры”. Человеческие клетки не имеют именно таких стенок, поэтому пенициллин оказывается этакой “волшебной пулей” против бактерий, которым важна целостность клеточной стенки.

Каждый мощный антибиотик (доксициклин, рифампицин, левофлоксацин) распознает тот или иной элемент бактериальных клеток, который отличает их от человеческих клеток. В этом смысле каждый антибиотик можно назвать средством “клеточной медицины”: это препарат, действие которого основано на различиях между микробными и человеческими клетками. Чем больше мы узнаем о биологии клетки, тем более тонкие различия мы находим и тем более мощные противомикробные препараты можем создавать.

Прежде чем мы закроем тему антибиотиков и микроорганизмов, давайте немного поговорим об этих различиях. Каждая клетка на Земле (иными словами, каждый единичный элемент каждого живого существа) принадлежит к одному из трех различающихся доменов (или ветвей) жизни. Первый домен составляют бактерии – одноклеточные организмы, окруженные клеточной мембраной; они не имеют характерных структур животных и растительных клеток, но имеют собственные специфические структуры (именно на этом основано действие антибактериальных препаратов, о котором говорилось выше).

Бактерии невероятно, беспощадно, сверхъестественно успешны. Они занимают доминирующее положение в клеточном мире. Мы рассуждаем о них как о патогенах (бартонелла, пневмококк, сальмонелла), поскольку некоторые из них вызывают болезни. Однако на нашей коже, в нашей пищеварительной системе и у нас во рту живет несколько миллиардов бактерий, которые не причиняют нам никакого вреда. (Обширный обзор наших тесных и обычно симбиотических отношений с бактериями представлен в книге научного журналиста Эда Йонга “Как микробы управляют нами”20.) В большинстве случаев бактерии либо безвредны, либо даже полезны. Кишечные бактерии способствуют пищеварению. Как полагают некоторые исследователи, бактерии на коже препятствуют заражению гораздо более опасными микробами. Один инфекционист однажды сказал мне, что человек – лишь “красивый чемодан для переноса бактерий по миру”21. Наверное, он прав.

Изобилие и приспособленность бактерий поражают воображение. Одни живут в горячих источниках на дне океана, где температура воды близка к температуре кипения, так что они вполне могут выживать в чайнике. Другие прекрасно чувствуют себя в кислой среде желудка. А третьи столь же легко приспособились к жизни в самых холодных точках планеты, в неприступной тундре, где земля смерзается в камень на десять месяцев в году. Это независимые подвижные существа, способные общаться друг с другом и воспроизводиться. Целостность их внутреннего содержимого поддерживается мощными механизмами гомеостаза. Это полностью самодостаточные особи, но они могут общаться между собой и обмениваться ресурсами.

Мы с вами относимся ко второй ветви, или домену, называемой эукариотами. Слово eukaryote носит формальный характер: оно означает, что наши клетки, а также клетки животных, грибов и растений содержат особую структуру, называемую ядром (karyon, или kernel по-гречески). Ядро, как мы вскоре узнаем, является хранилищем хромосом. У бактерий нет ядра, и их называют прокариотами (“доядерными” существами). По сравнению с бактериями мы хрупкие, хилые, привередливые существа, способные жить в гораздо более узком диапазоне условий и лишь в некоторых экологических нишах.

Но есть еще и третья ветвь жизни – археи. Удивительный факт из истории таксономии заключается в том, что еще около пятидесяти лет назад эта ветвь живых организмов оставалась неизвестной. В середине 1970-х годов профессор биологии из Иллинойсского университета в Урбана-Шампейне Карл Вёзе, пользуясь методами сравнительной генетики (сравнивая гены разных организмов), установил, что мы неправильно классифицировали не просто каких-то отдельных загадочных микробов, а целый домен жизни^22. На протяжении десятилетий Вёзе в одиночку вел энергичную и жестокую научную борьбу, которая дорого ему обошлась. Он настаивал на том, что в таксономии не хватает целого домена жизни. По его мнению, археи были особенными, а не “почти такими же”, как бактерии или как эукариоты (в устах специалиста по таксономии выражение “почти такой же” является аналогом фразы родителя в отношении ребенка “Отстань, ты мне надоел”)23.

Многие известные биологи высмеивали или попросту игнорировали открытия Вёзе. В 1998 году биолог Эрнст Майр написал на тему трудов Вёзе поучительно-снисходительную статью (“Эволюция имеет дело с фенотипами… а не с генами”24) с абсолютно неверным толкованием работы Вёзе. Он вовсе не опровергал теорию эволюции – он не соглашался с таксономией, которая как раз имеет отношение к генам. У летучих мышей и птиц есть похожие физические характеристики, или фенотипы. Секрет их различия кроется в генах: эти животные принадлежат к разным таксонам. Журнал Science назвал Вёзе “революционером в шрамах”25. Но прошли десятилетия, и мы повсеместно приняли, подтвердили и отстояли его теорию, так что теперь археи считаются отдельным – третьим – доменом живых существ.

На первый взгляд, археи действительно во многом похожи на бактерий. Это крохотные существа, не имеющие некоторых структур, характерных для животных и растительных клеток. Но они безусловно отличаются как от бактерий, так и от растений, животных и грибов. Эволюционный биолог Ник Лейн из Университетского колледжа Лондона в книге “Вопрос жизни: энергия, эволюция и происхождение сложности”26 назвал их Чеширскими Котами в царстве жизни. Они совершенно незаменимы для полноты картины, но демонстрируют “свое присутствие только своим отсутствием”, иными словами, тем фактом, что не имеют определяющих признаков двух других доменов, что отчасти объясняет, почему мы ничего не знали о них до самого последнего времени.

Деление жизни на основные домены возвращает нас к еще одному важному разграничению в нашей истории о клетках. На самом деле здесь пересекаются две истории. Первая – это история клеточной биологии. Мы совершили долгое путешествие по этому пути – от Гука и Левенгука, обнаруживших клетки в конце 1600-х годов, до открытия тканей и органов двумя столетиями позднее и от открытия Пастером и Кохом бактерий как причины гниения и болезней до синтеза первых антибиотиков Эрлихом в 1910 году. Мы прошли путь от истоков клеточной физиологии – от провидческого замечания Распая “Клетка – это… своего рода лаборатория” до дерзкого предположения Вирхова о том, что клетки находятся в центре как нормальной физиологии, так и болезни.

Но это история клеточной биологии, а не клетки. История клетки началась за миллиарды лет до зарождения клеточной биологии. Первые клетки (наши самые простые, самые примитивные предки) появились на Земле от трех с половиной до четырех миллиардов лет назад, примерно через семьсот миллионов лет после рождения самой Земли (если задуматься, это очень короткий отрезок времени; Земля прожила лишь пятую часть своей истории до того, как на ней стали воспроизводиться живые существа). Как появилась “первая клетка”? На что она была похожа? Эволюционные биологи искали ответы на эти вопросы много десятков лет. Простейшая клетка, назовем ее “протоклеткой”, должна была иметь систему генетической информации, способную к самовоспроизводству. Почти наверняка первоначальная система репликации клетки состояла из нитевидной молекулы рибонуклеиновой кислоты, или РНК. В лабораторных экспериментах при условиях, напоминающих атмосферные условия на первозданной Земле, из простых элементов в слоях глины ученым удается получить предшественников молекул РНК и даже нити РНК.

Но переход от молекулы РНК к самореплицирующейся молекуле РНК – значительный эволюционный скачок. Скорее всего, нужны были две такие молекулы: одна служила бы матрицей (носителем информации), а другая (дубликатор) создавала бы на этой матрице копию.

Встреча этих двух молекул РНК, матрицы и дубликатора, возможно, была самой важной и взрывной историей любви в ходе эволюции на нашей живой планете. Влюбленным следует избегать расставаний, и, если бы эти две последовательности РНК разошлись в разные стороны, копирование было бы невозможно, следовательно, не существовала бы и клеточная жизнь. Это объясняет необходимость появления структуры (сферической мембраны), заключающей внутри себя эти компоненты.

Возможно, эти три элемента (мембрана, носитель информации и дубликатор) и были составляющими первых клеток^27. Если самореплицирующаяся система на основе РНК заключена в сферическую мембрану, внутри этого пространства можно произвести больше копий РНК, а увеличить размер системы можно за счет расширения мембраны.

Биологи считают, что в какой-то момент ограниченная мембраной сферическая частица расщепилась надвое – ив каждой половине оказалась своя система копирования^28. (В лабораторных условиях Джек Шостак и его коллеги показали, что простые сферические структуры, удерживаемые мембранами из жировых молекул, могут поглощать другие жировые молекулы, расти и в какой-то момент разделяться надвое.) И с этого момента “протоклетка” начала свой длинный эволюционный путь, приведший к появлению современных клеток. Эволюция отбирала клетки с более и более сложными свойствами, и в конечном итоге роль носителя информации стала играть не РНК, а ДНК.

Примерно три миллиарда лет назад из простого предшественника возникли бактерии, которые продолжают эволюционировать до настоящего времени. Археи, по-видимому, являются не менее древними, чем бактерии, и возникли примерно в то же самое время (хотя точное время их возникновения все еще горячо обсуждается), и они тоже существуют и эволюционируют до сих пор[31].

А что можно сказать о клетках, не принадлежащих бактериям или археям, – иными словами, о наших клетках? Примерно два миллиарда лет назад (опять-таки точная дата этого события все еще неизвестна) эволюция совершила неожиданный и необъяснимый поворот. Именно тогда на Земле появилась клетка, являющаяся общей предшественницей клеток человека, растений, грибов, зверей и амеб. “Их общий предок, – пишет Лейн, – уже имел сложную структуру «современной» клетки и отличался беспрецедентным молекулярным динамизмом, основанным на действии сложных наномашин, кодируемых тысячами новых генов, отсутствующих у бактерий”29. Новые данные подтверждают, что “современные” эукариотические клетки возникли среди архей^30. Иными словами, жизнь состоит всего из двух доменов – бактерий и архей, а эукариоты (“наши” клетки) составляют сравнительно новую ветвь архей. Вероятно, мы появились позднее, как опилки, оставшиеся от выпиливания из дерева двух главных доменов жизни.

В следующих главах мы поговорим о современных клетках. Мы рассмотрим их сложную внутреннюю анатомию. Обсудим их “беспрецедентный молекулярный динамизм”, лежащий в основе репродукции и развития. Мы поймем, как организованные системы клеток (многоклеточные системы со специализированной формой и функцией) обеспечивают формирование и работу органов и систем органов, поддерживают постоянство функций тела, восстанавливают сломанные лодыжки и противодействуют разложению. А еще поговорим о будущем, в котором мы сможем использовать эти знания в медицине и научимся создавать функциональные части нового человека, чтобы улучшать его состояние или излечивать от болезней.

Но на один вопрос мы не ответим и, возможно, ответить не сумеем никогда. Происхождение современных клеток – эволюционная загадка. У нас имеется лишь самая скудная информация об их предках, и не осталось никаких следов от их двоюродных или троюродных “братьев и сестер”, никаких достаточно близких живых родственников и никаких промежуточных форм. Лейн называет это “необъяснимым вакуумом – черной дырой в самом сердце биологии”31.

Вскоре мы перейдем к анализу анатомии, функции, развития и специализации современных эукариотических клеток. Но эту вторую историю – историю о происхождении наших клеток – пока не может рассказать в полной мере ни эта книга, ни эволюционная наука.

Часть вторая

Одна и много

Слова “организм” и “организованный” имеют общий корень. Оба происходят от греческого слова organon (и более позднего латинского organumj, обозначающего инструмент, орудие или даже логический метод, предназначенный для достижения какой-то цели. Если клетка – это основная единица жизни, живой инструмент, формирующий организм, то для какой цели она “предназначена”?

Сначала клетка эволюционировала как самостоятельная единица, существующая в виде независимого живого элемента. Эта независимость, в свою очередь, определяется организацией – внутренней анатомией клетки. Клетка – не скопление химических веществ, в ней есть дискретные структуры, или субъединицы, которые обеспечивают ее независимое существование. Субъединицы нужны для получения энергии, выведения отходов жизнедеятельности, запасания питательных веществ, связывания токсичных продуктов и поддержания внутриклеточной среды. Кроме того, клетка устроена так, что способна размножаться, в результате чего одна клетка может произвести все остальные клетки, составляющие тело организма. Наконец, в многоклеточном организме клетка (по крайней мере первая клетка) предназначена для дифференцировки и превращения в другие специализированные клетки, что позволяет формировать разные части тела – ткани, органы и системы органов.

В этом заключаются первые и самые главные свойства клетки: независимость, воспроизводство и развитие[32].

На протяжении столетий эти главные свойства казались не поддающимися изучению. Внутренняя анатомия клетки и ее внутренний гомеостаз оставались, скажем так, внутренними черными ящиками. Репродукция и развитие происходили в третьем черном ящике – в утробе матери. Но по мере углубления наших знаний о клетке мы смогли раскрыть эти черные ящики и изменить фундаментальные свойства элементов живых существ. Можем ли мы починить клеточную субъединицу с нарушенной функцией? И если можем, то в какой степени? Можем ли мы создать клетку с другой внутренней средой, другими структурами и, следовательно, с другими свойствами? И если мы способны осуществлять воспроизведение человека вне матки, как мы уже делаем, не станет ли такой искусственно созданный эмбрион допустимым объектом для генетических манипуляций? Где в таком случае пролегают границы дозволенного и каковы опасности вмешательства в первые основополагающие принципы организации жизни?

Организованная клетка. Внутренняя анатомия клетки

Дайте мне органическую везикулу [клетку], наделенную жизнью, и я верну вам весь организованный мир^1.

Франсуа-Венсан Распай

Клеточная биология наконец помогла реализовать столетнюю мечту: анализ болезней на клеточном уровне, первый шаг к окончательному контролю над ними^2.

Джордж Паладе

Как писал Рудольф Вирхов в 1852 году, “клетка является замкнутой единицей жизни, которая несет внутри себя… законы, управляющие ее существованием”3. Таким образом, ограниченная самостоятельная живая единица, “замкнутая единица”, которая несет в себе законы собственного существования, должна иметь границы.

Эти границы представлены мембраной – внешним пределом собственного пространства клетки. Тела ограничены многоклеточной мембраной – кожей. В человеческой психике тоже есть граница – собственное “я”. Границы есть у домов и у наций. Определить внутреннее содержимое означает определить контуры: установить, где заканчивается внутреннее пространство и начинается наружное. Без границы нет “своего”. Чтобы быть клеткой, чтобы существовать в таком качестве, необходимо разграничивать “свое” и “чужое”.

Что же такое граница клетки? Где заканчивается одна клетка и начинается другая? Все клетки начинаются и заканчиваются окружающими их мембранами.

Мембрана – парадоксальная структура. Если она герметична и не допускает никакого обмена между внутренней и внешней средой, она будет поддерживать целостность внутреннего содержимого. Но как в таком случае клетка удовлетворяет свои жизненные потребности и обязанности? Чтобы питательные вещества могли поступать в клетку и выходить из нее, клетке нужны некие поры.

Ей нужны станции приема сигналов, приходящих извне и переправляемых внутрь. А если организм голодает – и клетке нужно накапливать пищу и остановить метаболизм? А еще клетка должна избавляться от отходов, но опять-таки где (или как) делать шлюзы, через которые их можно выводить?

Каждое такое отверстие – исключение из правила целостности; в конце концов, дверь наружу одновременно является и дверью внутрь. Вирусы и микробы могут использовать пути для поступления питательных веществ или удаления отходов и через них проникать в клетку. Короче говоря, поры являются необходимым элементом жизни, но одновременно уязвимым местом живого существа. Идеально герметичная клетка – мертвая клетка. Клетка должна обеспечивать две функции: отгораживаться от внешней среды и одновременно открываться ей.

Из чего состоит клеточная мембрана? В 1890-е годы физиолог Эрнест Овертон (троюродный брат Чарльза Дарвина) помещал разные клетки в сотню различных растворов. Он обратил внимание, что жирорастворимые вещества проникали в клетки, в отличие от веществ, которые не растворяются в жирах. Овертон заключил, что клеточная мембрана должна представлять собой жировой слой^4, но он не смог объяснить, как входят в клетку и выходят из нее нерастворимые в жирах вещества, такие как ионы или сахара.

Наблюдения Овертона лишь усложнили загадку. Клеточная мембрана толстая или тонкая? Состоит ли она из одного слоя жировых молекул (липидов[33]), образующих единичную пленку, или она многослойна?

Топологическая структура клеточной мембраны была установлена благодаря тщательной работе двух физиологов. В 1920-е годы Эверт Гортер и Франсуа Грендель извлекли все жиры с поверхности известного числа эритроцитов крови, распределили эти молекулы в один слой и подсчитали его площадь^5. Затем они определили площадь поверхности клеток, с которых сняли эти мембраны. Площадь слоя экстрагированных липидов почти вдвое превышала площадь поверхности эритроцитов.

Схема строения клеточной мембраны. Изображен липидный бислой с круглыми головками на внешней и внутренней поверхности и длинными хвостами посредине. Головки представляют собой заряженные фосфатные группы, которые растворимы в воде (и поэтому располагаются на поверхности мембраны), а связанные с головками хвосты – длинные последовательности атомов углерода и водорода, которые не растворяются в воде (и потому спрятаны внутри двойного слоя). Плавающие в мембране каплевидные структуры – это белки, играющие роль каналов, рецепторов и пор.

Этот результат открыл неожиданную истину: судя по всему, клеточная мембрана представляет собой двойной липидный слой. Представьте себе два склеенных листа бумаги, из которых сложен некий трехмерный предмет, скажем шар. Если шар – это клетка, то два листа бумаги – двухслойная клеточная мембрана.

Последняя часть загадки – как молекулы вроде ионов или сахаров проходят через двойной липидный слой и как клетки сообщаются с внешней средой – была разгадана в 1972 году, почти через пятьдесят лет после экспериментов Гортера и Гренделя. Биохимики Гарт Николсон и Сеймур Сингер предложили модель, в рамках которой белки встраиваются в клеточную мембрану, проходя через нее и образуя в ней отверстия, или каналы^6. Липидный бислой не гладкий и не монотонный; в нем изначально существуют поры. В мембране плавают белки, пронизывающие ее поперек и позволяющие молекулам через нее проходить, а другим белкам и молекулам – связываться с внешней поверхностью клетки.

Отметив мозаичное строение мембраны, в которой соединены многие компоненты, Николсон и Сингер назвали свою модель жидкостно-мозаичной моделью клеточной мембраны, и ее точность была подтверждена методом электронной микроскопии.

Для простоты давайте представим себе, что мы проникаем внутрь клетки и начинаем исследовать ее содержимое, как космонавт исследует незнакомый ему космический корабль. Издали мы видим поверхность “корабля”: продолговатую серо-белую объемную форму ооцита или темно-красный диск эритроцита.

По мере приближения мы с большей четкостью различаем внешний слой мембраны. Из поверхности наружу выдаются белки. Одни служат рецепторами сигнальных молекул, другие играют роль молекулярного “клея” для скрепления клеток друг с другом, третьи выполняют функцию каналов. Если нам повезет, мы заметим, как молекула питательного вещества или ион проскальзывает через такую пору внутрь клетки.

А теперь мы с вами проникнем “на борт”. Нужно пронырнуть через “корпус”, т. е. через двухслойную мембрану: быстро пересечь пространство между двумя слоями мембраны шириной лишь около десяти нанометров (это в десять тысяч раз меньше толщины человеческого волоса) и вынырнуть во внутриклеточном пространстве.

Поглядим вверх и вокруг себя: внутренний слой клеточной мембраны колышется над нами, как жидкая поверхность океана, если смотреть на нее из-под воды. Видны также внутренние части белков, трепыхающиеся над нами, как днища морских буйков.

Сначала мы проплывем по внутриклеточной жидкости, которую называют протоплазмой, цитоплазмой или цитозолем[34]. Протоплазма – это “жизненный флюид”, обнаруженный биологами XIX века в живых клетках и в живых существах[35]. Хотя многие клеточные биологи и раньше видели, что в клетках содержится жидкость, первым данный термин использовал Гуго фон Моль в 1840-е годы. Протоплазма – это насыщенный химическими соединениями суп. В некоторых местах он имеет плотную коллоидную консистенцию, а в других более водянистую[36]. И этот студень поддерживает жизнь.

На протяжении почти половины столетия после работы фон Моля с протоплазмой в 1840-е годы клеточные биологи представляли себе клетку в виде шарика, заполненного подвижной жидкостью. Однако, попав в клетку, мы сразу замечаем, что в цитоплазме имеется молекулярный “скелет”, определяющий форму клетки, – как костный скелет, который поддерживает форму организма[37]. Этот остов, называемый цитоскелетом, главным образом состоит из филаментов, образованных белком актином, и трубчатых структур, образованных белком тубулином[38]. В отличие от костей, эти нитчатые структуры, пересекающие внутриклеточное пространство, не являются статичными и выполняют не только структурную функцию. Они определяют внутреннюю организацию клетки. Цитоскелет сближает клеточные компоненты между собой, а также служит для передвижения клетки. Когда белая клетка крови направляется навстречу микробу, она использует актиновые филаменты (а также другие белки), чтобы двигать “ножками”, попеременно сокращая и расслабляя свою переднюю часть, что напоминает эктоплазматическое движение какого-то инопланетянина^7.

Тысячи белков, связанных с цитоскелетом или свободно плавающих в протоплазматической жидкости, обеспечивают протекание жизненно важных реакций (дыхание, метаболизм, удаление отходов жизнедеятельности). Плавая в протоплазме, мы обязательно встретим одну очень важную молекулу: это длинная нитевидная молекула, называемая рибонуклеиновой кислотой (РНК). Нити РНК построены из четырех типов субъединиц: аденина (А), цитозина (С), урацила (U) и гуанина (G). Одна нить может состоять из тысяч таких субъединиц, объединенных в последовательности типа ACUGGGUUUCCGUCGGGGCCC. Эта нить содержит в себе закодированную информацию, необходимую для синтеза белка[39]. Ее можно сравнить с алгоритмом, напоминающим последовательность знаков, передаваемых с помощью азбуки Морзе. Например, одна молекула РНК, только что синтезированная в клеточном ядре, может содержать инструкции для синтеза инсулина. А рядом могут плыть другие нити, кодирующие другие белки.

Как расшифровываются эти инструкции? Поглядев по сторонам, мы заметим массивные макромолекулярные структуры, называемые рибосомами, – составные агрегаты, впервые описанные американским клеточным биологом румынского происхождения Джорджем Паладе в 1940-е годы^8. Их нельзя не заметить; например, в клетке печени их содержится несколько миллионов. Рибосома удерживает молекулы РНК и расшифровывает записанные в них инструкции для синтеза белков. Эта клеточная фабрика по синтезу белков сама также построена из белков и РНК. Это еще один замечательный пример природной рекурсии, в рамках которой одни белки позволяют синтезировать другие.

Создание белков – одна из важнейших функций клетки. Из белков строятся ферменты, обеспечивающие жизненно важные химические реакции. Из них же состоят структурные элементы клетки. Белки выполняют функцию рецепторов, принимающих внешние сигналы, образуют поры и каналы клеточной мембраны, а также регулируют включение и выключение генов в ответ на соответствующие стимулы. Белки – это рабочие лошадки клеток.

В клетке мы можем увидеть еще одну макромолекулярную структуру, похожую на мясорубку. Это клеточный мусорный пресс – протеасома, куда белки отправляются в последний путь. Протеасома расщепляет их на составные элементы и выплевывает пережеванные фрагменты обратно в протоплазму, завершая цикл синтеза и расщепления.

Проплывая через клеточную протоплазму, мы обязательно натолкнемся на крупные структуры, связанные с мембраной. Их можно сравнить с отдельными отсеками космического корабля за двойной перегородкой. Здесь есть отделение для производства энергии, для хранения запасов, для приема и отправления сигналов, а также для удаления отходов. Все более и более пристально вглядываясь в клетки, микроскописты и клеточные биологи нашли десятки организованных функциональных подструктур, аналогичных органам (таким как почки, кости, сердце), идентифицированным в человеческом теле Везалием и другими анатомами. Биологи называют их органеллами – миниатюрными органами внутри клетки.

Вероятно, мы очень быстро заметим структуры в форме почки: впервые они были описаны, хотя и без подробностей, в 1840-е годы немецким гистологом Рихардом Альтманом, обнаружившим их в клетках животных^9. Эти органеллы, которые позднее были названы митохондриями, являются клеточными генераторами энергии: это печи, которые непрерывно горят, производя необходимую для жизни энергию. Происхождение митохондрий все еще вызывает вопросы. Но одна из наиболее интересных и широко принятых теорий заключается в том, что более миллиарда лет назад эти органеллы были микробными клетками, научившимися производить энергию в результате химической реакции с участием кислорода и глюкозы. Эти микробные клетки были поглощены или захвачены другими клетками и заключили с ними “рабочее соглашение”, называемое эндосимбиозом.

В 1967 году эволюционный биолог Линн Маргулис описала данное событие в статье “О происхождении митотических клеток”10. Как рассказывает Ник Лейн в книге “Вопрос жизни”, Маргулис утверждала, что сложные организмы “эволюционировали не путем «стандартного» естественного отбора, а в результате кооперации, в процессе которой клетки контактировали так тесно, что проникли друг в друга”11. Слишком радикально, слишком рано. Хотя на улицах Сан-Франциско и Нью-Йорка стояло “лето любви” и молодые мужчины и женщины страстно сливались воедино, в научных кругах теория Маргулис натолкнулась на стену скептицизма. Для Маргулис лето эндосимбиотической любви обернулось долгой зимой насмешек и отторжения, пока десятилетиями позже ученые не начали замечать не только структурное сходство между митохондриями и бактериями, но также их молекулярные и генетические сходства.

Митохондрии есть во всех клетках, но больше всего их в тех клетках, которым нужно особенно много энергии или которые регулируют запасание энергии, – в таких как клетки мышц, жировые клетки и некоторые клетки мозга. Хвост сперматозоида окружен митохондриями, которые дают ему энергию, необходимую, чтобы доплыть до яйцеклетки. Митохондрии делятся внутри клетки, но, когда приходит время делиться самой клетке, митохондрии просто распределяются между двумя дочерними клетками. Иными словами, они не живут независимым образом, они могут существовать только внутри клетки.

У митохондрий есть свои гены и свой геном, которые имеют определенное сходство с генами и геномами бактерий, что вновь подтверждает теорию Маргулис о том, что раньше они были примитивными клетками, оказались захвачены другими клетками и вступили с ними в симбиотические отношения.

Как клетка производит энергию? Есть два пути: быстрый и медленный. Первый путь реализуется главным образом в протоплазме клеток. Ферменты последовательно расщепляют глюкозу на все более и более мелкие молекулы, и в результате этой реакции выделяется энергия. Поскольку в реакциях не задействован кислород, этот процесс называют анаэробным. В энергетическом плане конечным продуктом этого быстрого пути являются две молекулы химического соединения аденозинтрифосфата (АТФ).

АТФ – главная энергетическая валюта почти всех живых клеток. Любая химическая или физическая активность, для которой требуется энергия, например, сокращение мышцы или синтез белка, происходит с использованием (или “сжиганием”) АТФ.

Более медленное и полное сжигание сахаров для производства энергии происходит в митохондриях (бактериальные клетки, у которых нет митохондрий, могут использовать только быструю последовательность реакций). В этих органеллах конечные продукты быстрого пути, который называется гликолизом (что означает “расщепление сахаров”), поступают в цикл реакций, заканчивающихся образованием воды и углекислого газа. Этот цикл реакций происходит с участием кислорода (и поэтому называется аэробным) и представляет собой маленькое энергетическое чудо: в нем образуется намного больше энергии опять-таки в форме АТФ.

Теоретически быстрый и медленный путь сжигания сахаров в сумме приводят к образованию тридцати двух молекул АТФ из каждой молекулы глюкозы (реальное число несколько ниже, поскольку не все реакции происходят с идеальной эффективностью). За день мы вырабатываем миллиарды маленьких “канистр” такого топлива, чтобы питать миллиард маленьких “двигателей” в миллиардах клеток нашего тела. “Если бы все миллиарды этих маленьких костров погасли, – писал физико-химик Евгений Рабинович, – не смогло бы биться ни одно сердце, ни одно растение не смогло бы расти ввысь, преодолевая силу гравитации, ни одна амеба не смогла бы плыть, по нервам не передавалось бы ни одно ощущение и ни одна мысль не озарила бы человеческий разум”12.

Дальше мы сможем увидеть лабиринт спутанных извилистых путей, пересекающих тело клетки и тоже связанных с мембранами. Эта органелла называется эндоплазматическим ретикулумом, хотя большинство биохимиков называют ее сокращенно просто ЭПР.

Данную структуру в конце 1940-х годов впервые описали клеточные биологи Кейт Портер и Альбер Клод[40] из Института Рокфеллера в Нью-Йорке, работавшие в тесном сотрудничестве с Джорджем Паладе. Экспериментальное изучение этих клеточных путей и их центральной роли в биологии клетки представляет собой одно из самых знаковых путешествий в науке.

Джордж Паладе пришел в клеточную биологию непрямым путем. Он родился в 1912 году в городе Яссы в Румынии. Его отец был профессором философии и хотел, чтобы сын тоже стал философом, но Джорджа привлекали более “материальные и конкретные” дисциплины. Он изучал медицину и начал работать врачом в Бухаресте. Однако вскоре его увлекла клеточная биология. Подобно Рудольфу Вирхову, Паладе хотел объединить клеточную биологию, клеточную патологию и медицину. “Клеточная биология наконец помогла реализовать столетнюю мечту: анализ болезней на клеточном уровне, первый шаг к окончательному контролю над ними”, – писал он позднее^13.

В 1940-е годы Паладе предложили исследовательскую позицию в Нью-Йорке. Его путешествие в США через раздираемую войной Европу стало тяжелым испытанием. Он проехал через несчастную угнетенную Польшу, где вынужден был задержаться в ожидании иммиграционных документов. “Он ощущал себя ученым в роли Кристиана из «Путешествия пилигрима»[41], – рассказывал мне коллега Паладе^14, – каким-то образом избежавшим всех препятствий и ловушек, которые могли прервать его путешествие в Нью-Йорк или, собственно, к центру клетки”.

В 1946 году в возрасте тридцати четырех лет Паладе наконец прибыл в Нью-Йорк. Он начал научную карьеру в Нью-Йоркском университете, а затем продолжил ее в лаборатории Института Рокфеллера. В 1948 году он получил должность доцента и лабораторию в “невзрачном подземелье” в трехэтажном подвале одного из старейших зданий института.

Это подземелье, пусть даже невзрачное, стало раем для клеточных биологов^15. “Эта новая область фактически не имела традиций; все, кто в ней работал, приходили из других областей естественных наук”, – писал Паладе^16. И он выбирал, заимствовал и воровал элементы из всех других направлений и областей науки, создавая, по сути, собственную дисциплину – современную клеточную биологию. Паладе начал сотрудничать с Портером и Клодом[42]. И вскоре его лаборатория стала интеллектуальным фундаментом научного направления, занимавшегося изучением анатомии и функции субклеточных структур, на котором строилась новая дисциплина.

Роберт Гук и Антони ван Левенгук произвели революцию в клеточной биологии в XVII веке при помощи микроскопов, а Паладе, Портер и Клод нашли более абстрактный способ “разглядывать” внутреннее содержимое клетки. Сначала они разрушали клеточную оболочку и подвергали содержимое клетки высокоскоростному центрифугированию в градиенте плотности. Центрифуга вращается с головокружительной скоростью, при этом более тяжелые элементы клетки осаждаются ближе ко дну пробирки, а более легкие остаются в верхних слоях, так что разные компоненты клетки оказываются в соответствующих участках градиента плотности по высоте пробирки.

Далее можно выделить каждый компонент из соответствующей части пробирки и изучить отдельно, анализируя его структурную анатомию и протекающие в нем биохимические реакции, такие как окисление, синтез, удаление токсичных веществ или выведение отходов жизнедеятельности. А потом, разрезав клетку на тончайшие срезы и наведя на них электронный микроскоп, можно понять, где эти компоненты и соответствующие реакции локализуются в животной клетке.

Это тоже “наблюдение”, но только с линзами двух сортов. С одной стороны, это абстрактные линзы биохимии: сначала нужно разделить субклеточные компоненты с помощью центрифугирования, а потом установить, какие химические процессы в них происходят. С другой стороны, это реальные линзы для электронной микроскопии. В результате стало возможным связывать химические процессы с анатомическими структурами клетки и их расположением. Паладе сравнил сочетание этих двух способов наблюдения с маятником, который раскачивается от микроскопической анатомии к функциональной анатомии и обратно:

“Структура – в традиционном видении микроскописта – сливалась с биохимией, а биохимия… субклеточных компонентов, как выяснилось, обеспечивает лучший путь к пониманию функции некоторых только что открытых структур”17.

Это была некая игра в пинг-понг, в которой выигрывали обе стороны. Микроскописты могли увидеть внутриклеточные структуры, после чего биохимики связывали их с конкретными функциями. А биохимики могли идентифицировать ту или иную функцию и попросить микроскопистов найти структуры, которые за нее отвечают. С помощью этого метода Паладе, Портер и Клод внедрились в светящееся сердце клетки.

Давайте вернемся в запутанный лабиринт эндоплазматического ретикулума, существующий почти во всех клетках. Это массивная структура: избыточная, обширная, как будто плиссированная. При изучении клеток поджелудочной железы собаки с помощью чрезвычайно мощного микроскопа выяснилось, что внешние контуры мембраны ЭПР украшены крохотными плотными частицами.

Таких структур было найдено очень много, но что все они делают? Паладе задумался. Из работ своих предшественников он знал, что ЭПР связан с синтезом и экспортом белков, которые выполняют в клетке фактически все виды работ. Некоторые белки, например ферменты, отвечающие за метаболизм глюкозы, синтезируются в клетке и остаются в ней для реализации своей функции. Но другие белки, скажем инсулин или пищеварительные ферменты, секретируются клеткой в кровоток или в кишечник. Ну а третьи, такие как рецепторы и поры, встраиваются в клеточную мембрану. Как белки достигают пункта назначения?

В 1960 году Паладе и его коллеги, в частности Филип Сикевиц, начали помечать внутриклеточные белки с помощью радиоактивной метки, а затем следить за их превращениями[43]. Паладе вводил в клетки радиоактивно меченные субъединицы белков (аминокислоты), что позволяло помечать все белки, которые синтезировались в это время, а дальше определял локализацию конкретного белка, следя за его перемещениями с помощью электронного микроскопа.

Изображение клетки с демонстрацией нескольких структур, включая эндоплазматический ретикулум (ER), ядро (N), РНК (R), клеточную мембрану (СМ), хроматин (С), пероксисому (Р), аппарат Гольджи (G), митохондрию (М), рибосому (Rb) и мембранный белок (МР). Волокна внутри клетки изображают элементы цитоскелета. Рисунок выполнен автором без соблюдения масштаба.

Как можно было ожидать, поначалу Паладе обнаружил радиоактивный сигнал в рибосомах, где синтезируются белки (рибосомы и были теми крохотными плотными частицами, которые он нашел на поверхности ЭПР). Но затем, к его удивлению, некоторые белки направились от рибосом внутрь эндоплазматического ретикулума[44].

Следя далее за перемещением белка, Паладе обнаружил, что тот проходит через ЭПР и попадает в специализированный отдел, названный аппаратом Гольджи в честь итальянского микроскописта Камилло Гольджи, который первым увидел эту структуру в 1898 году, но так и не определил ее функцию. Отсюда меченые белки направляются в секреторные гранулы, отпочковывающиеся от аппарата Гольджи для отправки к пункту назначения – для выведения из клетки^18. (В новаторском исследовании биологов Джеймса Ротмана, Рэнди Шекмана и Томаса Зюдхофа было показано, как белки направляются к месту локализации внутри клетки. Все трое в 2013 году были удостоены Нобелевской премии за работу по изучению внутриклеточного транспорта белка.) И почти в каждой точке пути некоторые белки подвергаются изменениям: они укорачиваются, химически модифицируются за счет присоединения сахарной группы или сворачиваются вокруг другого белка (сигналы для проведения таких модификаций обычно изначально заложены в последовательности самого белка).

Весь процесс в каком-то смысле сравним со сложной почтовой системой. Он начинается с лингвистического кода генов (РНК), который расшифровывается и применяется для написания письма (последовательность белка). Белковая последовательность записывается (синтезируется) клеточной печатной машинкой (рибосомами), а затем опускается в почтовый ящик (пора, через которую белок попадает в ЭПР). Через пору белок попадает на главный почтамт (эндоплазматический ретикулум), откуда письмо (белок) переправляется на сортировочную станцию (аппарат Гольджи) и, наконец, помещается в фургон почтовой машины (секреторной гранулы). Существуют даже коды, прикрепленные к самому белку (штампы), при помощи которых клетка определяет конечное назначение белка. Паладе понял, что эта “почтовая система” обеспечивает доставку большинства белков к их месту назначения в клетке.

(а) Эндоплазматический ретикулум (ЭПР) в клетке надпочечника человеческого зародыша. Вверху расположено ядро (здесь – полусфера); параллельные структуры посредине – это гранулярный эндоплазматический ретикулум, окруженный гладким эндоплазматическим ретикулумом, (б) Перемещение секреторного белка от рибосомы в ЭПР, аппарат Гольджи и, наконец, в секреторные гранулы (рисунок автора). Обратите внимание, что белок проникает в ЭПР еще до окончания синтеза. В ЭПР белок подвергается модификации, например, к нему могут присоединяться сахарные группы. Далее белок перемещается в аппарат Гольджи, где может дополнительно модифицироваться, а затем попадает в секреторную везикулу, которая выносит его из клетки, или в другие везикулы, которые направляются к другим клеточным структурам.

Инновационные исследования Паладе, Портера и Клода открыли окно в новый мир внутриклеточной анатомии. Объединение двух методов наблюдения (микроскопии и биохимии) произвело синергический эффект. Благодаря этому подходу биологи обнаружили десятки функциональных и анатомически дискретных внутриклеточных структур. Бельгийский биолог Кристиан де Дюв, также работавший в Институте Рокфеллера, открыл внутриклеточную структуру, нагруженную ферментами, которую назвали лизосомой^19. Этот клеточный “желудок” переваривает изношенные элементы клеток, а также попадающие в клетку бактерии и вирусы[45].

В растительных клетках содержатся структуры, называемые хлоропластами; здесь происходит фотосинтез – процесс, в ходе которого энергия света преобразуется в энергию химических связей в синтезируемых молекулах глюкозы. Хлоропласты, как и митохондрии, имеют собственную ДНК, что тоже подтверждает их происхождение от микробов, захваченных другими клетками. Кроме того, де Дюв открыл окруженную мембраной пероксисому, где в замкнутом пространстве происходят одни из самых опасных клеточных реакций, например окисление, и образуется чрезвычайно активное химическое соединение – пероксид водорода. Если пероксисома вдруг откроется и высвободит содержащиеся в ней активные соединения, они атакуют саму клетку. Поэтому клетка держит этот сосуд с ядом для переваривания других ядов плотно закрытым.

Под конец рассказа я приберег самую важную и самую таинственную органеллу клетки – ядро. У бактерий ядра нет, но в тех клетках, у которых оно есть (а это все клетки растений и животных, включая человека), в нем содержится генетический материал – инструкции для жизни клетки. Это банк, где хранится ДНК, где сосредоточен геном.

Ядро – это командный пункт, капитанский мостик клетки. Именно сюда приходит и отсюда выходит большинство жизненно важных сигналов. РНК, содержащая информацию о синтезируемых белках, образуется в ядре, а затем из него экспортируется. Ядро – это центр центрального элемента жизни.

Роберт Браун, изучавший анатомию клетки, увидел ядро в клетках орхидеи в 1836 году[46]. Обратив внимание на центральное положение этой структуры, он назвал ее греческим словом kernel. Однако функция этой органеллы и ее главенствующая роль в жизни клетки оставались неизвестными еще целое столетие. Как и клетка, ядро само тоже окружено пористой двумембранной оболочкой, однако поры этой оболочки не так хорошо исследованы.

Как я упомянул выше, в ядре хранится клеточный геном, состоящий из длинных последовательностей дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Двойная спираль ДНК специфическим образом обернута вокруг молекул, называемых гистонами, и далее свернута еще более плотно в хромосомы. Если бы мы могли развернуть ДНК одной клетки и вытянуть в одну линию, как проволоку, ее длина составила бы около двух метров. А если сделать это с ДНК всех клеток человеческого тела и сложить их концом к концу, такая нить протянется от Земли до Солнца и обратно более шестидесяти раз. Свяжите между собой ДНК всех живущих на Земле людей, и вы протянете нить до галактики Андромеды и обратно примерно два с половиной раза^20.

Ядро, как и внутриклеточная жидкость (цитоплазма), имеет собственную организацию, хотя мы по-прежнему знаем о ней немного. Ученые, занимающиеся ядром, считают, что в нем есть собственный скелет, состоящий из молекулярных волокон[47]. Белки, пересекающие цитоплазму, проходят через поры в ядерной оболочке, связываются с ДНК и включают и выключают гены. Связанные с белками гормоны входят в ядро и выходят из него. Универсальный источник энергии – АТФ – легко проникает через ядерные поры.

Процесс включения и выключения генов жизненно важен и обеспечивает своеобразие каждой клетки. Набор включенных и выключенных генов делает нейрон нейроном, а лейкоцит – лейкоцитом. В процессе развития организма гены (точнее, кодируемые генами белки) сообщают клетке информацию о ее будущей локализации и определяют ее будущую судьбу. Гены включаются и выключаются под действием внешних стимулов, таких как гормоны, которые также передают сигналы, изменяющие поведение клетки.

При делении клетки каждая хромосома копируется – и две копии расходятся в пространстве. В человеческих клетках ядерная оболочка разбирается, и один полный набор хромосом переносится в каждую из двух новорожденных дочерних клеток, а затем вокруг него образуется новая ядерная мембрана – в результате появляется дочерняя клетка с новым ядром и упакованными в нем хромосомами.

Однако многое о ядре остается неизвестным, двери в “командный пункт” клетки все еще открыты не полностью. Как заметил один биолог, “мы можем только надеяться, что сказанное генетиком Дж. Б. С. Холдейном о космосе не окажется справедливым и для ядра: «Я подозреваю, что Вселенная не только страннее, чем мы себе представляем, но и страннее, чем мы можем предположить. Если мы осознаем, что ядро сложнее, чем мы когда-то думали, но при этом познаваемо, одно это убеждение даст силы нам, нашим ученикам и последователям, чтобы проникнуть в манящие нас глубины. Есть все основания верить в эту программу. Так что давайте будем оптимистами»”21.

Мембрана. Протоплазма. Лизосома. Пероксисома. Ядро. Эти элементы жизненно важны для клетки. Они выполняют специализированные функции, позволяющие клетке поддерживать независимое существование. Их локализация, организация и координация играют чрезвычайно важную роль. Короче говоря, автономность клетки определяется ее анатомией.

А эта анатомия, в свою очередь, обеспечивает важнейшее свойство живых систем – поддержание постоянства внутренней среды, называемое гомеостазом. Идея гомеостаза (слово происходит от греческих слов Ьотео и stasis и обозначает “относящийся к покою”) была впервые предложена французским физиологом Клодом Бернаром в 1870-е годы, а затем в 1930-е развита физиологом из Гарварда Уолтером Кенноном.

На протяжении многих поколений до Бернара и Кеннона физиологи описывали животных как конгломерат машин, как сумму подвижных частей. Мышцы – моторы, легкие – пара мехов, сердце – насос. Толкать, крутить, качать – акцент ставился на движение, на действие, на работу. Не стой просто так, делай что-нибудь.

Бернар перевернул эту логику. “Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни”, – писал он в 1878 году^22. Сместив в физиологии акцент с действия на поддержание стабильности, Бернар изменил наше представление о том, как работает тело. Главная задача физиологической “активности” – парадоксальным образом – заключается в обеспечении стабильности. Не делай что-то просто так, стой здесь.

Бернар и Кеннон изучали гомеостаз в организмах и в органах, однако постепенно выяснялось, что гомеостаз – основополагающее свойство клеток и, следовательно, жизни. Чтобы понять клеточный гомеостаз, мы вновь начинаем с мембраны, ограждающей клетку от внешнего пространства, чтобы отделить внутренние реакции и избавить их от внешнего вмешательства. В мембране есть “насосы”, выводящие из клетки ненужные вещества – опять-таки чтобы поддерживать постоянство внутриклеточного пространства. Протоплазма содержит химические буферы, так что кислотность и щелочность внутренней среды не меняются даже при изменении химического окружения за пределами клеток. Клетке нужна энергия, и митохондрии ее вырабатывают. Протеасома уничтожает ненужные или бракованные белки. Специализированные запасающие органеллы в некоторых клетках гарантируют наличие запаса питательных веществ, который может использоваться в случае необходимости. Токсичные побочные продукты метаболизма направляются в пероксисому для уничтожения.

Вскоре мы переключим внимание с автономности и гомеостаза на другие важнейшие свойства клетки – на репродукцию, функциональную специализацию и способность делиться и формировать многоклеточный организм. Но задержимся немного и перечислим удивительные открытия, относящиеся к содержанию данной главы. Два десятилетия между 1940 и 1960 годами можно назвать наиболее плодотворным и продуктивным периодом в работе клеточных биологов, пытавшихся описать функциональную анатомию внутриклеточного пространства. Это период величия и мастерства, как примерно за сто лет до этого, когда Шванн, Шлейден, Вирхов и другие ученые заложили основы клеточной биологии. Если открытия этого периода сегодня кажутся “рутинными” (варианты фразы “Митохондрии являются клеточными электростанциями” можно встретить в любом учебнике по биологии для старшеклассников), то лишь по той причине, что мы, как это часто бывает, забываем, с каким энтузиазмом они воспринимались тогда. Мне не кажется преувеличением называть переход от открытия клетки к выявлению ее структурной анатомии и в конечном итоге ее функциональной анатомии одним из самых вдохновляющих достижений науки.

Открытие функциональной анатомии клетки способствовало более целостному ее пониманию и, как следствие, определению принципов жизни. Клетка, как отмечалось выше, это не просто система близко расположенных частей, как автомобиль – не просто карбюратор рядом с мотором. Это интегральная система, объединяющая функции отдельных элементов для обеспечения основополагающих принципов жизни. Между 1940 и 1960 годами ученые начали связывать между собой отдельные элементы клетки, чтобы понимать, как независимая живая единица может функционировать и становиться “живой”.

Неизбежным следствием этих фундаментальных открытий стало развитие новой медицины. Если развитие макроанатомии и физиологии способствовало наступлению новой эры в хирургии и медицине в XVIII и XIX столетиях, то функциональная клеточная анатомия и физиология определили новые пути борьбы с болезнями и новые терапевтические подходы в XX столетии. Мы давно знали, что нарушение функции органа влечет за собой болезнь: почечную недостаточность, слабость сердечной мышцы, перелом кости. Но что происходит при нарушении функции клеточных органелл?

Летом 2003 года одиннадцатилетний хоккеист по имени Джаред начал слепнуть на оба глаза^23. Мир перед его взором медленно тускнел, и Джареду, который пытался продолжать играть, стало трудно различать линии на хоккейной площадке. Родители отвели его к офтальмологу в клинике Мейо в Рочестере, в Миннесоте, чтобы поставить диагноз.

Через неделю в клинике обнаружили причину болезни: у Джареда была так называемая наследственная оптическая нейропатия Лебера^24. “Мне очень жаль, но Джаред ослепнет”, – сообщил родителям офтальмолог клиники. Обычно эта наследственная болезнь возникает в результате мутации гена mtND4, который содержится в митохондриях (этот ген был обнаружен и описан в 1988 году, всего за два года до начала проекта “Геном человека”)25. По непонятным пока причинам болезнь специфическим образом затрагивает функции ганглионарных клеток сетчатки глаза, передающих информацию от сетчатки к зрительному нерву и дальше в мозг.

У детей с этим нарушением болезнь неизбежно прогрессирует. Поначалу нервные волокна в области слепого пятна начинают разбухать. Зрительный нерв атрофируется, а нервы сетчатки ослабевают и утончаются. Джаред унаследовал наиболее распространенную форму мутации – в положении 11778 митохондриального генома, длина которого в целом составляет около шестнадцати тысяч нуклеотидных оснований[48].

“11778, – записал Джаред в дневнике. – Я бы хотел, чтобы это были цифры на моем хоккейном медальоне, или шифр от велосипедного замка или даже от моего шкафчика в школе. А вместо этого генетическая мутация в положении 11778 отперла болезнь в моем теле в одиннадцать лет и изменит мою жизнь навсегда… Слепота, что за чушь? Мне одиннадцать лет. Я хоккеист. Мне нравятся девчонки, а я нравлюсь им. У меня полно друзей и никаких проблем. Слепота? Что значит, я не буду видеть? Не буду видеть чего?.. Просто сделай что-нибудь, пап, и дай мне поиграть с ребятами”26.

Но его отец, как ни старался, не мог ничего сделать. Ганглионарные клетки в сетчатке Джареда начали разрушаться. Родители осторожно переключили внимание сына на игру на гитаре. Он учился играть на слух и на ощупь. Одновременно с приближением слепоты (медленным, но неуклонным) подступала музыка. “И теперь я в Музыкальном институте Лос-Анджелеса в Калифорнии, через восемь лет после того, как исполнил для мамы и папы мой первый раздирающий уши концерт в гитарном центре. Кажется, я первый слепой студент, поступивший в этот замечательный музыкальный институт, что очень круто. Думаю, они посчитали, что я достаточно хорош, чтобы не отставать от других студентов, которые должны читать ноты”27. Джаред потерял зрение, но обрел слух.

В 2011 году группа офтальмологов из Хубэя в Китае модифицировала вирус под названием AAV2 таким образом, чтобы включить в него нормальную версию гена ND4^28. Вирус заражает клетки животных и человека, но не вызывает никаких явных или острых заболеваний, и его можно модифицировать, чтобы он нес в себе чужеродный ген, такой как ND4. Миллионы генетически модифицированных вирусов помещали в капельку жидкости, после чего тончайшей иглой прокалывали угол роговицы глаза пациента и вводили густой вирусный суп в стекловидный слой непосредственно над сетчаткой.

Ученые знали, что ступали на опасную, зыбкую почву: в сентябре 1999 года Джесси Гелсингеру – подростку с метаболическим заболеванием средней тяжести, из-за которого его печень не могла расщеплять побочные продукты распада белков, что приводило к почти токсическому уровню аммиака в крови, – был введен генетически модифицированный аденовирус. Врачи надеялись, что экспериментальная процедура введения вируса избавит мальчика от болезни. Однако произошла трагедия: у Джесси развилась катастрофическая иммунная реакция на вирус, быстро приведшая к фатальному отказу органов. Последствия его смерти не заставили себя ждать. На протяжении первого десятилетия XXI века область генной терапии замерла в глубокой зимней спячке. Немногие исследователи осмеливались вводить людям генетически модифицированные вирусы, и контролирующие инстанции ограничили такие исследования строжайшими правилами.

Однако сетчатка – особенное место. Мало того, что маленькой капельки с вирусами достаточно для заражения клеток сетчатки, так еще у этой ткани, наряду с несколькими другими отделами тела (среди них мужские семенники), особый иммунный статус: она не подвержена строгому контролю со стороны иммунной системы, и по этой причине вероятность возникновения в ней активной реакции на введение инфицирующего агента достаточно низка. Кроме того, после истории Гелсингера векторы для генной терапии были значительно усовершенствованы, что усиливало уверенность ученых в том, что ген может быть доставлен без нежелательной побочной реакции.

В 2011 году китайские врачи привлекли к небольшим клиническим испытаниям восемь пациентов с наследственной оптической нейропатией Лебера^29. Были достигнуты первые успехи: вирус вносил гены в ганглионарные клетки сетчатки, и клетки начинали производить нормальный белок ND4, который потом попадал в митохондрии. В последующие тридцать шесть месяцев у пяти из восьми пациентов повысилась острота зрения.

Пока я пишу эти строки, исследования продолжаются: ученые уточняют критерии подбора пациентов и продлевают период наблюдений. Вирусный препарат, получивший название Lumevoq, сейчас проходит заключительную фазу испытаний для пациентов с наследственной оптической нейропатией Лебера на ранней стадии потери зрения. В мае 2021 года специалисты объявили о завершении испытаний RESCUE, направленных на применение генной терапии для остановки прогрессирующей потери зрения у пациентов с мутацией, когда лечение начинали в шестимесячный период с начала ухудшения зрения^30. В этих двойных слепых рандомизированных испытаниях с плацебо в качестве контроля (золотой стандарт для такого рода исследований) участвовало тридцать девять пациентов (один пациент получил более низкую дозу вируса, так что итоги были подведены для тридцати восьми). В один глаз людям вводили вирус, а в другой – пустой раствор (без вируса). Через двадцать четыре недели острота зрения продолжала падать в группе испытуемых и в контрольной группе (без лечения). Через сорок восемь недель ухудшение зрения прекратилось. Но через девяносто шесть недель, как это ни удивительно, острота зрения начала значительно повышаться в обоих глазах у 75 % людей, подвергавшихся лечению. Результаты исследования одновременно ознаменовали успех и породили новую загадку: надежда, что глаз, который лечили, станет видеть лучше, была, но почему улучшилось зрение на другом глазу? Существует ли взаимосвязь между ганглионарными клетками сетчатки двух глаз, или есть какие-то другие механизмы сообщения между двумя глазами, о которых мы не знаем? Мог ли вирус проникать в кровь, а оттуда в другой глаз?

К сожалению, пациентам, полностью потерявшим зрение, таким как Джаред, замена гена ND4 вряд ли принесет пользу: их зрение уже не восстановить. Когда реагирующие клетки погибают, восстанавливать функцию органеллы бесполезно. Органелла может функционировать только в нормальной клетке.

Если испытания будут продвигаться достаточно быстро и успех окажется долгосрочным (это пока неточно), препарат Lumevoq наконец займет место в медицинской практике[49]. Однако исследования в области клеточной терапии для изменения митохондриальной функции уже обозначили новое направление развития медицины.

В 1950-е и 1960-е годы в медицине и хирургии произошел прорыв в области терапии органов: мы стали свидетелями создания обходных кровеносных сосудов, позволяющих избежать последствия закупорки коронарных сосудов и пересадки донорских почек при почечных заболеваниях. Возникли целые новые классы лекарственных средств: антибиотики, антитела, химические препараты для предотвращения тромбообразования или для снижения уровня холестерина. Но теперь речь идет о терапии на уровне органелл: о восполнении функциональной недостаточности митохондрий ганглионарных клеток сетчатки. Это кульминация многолетних исследований клеточной анатомии, анализа внутриклеточных отделов и характеристики их повреждений при болезни. Конечно, это терапия генная, но это также клеточная терапия in situ, иными словами, восстановление функции больной клетки в ее исходном анатомическом положении внутри человеческого тела.

Делящаяся клетка. Воспроизведение клеток и зарождение ЭКО

Нет такой вещи, как воспроизводство…

Когда два человека решают завести ребенка, они включаются в процесс производства^1.

Эндрю Соломон,

“Далеко от яблони: родители и дети в поисках своего «я»”

Клетка делится.

Наверное, самое ответственное событие в жизненном цикле клетки – момент, когда она дает начало дочерним клеткам. Не все клетки умеют воспроизводиться; некоторые, такие как нейроны, подвергаются окончательному делению и больше никогда не делятся. Но каждая клетка рождена другой клеткой – Omnis cellula e cellula. Как однажды заметил французский биолог Франсуа Жакоб, “мечта каждой клетки – стать двумя клетками”2 (за исключением, конечно, тех, которые отказались от мечты вовсе).

В концептуальном плане деление клеток животных можно рассматривать в качестве решения двух задач – производства и воспроизводства. Под производством я подразумеваю создание новых клеток для строительства, роста или лечения организма. Клетки кожи делятся для заживления ран, Т-клетки делятся для обеспечения иммунного ответа – клетки дают жизнь новым клеткам, чтобы произвести ткань или орган или выполнить свою функцию.

Совсем другое дело, когда в человеческом теле формируются сперматозоиды или яйцеклетки. Эти клетки нужны для воспроизводства – они делятся не для создания нового органа или выполнения своей функции, а для построения нового организма.

В организме человека и прочих многоклеточных существ процесс производства новых клеток для создания органов и тканей называется митозом – от греческого слова mitos, что означает “нить”. А рождение новых клеток – сперматозоидов и яйцеклеток – для целей воспроизводства (производства нового организма) называется мейозом, от греческого слова meion, означающего “уменьшение”.

Митоз был открыт немецким ученым – разочарованным близоруким военным врачом, искавшим новых путей в биологии. Сын психиатра Вальтер Флемминг учился на врача в 1860-е годы^3. Как и Рудольф Вирхов, он посещал военную медицинскую школу и, опять-таки как и Вирхов, нашел эту область косной и негибкой – и вскоре занялся изучением клеток. Человек, как и любой многоклеточный организм, состоит из клеток, но процесс построения целого организма из клеток (из одной до нескольких миллиардов) оставался загадкой. В 1870-е годы Флемминга особенно заинтересовала анатомия клетки, и он стал окрашивать ткани организма анилиновыми красителями и их производными, надеясь обнаружить внутриклеточные структуры.

Поначалу он видел очень мало. Окрашивалось лишь туманное волокнистое вещество, сосредоточенное по большей части в ядре – сферической, окруженной мембраной внутриклеточной структуре, впервые обнаруженной шотландским ботаником Робертом Брауном в 1830-е годы.

Вслед за своим коллегой Вильгельмом фон Вальдейером-Гарцем Флемминг называл нитевидные структуры в ядре нейтральным словом “хромосомы”, что означает буквально “цветные тела”. Его интересовала их функция и поведение в процессе клеточного деления. И поэтому он смотрел на делящиеся клетки под микроскопом. Но смотреть – не означает видеть. Видение – настоящее видение – подразумевает понимание. Другие ученые, такие как Моль и Ремак, уже видели делящиеся клетки, но не сделали почти никаких заключений по поводу регуляции этого процесса или его стадий. Флемминг понимал, что они смотрели на клетки, но не внутрь клеток. В 1878 году он сделал важнейшее открытие: он проследил за процессом деления клеток с помощью микроскопа, окрашивая хромосомы синим красителем и наблюдая за поведением хромосом и ядра.

Что делали хромосомы? И как ядро или содержащиеся в нем хромосомы связаны с делением клетки? “Какие силы действуют при делении клетки?” – такой вопрос ставил он в статье из двух частей, написанных в 1878 и 1880 годах. “Следуют ли изменения положения видимых оформленных структур клетки [ядра и хромосом в процессе деления клетки] какой-то схеме и, если да, что это за схема[50]?4

Флемминг нашел эту схему, и она оказалась удивительно последовательной[51]. Она состоит из строго определенных этапов, как военная тренировка. Флемминг обнаружил одинаковый ритм деления клеток фактически во всех видах организмов: в личинках саламандры, в делящихся клетках млекопитающих, земноводных и рыб. Это был потрясающий результат: никто до него не мог даже вообразить, что деление клеток столь разных организмов происходит по практически идентичной ритмичной схеме.

Как установил Флемминг, на первом этапе деления происходила конденсация нитевидных хромосом с образованием плотных пучков (он называл их “мотками”). Краситель прочно связывался с ними, и хромосомы выглядели под микроскопом как катушки ниток, окрашенных густым индиго. Затем конденсированные хромосомы удваивались и разделялись вдоль клеточной оси с образованием структур, которые Флемминг сравнивал с парой взорвавшихся звезд. “На последовательных стадиях в процессе деления формируются ядерные фигуры”, – писал он^5. Ядерная мембрана распадалась, и ядро тоже начинало расщепляться. Наконец, делилась сама клетка, ее мембрана распадалась на фрагменты, и возникали две дочерние клетки.

Последовательные стадии митоза, или клеточного деления, изображенные Вальтером Флеммингом. Сначала хромосомы присутствуют в ядре в виде размотанных нитей. На первом рисунке показаны две соседние клетки – в каждой есть ядро с деконденсированными хромосомами. Затем нити уплотняются с образованием тугих пучков. Ядерная мембрана распадается, и хромосомы расходятся в две стороны клетки, словно движимые какой-то силой. Потом они полностью разъединяются (предпоследний рисунок), и клетка расщепляется, давая начало двум новым клеткам.

Оказавшись в ядрах дочерних клеток, хромосомы медленно переходили из конденсированной формы обратно в аморфную “покоящуюся” форму, как бы возвращаясь к исходной точке клеточного деления. Поскольку поначалу хромосомы удваивались, а затем в процессе деления клетки попарно разделялись, число хромосом в клетках оставалось прежним. Сначала из сорока шести хромосом образовывались девяносто две, а потом в результате деления клетки надвое их число возвращалось к сорока шести. Флемминг назвал этот процесс “гомотопическим”, или “консервативным”, делением: родительские клетки и дочерние клетки в конечном итоге имели одинаковое, “консервативное” число хромосом[52]. В период с 1880-х и до начала 1900-х годов биологи Теодор Бовери, Оскар Хертвиг и Эдмунд Уилсон прояснили многочисленные детали этой основной схемы клеточного деления, проанализировав отдельные этапы описанного Флеммингом процесса.

Флемминг описал весь процесс в виде цикла: нитевидные хромосомы конденсируются в пучки, расщепляются, а затем возвращаются в состояние покоя. А затем они вновь принимают компактную форму и расходятся опять, когда клетка готова к следующему циклу деления. Конденсация, расщепление и рассредоточение – как будто дыхание жизни.

Но должен существовать и какой-то другой тип клеточного деления – тот, который приводит к воспроизводству. Задним числом легко понять, что динамика этого способа деления не может быть такой же, как при митозе, – элементарная арифметика. Как мы знаем, в результате митоза дочерние клетки получают такое же количество хромосом, как у родительской клетки. Скажем, все начинается с сорока шести хромосом (столько их в человеческих клетках), потом число хромосом удваивается до девяноста двух, а затем каждая дочерняя клетка получает половину (опять сорок шесть).

Но ведь при воспроизводстве расчет не может быть таким же, верно? Если сперматозоид и яйцеклетка имеют такое же количество хромосом, как их родительская клетка, а именно сорок шесть, тогда оплодотворенная яйцеклетка должна содержать удвоенное число – девяносто две хромосомы. В следующем поколении это число удвоится до ста восьмидесяти четырех, потом до трехсот шестидесяти восьми и так далее, возрастая в геометрической прогрессии. В таком случае клетки вскоре стали бы просто лопаться от количества хромосом.

По этой причине при производстве сперматозоидов и яйцеклеток количество хромосом сначала должно сокращаться вдвое, уменьшаясь до двадцати трех в каждой клетке, а затем при оплодотворении возвращаться к сорока шести. Такой вариант клеточного деления (сокращение числа хромосом с его последующим восстановлением) обнаружили Теодор Бовери и Оскар Хертвиг у морских ежей в середине 1870-х годов. В 1883 году бельгийский зоолог Эдуард ван Бенеден наблюдал мейоз у червей, продемонстрировав универсальность этого процесса.

Итак, жизненный цикл многоклеточных организмов следует воспринимать как игру с переходами между мейозом и митозом. Человек имеет по сорок шесть хромосом в каждой клетке тела, и только сперматозоиды в семенниках и яйцеклетки в яичниках образуются по механизму мейоза, в результате чего в каждой из этих клеток содержится по двадцать три хромосомы. Когда сперматозоид и яйцеклетка сливаются с образованием зиготы, количество хромосом восстанавливается до сорока шести. Зигота растет за счет деления клеток по механизму митоза, производит эмбрион, в котором последовательно развиваются взрослые ткани и органы – сердце, легкие, кровь, почки, мозг, и все они состоят из клеток, содержащих по сорок шесть хромосом. При созревании организма в нем образуются гонады (семенники и яичники), содержащие по сорок шесть хромосом. И здесь игра повторяется: когда клетки в гонадах производят женские и мужские половые клетки, они подвергаются мейозу, так что в сперматозоидах и яйцеклетках оказывается по двадцать три хромосомы. Оплодотворение восстанавливает набор хромосом до сорока шести. Появляется зигота, и цикл повторяется. Мейоз, митоз, мейоз. Уменьшение вдвое, восстановление, рост. Уменьшение вдвое, восстановление, рост. Ad infinitum.

Как контролируется деление клеток? Флемминг наблюдал последовательные стадии митоза. Но кто (точнее, что) регулирует протекание этих стадий? За десятилетия, минувшие с того момента, как Флемминг опубликовал свою важнейшую работу по делению клетки, клеточные биологи заметили, что жизненный цикл делящейся клетки можно подразделить на фазы.

Давайте начнем с рассмотрения клеток, которые навсегда отказались от клеточного цикла. Они постоянно или почти постоянно находятся в состоянии покоя, поэтому их так и называют – покоящимися клетками. Эту фазу именуют GO (“G-ноль”)[53]. Вообще говоря, некоторые клетки, находящиеся в этой фазе, никогда не будут делиться, это постмитотические клетки. Наилучший пример – зрелые нейроны.

Когда клетка решает включиться в цикл деления, она переходит в новую фазу – G1. Клетка как бы пробует ногой водичку, обдумывая свое решение. Под микроскопом в этой фазе не видно значительных изменений, но на молекулярном уровне она чрезвычайно важна: в этот момент синтезируются белки, координирующие деление клетки. Клетка накапливает молекулы, собирая и синтезируя те, что необходимы для метаболизма и питания, и увеличивая их количество, прежде чем распределить по двум дочерним клеткам. И еще это первый важный момент принятия решения, включаться ли клетке в серьезное дело клеточного деления. Идти или не идти? Если не хватает каких-то питательных веществ или не в порядке гормональная среда, клетка может принять решение остаться в фазе G1. Это точка перед точкой невозврата.

Фаза, следующая за G1, является очень характерной и особенной: это этап удвоения числа хромосом и, следовательно, синтеза ДНК. Эти процессы требуют энергии, усердия и радикальной перемены активности. Это так называемая фаза S – от слова synthesis, поскольку в ней происходит синтез новых хромосом. Если бы мы “плавали”, как раньше, в протоплазме внутри клетки, то обнаружили бы, что основная активность в этой фазе перемещается из цитоплазмы в ядро. К хромосомам пристраиваются ферменты, занимающиеся удвоением ДНК. Другие ферменты начинают расплетать цепочки ДНК. В ядро доставляются строительные блоки для синтеза ДНК. Сложный комплекс ферментов, занятых репликацией ДНК, усаживается на хромосому, синтезируя ее копию. В клетке формируется аппарат, предназначенный для разведения удвоенных хромосом.

Третья фаза цикла, вероятно, самая загадочная и наименее изученная – это вторая фаза покоя, G2. Зачем останавливать деление клетки, если она уже синтезировала копию хромосом? Зачем выбрасывать только что синтезированные цепочки ДНК? Фаза G2 служит последней контрольной точкой перед началом клеточного деления, поскольку клетка не может допустить хромосомных катастроф, таких как транслокации, обрывы плеч, радикальные мутации, потери фрагментов. В этой фазе клетка проверяет и перепроверяет точность копирования ДНК, защищаясь от повреждений ДНК или опасных модификаций хромосом.

Под влиянием излучения, разрушающего ДНК, или под воздействием химиотерапии клетка может останавливать деление на этой стадии. Белки, которые называют “хранителями генома”, включая опухолевый супрессор р53^6, проверяют геном и состояние клетки, убеждаясь в том, что она здорова и может производить новые клетки[54].

Заключительный этап клеточного цикла – фаза М, собственно фаза митоза, деление родительской клетки на две дочерние. На этом этапе происходит разборка ядерной оболочки. Хромосомы, которым предстоит разойтись, еще плотнее упаковываются в структуры, обнаруженные Флеммингом с помощью красителя. На этом этапе уже полностью собран молекулярный аппарат, разъединяющий копии хромосом. И теперь две копии каждой хромосомы, уложенные бок о бок, как близнецы в кроватке, начинают расходиться до того момента, пока одна не окажется в одной половине клетки, а другая – в другой. Между формирующимися клетками возникает борозда, и цитоплазма делится надвое. Материнская клетка производит две дочерние.

Я познакомился с Полом Нёрсом в 2017 году, когда ехал на машине через равнины Голландии. Этот плотный мужчина с английским акцентом и широкой открытой улыбкой показался мне похожим на постаревшего и умудренного Бильбо Бэггинса[55]. Мы оба должны были выступать с докладами в Детском госпитале Вильгельмины в Утрехте и поэтому в Амстердаме взяли машину на двоих. Нёрс был дружелюбным, скромным и милым – ученые такого типа мне сразу нравятся. Пейзаж вокруг был плоским и невыразительным: сухие убранные поля, сено и солома, да редкие ветряные мельницы, которые иногда крутились под порывами ветра.

Циклы. Изменение энергии – усиление и ослабление ветра – заставляло механизм совершать рабочий цикл. Можно ли сказать, что делящаяся клетка – это механизм с циклом деления и покоя? Работая после защиты диссертации в Эдинбурге, Нёрс заинтересовался координацией клеточного цикла. Какие факторы определяют, решит ли клетка делиться и когда именно? В 1880-е и 1890-е годы Флемминг и Бовери среди прочих идентифицировали отдельные стадии клеточного деления. Возник вопрос: какие молекулы и сигналы осуществляют и регулируют эти стадии? Как клетка узнает, когда переходить, скажем, из фазы G1 в фазу S?

Нёрс – выходец из рабочей семьи. “Мой отец был рабочим, – рассказывал он журналисту в 2014 году. – Мама была уборщицей. Все братья и сестры закончили учебу в пятнадцать лет. Я был не таким. Я сдал экзамены, как-то попал в университет, получил стипендию, защитился”7. Через несколько десятков лет после окончания университета Нёрс узнал, что его “сестра” на самом деле приходилась ему матерью. Он был внебрачным ребенком, и его воспитала бабушка, игравшая роль матери до тех пор, пока секрет не раскрылся много лет спустя, когда Нёрсу уже перевалило за шестьдесят. Он невозмутимо рассказывал мне все это, когда мы подъезжали к Утрехту. Глаза его блестели. “Воспроизводство не такой простой процесс, как может показаться”, – сухо добавил он.

Руководитель Нёрса в Эдинбургском университете Мёрдок Митчисон исследовал клеточный цикл определенного штамма дрожжей, называемых делящимися дрожжами, которые размножаются, как человеческие клетки, расщепляясь посредине. Более распространенный способ размножения дрожжей заключается в почковании, когда дочерняя клетка нарастает на родительской, как маленькая почка.

В 1980-е годы Нёрс начал выращивать мутантные дрожжи, которые делятся неправильно. Примерно в шести тысячах километров от него, в Сиэтле, клеточный биолог Лиланд Хартвелл использовал ту же стратегию; он тоже охотился за генами, которые управляли клеточным циклом и делением клетки, и производил мутантов почкующихся пекарских дрожжей.

Хартвелл и Нёрс надеялись, что мутанты подскажут им, как найти нормальные гены, контролирующие клеточное деление. Это старый прием в биологии: чтобы понять нормальный физиологический механизм, нужно повредить физиологическую функцию. Анатом может перерезать или перевязать животному артерию, чтобы увидеть, какая часть тела перестанет снабжаться кровью, и в результате понять функцию артерии. А генетик может вызвать мутацию гена, чтобы нарушить генетический процесс, например деление клетки, и в результате найти гены, отвечающие за управление процессом митоза.

Летом 1982 года клеточный биолог Тим Хант из Кембриджского университета отправился в Морскую биологическую лабораторию в Вудс-Хоуле в Массачусетсе, на живописном полуострове Кейп-Код, чтобы помогать вести там курс эмбриологии. Туристы в шортах с изображением китов и в льняных рубашках съезжаются на Кейп-Код, чтобы поесть жареных моллюсков и полежать в шезлонгах на широких песчаных пляжах. А ученые – чтобы искать мелкие каменистые заливы, где водятся моллюски и еще чаще – морские ежи.

Икра морских ежей – весьма ценный материал, поскольку представляет собой очень хорошую и крупную экспериментальную модель. Если ввести самке морского ежа простой солевой раствор, она очень быстро произведет дюжины оранжевых икринок. Оплодотворите их спермой морского ежа, и образуется зигота, которая начнет развиваться как по часам, формируя новое многоклеточное животное. Многие ученые, такие как Флемминг в 1870-е, эмбриолог Эрнест Эверетт Джаст в начале 1900-х и Хант в 1980-е годы, использовали этих округлых игольчатых существ с их чувственными лоскутами плоти (кому вообще пришло в голову их есть?) в качестве модели для изучения оплодотворения, деления клеток и эмбрионального развития. Морские ежи сыграли в изучении клеточного цикла такую же роль, как дрозофилы в ранних генетических исследованиях.

Хант хотел понять, как контролируется синтез белков после оплодотворения, но это была медленная и скучная работа. “К 1982 году работа по анализу синтеза белков в яйцеклетке морских ежей почти остановилась; все идеи, проверенные мной и моими студентами, оказались ложными, и само основание системы, по сути, было ошибочным”, – писал он^8.

Но в сумерках 22 июля 1982 года Хант заметил нечто удивительное: ровно за десять минут до начала деления оплодотворенной яйцеклетки морского ежа увеличилась, а потом снизилась концентрация одного белка. Это было ритмичное и систематическое явление, как оборот лопастей ветряной мельницы. В тот же вечер на семинаре, закончившемся ужином с вином и сыром, Хант узнал, что другие ученые, в том числе Марк Киршнер из Гарварда, тоже ломали голову над тем, как клетки переходят из одной фазы в другую в процессе образования сперматозоидов и яйцеклеток, т. е. при мейозе. Хант подумал, что появление и исчезновение белка могло свидетельствовать о переходе из одной фазы цикла в следующую. Он едва успел допить свой бокал вина и тут же вновь оказался в лаборатории.

В последующие десять лет Хант каждый год приезжал на Кейп-Код со своей переносной лабораторией: “с пробирками, наконечниками для пипеток, пластинками с гелем и даже с перистальтическим насосом”9, пытаясь понять механизмы, обеспечивающие переходы между фазами клеточного цикла. К зиме 1986 года Хант и его студенты нашли еще несколько белков, концентрация которых увеличивалась и уменьшалась точно в соответствии с фазами митотического деления. Один нарастал и снижался точно в период фазы S (когда удваиваются хромосомы). Другой – в фазе G2 (вторая контрольная точка перед началом деления). Хант назвал эти белки циклинами, поскольку любил ездить на велосипеде[56]. Вскоре он обнаружил, что это название весьма точно: белки находились в постоянной координации с фазами цикла клеточного деления. И название прижилось.

Тем временем Нёрс и Хартвелл подбирались к генам, контролирующим клеточный цикл, с помощью мутантных дрожжевых клеток. Они тоже обнаружили несколько генов, связанных с разными фазами клеточного деления. В конце 1980-х годов они назвали их генами cdc, а позднее – cdk[57]. Белки, кодируемые этими генами, также получили в названии приставку CDK.

Но в этих двух направлениях исследований оставалась загадка. Несмотря на очевидную сходимость результатов, две исследовательские группы нашли разные белки – за одним важным исключением: в одном штамме Нёрса мутация действительно произошла в гене, напоминающем ген циклина.

Почему? Почему Хант в поисках регуляторов клеточного цикла обнаружил белки семейства Cyclin, а Хартвелл и Нёрс идентифицировали совсем другой (почти совсем другой) набор белков, координирующих деление клетки? Как будто две группы математиков, решавших одно и то же уравнение, пришли к двум разным ответам, которые как минимум методически оба выглядят правильными. Короче говоря, какая связь между белками семейства Cyclin и белками CDK?

В 1980-е и 1990-е годы группы Ханта, Хартвелла и Нёрса нашли связь между всеми этими данными, в частности, соотнесли роль белков Cyclin и CDK в клеточном цикле. В регуляции фаз клеточного цикла эти белки действуют сообща. Они являются партнерами и коллегами и связаны в функциональном, генетическом и даже физическом плане. Это “инь и ян” клеточного цикла.

Теперь мы знаем, что конкретный белок Cyclin связывается с конкретным белком CDK и активирует его. Активация приводит к каскаду молекулярных событий в клетке – от одной активированной молекулы к другой, заставляя клетку в конечном итоге переходить из предыдущей фазы клеточного цикла в следующую. Хант разгадал первую половину загадки, а Нёрс и Хартвелл – вторую. Как представлено на схеме:

Как рассказывал мне Нёрс по дороге в Утрехт: “Мы смотрели на одно и то же с двух разных сторон. Если взглянуть чуть издали, это на самом деле одно и то же. Мы как будто видели две тени от одного предмета”10. Вокруг нас крутились мельницы, каждый раз завершая новый цикл.

Белки семейств Cyclin и CDK работают сообща, но разные пары подают сигнал к разным переходам. Одна пара Cyclin-CDK контролирует переход из фазы G2 в фазу М. Cyclin активирует CDK, который затем активирует другие белки, облегчая этот переход. Когда Cyclin расщепляется, активность CDK падает, и клетка ждет следующего сигнала для перехода в следующую фазу.

Другая пара Cyclin-CDK регулирует переход из фазы G1 в фазу S. В координации клеточного деления принимают участие десятки других белков, но тесная связь в парах Cyclin и CDK принципиально важна: они партнеры, участвующие в регуляции клеточного цикла, дирижеры оркестра, обнаруженного Флеммингом почти столетием раньше.

Трудно назвать направление биологии или медицины, которое не изменилось с углублением нашего понимания клеточного цикла и динамики клеточного деления. Что заставляет раковые клетки делиться и как найти лекарство, которое будет специфическим образом блокировать этот злокачественный процесс?[58] Почему стволовая клетка крови при одних обстоятельствах создает копию самой себя (самовоспроизведение), а при других производит зрелые клетки крови (дифференцировка)? Как из одной клетки вырастает эмбрион? В 2001 году чрезвычайная важность работы по выявлению механизмов контроля клеточного деления была признана – и Хартвелл, Хант и Нёрс были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине.

Возможно, наиболее очевидную концептуальную связь с делением клетки (с митозом и мейозом) среди всех направлений медицинских исследований имеет репродуктивная медицина, или искусственное оплодотворение (его также называют оплодотворением in vitro или экстракорпоральным оплодотворением, ЭКО). Слово “искусственный” в этом контексте мне кажется странным. Разве не всякая медицина “искусственна”? Не следует ли называть применение антибиотиков для лечения больных с воспалением легких “искусственным иммунитетом”? А помощь в рождении ребенка “искусственным извлечением плода”? Поэтому я буду говорить о “репродуктивной медицине”, хотя термин “искусственное оплодотворение” широко вошел в практику[59].

Для начала давайте отметим факт, который очевиден для специалиста по клеточной терапии, но может показаться удивительным человеку, не связанному с этой сферой деятельности: экстракорпоральное оплодотворение – это клеточная терапия. На самом деле это один из наиболее активно применяемых методов клеточной терапии. Он стал доступен уже более четырех десятилетий назад, и с его помощью на свет появилось от восьми до десяти миллионов детей. Многие из них теперь уже взрослые люди и сами имеют детей, которых в большинстве случаев произвели на свет самостоятельно, без привлечения ЭКО. Данная технология стала настолько обыденной, что мы не воспринимаем ее в качестве клеточной медицины, хотя, конечно же, именно ею она и является: это терапевтические манипуляции с человеческими клетками для избавления от древней и болезненной формы человеческого страдания – бесплодия.

Данная технология рождалась трудно и едва не умерла в процессе преждевременных родов. Научное отторжение, личное соперничество, недовольство общественности (и даже медицинского сообщества), сопровождавшие появление ЭКО, ныне почти забыты на фоне успеха технологии, однако ее зарождение было чрезвычайно беспокойным и неоднозначным.

В середине 1950-х годов странный и нелюдимый профессор Лэндрум Шеттлс, преподававший акушерство и гинекологию в Колумбийском университете, начал работать над проектом по рождению детей с помощью оплодотворения in vitro^11. Он хотел лечить людей от бесплодия. У Шеттлса было семеро детей, и он редко отдыхал дома. В его лаборатории был огромный заросший аквариум и несколько будильников. Спал он на самодельной койке под непрерывное тиканье часов, и часто его заставали идущим по коридору отделения поздним вечером в измятой зеленой медицинской робе.

Поначалу Шеттлс проводил эксперименты в пробирках и чашках Петри. Он брал донорские человеческие яйцеклетки, оплодотворял их спермой и пытался поддерживать жизнь эмбриона на протяжении шести дней. Он часто публиковал статьи и был награжден за свою работу, в том числе получил от Колумбийского университета премию Маркл.

Но потом в его жизни произошел неожиданный поворот. В 1973 году Шеттлс согласился помочь паре из Флориды Джону и Дорис Дель Зио зачать ребенка. Шеттлс не сообщил руководству госпиталя или соответствующим комитетам о расширении спектра своей работы от оплодотворения в чашке Петри до имплантации эмбриона. Он также не оповестил руководство родильного отделения.

Двенадцатого сентября 1973 года гинеколог в Университетском госпитале Нью-Йорка взял у Дорис яйцеклетки. Джон привез яйцеклетки и пробирку со своей спермой в лабораторию Шеттлса на такси. С учетом пробок, надо думать, путешествие продлилось около часа, и, как мне кажется, это была одна из самых напряженных поездок на такси в истории Нью-Йорка.

Тем временем руководитель Шеттлса узнал об эксперименте и пришел в ярость. Создание человеческого эмбриона in vitro (“ребенка из пробирки”) с последующей имплантацией в матку было делом неслыханным, медицинские и этические стороны вопроса, совершенно очевидно, еще не были ясны. История (возможно, не самая правдивая) гласит, что руководитель ворвался в лабораторию, открыл инкубаторы с оплодотворенными яйцеклетками и сорвал эксперимент. Дель Зио подали на госпиталь в суд и выиграли пятьдесят тысяч долларов за моральный ущерб.

Неудивительно, что Шеттлс – с его аквариумом, койкой и часами, в мятой медицинской робе по ночам – был сперва выдворен из отделения, а вскоре и вовсе уволен из университета. Он перебрался в клинику в Вермонте, где из-за своего неортодоксального подхода вновь нажил себе неприятностей, и в результате основал собственную клинику в Лас-Вегасе, пообещав реализовать свою мечту производить детей с помощью ЭКО.

Тем временем в Англии двое ученых, Роберт Эдвардс и Патрик Стептоу, тоже пытались осуществить оплодотворение in vitro. Но, в отличие от Шеттлса, они внимательно отнеслись к научным и моральным аспектам производства человеческого эмбриона в стеклянной пробирке. Они тщательно составляли протоколы и документы, докладывали свои результаты на конференциях и информировали о своих планах начальство и соответствующие комиссии. Они работали медленно и методично, преодолевая поочередно все устоявшиеся, ортодоксальные границы допустимого. Да, они были инакомыслящими, но, говоря словами историка науки Маргарет Марш, “осторожными инакомыслящими”12.

Эдвардс, сын железнодорожного рабочего и фрезеровщицы, был генетиком и физиологом и изучал деление клетки и хромосомные аномалии. Его научная карьера временно прерывалась: на четыре года в связи со службой в британской армии во Вторую мировую войну, а также на время получения диплома по зоологии, которое он описывал как катастрофу. “Деньги кончились, и я оказался в долгах. В отличие от некоторых других студентов, я не имел богатых родителей… и не мог написать домой: «Дорогой папа, пожалуйста, вышли мне сто фунтов, поскольку я плохо сдал экзамены»”13.

Однако в конечном итоге Эдвардс нашел место в Эдинбургском университете, где стал изучать генетику животных и постепенно заинтересовался репродуктивной функцией. Сначала он проводил эксперименты с мышиными сперматозоидами, а затем переключился на яйцеклетки. Вместе со своей женой Рут Фоулер, зоологом по образованию, Эдвардс показал, что инъекция гормонов, вызывающих овуляцию, способствует образованию у мыши десятков яйцеклеток, находящихся на близких стадиях жизненного цикла, которые теоретически можно извлечь и оплодотворить in vitro, в чашке Петри. В 1963 году, сменив несколько университетов, Эдвардс оказался в Кембридже, где занялся изучением созревания человеческих яйцеклеток. Они с Рут и пятью дочерьми жили в скромном доме на Гоу-Уэй, в районе Бартон-роуд, а его лаборатория над лабораторией физиологии представляла собой перенаселенный лабиринт из семи плохо отапливаемых комнат.

Направление репродуктивной биологии лишь начинало развиваться, особенно в отношении изучения связи между созреванием яйцеклеток и сперматозоидов и клеточным циклом. Только через десятки лет была опубликована работа Тима Ханта о морских ежах, заложившая основы представлений о клеточном цикле, и еще не были открыты гены, ответственные за деление клеток, прославившие Пола Нёрса и Ли Хартвелла.

Эдвардс знал о работах Джона Рока и Мириам Менкин из Гарварда^14, которые в середине 1940-х годов взяли примерно восемьсот яйцеклеток у женщин, подвергавшихся гинекологическим операциям, и пытались оплодотворить их человеческой спермой. Результат был неоднозначным. “Мы многократно пытались инициировать оплодотворение человеческих яйцеклеток in vitro”, — писала Менкин в журнальной статье. Но работа оказалась более сложной, чем ожидали Рок и Менкин: в большинстве случаев яйцеклетки оплодотворить не удавалось.

В 1951 году малоизвестный ученый из Вустера в Массачусетсе Мин Чуэ Чан, изучавший репродукцию, установил, что проблемы с оплодотворением in vitro могут быть связаны не только с яйцеклетками, но и со сперматозоидами^15. В результате исследований на кроликах он предположил, что сперматозоиды должны быть активированы – “усилены”, по его выражению, – иначе они не смогут оплодотворить яйцеклетку. Он считал, что это усиление достигается в специфических условиях и под действием специфических химических веществ в фаллопиевых трубах женщины.

Эдвардс на несколько месяцев засел в благоговейной тишине библиотеки Национального института медицинских исследований в лондонском районе Милл-Хилл, усердно штудируя все ранее полученные данные. Они представляли собой один сплошной перечень неудач, но Эдвардс все равно намеревался оплодотворить человеческую яйцеклетку вне тела. Сначала он работал с гинекологом Молли Роуз в Центральном госпитале Эджвера над “дозреванием яйцеклеток”, по сути, добиваясь восприимчивости яйцеклеток к оплодотворению. Однако, в отличие от яйцеклеток кролика и мыши, человеческие яйцеклетки дозревать не хотели. “Три часа, шесть, девять и двенадцать, и ни одна из них никак не изменилась. Они просто глазели на меня”, – записал он^16. Казалось, яйцеклетки оставались неприступными.

Но однажды утром в 1963 году Эдвардса посетила простая, но весьма глубокая мысль. А что, если “программа созревания яйцеклеток приматов, таких как человек, более длительная, чем у грызунов?”17 – подумал он. Опять-таки с помощью Роуз он раздобыл несколько яйцеклеток и занялся их подготовкой, но на сей раз решил выждать.

“Я не должен смотреть на них слишком рано, – писал он, укоряя себя в нетерпеливости. – Точно через восемнадцать часов я посмотрел и увидел, что ядра, увы, не изменились, никаких признаков созревания”18. Вновь неудача. У него оставались лишь две яйцеклетки, твердо и упрямо глазевшие на него из чашки Петри. Через двадцать четыре часа Эдвардс вынул одну из них, и ему показалось, что он видит какой-то признак созревания: в ядре что-то происходило.

Оставалась одна клетка.

На двадцать восьмом часу он извлек последнюю яйцеклетку и окрасил ее.

“Невероятный восторг, – записал он. – Хромосомы только-только начали свой путь по центру клетки”19. Яйцеклетка созрела, она была готова к оплодотворению. “Здесь, в последней из яйцеклеток, кроется весь секрет человеческой программы”.

Мораль этой истории? Мы размножаемся не так, как кролики. Нашим яйцеклеткам требуется чуть больше ухаживаний.

Десятилетие одиночных исследований Эдвардса подходило к концу. Но его поджидала еще одна проблема: Роуз брала яйцеклетки у женщин, которые пережили обширные гинекологические операции и вряд ли были готовы к проведению искусственного оплодотворения. По этой причине яйцеклетки, добытые Роуз при хирургических операциях, хотя и были удобным экспериментальным материалом, для имплантации не годились. Для завершения эксперимента Эдвардсу нужны были человеческие яйцеклетки из другого источника.

Такие яйцеклетки были получены от пациентки доктора Патрика Стептоу. У женщины была проблема с яичниками, и она согласилась предоставить свои яйцеклетки. Стептоу работал консультирующим акушером в городском госпитале Олдема – грязного умирающего городка, производящего текстильные изделия, который расположен неподалеку от Манчестера. В основном Стептоу выполнял лапароскопические операции на яичниках: эта процедура позволяет оперировать яичники и окружающие ткани с помощью гибкой камеры, введенной через небольшой надрез в нижней части живота. Большинство гинекологов недолюбливали эту наименее инвазивную процедуру, считая ее неточной по сравнению с открытыми полостными операциями. На одной медицинской конференции маститый гинеколог встал и безапелляционно заявил: “Лапароскопия вообще бесполезна. Невозможно увидеть яичники”20. Немногословный, сдержанный Стептоу вынужден был выступить, чтобы защитить свой метод. “Вы безнадежно неправы, – ответил он. – Можно увидеть всю брюшную полость”.

По воле случая на этой конференции присутствовал Роберт Эдвардс. Гинекологи не признавали технику Стептоу, но Эдвардс насторожился: он понял, что лапароскопическая процедура была ключом к решению его проблемы. В отличие от инвазивных хирургических вмешательств с извлечением яйцеклеток, лапароскопическая процедура переносилась гораздо легче, и на нее с большей вероятностью пошли бы женщины, которые согласились бы потом на имплантацию оплодотворенной яйцеклетки.

После заседания, пока присутствовавшие переговаривались и препирались в холле, Эдвардс подошел к Стептоу.

– Вы Патрик Стептоу? – вежливо обратился он.

– Да.

– Я Боб Эдвардс.

Они обменялись мнениями и замечаниями по поводу оплодотворения in vitro. Первого апреля 1968 года Эдвардс отправился в Олдем на встречу со Стептоу. Они составили план экспериментов, и Стептоу согласился передать Эдвардсу несколько человеческих яйцеклеток, взятых в рамках лапароскопических операций. Их не напугал тот факт, что Олдем находился в пяти часах езды от Кембриджа. Доставка яйцеклеток из клиники Стептоу в лабораторию Эдвардса на поезде, неспешно пробиравшемся через закопченные и промокшие от дождей городки Ланкашира, могла занять добрую часть дня. В целом экспериментальный протокол казался простым, сложности крылись в деталях. В какой питательной среде яйцеклетки и сперматозоиды сохранятся живыми? Через сколько часов после извлечения яйцеклеток следует вводить сперматозоиды? Сколько циклов клеточного деления должно пройти, прежде чем оплодотворенная яйцеклетка сможет прижиться в человеческом теле? И как решить, какой эмбрион следует брать?

От своего коллеги по Кембриджу доктора Берри Бэвистера Эдвардс узнал, что вероятность оплодотворения сильно возрастает при повышении щелочности среды; это было частью решения проблемы по “усилению” сперматозоидов, поставившей в тупик Мин Чуэ Чана. Эдвардс применил и другие ухищрения для активации сперматозоидов. И еще он научился доводить яйцеклетки до созревания в культуре, дожидаясь правильного момента для введения сперматозоидов. Нужно было определить, сколько сперматозоидов брать для оплодотворения одной яйцеклетки и каков точный состав раствора для выращивания эмбрионов. Шаг за шагом Эдвардс и Стептоу решали задачу оплодотворения in vitro. Однажды днем в конце зимы 1968 года медсестра и исследовательница Джин Парди, работавшая с Эдвардсом, поставила ключевой эксперимент^21. “Эти яйцеклетки, – писала она, – вскоре были выращены в питательной среде… к которой было добавлено некоторое количество жидкости Берри [Бэвистера]. Через тридцать шесть часов мы решили, что они готовы к оплодотворению”.

В тот вечер Бэвистер и Эдвардс приехали в госпиталь и рассмотрели культуру клеток под микроскопом. Под объективом разворачивалось невероятное событие: первые стадии зарождения человеческой жизни. Парди писала: “Сперматозоид как раз входил в первую яйцеклетку… Через час мы посмотрели на вторую яйцеклетку. Да, это были первые стадии оплодотворения. Без всяких сомнений, сперматозоид проник в яйцеклетку – у нас получилось… Мы проверяли другие яйцеклетки и обнаруживали все больше и больше доказательств. Некоторые яйцеклетки были на ранних стадиях оплодотворения, и хвосты сперматозоидов следовали за головками в глубины яйцеклетки, другие продвинулись еще дальше, и два ядра – одно от сперматозоида и другое от яйцеклетки – передавали свое генетическое содержимое эмбриону”22. Они совершили оплодотворение in vitro.

Статья Эдвардса, Стептоу и Бэвистера “Начальные стадии оплодотворения in vitro человеческих ооцитов после созревания in vitro” была опубликована в журнале Nature в 1969 году^23. К сожалению, имя Джин Парди, выполнявшей эксперимент, упомянуто не было – что соответствовало традиционному отношению к женщинам в науке. Позднее Эдвардс и Стептоу несколько раз пытались отметить ее вклад, поскольку ЭКО зародилось именно в ее руках. Именно она создала первый человеческий эмбрион с помощью ЭКО в лаборатории, и позднее именно она приняла первого ребенка, родившегося благодаря ЭКО. В 1985 году Парди скончалась от меланомы в возрасте тридцати девяти лет, так и не получив должного научного признания.

Исследование незамедлительно произвело фурор в общественных, научных и медицинских кругах. Нападки начались сразу и со всех сторон. Некоторые гинекологи не считали бесплодие болезнью. Они утверждали, что воспроизводство не является обязательным условием благополучия, так почему его отсутствие следует рассматривать в качестве “болезни”? Один историк писал: “Возможно, сегодня трудно понять полное отсутствие интереса к бесплодию со стороны большинства британских гинекологов того времени, среди которых Стептоу был заметным исключением…. Главными проблемами считались перенаселенность и планирование семьи, так что бесплодие в лучшем случае игнорировалось как незначительная проблема, а в худшем – рассматривалось как положительный вклад в популяционный контроль”24. Значительная часть исследований в области гинекологии в Великобритании и Соединенных Штатах концентрировалась вокруг вопросов контрацепции, т. е. вопросов сокращения рождаемости. В Америке, как отмечалось в одной научной статье, “объем исследований в области контрацепции между 1965 и 1969 годами вырос в шесть раз, а частные благотворительные инвестиции – в тридцать раз”25.

Религиозные группы, в свою очередь, указывали на особый статус человеческого эмбриона: производить его в лаборатории в чашке Петри с намерением перенести в человеческое тело означало нарушить самые непреложные законы “естественной” человеческой репродукции. А специалисты в области этики чрезвычайно беспокоились по поводу повторения истории с нацистскими экспериментами 1940-х годов, когда людей подвергали чудовищному риску без значительной пользы. А что, если дети, полученные таким способом, или матери, которые будут вынашивать таких детей, тоже подвергнутся неизвестному риску?

Прошло почти десять лет после публикации статьи “Начальные стадии оплодотворения”, прежде чем медицинское сообщество осознало, что бесплодие на самом деле является болезнью. В середине 1970-х годов врачи в сотрудничестве с акушерами и лабораторным персоналом начали предпринимать первые попытки зачатия детей с помощью ЭКО.

Десятого ноября 1977 года в матку Лесли Браун был перенесен крохотный кластер живых эмбриональных клеток, примерно в двадцать пять раз меньше рисового зернышка^26. Тридцатилетняя британка и ее муж Джон девять лет пытались зачать ребенка естественным путем, но все их попытки оставались безуспешными. У Лесли были заблокированы фаллопиевы трубы, и ее функционально нормальные яйцеклетки по анатомическим причинам не могли продвинуться из яичников к месту оплодотворения или в матку. В процессе операции, проведенной в городском госпитале Олдема, ее яйцеклетки были взяты непосредственно из ее яичников, выдержаны до созревания по протоколу Эдвардса и Парди, а затем оплодотворены спермой Джона. Парди первой увидела, как эмбриональные клетки начали делиться, совершая едва заметные движения: первые шевеления будущего плода в стеклянном сосуде.

Примерно через девять месяцев, 25 июля 1978 года, в операционном блоке госпиталя столпились исследователи, врачи и представители властей. Была почти полночь, когда акушер Джон Уэбстер с помощью кесарева сечения извлек на свет дитя. Операция была произведена в строжайшей тайне. Стептоу сначала объявил, что роды будут происходить на следующее утро, но операцию перенесли на более ранний час, отчасти чтобы обмануть толпившихся у госпиталя журналистов. Раньше тем же вечером в соответствии с заранее выработанным планом он уехал из госпиталя на своем белом мерседесе, чтобы убедить журналистов, что команда расходится на ночь. А потом тихонько вернулся под покровом ночи.

Роды прошли на удивление стандартно. “[Ребенка] не пришлось откачивать, и осматривавший девочку педиатр не нашел ни одного дефекта, – вспоминал Уэбстер. – Все мы немного беспокоились, как бы она не родилась с расщелиной неба или каким-то другим небольшим дефектом, который нельзя было обнаружить заранее… что уничтожило бы результаты всего исследования, поскольку люди заявили бы, что это связано с техникой [ЭКО]”27. Проверили каждый ноготок, каждую ресничку, каждый пальчик, каждый суставчик, каждый сантиметр кожи. Ребенок был ангельски безупречен.

Не было никакого “безумного праздника”, рассказывал Уэбстер. После родов врач спокойно отправился спать. “Я чувствовал себя слегка измотанным, – вспоминал он. – Просто пошел туда, где остановился, и поужинал. Я даже не уверен, что в буфете было спиртное”28.

Девочку назвали Луизой Джой Браун.

На следующее утро новость о рождении Луизы произвела настоящий фурор в прессе. Всю неделю журналисты, вооруженные камерами со вспышкой и блокнотами, осаждали госпиталь, пытаясь сделать фотографию матери и дочери. Луизу Браун прозвали “ребенком из пробирки” – не очень подходящий термин, поскольку пробирки для оплодотворения, скорее всего, не использовались (большой стеклянный сосуд, в котором она была зачата на самом деле, выставлен в Музее науки в Лондоне)29. Рождение девочки вызвало бурю одновременно негодования и восторга, а также облегчение и чувство гордости. В возмущенном письме в журнал Time женщина из Мичигана гневно писала: “Брауны… деградировали и институционализировали рождение ребенка, и за это, а не за то, что они прибегли к медицинской помощи для его рождения, их следует считать символом вырождения западной морали”30. Домой к Браунам в Бристоле пришла анонимная посылка с разбитой пробиркой, забрызганной искусственной кровью.

Но другие называли Луизу чудом. На обложке журнала Time от 31 июля был помещен фрагмент знаменитой фрески Микеланджело “Сотворение Адама”, украшающей потолок Сикстинской капеллы^31. Только между двумя протянутыми навстречу друг другу пальцами была пробирка, а в ней был изображен эмбрион: Луиза Браун в утробе матери. Мужчинам и женщинам, не имевшим возможности завести ребенка, это достижение давало невероятную надежду: бесплодие стало поправимым, по крайней мере, для тех людей, у кого сохранились жизнеспособные сперматозоиды и яйцеклетки.

Сейчас Луизе Джой Браун сорок три года. У нее мягкие и округлые черты лица, как у матери, открытая улыбка, как у отца, и темно-русые волосы – раньше каскад кудрей, теперь прямые и осветленные. Она работает в логистической компании и живет недалеко от Бристоля. Когда ей было четыре года, ей рассказали, что она “родилась чуточку иначе, чем все остальные”32. Возможно, это одно из самых сильных преуменьшений в истории науки.

В гою году Роберт Эдвардс за свою работу был удостоен Нобелевской премии. К сожалению, он скончался до декабрьской церемонии. Стептоу, который был старше Эдвардса на двенадцать лет, ушел из жизни в 1988 году. А Лэндрум Шеттлс умер в Лас-Вегасе в 2003-м; до конца жизни он настаивал, что был бы первым человеком, разработавшим метод ЭКО, если бы его труды не были уничтожены из-за косности руководства.

Данная книга повествует о клетке и о трансформации медицины. Хотя оплодотворение in vitro можно отнести к числу наиболее часто применяемых методов клеточной терапии, в его истории есть одна важная особенность: эта техника стала возможной благодаря целому ряду достижений в репродуктивной биологии и акушерстве, а не в клеточной биологии.

Рождение Луизы Браун ознаменовало возрождение репродуктивной медицины, однако процедурные аспекты ЭКО не претерпели значительных изменений под влиянием стремительно развивающейся клеточной биологии. Даже Эдвардс, который пришел к теме репродукции через интерес к аномалиям в расхождении хромосом при созревании яйцеклетки (в 1962 году он выпустил статью “Мейоз в ооцитах в яичниках взрослых млекопитающих”33), фактически больше ничего не написал о клеточном цикле, расхождении хромосом и молекулярной регуляции мейоза и митоза, хотя в 1980-е были опубликованы результаты Нёрса, Хартвелла и Ханта. И это странно, поскольку они с Хантом оба работали в Кембридже, а Нёрс – меньше чем в пятидесяти милях от них. И аспекты клеточной физиологии, которые, как нетрудно догадаться, имеют вполне естественное отношение к оплодотворению и к созреванию эмбриона (динамика клеточного деления, образование сперматозоидов и яйцеклеток, стадии митоза зиготы), оставались на отдаленной периферии этой сферы исследований.

Короче говоря, ЭКО воспринималось главным образом как гормональное вмешательство с последующей акушерской процедурой. Извлекаем яйцеклетки и сперматозоиды, затем закладываем их обратно, и на выходе получается ребенок. Лабораторная работа по оплодотворению яйцеклетки и созреванию эмбриона была лишь одним звеном в цепи. Инкубатор в буквальном смысле был черным ящиком, только влажным и теплым. И вопросы о том, как повысить способность яйцеклеток или сперматозоидов к оплодотворению и отобрать лучшие эмбрионы для имплантации, – а оба вопроса напрямую связаны с клеточной биологией – по-прежнему оставались нерешенными.

Однако открытия Нёрса, Хартвелла и Ханта наконец-то повлияли на данное направление исследований и начали его трансформировать. Теперь уже понятно: проблемы воспроизводства человека могут быть преодолены только через понимание воспроизводства клеток, что опять возвращает нас к тезису Рудольфа Вирхова: любая болезнь является болезнью клетки. Таким образом, ЭКО следует интерпретировать в терминах циклинов и CDK. Например, почему у некоторых женщин трудно извлечь яйцеклетки, даже при гормональной стимуляции? В 2016 году группа исследователей показала, что дело в тех самых молекулах, которые открыли Нёрс, Хартвелл и Хант, – в циклинах и CDK. Пока в яйцеклетках одна пара этих белков, CDK-1 и циклин, остается неактивной, клетки находятся в состоянии покоя. Спят в фазе GO. Но когда эти молекулы выделяются и активируются, яйцеклетка начинает созревать^34. Однако, если яйцеклетки созревают “преждевременно”, они постепенно пропадают. И даже при гормональной стимуляции их запас исчерпывается. И в таких условиях организм оказывается бесплоден.

Интересно, что пробуждение клеток ото сна и последующее преждевременное созревание удается предотвратить с помощью одного недавно синтезированного препарата. Как можно догадаться, эта экспериментальная молекула действует за счет того, что блокирует активацию пары циклин-CDK. Теоретически такой препарат мог бы вернуть человеческую яйцеклетку в состояние сна, что повышает вероятность успешного ЭКО у некоторых женщин, страдающих от бесплодия.

В 2010 году группа исследователей с медицинского факультета Стэнфордского университета использовала более простой подход к проведению ЭКО, еще теснее связанный с динамикой клеточного цикла. Распространенная проблема оплодотворения in vitro заключается в том, что лишь один из трех эмбрионов достигает такой стадии развития, что из него получается жизнеспособный плод. Чтобы повысить вероятность развития плода, производят имплантацию нескольких эмбрионов, а это, в свою очередь, часто приводит к рождению двойняшек и тройняшек – с соответствующими медицинскими и родовыми осложнениями.

Возможно ли идентифицировать одноклеточные зиготы, которые с наибольшей вероятностью разовьются в здоровый и зрелый эмбрион? Можно ли идентифицировать такие зиготы заранее, до имплантации, и тем самым повысить шансы рождения единственного ребенка? Группа исследователей из Стэнфорда отобрала двести сорок два человеческих эмбриона и следила за их созреванием от одноклеточной зиготы до бластоцисты (полого многоклеточного эмбрионального шарика) – раннего признака здорового и жизнеспособного эмбриона^35. Бластоциста состоит из двух частей. Плацента и пуповина, поддерживающие развитие ребенка, формируются из внешней оболочки, а сам эмбрион – из внутренней массы клеток, прикрепленной к стенкам заполненного жидкостью пространства. Как внешняя оболочка, так и внутренняя масса клеток возникают непосредственно из оплодотворенной яйцеклетки за счет быстрого деления, митоз за митозом.

Тот факт, что лишь каждый третий одноклеточный эмбрион превращается в бластоцисту, соответствует тридцатипроцентной вероятности успеха при ЭКО, что и наблюдается в клинической практике^36. Прокручивая запись процесса созревания в обратном направлении и анализируя различные параметры с помощью специального программного обеспечения, исследователи из Стэнфорда выявили три фактора, обуславливающие образование бластоцисты в будущем: промежуток времени до первого деления оплодотворенной яйцеклетки, время между первым и вторым делением и синхронность второго и третьего митоза. На основании этих трех параметров удается предсказать образование бластоцисты (и, следовательно, выбор жизнеспособного эмбриона) с точностью до 93 %. Вообразите ЭКО с единственным эмбрионом – отсутствие риска многоплодной беременности при 90 % вероятности рождения ребенка.

Приходится со смущением признать, что измерение параметров именно такого рода – синхронность, длительность фаз и точность клеточного деления – почти три десятилетия назад позволило Полу Нёрсу и его студентам понять клеточный цикл дрожжей.

Поддельная клетка. Лулу, Нана и злоупотребление доверием

Сначала сделай, потом подумай.

Перевернутая пословица

Десятого июня 2017 года переучившийся на генетика биофизик Хэ Цзянькуй, известный также как JK, встретился с двумя супружескими парами в Южном университете науки и технологии Шэньчжэня в Китае. Встреча происходила в обыкновенном конференц-зале с вращающимися креслами из искусственной кожи и белым проекционным экраном. На встрече присутствовали еще двое ученых – профессор Университета Райса Майкл Дим и бывший руководитель JK и один из основателей Пекинского института геномики Ю Джун, хотя позднее Ю говорил, что они с Димом просто сидели в сторонке, занимаясь своими делами. Возможно, они обсуждали детали строения генома шелковичного червя, который расшифровал Ю. “Мы с Димом беседовали о чем-то другом”, – заявил он позднее^1.

Об этой встрече почти ничего не известно. Она была записана на видео низкого качества, от которого сохранилось лишь несколько случайных скриншотов. Пары пришли на встречу с JK, чтобы дать согласие на проведение медицинской процедуры. Речь шла об ЭКО, но не совсем обычном. JK намеревался перед имплантацией эмбрионов обратно в матку изменить их гены, по сути, создав “трансгенных” детей (детей с отредактированным геномом).

Чуть больше чем через два года, 30 декабря 2019-го, Хэ Цзянькуй был приговорен к трем годам лишения свободы за нарушение протокола по получению согласия пациента и неправомерное использование людей в качестве подопытных. Невозможно рассказать историю репродуктивной биологии или историю зарождения клеточной медицины без рассказа о JK: об искушении изменить человеческое дитя, о научных устремлениях, заведших на опасную тропинку, и о будущем генной терапии для эмбрионов, находящемся ныне в хрупком состоянии неопределенности^2.

Но чтобы рассказать эту историю как следует, нужно вернуться примерно на полстолетия назад. В 1968 году создатель ЭКО Роберт Эдвардс написал пророческую статью на довольно странную тему – об определении пола эмбрионов кролика. Еще до занятий репродуктивной медициной интерес Эдвардса к репродуктивной биологии возник благодаря появлению возможности выявлять хромосомные аномалии эмбрионов. Например, при таком генетическом нарушении, как синдром Дауна, в яйцеклетке или сперматозоиде сохраняется лишняя копия одной хромосомы (21-й). Эдвардс хотел понять, нельзя ли обнаружить такую хромосомную аномалию в эмбрионах (возможно, в фазе бластоцисты – полого шарика из клеток) и отсеять такие эмбрионы до имплантации в матку. Он рассудил, что это позволило бы избежать имплантации эмбриона с синдромом Дауна или каким-то другим хромосомным нарушением. Иными словами, люди смогли бы выбирать для имплантации “правильные” эмбрионы^3.

В 1968 году Эдвардс оплодотворил яйцеклетки кролика и вырастил их до состояния бластоцисты. Он брал бластоцисты стеклянной пипеткой (эта задача по сложности сравнима с попыткой удержать пылесосом наполненный водой воздушный шарик) и с невероятной ловкостью крохотными хирургическими ножницами отделял примерно три сотни клеток из оболочки бластоцисты. Затем окрашивал выделенные клетки, чтобы увидеть хроматин и найти мужские бластоцисты, в которых есть как Х-, так и Y-хромосома (в женских бластоцистах содержатся две X-хромосомы). В статье, опубликованной в журнале Nature в апреле 1968 года, Эдвардс и его соавтор Ричард Гарднер сообщали, что путем отбора и селективной имплантации мужских или женских эмбрионов кролика можно регулировать пол будущего потомства, т. е. решать неразрешимую в природе задачу. Статья “Контроль соотношения полов у кролика на полном сроке беременности с помощью переноса бластоцисты известного пола” начиналась и заканчивалась характерными для Эдвардса скромными фразами: “Предпринималось много попыток контролировать пол потомства у разных млекопитающих, включая человека… Теперь, когда мы можем отобрать кроличьи бластоцисты требуемого пола, становится возможным обнаруживать и другие различия в мужских и женских эмбрионах”4. Эдвардс предложил метод отбора эмбрионов на основании генетического анализа.

В 1990-е годы ЭКО и генетические технологии достигли такого уровня развития, что стало возможным применять метод Эдвардса для отбора человеческих эмбрионов. В госпитале Хаммерсмит в Лондоне биолог Алан Хэндисайд работал с парами, имевшими в семейной истории связанные с X-хромосомой заболевания, которые могли передаваться только детям мужского пола. Хэндисайд и его коллеги показали, что путем “полового отбора” эмбрионов перед имплантацией (как это делал Эдвардс с эмбрионами кроликов) можно добиться имплантации только женских эмбрионов, тем самым исключая риск рождения ребенка с заболеванием, связанным с Х-хромосомой. Метод назвали преимплантационной генетической диагностикой, а говоря попросту – отбором эмбрионов. Вскоре этот подход стали использовать для выявления эмбрионов с синдромом Дауна, кистозным фиброзом, болезнью Тея – Сакса, миотонической дистрофией и другими дефектами.

Однако нужно понимать, что отбор эмбрионов представляет собой отсеивание: удаляя мужские эмбрионы, вы оставляете те, которые обладают какими-то конкретными генетическими свойствами. Но вы не можете изменить генетический “генератор случайных чисел”, раздающий гены эмбрионам. Иными словами, можно отбраковать и удалить эмбрионы с определенными свойствами, но создать эмбрионы с новым (de novo) набором генов не получится. Вы имеете то, что имеете (и не расстраиваетесь при этом): смесь генов от обоих родителей, но ничего кроме их возможных сочетаний.

Но что, если вы захотите создать человеческий эмбрион с такими генетическими свойствами (и таким будущим), которые не заложены ни в одном из родителей? Или захотите изменить какую-то информацию в геноме эмбриона, например инактивировать ген, способный вызвать смертельное заболевание? В 2012 году ко мне обратилась женщина с трагической семейной историей рака молочной железы. Риск этого заболевания увеличивается при мутации гена BRCA-1, которая является наследственной. У женщины и у одной из ее дочерей этот ген был представлен как раз с такой мутацией. Она попросила меня помочь ей и подобрать лечение для исправления мутантного гена в эмбрионах ее дочери. Я мало что мог ей предложить, за исключением того, что в будущем она или ее дочери смогут прибегнуть к выбору эмбрионов и элиминировать (отбраковать) эмбрионы с мутацией гена BRCA-1.

А если оба родителя имеют мутации в обеих копиях гена, связанного с болезнью? Две копии у отца, две копии у матери. Мужчина с кистозным фиброзом хочет зачать ребенка с любимой женщиной, которая тоже страдает от кистозного фиброза. Все их дети неизбежно будут нести мутации в обеих копиях гена и, следовательно, неизбежно будут больны. Могут ли ученые сделать что-то, чтобы ребенок у такой пары имел хотя бы одну правильную копию гена? Иными словами, может ли человеческий эмбрион быть мишенью не для отрицательного отбора (отсева эмбрионов), а для положительного изменения – добавления или модификации гена, т. е. для генетического редактирования?

На протяжении десятилетий ученые пытались проделать это с эмбрионами животных. В конце 1980-х годов удалось ввести генетически измененные клетки в бластоцисты мыши. В результате многоступенчатого процесса была получена живая “трансгенная” мышь с преднамеренно и перманентно измененным геномом. Следом появились трансгенные коровы и козы, созданные по аналогичной схеме. В сперматозоидах и яйцеклетках этих животных содержались измененные гены, передающиеся следующим поколениям.

Но методы, применяемые для создания таких животных, нелегко перенести на человека. Есть значительные технические проблемы. Не менее сложна этическая сторона процедуры генетического вмешательства – встает вопрос о евгенике. Мечта о создании трансгенного человека (человека с навсегда измененным геномом, передающимся следующему поколению) все еще оставалась нереализованной.

Однако в 2011 году была создана удивительная новая технология. Ученые нашли способ модификации генов, который значительно проще в использовании и теоретически применим для изменения человеческих эмбрионов на ранних стадиях развития[60]. Этот метод, названный редактированием генов, основан на действии бактериальной системы защиты.

Редактирование генов (внесение в геном направленных, намеренных и специфических изменений) используется в различных вариантах, но самая распространенная стратегия основана на применении бактериального белка Cas9. Этот белок можно ввести в человеческие клетки и направить к специфическому участку генома, чтобы произвести конкретные изменения – обычно это разрез в последовательности ДНК, отключающий конкретный ген. Бактерии используют эту систему, чтобы расщеплять гены нападающих на них вирусов, тем самым “разоружая” захватчиков. Новаторы в области редактирования генов, включая Дженнифер Даудну, Эммануэль Шарпантье, Фэна Чжана, Джорджа Чёрча и других ученых, адаптировали эту бактериальную систему защиты и изменили ее для направленного редактирования человеческого генома.

Представьте себе человеческий геном в виде обширной библиотеки. Все книги в этой библиотеке написаны на языке с алфавитом всего из четырех букв: А, С, G и Т – это четыре химических “кирпичика”, из которых построена ДНК. В человеческом геноме содержится более трех миллиардов таких букв – по шесть миллиардов в каждой клетке, если учитывать геномы обоих родителей. Если вернуться к аналогии с библиотекой и предположить, что в каждой книге из примерно трехсот страниц на каждой странице напечатано около двухсот пятидесяти слов, мы можем сравнить себя – или, точнее, инструкции для создания, поддержания и починки нашего тела – с библиотекой из приблизительно восьмидесяти тысяч книг.

Можно сделать так, чтобы белок Cas9 в паре с направляющей его РНК производил в человеческом геноме конкретные изменения. Это аналогично обнаружению и устранению одного слова в одном предложении на одной странице одной книги в такой библиотеке из восьмидесяти тысяч томов. Иногда белок ошибается и непреднамеренно стирает еще и другие слова, но в целом точность его действия поразительна. Относительно недавно система была модифицирована таким образом, чтобы не просто стирать слова, но и совершать более широкий спектр генетических изменений, например вводить новую информацию или производить более тонкие изменения. Белок Cas9 можно назвать этаким ластиком, работающим по военному принципу “найти и уничтожить”. Продолжая аналогию с библиотекой, можно сказать, что он способен заменить слово Verbal на Herbal в предисловии к первому тому “Дневника” Сэмюэла Пипса в школьной библиотеке, содержащей восемьдесят тысяч томов. Все другие слова во всех других предложениях и во всех остальных книгах по большей части останутся прежними.

По словам JK, в марте 2017 года комитет по медицинской этике Госпиталя Шэньчжэня для женщин и детей одобрил его исследования по редактированию генов человеческого эмбриона. “В комитет входило семь человек, – рассказывал он. – Нам сообщили, что до принятия положительного решения [на заседании] велось всестороннее обсуждение потенциальных рисков и пользы”. Позднее представители руководства госпиталя отрицали, что читали или одобрили тот протокол. Не сохранилось никаких документов, подтверждающих это “всестороннее обсуждение” и вынесение положительного решения. Кроме того, все еще не установлены личности тех семерых человек, которые якобы утвердили протокол.

JK предлагал отредактировать в человеческом эмбрионе ген CCR5, связанный с иммунитетом и являющийся точкой проникновения в человеческий организм вируса иммунодефицита человека (ВИЧ). Предыдущие исследования показывали, что люди с двумя неполноценными копиями гена CCR5 с естественной мутацией, названной дельта-32, невосприимчивы к ВИЧ-инфекции^5.

Но с этого места логика эксперимента Хэ Цзянькуя начинает прихрамывать. Во-первых, в выбранных парах от хронической, но контролируемой ВИЧ-инфекции страдал отец, а не мать. Риск передачи ВИЧ через сперму, очищенную для проведения ЭКО, равен нулю. В целом риск инфицирования ВИЧ у эмбриона данной пары был не выше, чем риск инфицирования у эмбриона, зачатого парой, не зараженной ВИЧ. Еще хуже, что, по некоторым данным, инактивация гена CCR5, координирующего важнейшие аспекты иммунного ответа, может повысить тяжесть инфекционных заболеваний, вызываемых другими вирусами, такими как вирус Западного Нила или вирус гриппа (который чрезвычайно распространен в Китае). JK выбрал ген, редактирование которого не давало эмбриону очевидных преимуществ, однако позднее могло привести к угрожающим жизни последствиям. Вдобавок нет уверенности в том, что пары были проинформированы о возможном негативном эффекте и что от них действительно было получено информированное согласие. В сущности, стремясь стать первым человеком, осуществившим редактирование человеческого гена, JK нарушил все этические принципы, касающиеся привлечения людей к клиническим испытаниям в качестве подопытных.

Сложно восстановить во всех подробностях, что и когда происходило дальше, но где-то в начале января 2018 года у одной женщины были взяты двенадцать яйцеклеток и оплодотворены очищенной спермой ее мужа. Из отчетов JK следует, что он вводил в яйцеклетку единственный сперматозоид с помощью микроиглы – эту процедуру называют интрацитоплазматической инъекцией сперматозоида. Должно быть, одновременно с этим он вводил в яйцеклетку белок Cas9 и молекулу РНК, чтобы разрезать ген CCR5.

По данным JK, через шесть дней четыре одноклеточные зиготы выросли до состояния “жизнеспособной бластоцисты”.

Вскоре он взял клетки из внешней оболочки бластоцисты, чтобы проверить, произошло ли редактирование^6.

“Две бластоцисты были успешно отредактированы”, – писал генетик. В одной из них оказались отредактированы обе копии гена CCR5, в другой – только одна. Однако произведенное JK изменение отличалось от естественной мутации дельта-32, которая встречается в человеческой популяции. Он получил другую мутацию этого гена, которая, вероятно, обеспечивала устойчивость против ВИЧ, а вероятно, и нет – узнать это невозможно, поскольку никто раньше такой процедуры не проделывал. Причем только в одном эмбрионе были удалены обе копии гена, а в другом по-прежнему сохранялась одна исходная копия. По-видимому, клетки из бластоцисты были проанализированы на предмет изменений в других частях генома – вне гена-мишени. Одна такая замена была обнаружена в образцах выделенных клеток, но исследователи заключили (без достаточных на то оснований), что она “нерелевантна”.

Несмотря на эти многочисленные помехи, в начале 2018 года команда JK имплантировала два отредактированных эмбриона в матку женщины. Вскоре после этого JK отправил своему бывшему руководителю в Стэнфорде Стивену Куэйку электронное письмо под заголовком “Успех”, в котором писал: “Хорошие новости! Женщина беременна, редактирование генома прошло успешно!”7

Куэйк заволновался. На предыдущей встрече с JK в Стэнфорде в 2016 году он уговаривал, а потом настоятельно просил получить необходимое согласие со стороны комитета по этике и информированное согласие родителей. То же самое делал и профессор педиатрии из Стэнфорда Мэтт Портеус, к которому JK обратился за советом. Портеус вспоминал: “Я потратил еще полчаса, сорок пять минут, объясняя ему, почему это неправильно, что у него нет медицинского обоснования; в процедуре не было медицинской необходимости, но он не говорил об этом открыто”8. Все время встречи JK просидел молча с красным лицом – он не ожидал такой жесткой критики.

Куэйк переслал письмо JK своему коллеге, специалисту по биоэтике. “Для информации: возможно, это первое редактирование человеческой зародышевой линии… Я настоятельно посоветовал ему получить согласие наблюдательной комиссии, что, я так понимаю, он сделал. Его задача заключается в том, чтобы помочь в зачатии ребенка ВИЧ-инфицированным родителям. Праздновать еще рановато, но, если она доносит ребенка, это будет большая новость”9.

Коллега ответил следующее: “Я только на прошлой неделе говорил одному человеку, что это уже должно было произойти. Да, это действительно будет новость… ”

Да, это была новость. На Международном саммите по редактированию генома человека в Гонконге 28 ноября 2018 года JK поднялся на сцену. Он был в темных брюках и полосатой рубашке на пуговицах, в руках кожаный портфель. Его представил генетик из Англии Робин Ловелл-Бейдж. Ловелл-Бейдж лишь незадолго до этого узнал, что Хэ Цзянькуй собирается объявить о рождении детей с отредактированным геномом, и предвидел бурную реакцию в СМИ. Слухи об этой ошеломляющей новости уже просочились в прессу, и журналисты, специалисты по этике и ученые нетерпеливо смотрели на сцену, готовясь задавать вопросы. Ловелл-Бейдж представил JK нерешительно:

Хочу только напомнить всем здесь присутствующим, что… м-м-м… мы хотим дать доктору Хэ возможность объяснить, что он сделал… м-м-м… в научном плане, но также… м-м-м… э-э-э… в других аспектах. Поэтому прошу вас, дайте ему высказаться и не прерывайте. Как я сказал, я имею право прекратить заседание, если будет слишком шумно или кто-то будет прерывать докладчика… Мы не знали об этой истории заранее. На самом деле он отправил мне слайды, которые хотел включить в свое выступление, но в них не было ничего о той работе, о которой он хочет рассказать сейчас^10.

Доклад JK был натянутым и расплывчатым – как будто выступал советский дипломат, читавший заранее заготовленный текст. Он быстро и обыденно менял слайды, давая такие же обыденные описания экспериментов, словно был сторонним наблюдателем. Клетки, взятые от одной бластоцисты, как он сказал, имели две – “по-видимому” – инактивированные копии гена ССА5^11, хотя, как я уже упомянул, ни один из вариантов не содержал мутации дельта-32, встречающейся в человеческой популяции[61]. Другой эмбрион имел одну исходную копию и одну копию с еще одной новой мутацией, не встречающейся в природе, которая, возможно, обеспечивает устойчивость против ВИЧ, а возможно и нет. JK сообщил, что мать пожелала имплантировать оба модифицированных эмбриона, но не два других, которые модифицированы не были. Почему она приняла такое решение, учитывая, что этот путь был гораздо более рискованным? И кто проинформировал ее в этическом и медицинском плане при принятии решения? Создавалось впечатление, что эти вопросы вообще не рассматривались.

Как сообщил JK, “генетически модифицированные” близнецы родились в октябре 2018 года, хотя, как ни странно, в представленной им рукописи статьи, которая не была опубликована ни в одном рецензируемом медицинском журнале, а появилась лишь в интернете, время рождения было изменено на ноябрь. Девочек-близнецов, по-видимому, здоровых, он назвал там Лулу и Нана – настоящие имена JK раскрыть отказался. Чтобы подтвердить наличие мутаций, использовались какие-то отрывочные данные, полученные при анализе клеток близнецов (из пуповинной крови и плаценты), но главные вопросы остались без ответа. Все ли клетки в их теле содержали эти мутации или только некоторые?[62] Были ли обнаружены какие-то другие, незапланированные мутации? Были ли клетки с инактивированным геном CCR5 невосприимчивы к ВИЧ?

В рукописи статьи JK многократно повторил слово “успешно”. По этому поводу исследователь и специалист по биоэтике из Стэнфорда Хэнк Грили написал следующее: “Слово «успешно» здесь выглядит неуместным. Ни в одном из эмбрионов не была получена делеция тридцати двух пар оснований в гене CCR5, которая встречается у миллионов людей. Вместо этого эмбрионы и в конечном итоге дети получили новые варианты с неясными эффектами. Кроме того, что означает «частичная устойчивость» к ВИЧ? Насколько частичная? И была ли она достаточным основанием для переноса в матку эмбрионов с таким геном CCR5, которого никогда раньше у людей не видели?”12

Дискуссию после выступления JK можно отнести к числу самых странных в истории медицины. Демонстрируя невероятную профессиональную выдержку, Ловелл-Бейдж и Портеус по окончании выступления JK подвели его к открытому и систематизированному обсуждению. Они задавали вопросы про потенциально опасные эффекты редактирования геномов Лулу и Наны, про информированное согласие родителей и про методы, с помощью которых пары были привлечены к исследованию.

Отвечал JK бессвязно, будто рассуждал о своем эксперименте и его этических аспектах во сне. “Кроме моей группы… м-м-м… примерно четыре человека читали документ об информированном согласии”, – ответил он, запинаясь, и отказался назвать хотя бы одного. Он признал, что получил согласие лично и что два профессора, вероятно Майкл Дим и Ю Джун, видели, как он получил согласие нескольких пациентов (но разве Дим и Джун не обсуждали в другом углу помещения генетические особенности шелковичных червей?). Ответы на другие вопросы тоже были весьма расплывчатыми: он говорил о глобальной эпидемии ВИЧ и необходимости новых медицинских подходов, но почти ничего – о редактировании генов двух близнецов в этом конкретном случае. Выступление завершилось тем, что на сцене появился один из организаторов съезда, лауреат Нобелевской премии Дэвид Балтимор, который гневно покачал головой и произнес одну из самых убийственных тирад о клиническом эксперименте JK: “Не думаю, что это открытое обсуждение. Мы только что об этом узнали… Я считаю, что имело место отсутствие контроля со стороны научного сообщества ввиду отсутствия прозрачности”13.

А далее последовали вопросы слушателей. Зал, который едва сдерживался во время выступления, просто взорвался. Один ученый непременно хотел знать, какую “насущную медицинскую необходимость” должен был удовлетворить этот эксперимент: разве риск ВИЧ-инфицирования у близнецов не был равен нулю?

Хэ Цзянькуй уклончиво ответил, что, возможно, Лулу и Нана не были заражены ВИЧ, но подвергались его воздействию. Но и в этом случае логика хромала: мать не была заражена вирусом, а промывание спермы и оплодотворение in vitro гарантировали, что эмбрионы не подвергались воздействию вируса. Затем он сообщил собравшимся, что гордится проведением этого эксперимента, чем вызвал всеобщее изумление.

Другие слушатели пытались подробнее разузнать о получении согласия. А третьих интересовала секретность эксперимента: почему фактически никто из общественности или научных кругов не был о нем проинформирован?

В итоге выступление JK, который, вероятно, хотел утвердиться в роли первого ученого, осуществившего генетическое редактирование человеческого эмбриона, вызвало скандал. Вооруженные микрофонами журналисты толпились за стенами аудитории, поджидая JK, чтобы задать ему каверзные вопросы. Организаторы мероприятия вывели его из зала, как охрана, сопровождающая политического преступника.

Новатор в области редактирования генома биохимик Дженнифер Даудна, разделившая в 2020 году Нобелевскую премию со своей коллегой Эммануэль Шарпантье, вспоминала, что была “шокирована и поражена” выступлением JK. Китайский биофизик пытался связаться с ней перед выступлением, должно быть, чтобы заручиться ее поддержкой, но она пришла в ужас. К моменту ее прибытия в Гонконг ее электронная почта ломилась от отчаянных писем с просьбой дать какие-то разъяснения. “Честно говоря, я думала, это шутка. Что это все не по-настоящему, – вспоминала она. – «Дети родились». Кто указывает такую тему в письме такой значимости? Это выглядело шокирующим, сумасшедшим, почти смешным”14. Выступление JK подтвердило подозрения Даудны: JK без угрызений совести пересек границы допустимого. “Выслушав доктора Хэ, – сообщила специалист по биоэтике Р. Альта Чаро, – я могу лишь заключить, что эксперимент был ошибочным, незрелым, ненужным и в значительной степени бессмысленным”15.

В конце 2019 года JK был приговорен к трем годам лишения свободы в Китае. Кроме того, ему было запрещено проводить какие-либо исследования в области ЭКО в будущем. Тем временем, пока я писал эти строки в июне 2021 года, увлеченный генетик из России Денис Ребриков, который работает в одном из наиболее крупных государственных центров, занимающихся проведением ЭКО[63], объявил, что планирует провести редактирование гена, ответственного за наследственную глухоту. Наследование двух мутантных копий гена GJB2 вызывает глухоту. Кохлеарные импланты отчасти восстанавливают способность слышать речь, но почему-то не музыку; кроме того, пациентам с имплантами обычно требуются месяцы на реабилитацию.

Судя по всему, Ребриков, как ранее Стептоу и Эдвардс, является “осторожным инакомыслящим”. Впрочем, осторожным или нет, но все же инакомыслящим^16. Он говорит, что намерен добиваться одобрения регуляторных органов и получать информированное согласие на основании строгих стандартов, но при этом все равно проводить генетические манипуляции с эмбрионами. Он утверждает, что будет действовать шаг за шагом – публиковать результаты и планомерно секвенировать геномы для выявления запланированных и незапланированных мутаций. И лечение, как он уверяет, будет распространяться только на пары глухих людей, имеющих мутации в обеих копиях гена, полностью осознающих свой выбор и желающих завести ребенка, который не страдал бы от глухоты. Он уже нашел пять таких пар, и одна пара из Москвы (муж и жена с мутацией гена GJB2, имеющие глухую дочь) серьезно рассматривает его предложение.

Медицинское и научное сообщество всего мира пытается выработать правила и стандарты для редактирования человеческих генов на уровне эмбрионов. Некоторые призывают к международному мораторию на такие исследования, но им не хватает влияния. Другие считают возможным редактирование генома для избавления от болезней, сопровождающихся тяжелыми страданиями (но относится ли к ним наследственная глухота?). Очевидно, что международные научные и биоэтические организации способны прийти к какому-то соглашению по этому вопросу, но пока что не существует какого-либо управляющего органа, который обладал бы достаточным влиянием, чтобы разрешать или запрещать эксперименты по редактированию генома человеческих эмбрионов.

Как я уже упоминал, оплодотворение in vitro представляет собой манипуляцию с клетками, позволяющую в значительной степени влиять на формирование человеческого организма. Отбор эмбрионов, редактирование генов и – теоретически – введение новых генов в геном главным образом зависят от воспроизводства клеток (при встрече сперматозоида и яйцеклетки) и их начального взрывного роста (развитие эмбриона на ранних стадиях развития) в чашке Петри. Когда создание человеческого эмбриона выводится за пределы матки (что позволяет делать микроинъекции и проводить биопсию, культивировать, замораживать, генетически модифицировать и растить эмбрионы), становится возможным подвергнуть его целому ряду значительных генетических изменений при помощи различных технологий.

Хэ Цзянькуй принимал абсолютно неудачные решения буквально на каждом этапе своей работы: неправильный ген, неправильные пациенты, неправильный протокол, неправильная задача. Но еще он поддался неизбежному искушению, возникающему при появлении любой новой технологии: он хотел быть первым. Он часто повторял, что его исследование – это путь к Нобелевской премии. Он сравнивал себя с Эдвардсом и Стептоу, однако мне он напоминает скорее современную версию Лэндрума Шеттлса: чрезвычайно самонадеянный и упрямый, невероятно увлеченный наукой, но, по-видимому, неспособный проводить в экспериментальных исследованиях разграничение между людьми и аквариумными рыбками.

Это его не оправдывает – другие ученые, владеющие такими же технологиями, умеют себя контролировать. Однако генетические манипуляции с человеческими эмбрионами (путем отбора эмбрионов или редактирования генома) для избавления от болезней (или, возможно, для расширения человеческих возможностей) чем дальше, тем больше кажутся неизбежным направлением развития медицины. То, что начиналось как способ решать проблему бесплодия, теперь становится способом избавляться от человеческих уязвимостей. И в центре этой терапии находится чрезвычайно гибкая и чрезвычайно ценная клетка – оплодотворенная яйцеклетка, человеческая зигота.

Сейчас в нашем повествовании мы выйдем из замкнутого мира одноклеточной зиготы и перейдем к развивающемуся эмбриону. Но давайте остановимся и задумаемся, почему мы вообще покинули одноклеточный мир. Как появились “мы” – многоклеточные организмы? Рассмотрим пример дрожжей или некоторых одноклеточных водорослей. Эти единичные, или современные, клетки, как называет их биолог Ник Лейн, обладают фактически всеми свойствами клеток гораздо более сложных организмов, включая человека. Их много, они чрезвычайно успешны в своих средах обитания и прекрасно себя чувствуют в самых разных условиях на Земле. Они общаются между собой, воспроизводятся, осуществляют метаболизм и передают сигналы. У них есть ядра, митохондрии и большинство других органелл, обеспечивающих удивительную эффективность функционирования автономных клеток. И поэтому возникает вопрос: с какой же стати они избрали путь объединения в многоклеточные организмы?17

Эволюционные биологи, занимавшиеся изучением этого вопроса в начале 1990-х годов, считали, что переход эукариот (ядерных клеток) от одноклеточной к многоклеточной жизни произошел в результате преодоления высокого эволюционного порога. В конце концов, не могла ведь дрожжевая клетка проснуться в один прекрасный день и решить, что ей будет лучше жить в виде многоклеточного организма. Как сказал венгерский эволюционный биолог Ласло Наги, переход к многоклеточным организмам “рассматривался как важнейший переход с большими генетическими [и, следовательно, эволюционными] трудностями”18.

Однако результаты некоторых недавних экспериментов и генетических исследований указывают на совсем другой ход событий. Во-первых, многоклеточные организмы очень древние. Возраст спиральных окаменелостей, похожих на свернутые побеги папоротника, которые начали формироваться в среде зеленых и сине-зеленых водорослей, составляет около двух миллиардов лет; по какой-то причине индивидуальные клетки начали срастаться друг с другом. Около пятисот семидесяти миллионов лет назад появились и разрослись на дне океана листовидные “организмы” с лучевой структурой, напоминающие тоненькие вены (венулы) и состоящие из многочисленных клеток. Из отдельных клеток сформировались губки. Колонии микроорганизмов самопроизвольно объединялись с образованием новых “существ”, предвещая появление нового типа существования.

Но, вероятно, самым удивительным свойством многоклеточной жизни является ее независимая эволюция у разных видов, произошедшая не один раз, а множество раз^19. Как будто стремление к многоклеточному существованию было столь сильным и всеобъемлющим, что эволюция вновь и вновь перешагивала через все преграды на этом пути. Генетические данные однозначно это подтверждают. Коллективное существование (по сравнению с изоляцией) давало столько преимуществ, что силы естественного отбора многократно приводили к победе коллективизма. Как выразились эволюционные биологи Ричард Гросберг и Ричард Стрэтмэн, переход от одиночных клеток к многоклеточным организмам был “маленьким большим переходом”20.

Этот “маленький большой переход” от одноклеточной к многоклеточной жизни можно изучить и в какой-то степени воспроизвести в лабораторных условиях. В рамках одного из самых интересных экспериментов такого рода, выполненного в 2014 году в Университете Миннесоты, группа исследователей под руководством Майкла Травизано и Уильяма Рэтклифа добилась эволюции многоклеточного существа из одноклеточного организма^21.

Худой и безмерно воодушевленный Рэтклиф в очках в металлической оправе похож на вечного студента-старшекурсника, однако на деле он профессор, автор многих цитируемых статей и руководитель большой лаборатории в Атланте^22. Однажды утром в 2010 году Рэтклиф, завершавший работу над диссертацией по экологии, эволюции и поведению, беседовал с Травизано о происхождении многоклеточной жизни. Оба знали, что многие одноклеточные формы эволюционировали в многоклеточные по разным причинам и разными путями.

Когда Рэтклиф описывал их эксперимент, он посмеивался, перефразируя известное начало классического романа Толстого: “Все счастливые семьи похожи друг на друга, каждая несчастливая семья несчастлива по-своему”. Как он сказал мне, в эволюции многоклеточной жизни логика обратная: каждый одноклеточный организм избрал собственный путь превращения в многоклеточную форму. Каждый стал “счастливым”, точнее, приспособленным в эволюционном плане, развиваясь по собственному пути. А одноклеточные организмы остались, так скажем, похожими друг на друга одноклеточными. Говоря словами Рэтклифа, эта ситуация “противоположна ситуации Анны Карениной”.

Травизано и Рэтклиф работали с дрожжами. В декабре 2010 года, во время рождественских каникул, Рэтклиф провел один из самых великолепных по простоте эволюционных экспериментов. Он вырастил клетки дрожжей в десяти колбах, а потом дал им отстояться сорок пять минут, так что одиночные клетки дрожжей продолжали плавать на поверхности, а более тяжелые многоклеточные агрегаты (“кластеры”) осели на дно. (После нескольких экспериментов выяснилось, что разделение происходит эффективнее, если вращать культуру в центрифуге на низкой скорости.) Рэтклиф отобрал многоклеточные кластеры, осевшие под действием силы тяжести, и вырастил их, а затем повторил процесс более шестидесяти раз со всеми десятью культурами, каждый раз отбирая осевшие на дно агрегаты. Он имитировал отбор и рост на протяжении многих поколений^23 – Галапагосские острова Дарвина в колбе.

Когда Рэтклиф шел в лабораторию на десятый день, валил густой снег. “Большие тяжелые хлопья снежинок”, – вспоминал он. Он стряхнул снег с куртки и ботинок, взглянул на колбы и немедленно понял: что-то произошло. Жидкость в колбах с десятой культурой была прозрачной, а на дне лежал осадок. Под микроскопом он увидел такую же картину, как за окном: во всех десяти колбах осадок превратился в многоклеточные агрегаты нового типа – кристалловидные, с многочисленными отростками скопления сотен дрожжевых клеток. Живые снежинки. Однажды объединившись, эти “снежинки” продолжали жить в виде кластеров. При последующем культивировании они не разделялись на одиночные клетки, а сохраняли конфигурацию. Войдя в фазу многоклеточной жизни, эволюция отказывалась поворачивать обратно.

Рэтклиф понял, что агрегаты (он называл их “снежиночками”) возникли по той причине, что материнские и дочерние клетки оставались в кластере даже после деления. Эта картина воспроизводилась из поколения в поколение, как в сплоченной семье, где дети, вырастая, не покидают дом предков.

По мере продолжения эксперимента кластеры становились все крупнее, и у ученых возник новый вопрос. Как размножаются эти агрегаты? Простая модель предполагает, что от кластера отделяется одиночная клетка, которая затем растет, превращаясь в новую звездчатую форму. Однако выяснилось, что кластеры размножаются, расщепляясь посредине по достижении определенного размера. Семья из нескольких поколений распадается на две семьи из нескольких поколений. “Это было невероятно, – рассказывал мне Рэтклиф. – Эволюция – эволюция многоклеточных существ – в колбе”.

Жизненный цикл дрожжевых “снежинок”. “Снежинки” эволюционировали из одноклеточных дрожжей в результате отбора наиболее крупных кластеров. Со временем они сохранили крупную форму и не вернулись в одноклеточное состояние – произошел эволюционный отбор многоклеточной жизни.

К разрастающимся отросткам добавлялись новые клетки, увеличивая размер кластеров. Сначала “снежинки” распадались под действием физического напряжения из-за своего размера, как слишком длинные ветви отваливаются от дерева, когда больше не могут держаться. Однако со сменой поколений возникли специализированные клетки, которые шли на преднамеренное, запрограммированное самоубийство, чтобы создать специфический участок расщепления, облегчающий отделение одного кластера от другого.

Сначала размножение многоклеточных кластеров определялось физическими ограничениями: “снежиночки” становились такими большими, что распадались под действием физического напряжения из-за собственного размера. Но потом обнаружился новый сюрприз: по мере эволюции в середине кластеров появилась группа клеток, совершавших намеренное и запрограммированное самоубийство, в результате чего внутри агрегата возникала борозда – разлом, по которому происходило отделение нового кластера от материнского.

Я спросил Рэтклифа, что будет, если он продолжит выращивать все новые и новые поколения “снежинок”. Он уже вырастил несколько тысяч поколений и намерен продолжать до пятидесяти или даже сотни тысяч на протяжении своей жизни. “Мы уже обнаружили появление новых свойств, – мечтательно ответил он, как будто воображая будущее нового Существа. – Сейчас кластеры в двадцать тысяч раз крупнее единичных клеток. И между клетками возникла некая связь. Теперь их трудно разделить, пока не возникнет линия раздела из мертвых клеток. А между некоторыми начинают рассасываться стенки. Мы пытаемся понять, не возникают ли между клетками в крупных кластерах своего рода каналы коммуникации для передачи питательных веществ или сигналов. Мы добавили гены гемоглобина, чтобы посмотреть, не появится ли механизм для переноса кислорода. Мы начали добавлять гены, которые могли бы позволить клеткам получать энергию из света, как это делают растения”.

Эволюционисты провели несколько вариантов подобных экспериментов с разными одноклеточными организмами^24 – дрожжами, слизевиками, водорослями, – и из этих экспериментов начинает вырисовываться один общий принцип. При правильном эволюционном давлении одноклеточные организмы всего за несколько поколений могут превращаться в многоклеточные агрегаты. Однако некоторым на это нужно больше времени: в рамках одного эксперимента одноклеточные водоросли превратились в многоклеточные кластеры только через семьсот пятьдесят поколений. Это лишь миг, мгновение на эволюционной шкале, но это семьсот пятьдесят жизней для клеток водорослей.

Мы можем лишь строить догадки и проводить эксперименты, чтобы понять, почему одноклеточные существа так стремятся к образованию многоклеточных кластеров. Чтобы увидеть истинный естественный отбор в действии, пришлось бы повернуть время вспять. Однако господствующие ныне теории предполагают, что специализация и кооперация позволяют сохранять энергию и ресурсы за счет развития новых синергических функций. Одна часть коллектива может заниматься удалением отходов жизнедеятельности, а другая – добывать пищу, и за счет этого многоклеточный кластер приобретает эволюционное преимущество. Как предполагает одна известная гипотеза, подтвержденная экспериментами и математическими моделями, многоклеточные формы эволюционировали для того, чтобы организм мог стать крупным и быстрым, что помогает спасаться от хищников (трудно проглотить тело размером со снежинку) или совершать более быстрые и координированные движения по слабым пищевым градиентам. Эволюция двигалась в направлении коллективного существования, поскольку это позволяло “организмам” не быть съеденными, но поедать других^25. Может быть, ответ никогда не будет найден, а может быть, их будет несколько. Но мы знаем, что эволюция многоклеточных форм была не случайностью, а намеренным и целенаправленным явлением. Как в эксперименте Рэтклифа с дрожжами, некоторые клетки приобретают способность идти на запрограммированную смерть, на самопожертвование, чтобы обеспечить отделение одного кластера от другого, – и это признак специализации клеток со специфической локализацией. И, как обнаружил Рэтклиф, при увеличении агрегатов по мере смены поколений в них, возможно, начинают развиваться каналы для доставки питательных веществ к внутренним анатомическим структурам.

Обратите внимание на эти слова: специализация, анатомия и локализация. Вероятно, в какой-то момент Рэтклиф начнет называть эти кластеры организмами. Он уже выясняет, как строится их анатомия. Его интересует, как при делении клеток появляются специализированные структуры, почему они приобретают специфические функции и чем определяется локализация этих структур внутри кластеров. Как происходит формирование каналов? Клеточных сосудов? Систем доставки питательных веществ? Первичного сигнального аппарата? У клеточного биолога может возникнуть искушение использовать специфический термин, описывающий появление организованной функциональной анатомии и специализированных клеток, которым сопровождается увеличение размера и сложности этих “организмов”. Он может называть этот процесс “развитием”.

Развивающаяся клетка. Клетка становится организмом

Жизнь – не столько то, что “существует”, а скорее то, что “возникает”1.

Игнац Дёллингер, немецкий натуралист, анатом и профессор медицины XIX века

Давайте остановимся на минуту и поговорим о том, как рождается человеческая зигота. Сперматозоид прокладывает себе путь[64] через океанические по его меркам расстояния и проникает в яйцеклетку. Две клетки соединяются за счет специального белка на поверхности яйцеклетки и соответствующего ему рецептора на сперматозоиде. Когда один сперматозоид проникает в яйцеклетку, из нее выделяется волна ионов, которые вызывают серию реакций, препятствующих проникновению внутрь других сперматозоидов.

В конце концов, на клеточном уровне все мы моногамны.

Аристотель считал, что на последующих стадиях происходит некая “лепка” плода из менструальной крови. Он предположил, что “тело” плода возникает из менструальной крови матери, а отец предоставляет сперму (“информацию”) для превращения крови в тело плода и для вдыхания в него жизни и тепла. В этой гипотезе была своеобразная логика, хотя и извращенная: зачатие приводит к прекращению менструальных кровотечений, а куда в таком случае может уходить кровь, рассуждал Аристотель, как не на формирование плода?

Схема была полностью ошибочной, но в ней содержалось зерно истины. Аристотель ушел от древней теории преформизма, согласно которой мини-человечки, называемые гомункулами, возникают в чреве в уже готовом виде (с глазами, носом, ртом и ушами), но только микроскопическими, упакованными в сперме, как игрушка, которая увеличивается до настоящего размера при добавлении воды. Теория преформизма витала в умах многих ученых с самых давних времен и вплоть до начала XVIII века.

Теория же Аристотеля, напротив, гласила, что развитие плода происходит как серия отдельных событий, в результате которых плод приобретает форму. Генезис (развитие) происходит за счет… генезиса, а не просто масштабирования. Физиолог Уильям Гарвей в 1600-е годы писал: “У некоторых [животных] одна часть появляется раньше другой, а затем из того же материала получает одновременно питание, массу и форму”. Эта теория позднее стала называться теорией эпигенеза: в целом она отражает идею, что генезис происходит в результате каскада эмбриологических изменений, действующих “на” (epi) развивающуюся зиготу.

В середине 1200-х годов немецкий монах Альберт Великий, интересы которого простирались от химии до астрономии, изучал эмбрионы зверей и птиц. Подобно Аристотелю, он ошибочно полагал, что самые первые этапы образования зародыша заключаются в затвердевании тела, возникающего из спермы и яйцеклетки, как сыр образуется из молока. Но Альберт Великий значительно развил теорию эпигенеза. Он одним из первых наблюдал появление органов эмбриона: выпячивание глаза на том месте, где раньше ничего не было, удлинение крыльев из едва заметных бугорков на боках эмбриона цыпленка.

Почти пять столетий спустя, в 1759 году, двадцатипятилетний сын немецкого портного Каспар Фридрих Вольф написал диссертацию под названием Theoria Generationis, в которой развил наблюдения Альберта Великого и описал серии последовательных изменений в процессе эмбрионального развития^2. Вольф нашел хитроумный способ наблюдения за эмбрионами птиц и животных под микроскопом. И смог увидеть поэтапное развитие органов: как сердце плода начало производить первые пульсирующие движения, как сформировались искривленные трубочки кишечника.

Вольф обнаружил непрерывность процесса развития: он мог проследить за образованием новых структур из тех, что уже возникли раньше, хотя их окончательная морфология не имела очевидного сходства с признаками раннего эмбриона. “Нужно описать и объяснить новые элементы, – писал он, – и одновременно нужно обозначить их историю, даже если они не достигли своей прочной и окончательной формы, а все еще постоянно развиваются” (курсив С. М.). Немецкий поэт Иоганн Вольфганг Гёте считал эти постепенные (и удивительные) метаморфозы при превращении эмбриональной формы во взрослый организм проявлением сил Природы. “[Мы] начинаем понимать форму, с которой Природа, скажем так, всегда играет, – писал он в 1786 году, – и, играя, рождает многообразие жизни”3. Плод не просто пассивно раздувается как шар; Природа “играет” с его ранними формами, как ребенок играет с пластилином, формируя, вылепливая и доводя до формы взрослого организма.

В конечном итоге наблюдения Альберта Великого и позднее Каспара Вольфа о непрерывном изменении органов плода способствовали развенчанию теории преформизма^4. Ей на смену пришла клеточная теория эмбрионального развития, утверждающая, что все анатомические структуры развивающегося эмбриона формируются за счет деления клеток, создающих разные структуры с разными функциями. Как писал натуралист Игнац Дёллингер в 1800-х годах, “жизнь – не столько то, что «существует», а скорее то, что «возникает»”.

Но давайте вернемся к зиготе в матке. Оплодотворенная яйцеклетка вскоре делится, образуя две клетки, потом четыре и так далее, пока не образуется маленький клеточный шарик. Клетки продолжают делиться и двигаться – именно это шевеление обнаружила в свое время медсестра и биолог Джин Парди из лаборатории Роберта Эдвардса. Процесс продолжается до тех пор, пока внутри этой массы клеток не возникает полость, делая ее похожей на наполненный жидкостью шар, стенки которого образуют новые клетки. Данную структуру называют бластоцистой. Крохотный комочек клеток продолжает делиться, формируя внутреннюю стенку полого шара. Обволакивающая шар внешняя стенка прикрепляется к матке и становится частью плаценты (оболочки плода) и пуповины. А маленький комочек клеток, висящий на внутренней стенке шара подобно летучей мыши, превращается в человеческий зародыш[65].

Следующая серия событий представляет собой настоящее чудо эмбриологии. Внутренняя масса клеток, этот крохотный кластер, свисающий со стенки клеточного шарика, чрезвычайно быстро делится с образованием двух слоев клеток: внешний слой называется эктодермой, внутренний – энтодермой. А примерно через три недели после зачатия появляется третий слой, который встраивается между двумя первыми, как ребенок устраивается в постели между родителями. Этот средний слой называют мезодермой.

Эти три эмбриональных слоя (или листка) – эктодерма, энтодерма и мезодерма – служат основой для построения всех органов человеческого тела. Из эктодермы образуются все внешние элементы тела: кожа, волосы, ногти, зубы и даже хрусталики глаз. Энтодерма дает начало всем обращенным внутрь элементам, таким как легкие и кишечник. А из мезодермы возникает все, что посредине: мышцы, кости, кровь, сердце.

Теперь эмбрион готов к последней серии превращений. Вдоль тонкой оси внутри мезодермы выстраиваются клетки, формирующие стержневую структуру – хорду, протянутую от передней до задней части эмбриона. Хорда становится “осью координат” развивающегося эмбриона, определяющей локализацию и направленность осей внутренних органов, а также производит белки, называемые индукторами. В ответ на появление этой жесткой структуры участок внешнего слоя (эктодермы) изгибается и образует трубку непосредственно над хордой. Позднее из этой трубки развивается нервная система, состоящая из головного мозга, спинного мозга и нервов.

Интересно, что, как это часто случается в эмбриологии, сыграв эту роль оси координат развивающегося эмбриона, хорда при взрослении организма теряет свое значение и функцию. В теле взрослого человека от нее остается лишь пульпа внутри костей[66]. В конце концов “главнокомандующий”, руководивший развитием эмбриона, заключается в костяную тюрьму в том самом существе, которое он и создавал.

После формирования хорды и нервной трубки из трех слоев (четырех, если отдельно считать нервную трубку) образуются индивидуальные органы: примитивное сердце, зачаток печени, кишечник, почки. Примерно на четвертой неделе беременности происходят первые сокращения сердца. Через неделю после этого одна часть нервной трубки начинает превращаться в зачаток головного мозга. А мы помним, что все это возникает из одной-единственной оплодотворенной яйцеклетки. Как пишет физик Льюис Томас в сборнике рассказов “Медуза и улитка. Дополнительные заметки наблюдателя биологии”: “На определенном этапе возникает единственная клетка, потомством которой станет весь человеческий мозг. Само существование такой клетки является одним из самых невероятных чудес на Земле”5.

До сих пор я лишь описывал сам процесс. Но какие механизмы управляют эмбриогенезом? Откуда клетки и органы знают, что должно происходить? В нескольких параграфах невозможно отобразить невероятно сложные взаимодействия между клетками и между клетками и генами, которые обеспечивают развитие всех отделов эмбриона – органов, тканей, систем органов – в правильное время и в правильном месте в организме. Каждое такое взаимодействие – виртуозная игра, сложная симфония для многих инструментов, доведенная до совершенства за миллионы лет эволюции. Здесь мы можем напеть лишь главную тему симфонии – основные процессы и механизмы, за счет которых развивающаяся клетка превращается в развивающийся организм.

Первые ответы на эти вопросы были получены в 1920-е годы благодаря одним из самых захватывающих экспериментов в истории эмбриологии, проведенных дородным и грубоватым немецким биологом Хансом Шпеманом и его студенткой Хильдой Мангольд. Подобно тому как ранее Антони ван Левенгук научился полировать стеклянные шарики для изготовления самых прозрачных линз, Шпеман и Мангольд научились делать тончайшие стеклянные пипетки и иглы, нагревая над горелкой Бунзена и растягивая наполовину расплавленную стеклянную трубочку до состояния тонкой, почти невидимой нити. (Вообще говоря, историю клеточной биологии можно было бы написать через призму истории стекла.) С помощью таких пипеток, игл, аспираторов, ножниц и микроманипуляторов Шпеман и Мангольд смогли выделять крохотные фрагменты ткани из разных участков эмбриона лягушки, пока эмбрионы все еще находились в форме глобулы – задолго до образования сложных структур, слоев и органов.

Шпеман и Мангольд извлекли один фрагмент ткани из эмбриона лягушки, находящегося на очень ранней стадии развития. Из предыдущих экспериментов, в которых они отслеживали судьбу различных частей эмбриона, они знали, что этот кластер клеток должен превратиться в передний конец хорды, отделы кишечника и некоторые прилежащие органы^6. Позднее этот фрагмент назвали “организатором”.

Шпеман и Мангольд пересадили эту ткань в другой эмбрион лягушки и стали ждать появления головастика. То, что они увидели под микроскопом, напоминало двуликого Януса. Как и ожидалось, химерный головастик имел два нотохорда и два кишечника – один собственный и один донорский. Но по мере роста эмбрион все больше и больше походил на монстра: он превращался в головастика с двумя полностью слитыми верхними частями тела, двумя полностью сформированными нервными системами и двумя головами. Ткань из второго эмбриона не просто формировалась сама, но также заставляла следовать ее указаниям расположенные рядом хозяйские клетки^7. Как выразился Шпеман, она “индуцировала” рост полноценной второй головы[67].

Ученым понадобилось несколько десятилетий, чтобы понять, какие именно белки “заставляют” клетки формировать новую нервную систему и новую голову. Однако Шпеман и Мангольд заложили основы понимания этих последовательных стадий развития структур эмбриона[68]. Клетки, появляющиеся на ранних стадиях развития, такие как клетки организатора, выделяют локальные факторы, которые определяют судьбу и форму клеток, появляющихся позднее, а эти клетки, в свою очередь, выделяют факторы, создающие органы и связи между органами[69]. Рост эмбриона – это процесс, целый каскад событий. На каждом этапе уже существующие клетки выделяют белки и химические молекулы, которые диктуют вновь образующимся и мигрирующим клеткам, куда двигаться и во что превращаться. Они управляют формированием других слоев клеток, а позднее – тканей и органов. А клетки в этих слоях включают и выключают гены в зависимости от своей локализации и свойств, тем самым определяя собственную идентичность. Каждый этап развития происходит под действием сигналов предыдущего, что опровергает теорию эпигенеза, которая так привлекала первых эмбриологов.

Один из первых рисунков Шпемана и Мангольд из статьи с описанием их эксперимента. Показано, что перенос ткани из дорсальной губы одного эмбриона в другой индуцирует развитие эмбриона с двумя нервными валиками, в результате чего появляется двухголовый головастик. Часть дорсальной губы очень раннего эмбриона лягушки (до начала формирования каких-либо структур или органов) была перенесена в другой эмбрион. В результате у реципиента было две дорсальных губы: одна своя и одна донорская. Шпеман и Мангольд обнаружили, что пересаженные клетки организатора лягушки-донора создают собственную нервную трубку, кишечник и в конечном итоге вторую полностью сформированную голову головастика. Иными словами, сигналы клеток дорсальной губы заставляют расположенные вокруг них клетки формировать структуры эмбриона, включая голову и нервную систему. Следовательно, клетки организатора обладают способностью управлять судьбой соседних клеток.

За время, прошедшее с 1970-х годов, эмбриологи начали понимать, что процесс эмбрионального развития на самом деле устроен еще сложнее. Он зависит от связи между внутренними сигналами, закодированными в генах клеток, и внешними сигналами от окружающих клеток. Внешние сигналы (в виде белков и химических молекул) достигают клеток-реципиентов и стимулируют или подавляют активность их генов. Сигналы взаимодействуют между собой, отменяя или усиливая клеточную активность, что заставляет клетки следовать своему предназначению, локализации и взаимодействиям.

Вот так мы сами строим наш клеточный дом.

В 1957 году немецкая компания Chemie Griinenthal разработала “чудодейственное” седативное средство для сглаживания тревожных состояний, названное талидомидом^8. Маркетинг велся очень активно. Препарат в первую очередь предназначался для беременных, которых в те времена распространенного пренебрежительного отношения к женщинам часто считали чрезмерно “беспокойными”, “эмоциональными” и, следовательно, нуждавшимися в успокоительных средствах. Талидомид был быстро разрешен к применению в сорока странах и прописан десяткам тысяч женщин.

Немецкие производители с самого начала предполагали, что талидомид станет сенсацией в Соединенных Штатах, где врачи назначали успокоительные средства еще чаще и где возни с одобрением препаратов для клинического использования было меньше, чем в Европе. В начале 1960-х годов немецкая компания начала искать партнера для производства препарата в Штатах. Единственным препятствием было получение разрешения от FDA, что обычно было простой задачей, хоть и требовавшей некоторой волокиты. Партнер был найден в лице компании V‰. S. Merrell, позднее превратившейся в фармацевтический концерн Richardson-Merrell.

В начале 1960-х годов на должность нового проверяющего в FDA была назначена Фрэнсис Келси. Эта сорокашестилетняя американка канадского происхождения получила диплом врача и защитила диссертацию в Чикагском университете. Раньше она работала преподавателем фармакологии (и знала, как оценивать безопасность лекарств) и врачом общей практики в Южной Дакоте (где она поняла, что даже “безопасные” лекарства могут вызывать серьезное побочное действие при неправильной дозировке или у “неправильных” пациентов), а потом начала свою долгую карьеру в FDA. Через некоторое время она была назначена руководителем отдела новых лекарств и представителем по научным и медицинским вопросам в службе защиты прав трудящихся. Чиновник среднего уровня. Просто секретарь – по мнению представителей Merrell. Очередная ничего не значащая фигура среди многих других на пути внедрения нового лекарства, созданного одним фармацевтическим монстром и продвигаемого другим.

Заявка компании Merrell на распространение талидомида в США поступила в FDA и оказалась на столе у Келси. Но когда Келси стала читать о препарате, она не ощутила уверенности в его безопасности. Данные выглядели слишком хорошо. “Они были слишком положительными, – вспоминала она. – Но идеальных лекарств без риска не бывает”.

В мае 1961 года, когда руководство компании Merrell надавило на FDA, уговаривая разрешить широкое применение препарата, Келси выдала ответ, который, возможно, стал одним из самых важных в истории FDA: “Ответственность за доказательства безопасности препарата… лежит на заявителе”9 (курсив С. М.). Она не спала по ночам, читая отчет за отчетом. И обратила внимание, что в феврале 1961 года один английский врач сообщал о значительной потере чувствительности периферических нервов у нескольких пациентов, а одна медсестра, имевшая доступ к препарату, родила ребенка с серьезными дефектами конечностей. Келси уцепилась за этот случай. “В этой связи нас очень тревожит, что очевидные доказательства периферических невритов в Англии были хорошо известны, но не были отражены”10.

Руководство Merrell угрожало юридическим преследованием, но Келси не успокаивалась. Она уже слышала о врожденных дефектах, теперь ей нужны были доказательства, что лекарство безопасно – не только для периферических нервов, но и для беременных женщин. Когда Merrell вновь подала запрос на лицензирование препарата, Келси настояла на том, чтобы компания либо доказывала безопасность талидомида, либо отзывала заявку.

Пока в Вашингтоне, в округе Колумбия, разворачивалась жестокая схватка между Келси и компанией Merrell, из Европы начали поступать еще более неприятные новости. Во Франции и в Англии у женщин, принимавших препарат во время беременности, рождались дети с тяжелыми врожденными дефектами. У одних были аномалии мочеполовой системы. У других проблемы с сердцем. У третьих – с кишечником. Наиболее явными и ужасными были дефекты развития, при которых дети рождались с сильно укороченными конечностями, а у некоторых конечности отсутствовали полностью. В целом за последующие несколько лет появились сообщения о рождении приблизительно восьми тысяч детей с врожденными дефектами, а еще около семи тысяч, по-видимому, погибли в утробе матери – и то и другое, скорее всего, было результатом недостаточного учета рисков.

Хотя из Европы одно за другим поступали тревожные сообщения, компания Merrell сохраняла прежний оптимистичный настрой в отношении препарата. Несмотря на протесты Келси, компания распространила лекарство среди тысячи двухсот американских врачей в качестве “экспериментального препарата” (в испытаниях также участвовала компания Smith, Kline & French). В феврале 1962 года компания Merrell направила врачам успокоительное письмо с рекомендацией продолжать прописывать препарат: “До сих пор нет очевидных доказательств причинно-следственной связи между использованием талидомида при беременности и дефектами развития у новорожденных детей”.

К июлю, когда волна случаев с дефектами в Европе достигла пика, FDA разослало своим сотрудникам срочное сообщение: “Ввиду большого общественного интереса к данной ситуации это одна из важнейших задач за длительный период. Необходимо предпринять все усилия, чтобы связаться с врачами в установленный срок… не позднее утра вторника 2 августа [1962 года]”11. В том же месяце назначение препарата было полностью остановлено. Талидомид был уничтожен.

Осенью FDA начало выяснять, не нарушила ли компания Merrell закон, распространяя талидомид в качестве “экспериментального препарата”, и не утаила ли какую-то информацию, представляя документы государственному регулятору. Юристы FDA насчитали двадцать четыре случая нарушения законодательства. И все же помощник главного прокурора в американском департаменте юстиции Герберт Дж. Миллер предпочел не выдвигать обвинений против компании, трагикомично и абсурдно утверждая, что она распространяла препарат среди “врачей высочайшего профессионального уровня”12 и что ущерб был окончательно доказан “лишь в отношении одного ребенка с дефектами развития”. Оба заявления были ложными, однако в заключении говорилось, что “уголовное преследование не является ни обоснованным, ни желательным”. Дело было закрыто. Компания Merrell отозвала заявку из FDA и навсегда закрыла обсуждение. Талидомид стал виновником немыслимого преступления, но ответственного за это так и не нашли.

Почему же талидомид вызывает врожденные патологии? В ходе развития клеткам, возникающим из зиготы, нужно определить свою идентичность и локализацию с учетом внешних факторов (белков и химических веществ от соседних клеток, указывающих, куда идти и во что превращаться) и внутренних факторов (внутриклеточных белков, кодируемых генами, которые включаются и выключаются под действием внешних сигналов).

Теперь мы знаем, что талидомид связывается с одним (или несколькими) клеточным белком, который разрушает другие специфические белки. Получается этакий внутриклеточный ластик. Как мы видели в случае генов циклинов, регулируемое расщепление некоторых клеточных белков чрезвычайно важно для того, чтобы клетка могла интегрировать сигналы (деления, дифференцировки, учета внешних и внутренних факторов) и определять свою судьбу. В клеточной биологии отсутствие белка может быть столь же важным сигналом для регуляции роста, идентичности и локализации клетки, как и его присутствие.

По-видимому, талидомид вмешивается в регулируемое расщепление белков хрящевых клеток, клеток иммунной системы и сердца, хотя еще не все из этого доказано. Не имея возможности интегрировать сигналы, клетки умирают или становятся нефункциональными. Поскольку талидомид оказывает такое влияние на большое количество разных клеток, он вызывает десятки различных врожденных аномалий^13. Причем влияние чрезвычайно мощное: выяснилось, что всего одной таблетки с двадцатью миллиграммами препарата достаточно, чтобы вызвать патологию развития. Десятки тысяч женщин во всем мире не знали, что их выкидыш или рождение мертвого либо необратимо искалеченного ребенка было вызвано талидомидом.

Вероятно, Фрэнсис Келси, устоявшая, как последний бастион, под натиском фармацевтического гиганта, спасла десятки тысяч жизней. В 1962 году она была награждена президентской медалью почета^14. Эту главу я посвящаю ее заслугам и стойкости.

Поскольку эта книга рассказывает о рождении клеточной терапии, мне также необходимо упомянуть о ее дьявольской противоположности – о рождении (и смерти) клеточных ядов.

Я озаглавил вторую часть книги “Одна и много” не только с целью обозначить переход нашей истории от описания одноклеточной жизни к описанию жизни многоклеточной, но и чтобы отразить важнейший фактор в развитии науки. Биологи часто работают по одному, иногда в парах, но, как и клетки, они еще объединяются в научные сообщества. А эти сообщества, в свою очередь, являются частью всего человеческого общества и должны на него реагировать. Один и много, а также “много-много”.

В этой части книги мы коснулись главных аспектов жизни клетки: ее автономности, организации, деления, воспроизводства и развития. Каковы допустимые границы и опасности вмешательства в эти важнейшие аспекты и как наше понимание “вмешательства” изменяется по мере появления новых технологий? В частности, с изобретением технологии оплодотворения in vitro рождение детей с помощью медицинского вмешательства, которое раньше казалось радикальным, запрещенным и даже отвратительным, стало нормой жизни. И пока российский биолог Денис Ребриков готовится к генетическому редактированию эмбрионов с нарушениями слуха, мы узнаем о все новых вариантах манипуляций с репродуктивной функцией, которые не вписываются в наши представления о нормах. Понятно, что история с талидомидом служит предостережением против воздействия (в данном случае непреднамеренного) на развивающийся плод. Но в последние годы значительно расширились возможности хирургической коррекции врожденных пороков плода в матке, а в экспериментах на животных отрабатываются системы специфической доставки лекарственных препаратов к плоду. Можно ли сказать, что “естественный” процесс воспроизводства, эволюционировавший без нашего вмешательства с момента зарождения человечества, уже остался для нас в прошлом, а воздействие на развивающиеся клетки стало нашим неизбежным будущим?

Безусловно, во многом так и есть: мы открыли черный ящик клетки. Если теперь мы попытаемся закрыть крышку, то можем лишиться прекрасного перспективного будущего. Но если мы оставим ее распахнутой безо всяких правил и условий, нам придется признать, что мы достигли некоего всеобщего молчаливого согласия по поводу допустимых и недопустимых вещей в воспроизводстве и развитии человека, что совершенно очевидно не так. Мы привыкли видеть в главных свойствах своих клеток свою судьбу, ее декларацию. Но теперь начинаем обращаться с этими свойствами как с узаконенным предметом научной аннексии – мы сами декларируем свою судьбу.

Пока я пишу эти строки, дискуссии на данную тему – о влиянии на воспроизводство и развитие или об изменении генов на уровне эмбриона – не утихают во всех уголках планеты (подробнее о возможностях и опасностях данных технологий я писал в книге “Ген”). Разобраться в этом вопросе нелегко, поскольку дело касается не только важнейших свойств клеток, но также важнейших свойств человека. Единственный способ найти разумный ответ или даже компромисс заключается в нашем постоянном участии в публичном обсуждении допустимых пределов внедрения науки и продвижения клеточных технологий. Каждый из нас заинтересован в этом обсуждении. Оно касается одного, многих и многих-многих[70].

Часть третья

Кровь

Возможно, эволюционный переход, позволивший одноклеточным существам объединиться с образованием многоклеточных существ, был неизбежным, но он не был простым. Многоклеточным существам необходимо было обзавестись специфическими органами для выполнения многочисленных функций. Каждое многоклеточное существо должно было получить функциональные единицы – различимые, но связанные между собой, – чтобы справиться с разнообразными нуждами: самозащитой, самоидентификацией, передачей сигналов внутри тела, пищеварением, метаболизмом, запасанием необходимого и избавлением от ненужного.

Каждый орган тела отражает общий принцип: для его функционирования необходимо сочетание клеточной кооперации и клеточной специализации. Возможно, кровь является наилучшей моделью для демонстрации того, как системы клеток реализуют эти функции. Непрерывная циркуляция крови – главный путь доставки кислорода и питательных веществ ко всем тканям. Кроме того, она обеспечивает координированный ответ на повреждение: тромбоциты и факторы свертывания используют систему циркуляции для наблюдения и перемещения по организму, чтобы быстро реагировать на травмы. Кровь обеспечивает реакцию на инфекцию: белые клетки крови перемещаются по тем же сосудам, создавая последовательные защитные барьеры на пути патогенов.

Изучение биологии всех этих систем привело к созданию новых вариантов клеточной медицины, таких как переливание крови, активация иммунитета, модуляция активности тромбоцитов и другие. Таким образом, от единичных клеток мы переходим к системам многих клеток: к кооперации, защите, устойчивости и самоидентификации – основным преимуществам и возможностям многоклеточного существования.

Беспокойные клетки. Кровообращение

Клетка… это основа: связующее звено между дисциплинами, методами, технологиями, идеями, структурами и процессами. Ее важнейшая роль в жизни и в науках о жизни связана с этим центральным положением и с неисчерпаемой способностью клетки обнаруживаться во всех подобных связующих взаимоотношениях^1.

Морин О’Мэлли, специалист по философии микробиологии, и Стефан Мюллер-Уилл, историк науки, 2010

Здесь для меня много неясного и тревожного^2.

Рудольф Вирхов, из письма отцу, 1842

Давайте посмотрим, на каком этапе нашей истории мы находимся. Мы начали с рассказа об открытии клеток – их структуры, физиологии, метаболизма, дыхания и внутренней анатомии. Бегло обсудили мир одноклеточных микробов и революцию в медицине, вызванную их открытием (внедрение антисептики, а затем использование антибиотиков). Затем мы рассмотрели процесс клеточного деления: образование новых клеток из уже существующих (митоз) и производство клеток для полового размножения (мейоз). Мы идентифицировали четыре фазы клеточного деления (Gl, S, G2 и М), назвали главных организаторов этого процесса (белки циклины и CDK) и наблюдали их согласованный, гармоничный танец. Мы обсудили, как наше понимание клеточного деления трансформирует медицинскую онкологию и оплодотворение in vitro (ЭКО) и как репродуктивные технологии в сочетании с клеточной биологией заставили нас внедриться в новую в этическом плане область манипуляций с человеческими эмбрионами.

Но до сих пор мы имели дело с отдельными клетками. С одноклеточными микробами, проникающими в тело и вызывающими инфекционные заболевания. С делящейся зиготой, плавающей в чашке Петри подобно одинокой планете. С яйцеклетками и сперматозоидами в отдельных пробирках, путешествовавших на такси между госпиталями Манхэттена. С ганглионарными клетками сетчатки, спасенными от дегенерации с помощью генной терапии.

Однако задача клеток многоклеточного организма заключается не в том, чтобы существовать или выживать в одиночестве; их задача – служить нуждам всего организма. Они должны функционировать как часть экосистемы, как элемент целого. “Клетка – это основа”, – писали в 2010 году Морин О’Мэлли и Стефан Мюллер-Уилл. Каждая клетка живет и функционирует “с неисчерпаемой способностью обнаруживаться во всех подобных связующих взаимоотношениях”.

Давайте как раз и перейдем к рассмотрению этих связующих взаимоотношений – между разными клетками, между клетками и органами и между клетками и организмами.

По понедельникам я в основном занимаюсь кровью. По образованию я гематолог. Я изучаю кровь и лечу людей с болезнями крови, включая раковые и предраковые заболевания лейкоцитов. В понедельник я прихожу на работу до появления первых пациентов, когда утренний свет еще падает на черную поверхность лабораторных столов под косым углом. Я закрываю жалюзи и рассматриваю мазки крови под микроскопом. Капельку крови растирают по предметному стеклу, получая слой из единичных клеток, окрашенных специфическими красителями. Эти стекла – как предисловие к книге или анонс фильма. Клетки начинают раскрывать историю пациентов еще до того, как я встречаю их самих.

Я сижу за микроскопом в полутемной комнате с блокнотом под рукой и тихонько разговариваю сам с собой, разглядывая стекла. Это старая привычка. Проходящий мимо человек вполне мог бы подумать, что я не совсем нормален. Каждый раз, разглядывая очередное стекло, я бормочу себе под нос урок, который преподал мне мой профессор гематологии на медицинском факультете, высокий мужчина с вечно текущей в нагрудном кармане ручкой: “Выделите основные клеточные компоненты крови. Красные клетки. Белые клетки. Тромбоциты. Исследуйте каждый тип в отдельности. Запишите, что видите в отношении каждого типа. Действуйте методично. Количество, цвет, морфология, форма, размер”.

Это мое любимое время рабочего дня. Количество, цвет, морфология, форма, размер. Да, я действую методично. Я люблю разглядывать клетки, как садовник любит разглядывать растения – не только всю картину в целом, но и части ее частей: листья, ветки, характерный запах грунта вокруг папоротника, выдолбленные дятлом верхние ветви деревьев. Кровь разговаривает со мной, но лишь в том случае, если я внимателен.

Грета Б. – женщина средних лет с диагнозом “анемия”. Врачи полагали, что анемия вызвана избыточными менструальными кровотечениями, и прописывали добавки с содержанием железа. Но анемия не исчезала. Женщина задыхалась, сделав всего несколько шагов. На отдыхе в горах Сьерра-Невада на высоте около двух тысяч метров над уровнем моря она едва могла дышать. Врачи повысили дозу добавок, но это не помогало.

Болезнь Греты оказалась гораздо загадочнее, чем поначалу считали врачи. Если взглянуть на состав ее крови, становилось понятно, что это не просто анемия. Да, количество эритроцитов было ниже нормы, как и ожидалось. Но и уровень лейкоцитов тоже был понижен – чуточку ниже нормы для ее возраста. И тромбоцитов тоже было самую малость меньше нормы.

Мазок крови Греты под микроскопом раскрывал более сложную историю. Я разглядывал его, как дикое животное разглядывает незнакомую местность: останавливаясь, принюхиваясь, ловя какие-то обрывки мыслей в голове. Эритроциты казались почти нормальными. Почти. Я подчеркнул слово. Рассматривая мазок, я нашел несколько эритроцитов с отчетливо различимым синим пятном в центре – остатком ядра, которого нет в большинстве зрелых эритроцитов, поскольку они обычно исторгают ядро, находясь еще в костном мозге. “Этих остатков ядер здесь быть не должно”, – пробормотал я вслух и записал это в блокнот.

Белые клетки крови выглядели еще страннее. Обычно белые клетки крови представлены несколькими вариантами лейкоцитов (об этом мы поговорим позднее). В мазке Греты лейкоциты одного типа, называемые нейтрофилами, выглядели очень необычно. В ядрах нормальных нейтрофилов бывает от трех до пяти сегментов, напоминающих архипелаг из трех или пяти островков, соединенных узкими перешейками. Но в некоторых нейтрофилах Греты было всего по два сегмента ровной округлой формы, соединенных посредине узкой голубой линией. Они походили на очки, которые носили в XVIII веке. “Клетки-пенсне”, записал я. Очки а-ля Ганди. И как минимум пара нейтрофилов имела широкие растянутые ядра с дезорганизованным хроматином. Незрелые клетки крови, или бласты. Первый признак злокачественности белых клеток.

Я перечитал собственные записи. И красные, и белые клетки – два главных клеточных компонента крови – были аномальными. Биопсия костного мозга подтверждала, что у женщины миелодис-пластический синдром – клиническое состояние, при котором костный мозг вырабатывает кровь неправильным образом. Примерно у каждого третьего пациента с миелодиспластическим синдромом развивается лейкоз – рак белых клеток крови.

Грета прекратила пить добавки железа и начала принимать экспериментальное лекарство. Примерно на шесть месяцев картина крови нормализовалась, но затем вернулась анемия и количество бластов в костном мозге опять начало возрастать. В норме бласты составляют не более 5 % клеток костного мозга, но у Греты их количество было в несколько раз выше, а это означало, что миелодис-пластический синдром перерастал в откровенный лейкоз. На этом этапе выбор сводился либо к химиотерапии для борьбы с лейкозом, либо к применению другого экспериментального препарата для сдерживания болезни.

Профессора на медицинском факультете обучали меня говорить на языке крови, теперь наконец ткани сами заговорили со мной. На самом деле кровь говорит со всеми и обо всем: у человека это главный механизм передачи информации на дальние расстояния. Будь то гормоны, питательные вещества, кислород или отработанные продукты жизнедеятельности – кровь доставляет их куда нужно, связывается (“разговаривает”) со всеми органами и соединяет их между собой. Она разговаривает даже сама с собой: в частности, три ее клеточных компонента (красные клетки, белые клетки и тромбоциты) связаны сложной системой сигнальной коммуникации. Тромбоциты слипаются, образуя сгустки. Один отдельно взятый тромбоцит не может образовать сгусток, но миллионы тромбоцитов в сочетании с белками крови совместными усилиями запечатывают участок кровотечения. Самая сложная система сигнализации у белых клеток крови: они сообщаются между собой, координируют иммунный ответ, способствуют заживлению ран, уничтожают микробов и отслеживают появление в теле чужеродных частиц, действуя в качестве системы клеток. Кровь – это сеть. Как в случае М. К., молодого человека с воспалением легких на фоне иммунодефицита, разрушение одного элемента может приводить к разрушению всей сети.

Представление о крови как о системе коммуникации между органами имеет долгую историю. Примерно в 150 году греческий хирург Гален из Пергама, лечивший римских гладиаторов, а потом ставший лечащим врачом императора Луция Аврелия Коммода, предположил, что в теле соблюдается равновесие четырех “гуморов”: крови, флегмы, желтой желчи и черной желчи^3. Гуморальная теория болезней существовала еще до Галена: об этом писал Аристотель, а ведические врачи часто упоминали о взаимосвязи внутренних жидкостей тела. Но Гален оказался самым громким сторонником этой теории. Он считал, что болезнь возникает тогда, когда один из гуморов выходит из состояния равновесия. Пневмония – результат избытка флегмы. Желтуха (гепатит) связана с желтой желчью. Рак считался результатом скопления черной желчи, с которой также связывали меланхолию и депрессию (слово “меланхолия” буквально означает “черная желчь”). Великолепная теория, которая была в одинаковой степени привлекательной в метафорическом плане и ошибочной в механистическом.

Самой понятной из четырех жидкостей была кровь. Она текла из ран гладиаторов, ее легко было добыть для экспериментальных целей и манипуляций из тел забитых животных. И вообще кровь была глубоко закреплена в обычной человеческой речи. Она теплая, живая, поначалу красная, как отмечал Гален, а потом синеет, холодеет и застывает, как и сама жертва кровопотери. Гален связывал нормальную функцию крови с теплом, энергией и питанием. Ее краснота была признаком тепла и здоровья. Гален утверждал, что кровь нужна для доставки питания и тепла к органам тела.

По его мнению, сердце было печью тела – производящей тепло плавильной машиной, которую легкие охлаждали, как кузнечные меха. Это было повторением идеи Аристотеля о том, что кровь является вечным “кухонным маслом” тела. Она забирает от сердца нагретую еду и, как машина для доставки пищи, сохраняет ее теплой, пока не донесет до мозга, почек и других органов.

В 1628 году английский физиолог Уильям Гарвей опроверг эту теорию в книге Exercitatio Anatomica de Motu Cordis et Sanguinis in Animalibus^4. Первые анатомы полагали, что поток крови является однонаправленным и движется от сердца, скажем, к кишечнику, где заканчивается. Гарвей утверждал, что кровь бесконечно движется по кругу: входит в сердце, выходит из него, а затем, совершив полный круг доставки, вновь возвращается в сердце. Не существует отдельных путей для охлаждения и для нагревания. “Я начал думать, что скорее имеет место некое круговое движение”, – писал он^5. “[Кровь] течет через легкие и сердце и проталкивается по всему телу. Здесь она через поры в плоти проходит в вены, по которым возвращается отовсюду с периферии к центру, из маленьких вен в крупные, наконец возвращаясь [обратно в сердце]”6. Сердце – не печь или фабрика и не охлаждающий котел для фабричной печи. Сердце – это насос или скорее даже два соединенных друг с другом насоса, которые дают энергию этим двум кругам циркуляции крови (о работе Гарвея мы еще поговорим в последующих главах).

Но в чем смысл кругового движения крови? Что за вещество она переносит по телу в своем непрестанном, бесконечном круговом движении?

Конечно же, она переносит клетки, хотя и не только. Красные клетки крови. Левенгук видел, как они плавают в крови. Вот что он записал 14 августа 1675 года: “Эти кроваво-красные шарики [эритроциты] в здоровом теле должны быть очень упругими и эластичными, поскольку проходят через тонкие капилляры вен и артерий и при этом становятся овальными, а округлую форму возвращают себе, когда попадают в более обширное пространство”7. Это проницательное наблюдение: при прохождении через тонкие капилляры красные клетки крови изменяют свою структуру, а затем возвращаются к округлой дисковидной форме. Итальянский анатом XVII века Марчелло Мальпиги тоже видел эти красные глобулы^8. Их видел и голландский врач и ученый Ян Сваммердам, который в 1658 году выдавил из брюшка вши капельку только что высосанной человеческой крови. В 1770-е годы британский анатом и физиолог Уильям Хьюсон подробнее исследовал строение красных клеток крови^9. Он пришел к выводу, что они имеют форму не сферических глобул, а объемных дисков с углублением посредине – как круглая подушка, по которой ударили кулаком.

Хьюсон предположил, что, раз клеток так много, они должны выполнять какую-то функцию. Но тайна красных клеток крови (почему они совершали свое вечное кружение и так целенаправленно стремились проникнуть в капилляры, что даже меняли форму) оставалась неразгаданной. В 1840 году немецкий физиолог Фридрих Хюнефельд обнаружил белок в крови дождевого червя^10. Хюнефельда удивило обилие белка, но он не понял его назначения. Белок назвали гемоглобином, что просто указывало на его клеточную локализацию – “шарик в крови”.

Однако в конце 1880-х годов физиологи начали понимать назначение этого “шарика”. Они выяснили, что гемоглобин содержит железо, а железо, в свою очередь, связывает кислород, необходимый для дыхания клеток. Наблюдения Гарвея, Сваммердама, Хюнефельда и Левенгука стали укладываться в единую теорию. Главная функция красных клеток крови заключается в переносе кислорода, связанного с гемоглобином, к тканям всех отделов тела. Эритроциты подхватывают кислород в легких и движутся к сердцу, которое проталкивает их по артериям всего тела[71].

Плазма (жидкий компонент крови) переносит не только клетки, но и другие важные для физиологии человека вещества: диоксид углерода, гормоны, метаболиты, отходы жизнедеятельности, питательные вещества, факторы свертывания и химические сигнальные молекулы.

Важнейшее свойство системы циркуляции крови заключается в том, что, как в случае всех круговых процессов, это рекурсивная система. Эритроциты переносят кислород ко всем частям тела, в том числе к сердечной мышце – тому самому органу, который отвечает за прокачивание крови по всему телу. Сердце забирает из эритроцитов кислород, чтобы прокачивать кровь, тем самым направляя клетки на следующий круг, чтобы они принесли новый кислород, и так далее в бесконечной смене циклов. Короче говоря, циркуляция зависит от сердца, функция которого зависит… понятное дело, от циркуляции. Перенос всех веществ в организме и, следовательно, функционирование всех органов зависят от наших самых беспокойных клеток.

Но кровь может быть перенесена и иначе: она может быть передана от одного человека другому. Переливание крови – первая форма современной клеточной терапии – заложило основы хирургии, лечения анемии, противораковой химиотерапии, травматологии, пересадки костного мозга, безопасного деторождения и иммунологии будущего.

Зарождение техники переливания крови нельзя назвать светлым и радостным: от описания первых опытов по переливанию крови веет смертельным ужасом и сумасшествием. В 1667 году личный врач короля Франции Людовика XIV Жан-Батист Дени сделал одному мальчику многократное кровопускание при помощи пиявок, а потом попытался перелить ему овечью кровь[72]. Каким-то непостижимым образом мальчик выжил, возможно, по той причине, что количество перелитой крови было невелико и она не вызвала аллергической реакции. Позднее в том же году Дени попытался перелить кровь животного психически больному Антуану Моруа^11. Выбор пал на кровь теленка – животного, известного своим кротким нравом, по-видимому, из тех соображений, что это может сгладить безумие Моруа в соответствии с представлениями Галена о крови как об одном из носителей психики. К сожалению, после трех переливаний Моруа успокоился окончательно: он скончался, а его лицо и тело распухли в результате аллергической реакции. Жена усопшего пыталась обвинить Дени в убийстве, и врач едва избежал тюрьмы. Он прекратил медицинскую практику. Этот случай вызвал во Франции небольшой скандал, и опыты по переливанию людям крови животных были запрещены.

Эксперименты по переливанию крови продолжились в XVII и XVIII веке. Ученые заметили, что переливание крови между двумя животными-близнецами проходило успешно, а вот кровь от братьев или сестер, в том числе и неидентичных близнецов, отторгалась. Это говорило о том, что для успешного переливания крови требуется некоторая генетическая совместимость. Но природа такой совместимости оставалась неизвестной.

В 1900 году австрийский ученый Карл Ландштейнер принялся систематически исследовать вопрос о возможности переливания человеческой крови. В отличие от прежних безумных попыток (переливание крови овцы или теленка обескровленному мальчику или психически больному человеку), Ландштейнер применил научный метод. Кровь – это жидкая ткань, которая свободно перемещается по телу. Почему ее нельзя так же свободно перелить из тела одного человека в тело другого?

Ландштейнер смешивал кровь одного человека (назовем его А) с сывороткой крови другого (В) и следил за их взаимодействием в пробирке и на предметном стекле^12. Сыворотка и плазма – не одно и то же. Сыворотка – это жидкость, остающаяся после свертывания крови. В сыворотке содержатся белки, включая антитела, но в ней нет клеток[73]. Очевидно, что смешивание сыворотки человека А с кровью человека А не вызывало реакции – это признак совместимости. “Результат был точно такой же, как если бы клетки крови смешивали с собственной сывороткой”, – отмечал Ландштейнер^13. Смесь оставалась жидкой. Но в другой ситуации, когда кровь пациента А смешивали с сывороткой пациента В, в смеси возникали крохотные полутвердые сгустки (мой профессор гематологии сравнивал их с семечками в клубничном соке). Эта несовместимость возникает не из-за того, что клетки А отторгают клетки В, поскольку, напомним, в сыворотке клеток нет. Скорее дело в белке (впоследствии было показано, что речь идет об антителе), который присутствует в сыворотке В и атакует клетки А, что является признаком иммунной несовместимости[74].

В конечном итоге, смешивая и сопоставляя кровь разных доноров, Ландштейнер установил, что человеческую кровь можно разделить на четыре группы: А, В, АВ и 0[75]. Эти группы указывали на совместимость при переливании крови. Люди с группой крови А могут принимать кровь только от других людей с группой крови А (а также с группой 0). Люди с группой крови В принимают кровь только от других людей с группой крови В (и с группой 0). Самой странной оказалась группа 0: эта кровь не вызывала реакции при смешивании с кровью группы А или В. Люди с такой группой крови могут отдавать кровь людям с любым типом крови, но не могут принимать кровь ни от кого Другого, кроме как от людей с такой же группой 0. Вскоре была обнаружена четвертая и последняя группа крови – АВ. Люди из этой группы могут принимать кровь от любого донора, но отдавать свою кровь могут исключительно людям из своей группы. В бытовой речи эти четыре группы называют универсальными донорами (группы А, В, 0) и универсальными реципиентами (АВ). Ландштейнер свел все эти группы в единую таблицу (которая была воспроизведена в сборнике его статей и позднее опубликована в 1936 году) и заложил основы практики переливания крови. Это достижение имело для медицины и биологии такое значение, что одной этой таблицы оказалось достаточно для присуждения Ландштейнеру в 1930 году Нобелевской премии по физиологии и медицине.

Со временем система групп крови уточнялась. Добавились новые факторы, такие как резус (Rh; если он положительный, значит, на поверхности эритроцитов есть наследуемый белок, названный резус-фактором, а если отрицательный, значит, резус-фактора нет), для спецификации совместимости внутри каждой группы: А +, В —, АВ— и так далее.

Открытие факторов совместимости крови коренным образом изменило систему переливания. В 1907 году врач Роберт Оттенберг из госпиталя Маунт-Синай в Нью-Йорке первым использовал реакцию Ландштейнера на совместимость крови для проведения безопасного переливания между людьми. Сопоставляя кровь доноров и реципиентов до переливания, Оттенберг показал, что кровь можно безопасно переливать между совместимыми людьми. Переливание крови постепенно стало рутинной и безопасной процедурой. В 1913 году, когда минуло больше пяти лет с начала экспериментов по совместимости крови, Оттенберг написал: “После переливания крови достаточно часто возникали проблемы, так что многие медики колебались, назначая переливание, за исключением безнадежных случаев, [однако] после того, как мы начали исследовать этот вопрос в 1908 году, стало возможным предотвращать подобные несчастные случаи за счет проведения тщательных предварительных тестов… Наши наблюдения более чем в ста двадцати пяти случаях подтвердили эту идею, и мы совершенно уверены в том, что подобные симптомы можно предотвратить”14.

И все же первые переливания крови были чрезвычайно сложной процедурой. Жизненно важно было правильно рассчитать время: переливание крови представляло собой лихорадочную гонку с наполненным кровью шприцем в качестве эстафетной палочки. Один человек должен был многократно откачивать пинты крови из руки донора с помощью иглы, другой переносил ярко-красную жидкость через комнату так быстро, как только мог. А третий вводил кровь в руку реципиента. В другом варианте хирург обеспечивал физическую связь между артерией донора и веной реципиента, в буквальном смысле связывая их кровью, так что жидкость перетекала из системы кровообращения донора в систему кровообращения реципиента, не вступая в контакт с воздухом. Без подобных ухищрений жидкая кровь вне тела быстро портилась. Оставаясь на воздухе хотя бы на несколько минут, она свертывалась, превращаясь из спасительной жидкости в бесполезный комок желе.

Нужны были дополнительные технические усовершенствования, которые позволили бы переливать кровь в полевых условиях. Добавление обычной соли, содержащейся в лимонном соке, – цитрата натрия – предотвращало свертывание крови и увеличивало срок ее сохранности. В 1914 году, когда началась Первая мировая война, аргентинский врач Луис Аготе перелил кровь с цитратом от одного человека другому, что было крупным достижением в развитии этой чрезвычайно нужной технологии. “Этот большой скачок вперед в технологии переливания крови столь точно совпал с началом войны, – писал британский хирург Джеффри Кейнс в 1922 году, – что могло показаться, будто исследования стимулировались предвидением необходимости этой технологии для лечения раненных в военных действиях”15. Изобретение холодильника также способствовало увеличению срока сохранности крови. К дополнительным усовершенствованиям относилось создание покрытых парафином емкостей для хранения крови и добавление простого сахара (декстрозы) для предотвращения ее порчи. Количество переливаний крови в больницах всего мира резко возросло. В 1923 году в госпитале Маунт-Синай было выполнено сто двадцать три переливания крови, а к 1953-му ежегодно проводилось около трех тысяч переливаний^16.

Реальные испытания процедуры переливания крови, в буквальном смысле в полевых условиях, происходили на полях кровавых сражений Первой и Второй мировых войн. Оторванные снарядами конечности, внутренние кровотечения, разорванные пулями артерии – подобные ранения приводили к летальной кровопотере за считаные минуты. К 1917 году, когда Соединенные Штаты присоединились к союзникам в борьбе против Германии и других Центральных держав, два военных медика, майор Брюс Робертсон и капитан Освальд Робертсон, осуществили новаторские переливания крови при острой кровопотере и шоке. Для лечения тяжелораненых солдат также активно использовали плазму крови. Плазма служила временным решением при потере крови, поскольку ее легче хранить и с ней не возникает проблемы несовместимости.

Робертсоны не были родственниками. Освальд служил в американской военной части на французском фронте. Он рассуждал о крови как о подвижной ткани, которая способна циркулировать не только внутри тела человека или между людьми, но также пересекать национальные границы и поля битв. Он брал кровь у поправлявшихся солдат с группой крови 0 и отправлял на поля сражений стерильные двухлитровые стеклянные бутыли с кровью с добавками цитрата и декстрозы в ящиках из-под боеприпасов со льдом и опилками. Можно сказать, что капитан Освальд Робертсон организовал один из первых в истории банков крови (первый формальный банк крови был создан в Ленинграде в 1932 году).

Их труд был оценен по достоинству. “Тринадцатого июня вы отрезали мне ногу выше колена, – писал один солдат майору Робертсону в 1917 году, – и до того, как я получил чью-то кровь, вы оценивали мои шансы выжить как один к трем… Не могли бы вы найти время и сообщить мне имя и адрес того человека, который дал мне кровь? Я бы очень хотел ему написать”17.

Всего через два десятилетия, к началу Второй мировой войны, банки крови, проверка совместимости и переливание стали рутинной полевой практикой. По сравнению с Первой мировой войной уровень смертности среди раненых солдат, доставленных в полевые госпитали, сократился почти вдвое – отчасти благодаря переливанию крови. В начале 1940-х годов Соединенные Штаты при помощи Американского Красного Креста запустили национальную программу по сбору крови. К концу войны Красный Крест собрал тринадцать миллионов единиц крови, и за несколько лет в американских госпиталях было создано пятнадцать тысяч банков крови^18. Было организовано сорок шесть местных и тридцать один региональный центр сдачи крови.

В 1965 году один автор писал в журнале Annals of Internal Medicine'. “Война никогда не делала людям подарков; возможным исключением является продвижение и распространение использования крови и плазмы… во время гражданской войны в Испании, Второй мировой войны и корейского конфликта”19. Вероятно, переливание и хранение крови – варианты клеточной терапии – остаются самым важным медицинским наследием войны.

Невозможно вообразить развитие современной хирургии, безопасного деторождения или противоопухолевой химиотерапии без возможности осуществлять переливание крови. В конце 1990-х годов я реанимировал человека с отказавшей печенью, у которого было одно из самых тяжелых кровотечений, какие я когда-либо видел. Мужчина шестидесяти с лишним лет из Южного Бостона страдал от цирроза печени, причину которого гепатологи так и не сумели установить. Раньше он работал в ресторане и употреблял алкоголь, но, по его утверждению, в таком количестве, какое не могло вызвать поражение печени. У него не было хронической вирусной инфекции. Вероятно, имела место какая-то генетическая предрасположенность, усугубившая последствия от употребления спиртного и вызвавшая хроническое воспаление, в конечном итоге приведшее к сжатию и отказу печени. Белки глаз у него были желтушными, а уровень альбумина в крови – опасно низким. Его кровь не свертывалась нормальным образом – еще один признак болезни печени, поскольку этот орган производит некоторые факторы, необходимые для образования кровяных сгустков. Мужчина оказался в госпитале в ожидании пересадки печени. Но в целом он чувствовал себя хорошо и был помещен под стандартный мониторинг.

Поначалу все шло нормально. Но потом у мужчины появилась тошнота и упало кровяное давление. Запищал монитор. Манжета для измерения давления делала замер за замером: что-то было не так. Буквально за минуты в его кишечнике словно открылась какая-то затычка – и повсюду полилась кровь. При болезни печени кровеносные сосуды желудка и пищевода часто расширяются и становятся хрупкими, и если они лопаются, то поток крови трудно остановить. К этому добавляется нарушение свертывания, вызванное циррозом, так что кровотечение превращается в катастрофу. Сестры и врачи в отделении интенсивной терапии попытались остановить кровотечение, а затем в срочном порядке позвали на помощь. Той ночью я был старшим дежурным врачом.

Когда я вошел в палату, там уже развернулась бешеная активность. Трубки у капельниц были слишком тонкими. “Нужны трубки”, – скомандовал я и удивился громкости и твердости собственного голоса. Мы установили две новые капельницы, но вряд ли стоило ожидать, что этого медленного вливания по каплям будет достаточно для компенсации кровопотери.

Мужчина был в агонии и начал терять сознание. Речь его стала бессвязной: он ругался, называл персонажей из сериалов, вспоминал детство, а потом вдруг замолчал, что мне совершенно не понравилось. Я дотронулся до него. Ноги были ледяными: кровеносные сосуды в коже сжались, чтобы сохранить кровь в жизненно важных органах. А пол у нас под ногами был покрыт белыми полотенцами, окрасившимися в красный цвет, на моих сабо засыхали сгустки крови. Моя роба затвердела от присохшей крови и стала лилово-красной. Медсестра сменила пропитанные кровью полотенца на новые, но и они за считаные минуты тоже стали красными.

Хирург ввел большой катетер в яремную вену, а я отчаянно пытался найти место для введения катетера в области паха.

Пульс, пульс, пульс — говорил я сам себе. Кровяное давление у мужчины продолжало падать, пульс слабел. Реаниматоры работали в отлаженном танце, который напомнил мне о первых переливаниях крови: это тоже была эстафета с кровью в качестве палочки.

Казалось, до появления пакетов с кровью прошло несколько часов, хотя вся процедура заняла менее десяти минут. Мы подвесили два пакета. “Давайте потихоньку”, – сказал я, и медсестра влила полный пакет крови за несколько минут. “Давите сильнее”, – скомандовал я, передумав, будто хотел обогнать время. Для стабилизации состояния пациента нам понадобилось одиннадцать или двенадцать пакетов крови. Я потерял счет. Мы ввели один или два пакета факторов свертывания и тромбоцитов, чтобы помочь крови свертываться. Через два часа мы сумели восстановить пульс, и кровотечение замедлилось. Поздним вечером оно прекратилось. Кожа мужчины потеплела, и он начал реагировать на команды. “Пошевелите левой рукой”. Он шевелил рукой. “Пошевелите пальцами ног”. Он шевелил. Я почувствовал такую радость, которую невозможно описать. На следующий день он проснулся и уже мог держать в руке стаканчик со льдом.

Последнее, что я помню о том дне, – это как я иду один по коридору на шестом этаже и ныряю в ванную комнату, чтобы продезинфицировать пропитанные кровью сабо с помощью спрея и смыть с них запекшуюся кровь. Кровь так въелась в кожу, что меня затошнило. Это было как в “Макбете”: я не мог смыть кровь. Я выбросил сабо в помойку и на следующее утро купил в больничном магазине новые.

С того дня я никогда не использую без надобности выражение “по локоть в крови”. Я отношусь к числу немногих людей, чьи руки оказались в ней по локоть в прямом, а не переносном смысле.

Лечащие клетки. Тромбоциты, кровяные сгустки и “современная эпидемия”

Истлевшим Цезарем от стужи

Заделывают дом снаружи.

Пред кем весь мир лежал в пыли,

Торчит затычкою в щели^1.[76]

Уильям Шекспир, “Гамлет”, акт 5, сцена 1

Было бы слишком дерзко заявлять, что кровотечение у мужчины той ночью в Бостоне остановили хирурги, или медсестры, или я сам. Мы были лишь инструментами. Главную роль в регуляции кровотечения играют клетки, точнее, фрагменты клеток.

В 1881 году итальянский патологоанатом и микроскопист Джулио Биццоцеро обнаружил в человеческой крови крохотные фрагменты клеток^2 – постоянно присутствующие, маленькие, едва заметные осколки. Гематологи десятилетиями пытались понять, что за фрагменты клеток плавают в крови; в 1865 году немецкий микроскопист и анатом Макс Шульце назвал их “гранулярными фрагментами”3. Шульце считал, что это обломки клеток крови, находил их в кровяных сгустках и писал, что “тем, кого интересует глубокое изучение человеческой крови, было бы очень полезно исследовать эти гранулы”4.

Биццоцеро счел их независимыми компонентами крови. “Существование постоянно присутствующих частиц крови, отличающихся от белых и красных клеток, в разное время отмечалось разными авторами, – писал он. – Удивительно, что никто из предыдущих исследователей не провел наблюдений за циркулирующей кровью живых животных”5. Он назвал эти фрагменты по-итальянски piastrine (“тарелочки”) за плоскую и округлую форму, как форма тарелки. По-английски их стали называть platelets — маленькими кровяными пластинками.

Биццоцеро был не просто микроскопистом, он был полноценным физиологом. Обнаружив в крови эти фрагменты клеток, он заинтересовался их назначением. Были ли это лишь обломки, плавающие в красном океане крови? Когда он прокалывал иглой кровеносный сосуд кролика, эти фрагменты клеток начинали скапливаться в месте повреждения. “Тромбоциты крови, омываемые кровотоком, удерживаются в месте повреждения, как только до него добираются, – писал он. – Поначалу видны лишь два, или четыре, или шесть; но очень скоро их число возрастает до сотен. Обычно среди них задерживаются несколько белых клеток крови. Постепенно объем тромба [кровяного сгустка] увеличивается и заполняет весь просвет кровеносного сосуда, все больше и больше перекрывая поток крови”6.

Тромбоциты – кровяные пластинки – ведут себя необычным образом с момента появления. В начале 1900-х годов гематолог из Бостона Джеймс Райт создал новый краситель для окрашивания клеток костного мозга. Среди клеток разных типов (созревающих нейтрофилов, чьи ранние ядра яйцевидной формы медленно превращаются в сегментированные ядра, и эритроцитов, формирующихся в плотных кластерах) он увидел массивные клетки, которые, казалось, нарушали все законы биологии. Вместо единственного ядра они содержали больше десятка ядерных сегментов. По-видимому, они зарождались из материнской клетки, которая удваивала ядерное содержимое, но переставала делиться и рождать дочерние клетки, предпочитая вместо этого созревать, а потом расщепляться на тысячи фрагментов. Действительно, когда Райт проследил за судьбой этих мегакариоцитов (массивных клеток с ядрами из многочисленных сегментов), он обнаружил, что они, как при фейерверке, разлетаются на тысячи маленьких фрагментов – тромбоцитов.

Это анатомическое изыскание положило начало интенсивным исследованиям функции и физиологии этих клеток. Как обнаружил Биццоцеро, тромбоциты являются основным компонентом кровяного сгустка. Они активируются сигналами о повреждении, например, из раны или разорванного сосуда, устремляются к этому месту и запускают цикл процессов для остановки кровотечения. Это заживляющие клетки (точнее, клеточные фрагменты).

Рисунок Биццоцеро из его статьи о свертывании крови, демонстрирующий рост тромба в месте повреждения сосуда. Обратите внимание на привлеченную воспалением и окруженную тромбоцитами крупную клетку в центре – вероятно, нейтрофил.

Одновременно ученые обнаружили в крови вторую дополнительную систему, ответственную за остановку кровотечения. В этой системе задействован каскад белков, которые плавают в крови, регистрируют повреждение и участвуют в формировании плотной сети, стабилизирующей тромб и останавливающей кровотечение. Эти две системы (тромбоциты и белки, формирующие сеть) сообщаются между собой и усиливают друг друга, создавая и стабилизируя сгустки.

Изучение нескольких генетических нарушений, связанных с дисфункцией тромбоцитов и с соответствующими аномалиями свертывания, позволило установить дополнительные подробности относительно того, каким образом тромбоциты замечают повреждение. В 1924 году финский гематолог Эрик фон Виллебранд описал случай пятилетней девочки с Аландских островов в Балтийском море, у которой был нарушен процесс свертывания крови^7. Исследуя кровь нескольких членов ее семьи, среди которых были люди с похожими проблемами, фон Виллебранд установил, что все они имели наследственную аномалию, вызывавшую нарушение функции тромбоцитов. В 1971 году ученые наконец нашли “виновного”: люди с этим заболеванием, названным по имени фон Виллебранда, не имеют или имеют недостаточное количество ключевого белка с соответствующим названием – “фактор фон Виллебранда”.

Фактор фон Виллебранда циркулирует в крови, а также располагается непосредственно под клетками, выстилающими кровеносные сосуды. Повреждение кровеносных сосудов “обнажает” фактор фон Виллебранда. Тромбоциты имеют рецепторы, взаимодействующие с ним, и поэтому “чувствуют”, когда ранение повреждает сосуд, и начинают скапливаться в этом месте.

Однако образование кровяного сгустка – гораздо более сложный процесс. Белки, секретируемые поврежденными клетками, посылают новые сигналы, заставляющие тромбоциты собираться в поврежденном участке, усиливая их активацию. Циркулирующие в крови факторы свертывания используют другие сенсорные системы для выявления повреждений. Так запускается каскад реакций. В конечном итоге этот каскад приводит к превращению белка фибриногена в белок фибрин, ответственный за образование сети. Тромбоциты, попавшие в фибриновую сеть, как сардины в рыбацкую сеть, формируют зрелый тромб.

Если в прежние времена для сохранения человеческой жизни нужно было затыкать раны для поддержания гомеостаза, в современном мире возникла противоположная проблема – слишком сильная активация тромбоцитов. Процесс, предназначенный для заживления ран, стал патологическим; как сказал бы Рудольф Вирхов, клеточная физиология совершила поворот и превратилась в клеточную патологию. В 1886 году один из основателей современной медицины Уильям Ослер описал скопления сгустков с большим количеством тромбоцитов в клапанах сердца и в аорте^8 – крупном, дугообразном кровеносном сосуде, проходящем через тело. Примерно три десятилетия спустя, в 1912 году, кардиолог из Чикаго описал загадочный случай пятидесятипятилетнего банкира, который “почувствовал слабость”. Обследовавшие его врачи обнаружили, что артерия, несущая кровь к сердцу, закупорена кровяным сгустком. Такое состояние стали называть “сердечным приступом”: слово “приступ” здесь указывало на быстроту и внезапность наступления этого состояния.

В давние времена люди искали средства для активации тромбоцитов, чтобы залечивать раны, а теперь люди ищут лекарства, способные подавлять активность тромбоцитов. Наш стиль и продолжительность жизни, привычки и среда (жирная пища, недостаточная физическая активность, диабет, ожирение, повышенное кровяное давление и курение) приводят к накоплению бляшек – воспаленных затвердевших образований, богатых холестерином, которые скапливаются на стенках артерий, как опасные кучи мусора по обочинам скоростных шоссе, способные стать причиной аварии[77]. Когда такая бляшка отрывается или разрывается, организм воспринимает это как рану. И запускается все тот же каскадный процесс, направленный на заживление ран. Тромбоциты устремляются к “ране”, чтобы ее закрыть, вот только в данной ситуации образующаяся пробка не закрывает повреждение, а блокирует жизненно важный приток крови к сердечной мышце. Целебные тромбоциты становятся смертоносными.

“Современная эпидемия сердечно-сосудистых заболеваний началась в 1930-е годы достаточно неожиданно, – пишет историк и врач Джеймс Ле Фаню. – Врачи сразу распознали ее опасность, поскольку среди первых жертв было много их коллег, казалось бы, здоровых врачей среднего возраста, которые внезапно, без видимых причин слабели и умирали… Этой новой болезни нужно было дать название. По-видимому, ее причиной были сгустки крови в сердечных артериях, которые сужались из-за накопления вещества, напоминающего по консистенции овсяную кашу… состоящего из волокнистого материала и жироподобного вещества, называемого холестерином”9.

Если вы решитесь прочесть некрологи в местных газетах пятидесятых и шестидесятых годов (достаточно мрачное занятие), вы станете свидетелем начала этой современной эпидемии. Газеты пестрели сообщениями о мужчинах и женщинах, скончавшихся после “внезапной боли в груди”: суперинтендант Элмер Суит, Мендочино, Калифорния, 53 года, в 1950 году; жестянщик Джон Адамс, Пайн-Сити, Миннесота, 77 лет, в 1952 году; управляющий прядильной фабрикой Гордон Митчелл, 40 лет, в 1962 году; Ллойд Рэй Лашингер, 61 год, в 1963 году, – и так каждый день. Как только смертность от сердечных приступов начала расти, фармакологи занялись поиском лекарств, блокирующих каскад свертывания крови. Самым известным из них оказался аспирин. Его действующим веществом является салициловая кислота, содержащаяся в ивовой коре, которую еще древние греки, шумеры, индейцы и египтяне использовали для избавления от воспаления, боли и жара.

В 1897 году молодой химик Феликс Хоффман из немецкой фармацевтической компании Bayer придумал химический способ синтеза салициловой кислоты^10. Лекарство назвали аспирином, или АСК (сокращение от “ацетилсалициловой кислоты”; слово “аспирин” образовано буквами “а” от “ацетил” и “спир” от латинского названия таволги – Spiraea ulmaria, – из которой выделяли салициловую кислоту).

Метод синтеза аспирина, предложенный Хоффманом, был химическим чудом, но путь от молекулы до лекарства оказался извилистым. Один из директоров компании Bayer Фридрих Дрессер отнесся к аспирину с подозрением и почти остановил производство, заявив, что лекарство оказывает “ослабляющее” действие на сердце. Он предпочитал заниматься выпуском другого препарата – героина – в качестве сиропа от кашля и обезболивающего средства. Но Хоффман яростно отстаивал производство аспирина, так что компания даже собиралась его уволить. В конечном итоге таблетки аспирина были выпущены и разрекламированы. Забавно, что для успокоения Дрессера на упаковке аспирина, который изначально прописывали в качестве обезболивающего и жаропонижающего средства, было написано: “Не воздействует на сердце”.

В 1940-е и 1950-е годы врач-терапевт из Калифорнии Лоуренс Крейвен стал давать пациентам аспирин для предотвращения сердечных приступов^11. Крейвен поставил эксперимент на самом себе, повысив дозу до двенадцати таблеток, что намного выше рекомендованной дозировки, пока у него не началось обильное носовое кровотечение. Остановив кровотечение салфетками и окончательно убедившись в том, что аспирин является мощным средством от тромбозов, Крейвен назначил этот препарат почти восьми тысячам пациентов. И заметил, что частота сердечных приступов у них значительно сократилась.

Но Крейвен не был ученым – и у него не было контрольной группы пациентов, не принимавших препарат, для сравнения с теми, кто его принимал. И на его результаты не обращали внимания несколько десятилетий, пока в 1970-е и 1980-е годы масштабные рандомизированные испытания не подтвердили, что аспирин действительно является одним из наиболее эффективных средств для предотвращения и остановки сердечных приступов.

Более глубокие исследования биологии тромбоцитов, проведенные в 1960-е годы, показали, каким образом аспирин предотвращает образование тромбов. При взаимодействии с некоторыми другими клетками тромбоциты выделяют химические молекулы, подающие сигнал о повреждении и вызывающие активацию системы свертывания. Аспирин в низких дозах блокирует действие ключевого фермента, производящего эти сигнальные молекулы, и тем самым ослабляет активацию тромбоцитов и образование кровяных сгустков. Аспирин, обладающий способностью предотвращать сердечные приступы, вполне можно отнести к числу самых важных лекарственных препаратов прошлого столетия.

Сердечный приступ, или инфаркт миокарда, происходит из-за того, что одна из бляшек на стенках коронарных артерий разрывается и вызывает образование тромба. В 1990-е годы я стажировался в клинике внутренних заболеваний, которой руководил лысеющий восьмидесятилетний врач лощеного аристократического вида, носивший полированные остроносые туфли. Он рассказывал мне о тех временах, когда сам обучался медицине и когда единственным средством борьбы против инфаркта был постельный режим, кислород и успокоительная доза морфина, который вводили стеклянным шприцем. Это совсем не походило на современные методы диагностики и лечения: срочная доставка в больницу (за каждую потраченную минуту отмирание сердечной мышцы приводит ко все менее обратимым последствиям), электрокардиограмма (ЭКГ) для регистрации электрической активности сердца, которую снимают уже в машине скорой помощи и в цифровом формате отправляют в больницу, аспирин, кислород и немедленное размещение пациента в катетеризационной лаборатории, где вводят внутривенный препарат, называемый тромболитиком, быстро растворяющий тромб, или раскрывают закупоренную артерию с помощью гибкой раздувающейся трубки.

Мой учитель утверждал, что мог диагностировать болезнь коронарных артерий просто при физикальном осмотре. Сначала он составлял в уме список факторов риска для данного пациента (одних можно избежать, других нет), таких как ожирение, высокий уровень холестерина определенного типа, курение, повышенное кровяное давление, а также семейная история болезней сердца, и подсчитывал в уме баллы за каждый фактор. Потом приставлял стетоскоп к шее пациента и прослушивал шумы, булькающие звуки, свидетельствующие о разрастании бляшек в сонных артериях, поднимающихся через шею к головному мозгу. Жировые отложения в одной артерии чаще всего указывают на присутствие таких же отложений и в другой артерии. И еще он подробно выяснял все детали анамнеза, касающиеся болей в груди или даже слабых покалываний при ходьбе или беге. А затем с величавостью волшебника объявлял пациенту, есть ли у него заболевание коронарных сосудов, и давал направление для проведения подтверждающих анализов. И обычно он оказывался прав. Столь же величественно он называл артерии, поставляющие кровь к сердцу, “реками жизни”.

Как наносы мусора и ила по берегам реки, бляшки на стенках коронарных сосудов тоже разрастаются за десятилетия, продвигаясь к центру просвета сосудов и замедляя поток крови, но никогда не перекрывая его полностью. В бляшках среди прочего содержатся отложения холестерина, клетки воспалительного иммунного ответа и кальций. Просвет сосуда сужается, и напор крови усиливается, проявляясь в виде периодической жгучей боли в груди (стенокардии), поскольку сердечная мышца пытается получить достаточное количество обогащенной кислородом крови для удовлетворения своих нужд.

Однако стенокардия может вызвать гораздо более критическое состояние. В какой-то момент бляшка может разорваться и попасть в центр потока. Тромбоциты, разыскивающие повреждения, бросаются к поврежденному участку, чтобы его перекрыть. И то, что было задумано в качестве физиологического ответа на ранение, становится патологическим ответом на бляшку. Замедленное течение реки превращается в застойное болото – происходит сердечный приступ.

Со временем фармакологи обнаружили целый спектр веществ и процедур, позволяющих предотвращать сердечные приступы или лечить пациентов, перенесших сердечный приступ. Конечно, к их числу относится и аспирин, препятствующий образованию тромбов тромбоцитами. Некоторые препараты рассасывают активные тромбы, другие препятствуют активации тромбоцитов^12. Для предотвращения сердечных приступов используют липитор – одно из многочисленных лекарств, понижающих уровень определенной формы холестерина (LDL), который переносится в крови в виде капель. Понижая уровень LDL в крови, липитор предотвращает накопление богатых холестерином отложений, закупоривающих сосуды.

Однако такие препараты нужно принимать каждый день пожизненно. Недавно новая биотехнологическая компания Verve Therapeutics в Бостоне предложила интересную стратегию снижения уровня холестерина LDL в крови. Компанию основал генетик и кардиолог Секар Катирезян, проходивший практику в Массачусетском госпитале общего профиля на несколько лет раньше меня. Практика в больнице осуществляется по принципу “посмотри, сделай, научи другого”: наиболее опытные врачи обучают старших ординаторов, которые, в свою очередь, обучают своих младших товарищей и интернов. Сек был старшим ординатором, и именно он показал мне, тогда еще интерну, как установить катетер для внутривенных вливаний в яремную вену агонизирующего мужчины в реанимационном отделении и как провести катетер через шейную вену в желудочек сердца женщины, чтобы точно измерить давление крови. Намного позднее я узнал, что интерес Сека к болезням сердца был в том числе и глубоко личным: его родной брат в возрасте сорока лет скоропостижно скончался от сердечного приступа, вернувшись с пробежки. Благодаря новаторской работе Сека за несколько десятилетий было обнаружено несколько мутантных генов, наследование которых повышает риск инфаркта.

Многие важные белки, способствующие образованию, транспортировке и циркуляции так называемого “вредного холестерина”, синтезируются в печени. Вспомните о технологии редактирования генов, которую Хэ Цзянькуй использовал для изменения генов в человеческих эмбрионах – по сути, для перезаписи генетической информации в человеческих клетках. Сек и компания Verve Therapeutics не намерены изменять гены в эмбрионах, они надеются использовать генную инженерию для инактивации тех генов, которые кодируют белки клеток печени, связанные с метаболизмом холестерина, и делать это, не извлекая печень из тела человека. Исследователи из компании Verve Therapeutics научились вводить катетеры в артерии, ведущие к печени (помогли навыки Сека, отработанные за годы практики в области кардиологии). Эти катетеры должны доставлять в печень крохотные наночастицы с ферментами, редактирующими геном. Частицы будут высвобождать свое содержимое в клетках печени, и редактирующие ферменты будут переписывать гены, отвечающие за осуществление и стимуляцию метаболизма холестерина, тем самым в значительной степени снижая уровень холестерина в крови, – по сути, они будут активировать пути метаболизма LDL. И это однократная процедура. Изменение генов перманентно. Если у них все получится, такая генная терапия создаст человека с постоянно низким уровнем холестерина, навсегда защищенного от заболеваний коронарных сосудов, навсегда застрахованного от инфаркта миокарда. Это будет победа клеточной инженерии в области кардиологии. Если использовать любимое выражение моего учителя, “река жизни” всегда будет чистой.

Клетки-стражники. Нейтрофилы и их Kampf против патогенов

В 1736 году я потерял одного из сыновей, чудесного четырехлетнего мальчика, заразившегося оспой.

Я долгое время горько сожалел и сожалею до сих пор, что не ввел ему ее в виде прививки [вакцины]1.

Бенджамин Франклин

Кровь такая красная – цвет в значительной степени определяет само наше представление об этой жидкости, – что белые кровяные клетки оставались неизвестными и незамеченными на протяжении многих столетий.

В 1840-е годы французский патологоанатом из Парижа Габриель Андраль поглядел в микроскоп и обнаружил то, чего, кажется, не замечали два поколения микроскопистов, – еще один тип клеток крови^2. В отличие от красных клеток крови, в этих клетках нет гемоглобина, но есть ядро, они различаются по форме и иногда имеют псевдоподии – отростки, по форме напоминающие пальцы. Их назвали лейкоцитами, или белыми клетками крови (белыми их называют лишь по той причине, что они не красные).

В 1843 году английский врач Уильям Эддисон прозорливо предположил, что белые клетки (он их называл “бесцветными частицами”) играют важную роль в механизмах инфицирования и воспаления^3. Он собрал результаты вскрытия туберкулов – белесых гнойных узелков, которые обычно появляются при туберкулезе, но также и при других инфекционных заболеваниях. В одном отчете он заметил следующее: “Приятный молодой человек двадцати лет сообщал о кашле и боли в боку… этот легкий [сухой] кашель его измучил”4. Вскоре симптомы прогрессировали с развитием “глухих и глубоких хрипов и очень характерным хлюпаньем при кашле”. Через четыре месяца мужчина умер “со всеми очевидными симптомами глубокого и быстрого угасания”. Исследовав при вскрытии его легкие, Эддисон обнаружил в них “значительное количество туберкулов”5. Между предметными стеклами микроскопа туберкулы часто разваливались или сливались в капли. Было видно, что они состоят из гноя и тысяч белых клеток, как будто эти клетки намеренно собирались в участках воспаления. Как отметил Эддисон, некоторые из них “содержали гранулы”6. Он рассудил, что, возможно, они несли эти гранулы к инфицированным участкам тела.

Но какая связь между белыми клетками и воспалением? В 1882 году беспокойный профессор зоологии Илья Мечников поссорился с коллегами в Одесском университете и перебрался в Мессину на Сицилии, где основал частную лабораторию^7. Это был темпераментный человек со склонностью к депрессии (он дважды пытался покончить с собой, один раз – наглотавшись патогенных бактерий), часто находившийся в конфликте с традиционной наукой, но у него был безошибочный экспериментальный нюх.

В Мессине, где на теплых и открытых всем ветрам берегах у мелководья обитало множество морских животных, Мечников начал экспериментировать с морскими звездами. Однажды вечером, оставшись в одиночестве (жена и дети отправились в цирк смотреть на обезьян), Мечников стал обдумывать эксперимент, которому суждено было определить всю его научную карьеру и изменить наше понимание иммунитета. Личинки морских звезд были полупрозрачными, и он видел, как по их телу перемещаются клетки. Особенно его интересовало перемещение клеток к местам повреждений. Что будет, если воткнуть колючку в личинку морской звезды?

Он провел за этим занятием всю ночь и продолжил следующим утром. Вокруг колючки деловито скопилась группа клеток, “толстая амортизирующая прокладка”8. По сути, Мечников наблюдал первые стадии воспалительного процесса и иммунного ответа – привлечение иммунных клеток к поврежденному участку и их активацию при обнаружении чужеродного вещества (в данном случае колючки). Мечников отметил, что клетки двигались к месту воспаления самостоятельно, как будто их влекла какая-то сила или аттрактанты (позднее было установлено, что роль аттрактантов играют специфические белки цитокины и хемокины, выделяемые клетками при повреждении). “Накопление подвижных клеток вокруг чужеродного тела происходит без какой-либо помощи кровеносных сосудов или нервной системы, – писал он, – по той простой причине, что у этих животных нет ни того ни другого. Следовательно, клетки собираются вокруг занозы в результате некоего спонтанного действия”9.

На протяжении следующих нескольких лет Мечников развивал эту идею (о том, что иммунные клетки активным образом направляются к участкам воспаления) и провел ряд опытов. Он распространил свои наблюдения на другие виды организмов и другие формы повреждений. Он использовал инфекционные споры, проникавшие в пищеварительную систему дафний – крошечных ракообразных, которых часто называют водяными блохами. И установил, что иммунные клетки не просто продвигались к месту воспаления. Они пытались поглотить (съесть) инфицирующее вещество или раздражитель, накопившийся в этом участке. Мечников назвал процесс заглатывания и переваривания иммунной клеткой инфицирующего агента фагоцитозом^10.

В серии статей, опубликованных в середине 1880-х годов, которые в конечном итоге привели к присуждению Мечникову Нобелевской премии, он называл взаимодействие между организмом и оккупантом немецким словом Kampf которое переводится как “борьба” или “битва”11. Он описывал “разворачивающуюся в организме драму”, походившую на непрерывную битву (есть искушение сказать, что его взаимоотношения с научным истеблишментом тоже были непрерывной битвой). Мечников писал: “Борьба происходит между двумя элементами [микробом и фагоцитирующей клеткой]. Иногда спорам удается прорасти. Появляются микробы, которые выделяют вещество, способное растворять подвижные клетки. В целом такие случаи редки. Гораздо чаще подвижные клетки убивают и переваривают инфекционные споры, обеспечивая организму иммунитет”.

Человеческие версии открытых Мечниковым фагоцитирующих клеток (макрофаги, моноциты и нейтрофилы) одними из первых отвечают на повреждения и проникновение инфекции^12. Нейтрофилы образуются в костном мозге. Их название связано с тем, что они окрашиваются нейтральным красителем (а не кислым или основным), отсюда слово “нейтро-фил” – буквально “любитель нейтрального” (красителя)[78].

Попав в циркулирующую кровь, нейтрофилы живут лишь несколько дней. Но какие это насыщенные дни! Под действием инфекции в костном мозге начинают созревать клетки, которые поступают в кровеносные сосуды готовыми к бою – с гранулярной структурой и расширенными ядрами. Шеренга молодых солдат, выстроившихся перед битвой. Специальные механизмы позволяют им быстро просачиваться через ткани и кровеносные сосуды, как в акробатическом этюде. Как будто их влечет маниакальное желание добраться до места инфицирования и воспаления – отчасти это связано со способностью чутко улавливать градиент цитокинов и хемокинов, выделяемых в участке повреждения. Это голодные, энергичные и подвижные машины, созданные для иммунной атаки. Стражники или профессиональные убийцы с четкой боевой задачей.

Их прибытие к месту инфицирования осуществляется согласно сложному военному плану. Поначалу они направляются к стенкам кровеносных сосудов. Потом катятся вдоль них, поочередно связываясь с разными специфическими белками. Наконец они плотно прикрепляются к стенке и активно проникают через нее в ткань (в легкие или кожу), где бомбардируют микробов токсичными веществами, содержащимися в их гранулах. Они осуществляют фагоцитоз микробов или их частей, захватывая фрагменты и направляя их в лизосомы – специализированные отделы, заполненные токсичными ферментами, расщепляющими микробные клетки.

Удивительная особенность этого раннего иммунного ответа заключается в том, что участвующие в нем клетки, в том числе нейтрофилы и макрофаги, с самого начала вооружены рецепторами, распознающими белки и другие молекулы на поверхности или внутри некоторых бактериальных клеток и вирусов. Задумайтесь об этом на минуту. Мы, многоклеточные животные, находимся в состоянии войны с микробами на протяжении столь длительного периода эволюционной истории, что это долгое взаимодействие сформировало нас как древних и неразрывных врагов. Мы движемся с ними в ногу. Клетки нашего раннего иммунного ответа имеют распознающие рецепторы, изначально предназначенные для связывания молекул на микробных или поврежденных клетках – не специфических для какого-то конкретного патогена (скажем, Streptococcus), а общих для многих бактерий и вирусов. Одни рецепторы распознают белки, содержащиеся в стенках бактериальных клеток, но не в мембранах клеток животных. Другие связываются только с белками из плавательных хвостов некоторых бактерий. А третьи реагируют на сигналы от клеток, инфицированных вирусами. В целом эти рецепторы подразделяются на два класса: те, что распознают “профиль молекул повреждения” (веществ, выделяющихся при повреждении клеток), и те, что распознают “профиль молекул патогенов” (компонентов микробной клетки). Короче говоря, они снуют по телу и выискивают признаки повреждения и инфекции – вещества, сигнализирующие о нападении и патогенной активности.

Бактериальную клетку нейтрофил или макрофаг встречает уже готовым к бою. Это не “приобретенная” форма иммунитета, этот ответ запрограммирован в клетке, и сенсоры этого ответа существуют в клетках нейтрофилов с момента их рождения. Можно сказать, что на поверхности наших клеток хранятся отраженные образы некоторых микробов или следы, оставленные ими в наших телах, как негативы фотографий. Мы и они: они находятся внутри нас даже тогда, когда их там нет. Это символ нашей Kampf.

В 1940-е годы эту составляющую иммунного ответа (нейтрофилы, макрофаги и другие клетки и соответствующие сигналы и хемокины) стали называть “врожденным иммунитетом”[79]. Врожденным – по той причине, что он существует в нас изначально и не требует адаптации или знакомства с какими-то аспектами болезнетворных микробов (о приобретенном иммунитете, действующем посредством В- и Т-клеток и антител, мы поговорим в следующей главе). Кроме того, этот иммунитет называют врожденным потому, что это древнейший механизм иммунной системы, существовавший еще у наших далеких предков. Как обнаружил Мечников, он имеется даже у морских звезд. Он есть у водяной блохи, акулы, слона, лори, гориллы и, естественно, у человека.

Те или иные версии врожденного иммунитета имеются буквально у всех многоклеточных организмов. У мух есть только эта система иммунитета, и, если изменить ее гены, мухи (которые у нас ассоциируются с разложением) заражаются микробами и начинают разлагаться. К числу наиболее запомнившихся мне картин из области клеточной биологии относится изображение мухи с поврежденной иммунной системой – заживо поедаемой бактериями.

Система врожденного иммунитета – не только самый древний, но и самый важный элемент нашего иммунного ответа, поскольку он первым активируется в ответ на вторжение. Мы привыкли связывать иммунитет с В- и Т-клетками или с антителами, но без нейтрофилов и макрофагов нас бы ожидала судьба разлагающейся мухи.

Несмотря на важнейшую роль врожденного иммунитета (или, возможно, именно благодаря этой важнейшей роли), оказалось, что на него очень трудно повлиять медикаментозными средствами. Но, сами того не осознавая, мы манипулируем врожденным иммунитетом уже больше века. Это влияние на врожденный иммунитет заключается в вакцинации, хотя, понятное дело, в момент появления первых вакцин термина “врожденный иммунитет” еще не существовало, а его защитный механизм не был известен. Да и слово “вакцина” появилось через много столетий после того, как вакцинация сама по себе стала широко применяться в Китае, Индии и в арабском мире.

Жарким апрельским утром 2020 года в Калькутте, в Индии, бражники за окнами моего гостиничного номера поднимались вверх, увлекаемые потоками теплого воздуха. Я приехал сюда, чтобы посетить храм богини Шиталы, излечивающей от оспы. Шитала делит храм с богиней Манасой, повелительницей змей, которая спасает от яда и защищает от змеиных укусов. “Шитала” в переводе означает “холодная”: согласно мифу, она возникла из остывшего пепла жертвенного огня. Но она рассеивает не только непокорный летний зной, накрывающий город в середине июня, но и внутренний жар воспаления. Считается, что она защищает детей от оспы и ослабляет боль у заболевших. Это противовоспалительная богиня.

Храм представляет собой небольшое влажное помещение на углу Колледж-стрит, в нескольких километрах от медицинского колледжа Калькутты. В святилище, где поддерживают влажность при помощи пульверизатора, хранится фигурка богини, сидящей на осле и держащей в руках сосуд с охлаждающей жидкостью – именно так ее изображают с ведических времен. Как рассказал мне служитель, этому храму двести пятьдесят лет. По-видимому, он неслучайно был создан в те времена, когда таинственная секта брахманов начала бродить по долине Ганга и популяризировать практику, которую они называли “тика”. У зараженного оспой человека брали активный гнойник, смешивали гной с пастой из отварного риса и трав и втирали эту смесь ребенку в разрез на коже (слово “тика” происходит от слова “метка” на санскрите).

“Место разреза обычно воспалялось [szc] и слегка гноилось, – достаточно недоверчиво писал об этой практике один английский врач в 1731 году, – и… если место разреза гноилось и не было жара или сыпи, они больше не были подвержены инфекции”13.

Индусы, распространявшие эту практику, по-видимому, переняли ее у арабских врачевателей, которые, в свою очередь, учились у китайцев. Уже в 900-е годы до нашей эры китайские лекари знали, что люди, переболевшие оспой, больше никогда ею не заболеют и поэтому могут ухаживать за больными. Предыдущая встреча с болезнью каким-то образом предохраняла от заболевания в будущем, как будто тело “помнило” о первом контакте^14. Основываясь на этой идее, китайские врачи брали струпья оспы у больного человека, растирали их в сухой и мелкий порошок и с помощью длинной серебряной трубки вводили ребенку через нос^15. Эта прививка была сравнима с хождением по канату: если в порошке содержалось слишком много живого вируса, ребенок не приобретал иммунитет, а заболевал, и этот печальный исход наблюдался примерно один раз из ста. Но если ребенок переживал прививку и ее “яд”, у него проявлялась довольно слабая форма болезни с легкими симптомами или вовсе без них – и возникал пожизненный иммунитет.

К 1700-м годам эта практика распространилась по всему арабскому миру. В 1760-е годы в Судане целители применяли практику Tishteree el Jidderee (“покупки оспы”)16. Целитель (обычно женщина) шел к матери больного ребенка и торговался, чтобы приобрести самые активные гнойники для инокуляции. Это было чрезвычайно тонкое искусство: самые проницательные целители распознавали повреждения, которые были именно в той стадии зрелости, когда содержали достаточное количество вирусного материала, чтобы обеспечить защиту, но не вызвать болезнь. Разнообразие размеров и форм гнойников объясняет европейское название оспы – вариола, происходящее от слова “вариация”. А иммунизацию против оспы называли вариоляцией.

В начале XVIII века жена британского посланника в Турции леди Мэри Уортли-Монтегю переболела оспой, и на ее идеальной коже остались следы болезни. В Турции она наблюдала за практикой вариоляции и 1 апреля 1718 года с воодушевлением писала своей давней подруге Саре Чисвелл:

Некоторые старые женщины занимаются этим делом каждую осень, в сентябре месяце, когда спадает сильная жара… Старуха приносит ореховую скорлупку, полную лучшего материала оспы, и спрашивает, какую вену вы предпочитаете раскрыть. Она немедленно протыкает указанную вами вену толстой иглой (что не больнее обычной царапины) и помещает в вену столько материала, сколько может поместиться на острие ее иглы, а затем накладывает на маленькую ранку часть полой скорлупки, и так открывает четыре или пять вен. Потом [у людей] начинается жар, и они остаются в постели два дня, изредка три. Очень редко у них на лицах появляется больше двадцати или тридцати [гнойников], и никогда не остается следов, а через восемь дней они чувствуют себя так же хорошо, как до болезни. В месте уколов во время болезни остаются гноящиеся ранки, что, я не сомневаюсь, является хорошим знаком. Каждый год этой процедуре подвергаются тысячи людей, и французский посланник говорит в шутку, что они здесь используют оспу как развлечение, как в других странах лечатся на водах. Нет ни одного примера, когда кто-нибудь умер, и поверьте мне, я вполне убеждена в безопасности этого эксперимента, поскольку намерена испробовать его на моем драгоценном маленьком сыне^17.

Ее сын так и не заболел оспой.

Практика вариоляции оставила еще один след: вероятно, в связи с ней впервые было использовано слово “иммунитет”. В 1775 году интересующийся медициной голландский дипломат Герард ван Свитен использовал слово “иммунитет” для описания устойчивости против лихорадки и натуральной оспы в результате вариоляции^18. Так навсегда переплелись истории иммунитета и натуральной оспы.

История (возможно, вымышленная) гласит, что в 1762 году ученик аптекаря Эдвард Дженнер услышал слова одной молочницы: “Я никогда не заболею оспой, потому что болела коровьей оспой. И у меня никогда не будет ужасного рябого лица”19. Может быть, он узнал об этом из местного фольклора, поскольку в английском народе бытовало мнение о “молочной коже молочниц”. В мае 1796 года Дженнер предложил более безопасный способ вакцинации против натуральной оспы. Вирус коровьей оспы, родственный вирусу натуральной оспы, вызывает болезнь в гораздо менее тяжелой форме, без рубцов и без риска для жизни.

Дженнер взял пустулы с кожи молодой молочницы Сары Нелмс и ввел их содержимое восьмилетнему сыну своего садовника Джеймсу Фиппсу. В июле он вновь вакцинировал мальчика, но в этот раз веществом из гнойника уже от натуральной оспы. Хотя Дженнер нарушил буквально все этические запреты, касающиеся опытов над людьми (в частности, нам ничего не известно о получении им “информированного согласия”, и опыт с живым вирусом вполне мог оказаться для мальчика смертельным), эксперимент удался: Фиппс не заболел натуральной оспой. После первого сопротивления медицинского сообщества Дженнер умножил свои усилия и прославился как изобретатель вакцинации. Вообще говоря, в самом слове “вакцина” запечатлена память об эксперименте Дженнера – оно происходит от латинского слова vacca, что означает “корова”.

Однако эта история, переделанная и пересказанная в учебниках, скорее всего, полна неточностей. Вероятнее всего, повреждения на коже у Сары Нелмс были вызваны не коровьей, а лошадиной оспой. Дженнер признавал это в книге, изданной в 1798 году: “Так болезнь передается от лошади [так я понимаю] на коровье вымя, а от коровы человеку”20. Более того, Дженнер, вероятно, не был первым западным человеком, осуществившим вакцинацию: в 1774 году крепкий и процветающий фермер Бенджамин Джести из деревни Иетминстер в графстве Дорсет, решив, что заразившиеся коровьей оспой молочницы приобретают иммунитет против натуральной оспы, взял гнойники с вымени зараженной коровы и заразил жену и двоих сыновей^21. Джести стал объектом насмешек врачей и ученых, однако его жена и дети пережили эпидемию натуральной оспы, не заразившись.

Но как введение вакцины создает иммунитет, в особенности долгосрочный? Какие-то факторы, возникающие в организме, должны побеждать инфекцию и сохранять память о ней на протяжении многих лет. Как мы вскоре узнаем, вакцинация стимулирует синтез специфических антител против микробов. Эти антитела образуются в В-клетках и сохраняются в клеточной памяти хозяина, поскольку некоторые из этих клеток живут десятилетиями – еще долгое время после введения первичного инокулята. В следующей главе мы вернемся к тому, как В-клетки умудряются сохранить такие воспоминания и как им помогают Т-клетки.

Однако мы недооцениваем тот факт, что вакцинация действует в первую очередь на врожденный иммунитет. Задолго до того, как на сцену выходят В- и Т-клетки, ранний результат вакцинации проявляется в активации клеток первой линии защиты – макрофагов, нейтрофилов, моноцитов и дендритных клеток. Именно эти клетки захватывают инокулят, особенно если он смешан с раздражающим веществом; паста из вареного риса и трав, которую я упомянул, вполне вероятно, служила именно для этой цели. Далее в результате нескольких сигнальных процессов, включая фагоцитоз, клетки расщепляют и обрабатывают инокулят, инициируя иммунный ответ.

И в этом заключается главная проблема иммунологии: если мы повреждаем древнюю систему врожденного иммунитета (призванную атаковать всех микробов без разбора), то одновременно повреждаем В- и Т-клетки приобретенного иммунитета, которые различают специфических микробов и хранят память о них. Генетическая инактивация врожденного иммунитета у мышей приводит к тому, что животные плохо реагируют на вакцину^22. Люди с нарушением функции врожденного иммунитета (обычно дети с редкими генетическими синдромами) имеют очень хрупкий иммунитет, и их реакция на прививки тоже в значительной степени ослаблена. Они погибают от бактериальных и грибковых инфекций, точно так же как мухи без врожденного иммунитета умирают в результате катастрофической иммунной недостаточности – зараженные и захваченные размножившимися микробами.

Вакцинация повлияла на здоровье людей в большей степени, чем любая другая форма медицинской помощи (антибиотики, операции на сердце или новые лекарства; сравнить ее можно разве что с современными и безопасными родами). Теперь существуют прививки от самых опасных человеческих заболеваний: дифтерии, столбняка, свинки, кори, краснухи. Созданы прививки от вируса папилломы человека – главного фактора риска развития рака шейки матки. И вскоре мы станем свидетелями триумфа не одной, а нескольких независимых вакцин против вируса SARS-C0V-2, вызвавшего пандемию COVID-19.

Но история вакцинации – это не история о прогрессе научного рационализма. И ее герой – не Эддисон, первым увидевший белые клетки крови. И не Мечников, открывший фагоцитоз, что позволило разработать методы иммунной защиты. И даже не те ученые, которые обнаружили врожденный ответ на бактериальные клетки, должны быть признаны героями этого медицинского свершения[80]. Скорее это история о смутных слухах, тайнах и мифах. У ее героев нет имен: это китайские доктора, которые сушили на воздухе гнойники оспы, загадочная секта поклонников Шиталы, практиковавшая смешивание вируса с отварным рисом и введение этой смеси детям, или суданские целители, умевшие распознавать самые зрелые пустулы.

Одним апрельским утром 2020 года я смотрел в микроскоп в моей лаборатории в Нью-Йорке. В колбе кишели подвижные моноциты, выращенные одним из моих молодых сотрудников.

“Вот вы какие”, – произнес я вслух. Это было такое утро, когда в лаборатории больше никого нет и я могу беседовать сам с собой, не рискуя быть услышанным. Эти моноциты – клетки врожденного иммунитета, способные “поедать” патогены и их фрагменты, – были генетически модифицированы таким образом, чтобы стать суперфагоцитами с удесятеренным аппетитом. Мы встроили им ген, который заставлял их съедать в десять раз больше клеточного материала, чем съедают нормальные фагоциты, и делать это в десять раз быстрее. Этот проект, который развивается в сотрудничестве с Роном Вейлом, направлен на создание иммунитета нового типа. Вспомните, что моноциты, наряду с макрофагами и нейтрофилами, безразличны к специфическим стимулам, зато имеют рецепторы, которые связываются с молекулами на поверхности многих бактерий и вирусов, и движутся навстречу клеткам, посылающим общий сигнал SOS, свидетельствующий о повреждении или воспалении.

Но что, если мы сумеем заставить моноциты поедать и убивать специфические клетки? Снабдить их некими генами, чтобы они смогли не распознавать общие признаки инфекции, а настраиваться на специфический белок, например присутствующий на поверхности лишь раковых клеток? Сделать солдата, служившего в армии, убийцей, нацеленным на конкретную мишень? Именно это мы и пытались сделать: мы создали новый класс рецепторов, которые синтезируются на моноцитах, связываются с белком на раковых клетках и вызывают гиперактивную форму фагоцитоза, что, как мы надеемся, позволит моноцитам поглощать раковые клетки с невиданным ранее аппетитом. По сути, мы попытались создать промежуточную клетку – нечто среднее между моноцитом, без разбора поедающим любые клетки, и Т-клеткой, преследующей специфическую мишень. Таких клеток в природе никогда не существовало – это химеры. Мы надеялись, что они будут сочетать в себе токсичную и неспецифическую неугомонность врожденного иммунитета с избирательной смертоносной активностью приобретенного, тем самым нанося мощный удар по раку и не вызывая при этом общую воспалительную реакцию.

В рамках предварительных экспериментов на животных мы вводили в тело мыши опухолевые клетки, а затем подсаживали миллионы этих суперфагоцитов. Клетки съедали опухоль заживо. Теперь мы наращивали клетки в большом количестве и проверяли разные механизмы, с помощью которых их можно было бы направить на борьбу с раком молочной железы, меланомами и лимфомами.

Прошло почти два года с того апрельского утра, когда я впервые наблюдал, как суперфагоциты поедают раковые клетки. По странному совпадению я пишу эти строки утром 9 марта 2022 года, когда самой первой пациентке, молодой женщине из Колорадо со смертельным Т-клеточным раком, как раз вводят наше экспериментальное лекарство (протокол прошел все проверки и контроли, учрежденные FDA).

Пройдут месяцы, прежде чем мы поймем, подействовало ли лечение. Пока единственное, что я знаю, – женщина пережила процедуру без осложнений. Но когда ей начали вводить лекарство, я словно сам чувствовал каждую каплю, проникающую в ее вену. О чем она думает? На что она смотрит? Не одиноко ли ей?

Когда я все же уснул около четырех утра, мне приснилось детство. Мне снилось, что я десятилетний мальчик в Дели, думающий – о чем же еще? – о каплях. В июле и августе на город обрушиваются муссоны, и у меня была своеобразная игра: когда начинался дождь, я вставал у окна, раскрывал рот и пытался поймать им капли воды. Во сне, который приснился мне прошлой ночью, сначала я ловил капли ртом, но вдруг брызги попали мне в глаз. Вдалеке раздался раскат грома, и дождь прекратился.

Трудно описать сложную смесь ужаса, предвкушения и возбуждения, которую испытываешь, когда сделанное в твоей лаборатории открытие внедряется в медицину. Изобретатель Томас Эдисон описывал гениальность как сочетание 90 % пота и ю % вдохновения. На гениальность я не претендую, я чувствую только испарину. Я не могу изгнать из головы мысли о женщине, участвующей в клиническом испытании. Похожие ощущения я испытывал только в первые минуты после рождения двух моих детей.

Но это тоже момент рождения. Может быть, рождается новый способ лечения. И вместе с ним – новый человек.

Я выключил микроскоп и вспомнил о странном храме Шиталы и о том, как долго и трудно нам пришлось “охлаждать” или “подогревать” врожденный иммунитет, чтобы поставить его на службу нашим медицинским нуждам. Богиня прохлады Шитала известна своей раздражительностью: если ее разозлить, она может наслать на тело хаос воспаления в форме сыпи, жара, гнойников. Однажды в ближайшем будущем мы научимся направлять гнев иммунной системы против раковых клеток, успокаивать ее при аутоиммунных заболеваниях и усиливать для создания нового поколения вакцин против патогенов. Когда мы научим клетки врожденного иммунитета атаковать злокачественные клетки в человеческом теле, мы создадим совершенно новый метод клеточной терапии, сдерживающий воспаление. Пожалуй, метафорически его можно назвать оспой для рака.

Защитные клетки. Когда тело встречается с телом

Если кто-то звал кого-то

Сквозь густую рожь

И кого-то обнял кто-то,

Что с него возьмешь!

И какая нам забота,

Если у межи

Целовался с кем-то кто-то

Вечером во ржи!..[81]1

Роберт Бёрнс,

“Проходя через рожь”, 1782

Наверное, это не совпадение, что храм богини Шиталы в Калькутте посвящен еще и другому божеству – богине змей Манасе, защищающей от змеиных укусов и яда. Ее часто изображают суровой и статной, стоящей на кобре и окруженной кобрами с поднятыми головами. Змеи спускаются с ее волнистых спутанных волос, как у горгоны Медузы. У бенгальских племен Манаса выглядит еще более зловеще: богиня держит в руках тело змеи и часто полностью обернута змеями.

Сочетание двух этих древних напастей отражает память о давних событиях: змеиные укусы и натуральная оспа были бичами Индии XVII века, как демоны-близнецы, так что два защищающих от них божества вполне могут иметь общий храм (в Индии до сих пор каждый год регистрируют около восьмидесяти тысяч змеиных укусов, это самый высокий показатель в мире).

Поэтому вполне логично, начав рассказ о врожденном иммунитете с Шиталы, приступить к рассказу о втором элементе иммунной системы, основанном на действии антител и В- и Т-клеток, со змеиных укусов.

Эта легенда имеет столько версий, что порой трудно отделить правду от вымысла. Летом 1888 года Пауль Эрлих из лаборатории Роберта Коха в Берлине заразился штаммом бактерий туберкулеза, с которым экспериментировал. Он сам себе поставил диагноз, используя разработанный им же тест для выявления кислотоустойчивых бактерий, и обнаружил бактерии в своей мокроте. Он отправился лечиться в Египет, поскольку считалось, что теплый воздух на берегах Нила способствует выздоровлению^2.

Однажды утром Эрлиха позвали для оказания срочной медицинской помощи. Одного мальчика укусила змея, а местные знали о профессии Эрлиха. Неизвестно, выжил ли мальчик, но его отец рассказал Эрлиху невероятную историю из собственного опыта: его в детстве тоже укусила змея, а потом еще несколько раз во взрослом возрасте. Он пережил первый укус, и при каждом последующем симптомы становились все слабее. В результате многократного воздействия мужчина фактически стал нечувствительным к яду змей определенного вида. Ловцы змей в Индии рассказывают похожие варианты этой истории. Легенда гласит, что они делают на коже маленькие разрезы, вводя в них сначала минимальные, а потом все большие дозы яда, начиная с детства и до подросткового возраста. И после ряда таких процедур они становятся нечувствительными к змеиным укусам.

История отца ребенка поразила Эрлиха. Очевидно, у мужчины выработался какой-то ответ на яд (противоядие), хранящийся в памяти иммунной системы. Но какой механизм позволяет телу создавать этот защитный иммунитет? Почему однократное введение высушенных пустул оспы обеспечивает пожизненный иммунитет к этой болезни?

В начале 1890-х годов, вскоре после возвращения из Египта, Эрлих встретил биолога Эмиля фон Беринга, который только что пришел на работу в недавно основанный Королевский прусский институт инфекционных болезней в Берлине. Фон Беринг и приехавший на время из Японии Сибасабуро Китасато вскоре начали эксперименты по изучению специфического иммунитета. Один из их самых важных опытов немедленно напомнил Эрлиху историю о могучем иммунитете египтянина^3: Китасато и фон Беринг продемонстрировали, что сыворотку крови животного, зараженного бактерией, которая вызывает столбняк или дифтерит, можно ввести другому животному и тем самым обеспечить ему иммунную защиту против болезни^4. В довольно отрывочном комментарии к статье о дифтерите фон Беринг впервые использовал слово antitoxisch (антитоксин) для описания действия сыворотки^5.

Но оставался открытым вопрос: что это за antitoxisch и как он образуется?6 Фон Беринг рассуждал, что это могло быть какое-то абстрактное свойство сыворотки. Или некое материальное вещество, производимое телом? В широкой обзорной статье, опубликованной в 1891 году и озаглавленной “Экспериментальные исследования иммунитета”, Эрлих призывает коллег-ученых задуматься не только об абстрактной, но и о материальной сущности этого вещества. Он придумал термин Anti-Korper (антитело)[82]. Слово Кдгрег (от латинского corpus — “тело”) отражало растущее убеждение Эрлиха в том, что это было реальное химическое вещество – “тело”, образующееся для защиты тела.

Откуда берутся антитела? И почему они обладают специфической активностью против одного токсина, но не против других? В 1890-е годы Эрлих начал выстраивать великолепную теорию. Он считал, что на поверхности каждой клетки тела представлен гигантский набор уникальных белков (он называл их боковыми цепями). Из любви к химии Эрлих пользовался терминологией из области производства красителей. Он знал, что цвет красителя можно менять, присоединяя к молекулам разные боковые цепи. Возможно, то же самое было и с антителами: заменяя боковые цепи химической молекулы, можно изменять связывающую способность или специфическое сродство антитела. Когда яд или патогенное вещество связывается с одной из таких боковых цепей на поверхности клетки, клетка усиливает выработку соответствующих антител. Эрлих предположил, что при повторных контактах на поверхности клетки оказывается так много этих связанных антител, что они в конечном итоге выделяются в кровь. А результатом присутствия этих антител в крови является иммунная память. Связываемое антителом вещество (яд или чужеродный белок) вскоре стали называть антигеном – веществом, генерирующим антитела

(а) Рисунок Эрлиха, объясняющий образование антител. Немецкий ученый предположил, что В-клетки имеют на поверхности много боковых групп (1). Когда антиген (черная молекула) связывается с одной такой группой (2), В-клетка начинает производить все больше и больше этих групп за счет остальных (3), пока наконец не высвобождает антитела в кровь (4).

(б) Авторская иллюстрация реального процесса образования антител в соответствии с теорией клональной селекции с использованием таких же графических мотивов, как на рисунке Эрлиха. Каждая В-клетка имеет на поверхности уникальный рецептор. При связывании антигена эта конкретная В-клетка активируется и дает начало короткоживущей клетке, секретирующей антитела (исходное антитело обычно представляет собой пентамер – комплекс из пяти антител). В конечном итоге образуется секретирующая антитела плазматическая клетка. Некоторые из этих клеток живут долго. Кроме того, активированные В-клетки при помощи Т-клеток становятся В-клетками памяти.

Теория Эрлиха была ошибочной во многих аспектах. Он правильно предположил, что антитело и антиген физически соответствуют друг другу, как ключ и замок. Он также правильно рассудил, что антитела в конечном итоге секретируются в кровь и являются одним из источников иммунной памяти. Но его теория о боковых цепях не позволяла ответить на многие вопросы. Каким образом иммунная память может сохраняться почти на протяжении всей жизни, если белки имеют ограниченное время жизни и в какой-то момент расщепляются или выводятся?

В целом в памяти науки лучше сохранились термины Эрлиха, чем его теории[83]. Другие ученые предлагали термины “иммунное тело”, “амбоцептор” или “копула”, которые, возможно, точнее отражали свойства антител. Однако поэтическая простота слова “антитело” привлекала ученых многих поколений. Антитело – это тело, белок, который связывается с другим веществом. А антиген – это вещество, которое запускает выработку антител. Один ученый писал: “Эти два слова были призваны образовать такую же нераздельную пару, как Ромео и Джульетта или Лорел и Харди”[84]7. Названия, как сами вещества, замкнулись друг на друге в неразъемную пару. И прижились.

В начале 1940-х годов в экспериментах на птицах было показано, что антитела синтезируются клетками странного органа, расположенного рядом с анусом (клоакой), который называют фабрициевой сумкой (бурсой) по имени его первооткрывателя – анатома XVI века Иеронима Фабриция из Аквапенденте. Эти клетки, производящие антитела, были названы В-клетками – от слова “бурса” (bursa). У млекопитающих, включая человека, нет ни клоаки, ни бурсы. Наши В-клетки изначально производятся в костном мозге (bone marrow, еще одна буква В), а затем дозревают в лимфатических узлах.

До этого времени теория Эрлиха о боковых цепях (о том, что антитела производятся клетками, имеющими специфические рецепторы с боковыми группами для связывания антигенов) оставалась по большому счету без изменений. Истинная “форма” молекул антител была установлена позже^8. В период между 1959 и 1962 годами Джеральд Эдельман и Родни Портер[85] из Оксфордского университета и Института Рокфеллера в Нью-Йорке соответственно установили, что антитела имеют форму буквы Y с двумя острыми головками^9. Каждая головка антитела зацепляет антиген, как крючком, так что большинство антител имеет два таких связывающих крючка. Ножка антитела служит для многих целей. Макрофаги (клетки-пожиратели) используют ножки антител для удерживания и заглатывания микробов, вирусов и пептидных фрагментов, связанных с антителами, как мы используем ручку вилки, чтобы подносить пищу ко рту; специфические рецепторы на поверхности макрофагов захватывают ножку, как кисть руки захватывает вилку. В этом заключается один из механизмов фагоцитоза, описанного Ильей Мечниковым.

Ножка антитела играет и другую роль: связавшись с клеткой, она привлекает из крови группу токсичных иммунных белков, атакующих микробов. Короче говоря, антитело – это молекула, состоящая из нескольких функциональных частей: связывающих головок, зацепляющих антигены, и ножки, ответственной за сообщение с иммунной системой и обеспечивающей антителу функцию мощного молекулярного киллера. Эти две четкие функции (связывание антигенов и активация иммунной системы) соединены в одной молекуле, форма которой (форма “иммунной вилки”) полностью соответствует предназначению.

Но давайте вернемся на десять лет назад. В 1940-е годы, задолго до открытия формы антител, идея Эрлиха вызвала к жизни глубокие и волнующие философские и математические вопросы. Ключевым элементом его теории было представление о том, что клетки могут иметь на поверхности сотни или даже тысячи заранее сформированных рецепторов для антигенов, словно некий мифический еж с миллионом иголок разной формы. Иммунный ответ заключается лишь в усилении производства этих антител – активном проращивании иголок одного типа после связывания одного из рецепторов с антигеном.

Но подсчеты не могли быть верны. Сколько заранее сформированных антител может существовать на поверхности клетки? Сколько иголок может быть у такого “ежа”? Может ли разнообразие рецепторов на поверхности клетки отображать все бесконечное множество антигенов – существует ли “еж” с бесконечным количеством иголок? И как в В-клетке может существовать достаточное количество генов для производства такого невероятного количества антител? Если Эрлих прав, каждая из наших В-клеток должна постоянно нести в себе отражение всех потенциально возможных иммунных реакций. Всех антигенов, какие только можно вообразить! У индусов есть легенда о Яшоде, матери Кришны, одного из верховных буддистских божеств. Она открыла сыну рот, когда он наглотался пыли. Она разомкнула ему зубы и увидела внутри все мироздание: звезды, планеты, миллионы солнц, вращающиеся галактики, черные дыры. Может ли каждая из наших В-клеток нести в себе отражение космоса – образ всех существующих во вселенной антигенов?

В 1940 году знаменитый химик из Калифорнийского технологического института Лайнус Полинг предложил ответ на этот вопрос^10, и ответ этот был настолько неправильным, что в конечном итоге позволил раскрыть истину. Научные достижения Полинга невероятны[86]. Он ответил на важнейшие вопросы, касающиеся структуры белков, и описал термодинамические свойства химической связи, но иногда он бывал на удивление далек от истины. Рассказывают, что специалист в области квантовой физики Вольфганг Паули – столь же придирчивый, сколь талантливый – однажды прочел студенческую статью и заметил, что та “настолько плоха, что даже неошибочна”. Полинг часто выступал со своими дерзкими и крайне необычными теориями на научных симпозиумах, вызывая споры: его гипотезы и модели иногда были настолько ошибочными, что даже не были плохими. Коллеги Полинга привыкли к его сумасбродным идеям и даже ценили их. Анализируя противоречия в моделях Полинга (иными словами, рассуждая о том, что в них было неправильным и почему), они часто приходили к реальным механизмам, к истине.

Полинг предположил, что при встрече со своими антигенами антитела под их воздействием скручиваются и сворачиваются, принимая определенную форму. По его выражению, антиген (скажем, часть бактериального белка) “инструктирует” антитело, определяя его форму, и действует в качестве матрицы, на которой строится или вылепливается антитело, как посмертная маска вылепливается из расплавленного воска.

Однако ученым никак не удавалось совместить теорию Полинга об инструктировании антител с принципами генетики и эволюции. Вообще говоря, белки кодируются генами, и если код генов неизменен, то строящийся на основании этого кода белок должен иметь фиксированную структуру. Антитело (белок) – это химическое вещество с предопределенной физической структурой, а не какое-то мягкое погребальное полотно, идеальным образом оборачивающееся вокруг мумифицированного антигена.

Существовала только одна возможность: если структура антител изменчива, значит, кодирующие его гены тоже изменчивы – за счет мутаций. Генетик Джошуа Ледерберг из Стэнфорда не согласился с идеей Полинга и предложил альтернативу: “Несут ли антигены специфические инструкции для создания антител или отбирают клеточные линии, возникающие за счет мутаций?”11 По мнению Ледерберга, ответ был очевиден, как минимум в теории. В клеточной биологии и генетике (на самом деле по большей части в биологическом мире вообще) обучение и память обычно возникают в результате мутаций, а не инструкций или стремлений. У жирафа длинная шея не из-за того, что многие поколения его предков задирали голову, пытаясь достать до листьев на высоких деревьях. Это результат мутации с последующим естественным отбором, в результате которого появилось млекопитающее с протяженным позвоночником, способствовавшим появлению длинной шеи. Как антитела могли “научиться” сворачиваться таким образом, чтобы принимать форму антигена? Зачем антителам быть такими непостоянными, как волшебная ткань, способная самопроизвольно изменять форму, чтобы соответствовать антигену?

Конечно же, Ледерберг оказался прав. Правильный ответ на вопрос о синтезе антител был представлен в малоизвестной статье одного австралийского иммунолога, опубликованной в 1957 году в Australian Journal of Science (даже сегодня преподаватели иммунологии признаются, что никогда ее не читали). В 1950-е годы Фрэнк Макфарлейн Бёрнет[87], основываясь на более ранних работах Нильса Перне и Дэвида Толмеджа, понял, что ни Полинг, ни Эрлих не нашли разгадку. Антитела не образуются по инструкциям или преднамеренно. И одна В-клетка не может содержать все многообразие антител для связывания всех возможных антигенов.

Бёрнет перевернул идею Эрлиха вверх ногами. Вспомним, что, по мнению Эрлиха, каждая клетка (еж с бесконечным числом иголок) представляла на поверхности широчайший спектр антител, а при встрече с антигеном происходил их отбор. Но не может ли быть, подумал Бёрнет, что каждая В-клетка имеет лишь один рецептор для одного антигена и что именно клетки (а не антитела) отбираются и размножаются при встрече с антигеном? Белки не растут по команде, а клетки – вполне. И В-клетка с единственным антигенсвязывающим белком-рецептором на поверхности при получении соответствующего сигнала делает именно это.

По мнению Бёрнета, прекрасное сравнение можно найти, следуя логике неодарвинизма. Представьте себе остров, где обитают вьюрки, и у каждого особая мутация, обеспечивающая уникальную и слегка отличающуюся от других форму клюва: у одного он более плоский и широкий, у другого – более тонкий и острый. Теперь представьте, что на острове внезапно возникает дефицит природных ресурсов: деревья уничтожены штормом, и не осталось никаких фруктов. Есть только семена с очень твердой оболочкой. В такой ситуации вьюрки подвергаются естественному отбору – и выживают лишь особи с крупным клювом, способные раскалывать упавшие семена, тогда как вьюрки с тонким клювом, привыкшие питаться фруктовым нектаром, вымирают.

Короче говоря, отдельные вьюрки, как отдельные клетки, не имеют бесконечного репертуара или космического множества клювов и должны выбирать или адаптировать единственный клюв, наилучшим образом соответствующий ситуации. В результате естественного отбора остаются вьюрки с таким клювом, который идеально подходит для выживания в природной катастрофе. Популяция таких избранных вьюрков растет. И сохраняется память о прошлой катастрофе.

Бёрнет провел аналогию с В-клетками^12. Представьте себе гигантский набор В-клеток тела: каждая имеет на поверхности уникальный рецептор (если хотите, каждая клетка – вьюрок с уникальной формой клюва). Вообразите, что каждый рецептор – это антитело, связанное с поверхностью В-клетки (и следовательно, связанное с сетью сигнальных молекул, активирующих клетку). При связывании антигена с одной такой В-клеткой (клоном) она активируется и начинает размножаться быстрее других. Происходит отбор вьюрков (В-клеток) с правильным клювом (антителом). Это не естественный отбор, а клональный — отбор отдельных клеток, способных связывать антиген.

Когда В-лимфоцит с правильным рецептором встречается с чужеродным антигеном, происходят удивительные события. Вот что писал Льюис Томас в книге “Жизнь клетки. Заметки наблюдателя биологии” (1974 год): “Когда устанавливается связь и конкретный лимфоцит с конкретным рецептором встречается с конкретным антигеном, разворачивается один из величайших маленьких природных спектаклей. Клетка увеличивается, начиная с большой скоростью производить новую ДНК, и превращается в так называемый бласт. А затем она делится, воспроизводя саму себя и рождая колонию идентичных клеток, помеченных одним и тем же рецептором”13. В конечном итоге распространяются доминантные клоны В-клеток с “правильным” рецептором (который наилучшим образом связывает антиген), подавляя все остальные. Это дарвиновский процесс, во многом похожий на отбор вьюрков с оптимальной формой клюва.

Как и предполагал Эрлих еще в 1891 году, бласты начинают секретировать рецепторы в кровоток. Рецепторы, отделившиеся от мембраны В-клеток и свободно плавающие в крови, “превращаются” в антитела[88]. И когда антитело связывается с мишенью, оно вызывает каскадное действие белков, отравляющих микробную клетку, а также привлекает макрофаги для ее поглощения (фагоцитоза). Спустя десятилетия исследователи показали, что некоторые из этих активированных В-клеток не исчезают бесследно. Они сохраняются в теле в виде клеток памяти. Как писал Томас, “новый кластер [стимулированных антигеном клеток] – это память, не больше и не меньше”. Когда острая инфекция спадает и микробы выводятся из организма, некоторые из этих В-клеток успокаиваются, но не исчезают (как вьюрки в пещерке). И когда тело встречается с тем же антигеном снова, В-клетки памяти вновь активируются. Они просыпаются и начинают быстро делиться и созревать, превращаясь в производящие антитела плазматические клетки, раскодируя сохранившуюся в них иммунную память. Таким образом, иммунная память сосредоточена не в белках, как предполагал Эрлих. Она сосредоточена в В-клетках, которые уже были активированы раньше и помнят о предыдущих встречах с антигеном.

Как же В-клетка приобретает свое уникальное антитело? Вьюрки Дарвина обзавелись характерными клювами из-за мутаций, возникших в сперматозоидах и яйцеклетках и изменивших морфологию клювов. Эти мутации произошли в зародышевых линиях клеток: они присутствуют в ДНК всех клеток вьюрка и передаются от одного поколения к следующему. Следовательно, вьюрки с крупными клювами произведут потомство с крупными клювами, и так далее.

В серии замечательных экспериментов, выполненных в 1980-е годы, японский иммунолог Судзуми Тонегава[89] показал, что В-клетки тоже приобретают уникальные антитела в результате мутаций, но этот строго регулируемый тип мутаций происходит в них самих, а не в сперматозоидах или яйцеклетках^14. Перегруппировка генов, ответственных за производство В-клетками антител, происходит за счет перемешивания и перетасовки генетических модулей, подобно комбинированию разных деталей одежды. Это очень упрощенная, но важная аналогия. К примеру, одно антитело может состоять из трех сменных генетических модулей – классический пиджак, желтые брюки и черный берет, тогда как другое использует иное сочетание модулей – темный плащ с синими брюками и остроносыми ботинками. Каждая В-клетка обладает богатым “гардеробом” генетических модулей; представьте себе пятьдесят рубашек, тридцать шляп, двенадцать пар ботинок и так далее. Чтобы созреть, В-клетке нужно просто открыть “шкаф”, выбрать несколько уникальных вариаций генетических модулей и смешать их для производства антитела.

Каждое такое перемешивание генов – тоже мутация, но это строго регулируемая, программируемая мутация в В-клетках. За генетические перестройки в В-клетках отвечает специальный аппарат, и в результате каждое антитело обладает уникальной конформационной идентичностью, а следовательно, уникальным сродством к конкретному антигену и способностью его связывать и удерживать. Наличие специфического рецептора на поверхности зрелой В-клетки обеспечивается ее генетическим строением. Когда антиген связывается с рецептором, В-клетка активируется. Она перестает экспонировать рецептор на поверхности и начинает секретировать его (в виде антитела) в кровоток. В В-клетках происходят и другие мутации, направленные на улучшение связывания антител с антигенами[90]. В конечном итоге В-клетка созревает и превращается в клетку, единственная задача которой заключается в производстве антител, и для облегчения этого процесса меняются даже ее структура и метаболизм. Она становится клеткой, предназначенной для производства антител, – плазматической клеткой. Некоторые плазматические клетки тоже становятся долгожителями и хранят память об инфекции.

Новые знания о В-клетках, плазматических клетках и антителах отразились на медицине неожиданным образом. Мы уже обсудили, какую роль в действии вакцины играет система врожденного иммунитета, в том числе макрофаги и моноциты. Однако итоговое действие вакцины связано с системой приобретенного иммунитета: именно В-клетки производят антитела, и именно антитела обычно отвечают за долгосрочный иммунитет (Т-клетки тоже участвуют в этом процессе). Макрофаг или моноцит может доносить фрагменты расщепленного микроба или призывать В-клетки к месту попадания инфекции, но именно В-клетки связываются с фрагментами микробной клетки. Клетка с рецептором, связавшимся с микробом, активируется, претерпевает клональную экспансию и начинает секретировать антитела в кровоток. В конечном итоге В-клетка изменяет свое внутреннее строение и становится частью аппарата В-клеточной памяти, сохраняя информацию о первом заражении.

Однако открытие антител не только позволило установить механизм действия вакцин, но и возродило к жизни мечту Пауля Эрлиха о “волшебной пуле”: если бы удалось каким-то образом заставить антитела атаковать раковые клетки или клетки патогенных микробов, было бы создано естественное лекарство против враждебных клеток. Это был бы совсем новый препарат – “лекарство на заказ”, призванное атаковать и уничтожать конкретную мишень.

Созданием таких терапевтических антител занимался аргентинский ученый Сезар Милыптейн, работавший в Кембридже. Впервые Милыптейн прибыл в Кембриджский университет еще студентом для изучения химии белков бактериальных клеток. Лаборатория состояла всего из одной комнаты. Для измерения кислотности растворов Мильштейну нужен был pH-метр, а у знаменитого специалиста по химии белков Фредерика Сенгера, работавшего в соседнем помещении, имелся лишь один такой инструмент в углу отдела биохимии. За случайными беседами и попеременной работой на pH-метре эти двое подружились. В 1958 году Сенгер был удостоен Нобелевской премии за установление структуры белка – фундаментальное достижение молекулярной биологии. В 1980 году он получил вторую Нобелевскую премию за открытие способа секвенирования ДНК.

В 1961 году Милыптейн вернулся в Аргентину, в Институт Мальбрана, где возглавил факультет молекулярной биологии. Однако этот переезд, вызванный горячим желанием вернуться на родину, вскоре обернулся кошмаром. Аргентину захватила волна острого сектантского национализма. Буквально через год после возвращения Милыптейна в Буэнос-Айрес, 29 марта 1962 года, в стране произошел очередной кровавый политический переворот, четвертый по счету в Аргентине, за которым последовали еще два.

В стране воцарился хаос. Евреев выгоняли из университетов. Некоторые сотрудники факультета Милыптейна были уволены, коммунистов расстреляли, а гражданских лиц, особенно евреев, бросили за решетку. Милыптейн – с еврейскими фамилией и происхождением, а также с либеральными взглядами – жил в страхе ареста и обвинения в распространении коммунистических идей. Воспользовавшись своими многочисленными связями, Сенгер устроил нелегальный вывоз Милыптейна из Аргентины и вернул того в Кембридж. Их общий pH-метр, перенесенный на верхний этаж лаборатории, оказался настоящим талисманом – неожиданным билетом назад в Англию для Милыптейна.

Вернувшись в Кембридж, Милыптейн переключился с изучения бактериальных белков на изучение антител. Его восхищала их специфичность, и он стал размышлять над превращением В-клеток в “волшебную пулю”. Нельзя ли взять плазматическую клетку, способную производить одно конкретное антитело, и превратить ее в фабрику по производству антител? Нельзя ли сделать из антител новое лекарство?

Трудность заключалась в том, что плазматические клетки не бессмертны. Они растут несколько дней, потом живут еще какое-то время, но в итоге ослабевают и умирают. Милыптейн в сотрудничестве с немецким клеточным биологом Жоржем Кёлером нашел блестящее и совершенно неожиданное решение: используя вирус, склеивающий клетки между собой, ученые соединили В-клетку с раковой клеткой. Меня по-прежнему поражает эта идея. Как им пришло в голову использовать “нежить”, чтобы реанимировать умирающего? Результатом их работы стала одна из самых удивительных клеток из известных науке. Плазматическая клетка сохранила способность производить антитела, а раковая клетка обеспечила ей бессмертие. Ученые назвали эту необычную клетку гибридомой: “гибрид”, понятное дело, от слова “гибрид”, а “ома” – окончание слова “карцинома”. Такая бессмертная плазматическая клетка может постоянно секретировать какой-то один вид антител. Антитела от клеток одного типа (иными словами, клонов) называют моноклональными антителами.

Статья Милыптейна и Кёлера была опубликована в 1975 году в журнале Nature^15. За несколько недель до ее публикации Национальная корпорация развития исследований Великобритании (NRDC) заинтересовалась возможностью широкого коммерческого применения подобных антител: они могли стать основой новых, чрезвычайно специфичных лекарственных препаратов. Однако затем NRDC решила не патентовать метод или материалы исследования. В письменном заявлении было сказано, что “трудно определить какую-либо ближайшую практическую пользу”. Вероятно, из-за этого поверхностного суждения о применимости моноклональных антител NRDC и Кембриджский университет за несколько десятилетий лишились прибыли в миллиарды долларов.

Практическая польза этого открытия очевидна. Моноклональные антитела (сокращенно МоАЬ) можно использовать для обнаружения или маркировки клеток. Но самым важным, прибыльным и известным их применением стало использование в медицине: на их основе удается создавать широчайший спектр новых лекарств[91].

Обычно действие лекарства основано на его связывании с мишенью (как заметил Пауль Эрлих, наподобие ключа и замка) с последующим подавлением (или иногда активацией) функции этой мишени. Например, аспирин связывается с циклооксигеназой – ферментом, участвующим в процессах свертывания крови и воспаления. Следуя той же логике, антитела, предназначенные для связывания других белков, тоже можно превратить в лекарства. Может ли антитело взаимодействовать с белком на поверхности раковой клетки и запускать каскад событий, которые ее уничтожат? Или распознавать белок чрезмерно активной иммунной клетки, вызывающей ревматоидный артрит, и уничтожать ее?

В августе 1975 года пятидесятитрехлетний мужчина из Бостона (назовем его Н. Б.) обнаружил, что лимфатические узлы у него на шее и в подмышечных впадинах разбухли и стали болезненными на ощупь^16. Появились сильная усталость и ночная потливость. Но прошел еще целый год, прежде чем он обратился к врачам в бостонский Онкологический институт Сидни Фарбера[92]. Обследовав Н.Б., онкологи обнаружили, что у него очень сильно увеличены не только лимфоузлы, но и селезенка – до такой степени, что ее внешний край прощупывался при пальпации живота.

Были выполнены некоторые лабораторные анализы. Количество белых клеток крови лишь немного превышало норму. Но вот профиль белых клеток оказался странным: лимфоциты не только присутствовали в избытке, но и были, казалось, злокачественными. В один из увеличенных лимфоузлов ввели тонкую и длинную иглу для биопсии и с ее помощью взяли образец ткани, который затем отослали на анализ патологоанатому. У Н. Б. была диагностирована диффузная низкодифференцированная лимфоцитарная лимфома.

Такая лимфома на поздней стадии – с увеличением селезенки и лимфатических узлов и циркулирующими лимфатическими клетками – имеет плохой прогноз. Пациенту частично удалили переполненную злокачественными клетками селезенку и назначили химиотерапию. В вену вводили одно лекарство за другим, чтобы убить опухолевые клетки. Ни одно из лекарств не работало. Количество опухолевых клеток продолжало расти.

Онколог Ли Нэдлер разработал новый план действий. Клетки лимфомы имеют на поверхности ряд белков. Если эти клетки ввести в тело мыши, у животного образуются антитела против злокачественных клеток. Модифицировав метод Милыптейна и Кёлера, Нэдлер использовал опухолевые клетки пациента для получения антител против его опухоли, а затем ввел ему сыворотку с одним из антител, надеясь вызвать ответ. Это исключительный пример персонализированной противораковой терапии, а точнее, персонализированной противораковой иммунотерапии.

Первая доза – 25 миллиграмм – не вызвала заметной реакции. Однако вторая – 75 миллиграмм – привела к значительному снижению численности белых клеток крови. Рак среагировал, но потом вернулся. Третья доза – 150 миллиграмм – вновь вызвала ответ: количество клеток лимфомы в крови сократилось почти вдвое. Но потом у опухолевых клеток пациента выработалась устойчивость к лекарству – и они перестали реагировать. Серотерапию, как назвал это лечение Нэдлер, прекратили, и Н. Б. скончался.

Однако Нэдлер продолжал искать на поверхности клеток лимфомы такие белки, которые могли бы стать мишенью для антител. Наконец он обнаружил идеального кандидата – белок CD20. Но получится ли использовать антитело против CD20 в качестве лекарства для борьбы с лимфомой?

В нескольких тысячах километров от Бостона, в Стэнфордском университете, иммунолог Рональд Леви тоже охотился за антителами, способными атаковать клетки лимфомы. В начале 1970-х годов Леви вернулся из Израиля после стажировки в Институте имени Вейцмана. Норман Клейнман, работавший в том институте, разработал метод выделения отдельных плазматических клеток, способных производить антитела (возможно, антитела против рака), но эти клетки жили так недолго, что все усилия казались бессмысленными. “Мы выделяли отдельные плазматические клетки, способные производить отдельный вид антител, но они неизбежно погибали”, – рассказывал мне Леви^17.

“А затем, – продолжал он, – в 1975 году Милыптейн и Кёлер вдруг предложили метод слияния плазматических и раковых клеток. За счет такого слияния клетки, производящие антитела, могли жить вечно”. Лицо Леви оживилось, а пальцы забарабанили по столу. “Это было настоящее откровение. Золотое дно. Забавно, что мы смогли использовать бессмертие раковой клетки [слитой с плазматической клеткой] для создания бессмертной клетки, производящей антитела против рака. Вышибать клин клином”.

Леви занялся поиском антител против В-клеточных лимфом – опухолей В-клеток. Поначалу он сконцентрировал внимание на персонализированной иммунотерапии, в рамках которой уникальные антитела изготавливают “на заказ”, т. е. для конкретного пациента. Он основал компанию IDEC, которая должна была производить антитела. Однако, хотя опухоли некоторых пациентов реагировали на синтезированные антитела, руководство IDEC и Леви вскоре поняли, что этот подход нельзя масштабировать: сколько антител против разных антигенов способна производить компания?

Во второй серии иммунизаций были получены моноклональные антитела против CD20 – молекулы, которую Нэдлер обнаружил на поверхности как здоровых, так и злокачественных В-клеток. Леви признается, что результаты его не впечатлили: он считал, что экспериментальный протокол “разрушал иммунную систему и был небезопасным”. “Однако они [IDEC] все же уговорили нас провести клинические испытания”.

Леви одновременно был неправ и невероятно удачлив. К счастью, люди могут жить без В-клеток с белком CD20 на поверхности. Отчасти это связано с тем, что созревшая В-клетка, способная секретировать антитела, – плазматическая клетка – уже не имеет на поверхности CD20 и, следовательно, нечувствительна к тем антителам. При атаке на клетки лимфомы, производящие белок CD20, неизбежно страдают и нормальные В-клетки, что частично снижает иммунитет пациентов, но не убивает их, и они сохраняют плазматические клетки, производящие антитела. “Была некоторая вероятность, что это сработает”, – сообщил Леви. В 1993 году он пригласил для продолжения исследований двух сотрудников – Дэвида Мэлони и Ричарда Миллера.

Одним из первых пациентов, которых лечили антителами, была разговорчивая врач-терапевт В. X. У женщины была фолликулярная лимфома – медленно прогрессирующий рак с опухолевыми клетками, имеющими на поверхности CD20. “Она среагировала на первую же дозу”, – вспоминал Леви. Однако через год болезнь вернулась, и женщину вновь начали лечить экспериментальными моноклональными антителами. В этот раз ответ был полным, опухоль исчезла. Однако раковые клетки сохранились: третий рецидив произошел в 1995 году, и женщине было назначено комбинированное лечение моноклональными антителами и химиотерапия. И вновь был ответ.

В 1997 году FDA одобрило препарат ритуксимаб, который стали продавать под торговым названием “Ритуксан”. В том же году у В. X. случился новый рецидив болезни. “Ритуксан” отправил болезнь в нокаут, однако в 1998, 2005 и 2007 годах опять были рецидивы. Спустя двадцать пять лет после постановки диагноза женщина все еще жива. Ритуксан стал использоваться для лечения многих видов онкологических и неонкологических заболеваний. С помощью этого препарата в сочетании с химиотерапией удавалось сдерживать и даже устранять агрессивные и летальные формы лимфомы с клетками, имеющими на поверхности белок CD20, а также бороться с редкими видами лимфатических опухолей. В начале 2000-х годов я познакомился с молодым человеком, который был болен очень необычным раком селезенки с клетками, экспрессирующими белок CD20. Его постоянно лихорадило, и он не мог ходить. Мы хирургическим путем удалили распухшую селезенку – такую огромную, что она не поместилась в стандартный хирургический поднос и ее пришлось везти в патологическое отделение на тележке. А потом ему назначили курс лечения “Ритуксаном”. Опухолевые узлы постепенно рассосались, лихорадочное состояние прекратилось. Прошло двадцать лет, а пациент все еще в состоянии ремиссии.

“Ритуксан” был одним из первых моноклональных антител, созданных для борьбы с раком. Фармацевтическая промышленность произвела много аналогичных моноклональных антител, включая “Герцептин” (его назначают при некоторых формах рака молочной железы), “Адцетрис” (лимфома Ходжкина) и “Ремикейд” (иммунные заболевания, такие как болезнь Крона и псориатический артрит). Я напомнил Леви, что NRDC в Англии сомневалась в “практической пользе” лечения антителами. Он рассмеялся и ответил: “Я даже не уверен, что мы сами осознавали их возможности”.

“Использовать клетки для борьбы с клетками, – пробормотал он. – На самом деле, когда мы получали первые антитела, мы даже и помыслить не могли обо всем, что сумеем делать с их помощью”.

Распознающие клетки. Гибкий разум Т-клеток

Столетиями тимус оставался органом с неизвестной функцией^1.

Жак Миллер, 2014

В 1961 году в Лондоне тридцатилетний аспирант Жак Миллер открыл функцию человеческого органа, о котором большинство ученых долгое время не вспоминали^2. Тимус (вилочковая железа), получивший свое название из-за некоторого сходства с дольчатыми листьями тимьяна, по описанию Галена представлял собой “рыхлую и мягкую железу”, расположенную выше сердца. Еще Гален, занимавшийся медицинской практикой во II веке, обратил внимание, что по мере взросления человека тимус постепенно вырождается. И если у взрослого животного изъять этот орган, ничего особенного с организмом не происходит. Вырождающийся, исчезающий, необязательный орган – разве он мог играть в жизни человека какую-то важную роль? Врачи и ученые считали, что тимус – рудимент эволюции, нечто вроде аппендикса или копчика.

Но может быть, он играет какую-то роль в процессе развития плода? Используя миниатюрные щипцы и накладывая швы из тончайших шелковых нитей, Миллер удалял тимус у новорожденных мышат примерно через шестнадцать часов после их появления на свет. Результат был неожиданным и значительным: уровень лимфоцитов (циркулирующих белых клеток крови, не являющихся моноцитами) очень быстро падал, и животное становилось чрезвычайно восприимчивым к обычным инфекциям. Сокращалось количество В-клеток, но еще сильнее снижался уровень других белых клеток неизвестного ранее типа. Многие мыши погибали от вируса мышиного гепатита, у других в селезенке поселялись различные патогенные бактерии. Еще более странно, что, когда Миллер пересаживал животному фрагмент чужой кожи, он не отторгался. Кожа оставалась живой, производя “густую шерсть”3. Как будто у мыши не было механизма для распознавания своих и чужеродных тканей. Как будто она теряла ощущение “своего”.

К середине 1960-х годов Миллер и другие ученые поняли, что тимус вовсе не был рудиментом. У новорожденных животных в этом органе созревают иммунные клетки другого типа – не В-клетки, а Т-клетки (“Т” здесь от слова “тимус”).

В-клетки производят антитела для уничтожения микробов, но что делают Т-клетки? Почему мыши, лишенные Т-клеток, заражались микробами и почему такие мыши легко принимали чужую пересаженную ткань, которую в норме должны были бы немедленно отторгнуть? Как и почему они теряли ощущение “своего”? И что это вообще за ощущение такое?

Тот факт, что физиология одного из самых важных видов клеток человеческого организма оставалась загадкой вплоть до конца 1970-х годов, хорошо показывает, насколько клеточная биология молодая наука. Т-клетки были открыты около пятидесяти лет назад. И спустя лишь два десятилетия после эксперимента Миллера, в 1981 году, они оказались в эпицентре одной из самых значительных эпидемий в человеческой истории.

Лаборатория Алена Таунсенда в Институте молекулярной медицины[93] располагалась на вершине пологого холма на краю территории Оксфордского университета. Осенью 1993 года, когда я прибыл туда для работы над диссертацией по иммунологии, загадка функции Т-клеток все еще не была разгадана. Институт располагался в новом здании из стали и стекла. На проходной женщина с сильным уэльским акцентом проверяла документы, прежде чем впустить вас внутрь. Если у вас не было правильной карточки, она вас не впускала. Два года я регулярно искал по карманам эту карточку, пока наконец не набрался смелости, чтобы заявить свой протест. Я приходил сюда каждый день на протяжении двадцати четырех месяцев. Она что, до сих пор не знает меня в лицо?

Женщина посмотрела на меня равнодушно: “Я просто делаю свою работу”. Ее работа, как я полагаю, заключалась в том, чтобы распознавать чужаков, как если бы я был Джеймсом Бондом, прибывшим на холм на своем “Астон-Мартине” в маске махараджи с секретной миссией подкормить среди ночи мои Т-клетки. Задним числом я отдаю должное ее усердию. Она словно символизировала иммунитет.

В лаборатории Алена я занялся изучением вопроса, который продолжает одновременно восхищать и раздражать ученых: почему хронические вирусы, такие как вирус простого герпеса, цитомегаловирус или вирус Эпштейна – Барр, подолгу остаются скрытыми внутри человеческого тела, тогда как другие, вроде вируса гриппа, полностью исчезают после болезни? Почему хронические вирусы не уничтожаются иммунной системой, в частности Т-клетками?[94]

Лаборатория была интеллектуальным раем, бурлящим такой кипучей энергией, какой я никогда прежде не встречал. В четыре часа звонил старый латунный колокол, и все сотрудники института спускались в кафетерий, чтобы выпить слабого, чуть теплого чая, который почти невозможно было пить, и закусить его черствым, почти несъедобным печеньем. Ита (Бриджит) Асконас, одна из зачинателей иммунологии, обычно собирала вокруг себя людей где-то в коридоре, иногда в беседу вступал лауреат Нобелевской премии из Кембриджа Сидней Бреннер, и его знаменитые кустистые брови, похожие на двух лохматых гусениц, радостно поднимались и двигались каждый раз, когда ему сообщали о новых экспериментальных результатах.

Моим непосредственным руководителем был недавно защитившийся итальянец Винченцо Черундоло. Энцо, как все его называли, был маленьким, говорливым и искрометным. Первые недели моего пребывания в лаборатории он полностью меня игнорировал. Он носился по лаборатории, пробегая мимо меня, словно я был лишним предметом мебели, который зачем-то оставили в самом неподходящем месте. Он пытался закончить статью, а на обучение только что прибывшего аспиранта тонким деталям иммунологии требовалось слишком много времени и сил.

Часть работы Энцо заключалась в создании вирусов, способных заражать мышиные и человеческие клетки. Вирус был модифицирован для доставки генов в человеческие клетки, и Энцо проверял их функцию. Чтобы получить больше вирусных частиц, нужно заразить слой клеток. Затем нужно выделить вирус, поместив всю культуру в пробирку и подвергнув циклу замораживания и оттаивания строго три раза. Эта процедура требовала точности и терпения. Без замораживания и оттаивания нельзя выделить вирусные частицы, но, если переусердствовать, можно полностью уничтожить вирус. Однажды утром вскоре после моего прибытия в лабораторию я застал Энцо озабоченным из-за одной такой пробирки. Препарат вируса для него готовила лаборантка, тоже итальянка, но она была в отпуске, и Энцо не знал, был ли экстрагирован вирус, или он остался в пробирке. Момент был напряженный: при низкой вирусной нагрузке весь эксперимент, столь важный для его статьи, мог пойти насмарку. Он выругался по-итальянски: “Черт возьми!”

Я спросил, можно ли взглянуть на пробирку, и он протянул ее мне. На дне были едва различимые буквы. Я увидел сделанную лаборанткой надпись: С, S, С, S, С, S.

– Как по-итальянски “замораживать”? – спросил я.

– Congelare, – ответил Энцо.

– А “размораживать”?

– Scongelare.

Это и было написано: “Заморожено. Разморожено. Заморожено. Разморожено. Заморожено. Разморожено”. Такая итальянская азбука Морзе: С, S, С, S, С, S. Все процедуры проделаны три раза.

Энцо внимательно на меня посмотрел. Пожалуй, общение со мной все же не полная потеря времени. Он закончил эксперимент и спросил, не хочу ли я выпить кофе. Он приготовил две чашки. Лед между нами тронулся.

Мы стали друзьями. Он обучал меня вирусологии, клеточной биологии, биологии Т-клеток, итальянскому сленгу и секретам приготовления правильного соуса болоньезе. Каждое утро я поднимался на велосипеде на холм под непрекращающимся дождем, чтобы поработать с ним, и каждый вечер спускался обратно, опять-таки под дождем. Я приходил и уходил, вверх и вниз по склону, когда вздумается, иногда даже в полночь, пока мои образцы созревали в лабораторных инкубаторах.

Мой внутренний мир полнился мыслями о Т-клетках и об их связи с хроническими вирусами. Я обдумывал опыты, спускаясь на велосипеде с холма, перебирал в голове результаты и представлял себе жизнь вируса внутри клетки. “Чтобы понять Т-клеточную вирусологию, попробуй думать как вирус”, – говорил мне Энцо. Так я и делал. В один день я становился вирусом Эпштейна – Барр, в другой – вирусом герпеса (для этого требовалось чувство юмора).

Даже после моего отъезда из Оксфорда мы с Энцо продолжали сотрудничать и выпускать совместные публикации. Он высылал мне в лабораторию пробирки с клетками для моих научных экспериментов. Я отправлял ему мамины рецепты для его кулинарных экспериментов. Мы встречались на семинарах в разных точках планеты и каждый раз продолжали беседу, будто ее и не прекращали. Наши интересы почти одновременно сместились от иммунологии к раку и в конечном итоге к иммунологии рака. С годами из его ученика я превратился в коллегу и друга. Но так и не научился варить для Энцо такой кофе, чтобы он остался доволен. Однажды я попытался, но он его выплюнул. Как выразился бы Вольфганг Паули, кофе был настолько плохим, что даже не был неправильным.

В начале 2019 года я узнал, что у Энцо диагностировали рак легкого в продвинутой стадии. Я был в шоке. Несколько дней не мог заставить себя ему позвонить. Прошла неделя или две, прежде чем я наконец позвонил ему из Нью-Йорка. Он немедленно поднял трубку. Он говорил о своем состоянии по-деловому. Может быть, те самые Т-клетки, на разгадку тайны которых он потратил жизнь, сумеют победить его рак. Как написал Ален Таунсенд об Энцо в журнале Nature Immunology: “Мы постоянно слышим выражение «победить рак», но оно является лишь бледным отражением активной, личной, упорной иммунологической борьбы против восставших клеток. Он хватался и боролся за каждый ресурс, который мог найти дома и во всем мире, используя каждую частичку своих глубоких знаний и опыта. Он делал это… спокойно, никогда не пропуская семинаров и не отказывая в общении своим студентам и коллегам. Он был символом бесконечной смелости”4.

В 2020 году, за несколько недель до того, как я должен был отправиться в Оксфорд с лекцией, я узнал, что Энцо умер. Я отменил поездку. Тот вечер я тихо просидел в лаборатории, вспоминая моего учителя, инструктора по приготовлению болоньезе, моего друга, удерживая воспоминания, пока они не застывали в памяти. Я был потрясен, опустошен, словно заторможен. И только потом, через несколько часов, горе взорвалось внутри меня жидкой волной.

Congelare; scongelare.

Внутренний и внешний мир отделены друг от друга мембранами. Что делают Т-клетки при проникновении инфекции? Представьте себе, что иммунная система человека видит два мира патологических микробов. Во “внешнем” мире бактерии или вирусы плавают за пределами клетки – в лимфе, крови или тканях. А во “внутреннем” вирусы внедряются внутрь клетки и живут там.

Именно этот второй мир создает метафизическую или, скорее, физическую проблему. Как уже было сказано, клетка представляет собой независимое существо, окруженное мембраной, отделяющей его от внешнего мира. Внутреннее содержимое (цитоплазма, ядро и так далее) – это закрытое пространство, достижимое снаружи только за счет сигналов или рецепторов, которые клетка решает разместить на своей поверхности.

Но что происходит, когда вирус поселяется внутри клетки? Скажем, когда вирус гриппа проникает в клетку и заставляет аппарат по производству белков синтезировать вирусные белки, неотличимые от собственных белков клетки? Именно это и делают вирусы: они становятся “своими”. Вирус гриппа превращает хозяйские клетки в настоящие “гриппозные фабрики”, синтезирующие тысячи вирионов в час. А поскольку антитела не могут проникнуть в клетку, как им распознать “жульническую” клетку, притворившуюся нормальной? И что в таком случае мешает всем вирусам превращать любые клетки нашего тела в идеальное убежище?

Ответы на эти вопросы, как мы вскоре увидим, можно найти в тех клетках, призывная песнь которых заставила меня перебраться из Калифорнии в лабораторию Алена Таунсенда в Оксфорде. Эти клетки, обладающие почти волшебной чувствительностью, отличают инфицированную вирусом клетку от здоровой и “свое” от “чужого”. Это чуткие и мудрые распознающие Т-клетки.

В 1970-е годы в Австралии иммунологи Рольф Цинкернагель и Питер Доэрти сделали первые шаги на пути к пониманию механизмов Т-клеточного распознавания^5.[95] Они начали с изучения так называемых Т-киллеров: Т-лимфоцитов, которые распознают зараженные вирусом клетки и бомбардируют их токсичными веществами до тех пор, пока те не съеживаются и не умирают, тем самым выгоняя обустроившегося в них врага. Эти цитотоксичные клетки, клетки-киллеры, несут на поверхности специфический маркер – белок CD8.

Цинкернагель и Доэрти установили, что характерная особенность этих СП8-положительных (CD8 +) Т-клеток заключается в их способности распознавать вирусную инфекцию только в собственном организме. Задумайтесь: ваши Т-клетки могут распознать зараженные вирусом клетки только в том случае, если это клетки вашего, а не какого-то чужого тела.[96]

Вторая особенность Т-киллеров не менее загадочна. Хотя CD8+ Т-клетка умеет узнавать клетки собственного тела, она уничтожает только инфицированные клетки. Нет вирусной инфекции – некого и убивать. Как будто Т-клетка задает два независимых вопроса. Первый: принадлежит ли клетка, за которой я наблюдаю, моему телу? Иными словами, “своя” ли это клетка? И второй: заражена ли клетка бактерией или вирусом? Не изменилось ли “свое”? И только если ответы на оба вопроса положительные (свое и инфицированное), Т-клетка уничтожает мишень.

Короче говоря, Т-клетка эволюционировала таким образом, чтобы распознавать клетки собственного тела, но только измененные, в которых затаилась инфекция. Но как? С помощью генетических методов Цинкернагель и Доэрти связали распознавание “своего” с набором молекул, которые называют молекулами главного комплекса гистосовместимости (ГКГС) класса I.[97]

Белок ГКГС можно сравнить с рамкой. Без правильной рамки или контекста (“собственной идентичности”) Т-клетка не может увидеть картину, даже если та представляет собой искаженную версию “своего”. И без картины внутри рамки (допустим, какой-то части вируса – инфицированного “своего”) Т-клетка тоже не распознает инфицированную клетку. Она может узнать только патоген и собственную клетку одновременно – картину и рамку[98].

Цинкернагель и Доэрти разгадали одну часть загадки: Т-клетки распознают инфицированные клетки собственного организма. Но вторая часть была не менее сложной. Да, в процессе задействован белок, молекула главного комплекса гистосовместимости класса I, но как клетка подает сигнал об изменениях, иными словами, как распознается инфицированная клетка собственного организма? Как именно CD8+ клетка находит клетку своего же тела с внедрившимся в нее вирусом гриппа?

Мой бывший руководитель Ален Таунсенд, который с годами стал моим другом, в 1990-е попытался ответить на этот вопрос, поначалу в Национальном институте медицинских исследований в районе Милл-Хилл в Лондоне, а потом в Оксфорде. Ален относится к числу самых блестящих ученых, наделенных даром предвидения, каких я когда-либо знал. В свое время он был в буквальном смысле карикатурой на оксфордского ученого. Он презрительно относился к поездкам на научные сборища в экзотических местах. Слово “тропический” вызывало у него ужас. Почти каждый день он ел на обед рыхлые пирожки с мясной начинкой и в совершенстве владел истинно английским качеством отпускать убийственные эвфемизмы. Если какая-то идея казалась ему глупой или ненаучной, он устремлял неопределенный взгляд куда-то в пространство, выдерживая паузу. А потом произносил: “Ну, эта мысль кажется мне… м-м-м… довольно тонкой”. Должен признаться, на лабораторных семинарах я часто выглядел довольно “тонким”.

В конце 1980-х и начале 1990-х годов Таунсенд и другие ученые начали понимать, каким образом Т-киллеры обнаруживают пораженные вирусом клетки. Таунсенд стал экспериментировать с CD8 + Т-киллерами. В частности, его интересовали клетки, зараженные вирусом гриппа. Как распознаются и уничтожаются такие клетки? Как показал Таунсенд (а до него Цинкернагель и Доэрти), CD 8 + Т-клетки уничтожают клетки тела хозяина, зараженные вирусом гриппа, иными словами, отличают “свое” от “чужого”. Но, как отмечалось выше, собственные клетки уничтожаются только в том случае, если содержат вирус и производят вирусные белки. Какой же вирусный белок распознается клетками-киллерами? Ученые установили, что некоторые Т-киллеры находят внутри зараженных гриппом клеток вирусный белок, названный нуклеопротеином[99].

Тут-то и начинается загадка. Загадка о наружной стороне и об изнанке. “Этот белок, нуклеопротеин, никогда не выходит на поверхность”, – рассказывал мне Ален^6. Мы сидели в лондонском такси, возвращаясь с лекции. Сгущались типичные для Лондона сумерки с внезапно прорезывающимися косыми лучами света, и улицы, по которым мы продвигались, – Риджент-стрит, Бери-стрит – представляли собой нескончаемые ряды домов с изредка освещенными окнами и неприступными дверьми. Каким образом сыщик, двигаясь от двери к двери, может найти обитателя одного из таких домов, если тот не высовывает голову наружу?

Т-клетки не могут проникать внутрь клеток – их отделяет мембрана, так как же они распознают внутреннее содержимое инфицированной клетки?

“Нуклеопротеин всегда находится внутри клетки”, – продолжал Ален. Его глаза светились, он вспоминал эксперимент. Он провел самые тщательные измерения, опыт за опытом, неделя за неделей, чтобы найти хоть какие-то следы присутствия нуклеопротеина на поверхности зараженной гриппом клетки, по которым Т-клетка могла бы ее распознать. Но ничего такого не было. Белок никогда не высовывает голову из-за клеточной мембраны. “Если искать среди белков на клеточной поверхности, Т-клетка не найдет там нуклеопротеин, – говорил Ален. – Он невидим на поверхности клетки, его здесь просто нет, однако Т-клетка прекрасно его находит”. Такси затормозило в мерцающем свете, как будто дожидалось ответа.

Так как же Т-клетка находит нуклеопротеин? Важнейшие открытия на эту тему были сделаны в конце 1980-х годов. Ален обнаружил, что CD8+ клетки-киллеры опознают не целый нуклеопротеин, “высунувшийся” из клетки. Клетки обнаруживают вирусные пептиды — отдельные части, или фрагменты, вирусного нуклеопротеина. И очень важно, чтобы эти пептиды были “представлены” Т-клеткам в правильной “рамке” – в данном случае в комплексе с белками главного комплекса гистосовместимости (ГКГС) класса I, который и выносит их на поверхность клетки. Да, это “свое”, но в измененном виде.

Белок ГКГС класса I (который, как обнаружили Цинкернагель и Доэрти, участвует в ответе Т-киллеров) на самом деле является белком-переносчиком и служит той самой “рамкой”. ГКГС выворачивает изнанку наружу, постоянно выгружая на поверхность образцы клеточного содержимого.

Этот белок, как шпион (“наш человек в Гаване”[100]), посылает наружу сигналы о клеточном содержимом, которые может распознать иммунная система. Т-клетке нужен “правильный шпион”, поэтому она должна уметь распознавать “свое”. И ей нужны правильные сигналы, поэтому внутри клетки должен быть чужеродный патоген. Это еще один пример биологического алгоритма. При сочетании правильного шпиона внутри и правильных сигналов (собственная молекула ГКГС, несущая фрагмент вирусного пептида) Т-клетка выполняет свою работу киллера.

В биологии редко обнаруживаются вещи более поразительные, чем полное соответствие структуры молекулы и ее функции, т. е. прекрасное соответствие между тем, как выглядит молекула, и тем, что она делает. Возьмем, к примеру, ДНК – знаменитую двойную спираль. Она выглядит как носитель информации – последовательность четырех химических молекул, А, С, Т и G, выстроенных в специфическом порядке (ACTGGCCTGC), как четырехбуквенная азбука Морзе. Кроме того, структура двойной спирали позволяет понять, как происходит репликация. Нити ДНК комплементарны друг другу, это “инь и ян”: А на одной нити состыкуется с Т на другой, а С сочетается с G. Когда клетка делится, производя две копии ДНК, каждая нить служит матрицей для синтеза противоположной. Инь служит для синтеза ян, ян формирует инь, и образуются две новые двойные спирали, два новых инь-ян ДНК.

Извивающийся хвост бактерий, позволяющий им двигаться, выглядит как хвост, вот только он построен из набора белков. “Мотор”, позволяющий хвосту вращаться, похож на мотор с набором движущихся частей, расположенных по кругу. А “крюк”, соединяющий мотор с хвостом, превращающий круговое движение в движение гребного винта и позволяющий бактерии плыть, выглядит как крюк, специально сконструированный именно для этого превращения.

То же самое относится к молекулам ГКГС класса I. Когда структура этой молекулы была наконец окончательно установлена кристаллографом Памелой Бьоркман^7, которая теперь работает в Калифорнийском технологическом институте, выяснилось, что структура молекулы полностью соответствует ее функции. Молекула выглядит именно так, как и следовало ожидать, – как рука, держащая две половинки хот-дога. Две половинки булочки (две белковые спирали молекулы ГКГС) оставляют в середине идеальную ложбинку. Вирусный пептид укладывается в этой ложбинке, как сосиска между двумя половинками булочки, прежде чем его подают Т-клетке.

“Все в этом образе согласуется. Все сходится”, – комментировал Ален. Т-клетка видит как чужеродный элемент (вирусный пептид в ложбинке), так и собственный (спиральные части молекулы ГКГС). Ален был бесконечно растроган, глядя на изображение, – теперь он понимал, как вирусный пептид представляется Т-клетке. “Сердце начинает учащенно биться у каждого иммунолога, когда он или она в первый раз видит трехмерную структуру центра связывания молекулы ГКГС”8, – писал он в статье в журнале Nature, поскольку это объясняет “структурную основу” распознавания антигена. Изображение молекулы ГКГС класса I давало ответы на тысячи вопросов иммунологов и вызывало тысячи новых вопросов. Статью, которая вышла в 1987 году, Ален озаглавил строкой из стихотворения Уильяма Батлера Йейтса: “Что образы от образов родит”9.

Действительно, изображение молекулы ГКГС со связанным пептидом порождает новые образы. Какие элементы молекул ГКГС класса I отвечают за распознавание Т-клетками? И если молекула ГКГС класса I (белок-переносчик) служит белковой платформой для представления как своих, так и чужеродных элементов, то какова структура молекулы на поверхности Т-клетки, которая обеспечивает это осознанное распознавание? Как выглядит белок, обнаруживающий комплекс молекулы ГКГС и пептида?

Приблизительно в то же время, когда была установлена структура молекул ГКГС класса I, несколько исследовательских групп, включая группу Марка Дейвиса в Стэнфорде, Така Мака в Торонто и Джима Эллисона в Хьюстоне, занимались изучением гена, кодирующего Т-клеточный рецептор – молекулу на поверхности Т-клетки, которая распознает молекулу ГКГС со связанным пептидом^10. И когда в конечном итоге строение рецептора было установлено, опять-таки обнаружилось глубокое соответствие структуры и функции.

Т-клеточный рецептор похож на два вытянутых пальца. Одни участки пальцев касаются “своего”, т. е. раздвинутых половинок молекулы ГКГС вокруг пептида, а другие участки касаются чужеродного пептида, уложенного в ложбинке. “Чужое” и “свое” распознается одновременно; в структуре рецептора выполняются оба требования, необходимых для обнаружения инфицированной клетки. Один участок пальца касается “своего”, другой контактирует с “чужим”. Распознавание происходит при двойном соприкосновении.

Соответствие структуры и функции – одна из красивейших концепций биологии, впервые озвученная столетия назад такими мыслителями, как Аристотель. В структуре этих двух молекул – ГКГС и Т-клеточного рецептора – отражаются главные идеи иммунологии и клеточной биологии. Наша иммунная система действует за счет распознавания “своего” и его искажений. Эволюция научила ее обнаруживать изменения собственного состава. Как заключил Ален в своей знаменитой статье, “стало возможным использовать Т-клеточное распознавание рациональным образом”.

Но давайте на минуту отвлечемся от темы соответствия структуры и функции. Таунсенд понимал, что решение вопроса о Т-клеточном распознавании создаст новую проблему. Родится новый вопрос: как вирусный белок, скажем нуклеопротеин, синтезированный в клетке, выходит на поверхность, где его может обнаружить Т-клетка?

По мере углубления молекулярных исследований Таунсенд и другие ученые начали открывать сложный внутриклеточный аппарат, выполняющий задачу представления клеточных внутренностей внешнему миру. Теперь известно, что этот процесс запускается в тот момент, когда внутри клетки начинается синтез вирусного белка. Клетка не знает, является ли этот белок частью ее нормального ассортимента, или он чужой; у вирусного белка нет никаких специфических, выдающих его признаков.

По этой причине нуклеопротеин, как и все белки, рано или поздно попадает в аппарат по утилизации отходов, в клеточную дробилку – протеасому, где он расщепляется на мелкие фрагменты (пептиды), которые затем возвращаются в клетку. Далее по специализированным каналам эти пептиды переносятся в компартмент, где связываются с молекулами ГКГС класса I. Нагруженные молекулы ГКГС класса I несут вирусные пептиды к поверхности клетки и представляют их Т-клеткам. Молекулы ГКГС класса I, как показывает их структура, играют роль молекулярных “подносов”, постоянно представляющих на осмотр Т-клеткам лакомства, состоящие из клеточных внутренностей.

В этом заключается один из самых хитроумных способов перепрофилирования внутриклеточного аппарата: природный клеточный аппарат по переработке отходов обращается с вирусными белками точно так же, как со всеми другими белками, подлежащими уничтожению, – загружает их на молекулу белкового переносчика и выводит на поверхность клетки.

Так внутренности клетки оказываются снаружи. Клетка отсылает на инспекцию иммунной системе образцы своей внутренней жизни в правильной рамке. Проплывающая мимо CD8+ Т-клетка, обнюхивая клеточную поверхность, обнаруживает широкий ассортимент пептидов из клеточных внутренностей, теперь выставленных снаружи, среди которых, понятное дело, обнаруживаются вирусные пептиды. И только если чужеродный пептид представлен собственными молекулами ГКГС (измененное “свое”), возникает иммунный ответ, приводящий к уничтожению инфицированной клетки.

До сих пор мы обсуждали “внутренний” мир клетки, т. е. клетку с находящимся внутри нее патогенным организмом. Но “внешний” мир с патогенами, свободно перемещающимися внутри тела, вызывает иные вопросы: как происходит активация Т-клеточного ответа под действием вирусов и бактерий, находящихся за пределами клетки?

Теоретически активация Т-клеточного ответа до инфицирования вирусом клетки-мишени (пока он еще циркулирует по телу, скажем, в крови или в лимфатической системе) давала бы организму множество преимуществ: он мог бы подготовить несколько механизмов иммунного ответа для сдерживания инфекции. В организме запускались бы сигналы тревоги: повышение температуры, воспаление и синтез антител, – что способствовало бы нейтрализации инфекции на ранней стадии.

Как мы уже видели, клетки врожденной иммунной системы (макрофаги, нейтрофилы и моноциты) постоянно обследуют тело, выявляя признаки повреждений и инфекций. Как только такие признаки обнаружены, клетки бросаются к инфицированному участку, чтобы в процессе фагоцитоза поглотить бактерии или вирусные частицы. Клетки заглатывают захватчиков, интернализируют их и направляют в специальные отделы. Эти отделы (в их числе лизосомы) заполнены ферментами, которые расщепляют вирусы на мелкие фрагменты, включая фрагменты белков – пептиды.

Это тоже своеобразная форма “интернализации” (поглощения), но не такая, как при инфекции. Здесь вирус играет роль чужака, которого необходимо уничтожить. Ему еще предстоит пробраться в клетку, произвести новые вирусные частицы и стать “своим”. Упомянутая выше работа Алена Таунсенда была посвящена изучению ответа CD8 + Т-клеток, происходящего уже после того, как вирус укрывается в клетке. Но как реагируют Т-клетки в тот момент, когда система наблюдения только обнаружила наличие в организме патогена?

В 1990-е годы Эмиль Унануэ, ныне профессор медицинского факультета Вашингтонского университета, начал исследовать ответ Т-клеток при встрече с микробами, находящимися вне клетки^11. Он обнаружил, что этот тип иммунной реакции следует принципам, во многом аналогичным тем, которые открыл Таунсенд.

В результате фагоцитоза бактерии и вирусы направляются в лизосомы и расщепляются на отдельные пептиды[101]. Аналогично тому, как молекулы ГКГС класса I представляют Т-клеткам внутренние пептиды, родственные белки – молекулы ГКГС класса II – в основном представляют Т-клеткам пептиды внешние. У этих молекул похожая структура: “рука”, удерживающая две половинки “булочки”, а между ними ложбинка для пептида.

Иными словами, в целом картина такова:

Но именно здесь происходит диверсификация иммунного ответа – возникает новый атакующий фланг. Внутренние пептиды, представляемые молекулами ГКГС класса I, как показали Цинкернагель и Доэрти, выявляются группой Т-клеток, называемых CD8 + Т-киллерами. Как вы помните, последние уничтожают инфицированные клетки, при этом освобождая организм от вируса.

Большая же часть пептидов, образованных из патогенов вне клетки (а также небольшое количество пептидов, образующихся в лизосоме из внутриклеточного содержимого), напротив, представляется молекулами ГКГС класса II. Их распознает другая группа Т-клеток – СИ4-положительные^12.

CD4+ Т-клетки не являются киллерами (и это логично: вирус уже мертв и расщеплен на части, так зачем убивать клетку, которая привлекает внимание Т-клетки к мертвому вирусу?). Такие клетки служат координаторами. Обнаружив комплекс молекул ГКГС с пептидами, CD4+ клетки начинают координировать иммунный ответ. Они стимулируют В-клетки к производству антител. Секретируют вещества, повышающие способность макрофагов к фагоцитозу. Усиливают локальный кровоток и привлекают другие иммунные клетки, включая В-клетки, к устранению инфекции.

Без CD4+ клеток невозможна связь между врожденным и приобретенным иммунитетом, т. е. между выявлением патогена и синтезом антител В-клетками. По этой причине и особенно в связи со стимуляцией синтеза антител В-клетками CD4+ Т-клетки называют помощниками – Т-хелперами. Их функция заключается в создании мостика между системами врожденного и приобретенного иммунитета: макрофагами и моноцитами с одной стороны и В- и Т-клетками – с другой[102].

Обработка антигена и его презентация CD4- и CDS-положительным клеткам, на которой основан механизм Т-клеточного распознавания, является медленным, но чрезвычайно методичным процессом. В отличие от антитела, которое можно сравнить с шерифом, бросающимся в бой с бандой молекулярных преступников в центре города, Т-клетка – скорее скрытный детектив, крадущийся от двери к двери в поисках затаившихся злоумышленников. В книге “Жизнь клетки” Льюис Томас пишет: “Лимфоциты, как осы, генетически запрограммированы на поиски, но, по-видимому, каждому из них разрешено иметь собственное мнение. Они блуждают по тканям, наблюдая и отслеживая”13. Однако, в отличие от В-клеток, Т-клетка не ждет преступника, выбегающего из салуна с дымящимся револьвером. Она подобна знаменитому Шерлоку Холмсу с трубкой и зонтом, разыскивающему возможного преступника. Следы тайного присутствия. Какое-нибудь потертое письмо с фрагментом имени в мусорном баке на улице (тот самый пептид, представленный на молекуле ГКГС).

Иммунная система действует двояко: одному механизму распознавания не нужен клеточный контекст (В-клетки и антитела), тогда как другой запускается только в том случае, когда чужеродный белок представляется собственными клетками (Т-клетки). Именно это двоякое действие гарантирует, что вирусы и бактерии не просто выводятся антителами из крови, но также выводятся Т-клетками из инфицированных клеток, где они в противном случае могли бы обустроиться в безопасности.

Вот это, в отличие от обычного контекста употребления этого слова Аленом, действительно тонко.

Первые пациенты начали поступать в клиники и больницы в 1979 и 1980 годах. Зимой 1979 года врач из Лос-Анджелеса Джоэл Вейсман обратил внимание на появление в клинике молодых людей, чаще всего в возрасте двадцати-тридцати лет, со странным недомоганием: “с синдромом, напоминающим мононуклеоз с лихорадочным состоянием, снижением массы тела и увеличением лимфатических узлов”14. На другом побережье Америки тоже неожиданно возникли кластеры этой необычной болезни. В марте 1980 года в Нью-Йорке у пациента по имени Ник была выявлена странная изнуряющая болезнь: “усталость, потеря веса и медленное разрушение всего организма”15.

В начале 1980 года пациентов стало больше, и опять-таки главным образом это были молодые люди из Нью-Йорка и Лос-Анджелеса, и у многих развивалось воспаление легких, раньше наблюдавшееся только у пациентов с очень сильно пониженным иммунитетом и вызванное настолько редким патогеном, что врачи знали о нем только по учебникам, – пневмоцистная пневмония. Болезнь была настолько редкой, что единственное лекарство против нее – пентамидин – распространялось через государственные аптеки. В апреле 1981 года фармацевт из американского Центра по контролю и профилактике заболеваний (CDC) отметил, что потребление этого противогрибкового препарата выросло почти в три раза, и все запросы, по-видимому, приходили из разных больниц Нью-Йорка и Лос-Анджелеса.

Пятое июня 1981 года стало важной датой: в тот день в еженедельном отчете CDC о заболеваемости и смертности в стране (Morbidity and Mortality Weekly Report, MMWR) появилось сообщение о пяти молодых людях с пневмоцистной пневмонией, причем отмечалось, что все они жили в Лос-Анджелесе, в нескольких километрах друг от друга^16. Позднее выяснилось, что часто заболевали мужчины, имевшие гомосексуальные контакты. “Необычно развитие пневмоцистной пневмонии у пяти ранее здоровых индивидуумов без клинических признаков снижения иммунитета”, – сообщалось в отчете^17. “У троих обследованных пациентов наблюдалось нарушение иммунной функции, двое из четырех сообщили о недавнем гомосексуальном контакте. Все вышеперечисленные наблюдения указывают на возможность нарушения клеточного иммунитета, связанного с практикой, располагающей к передаче оппортунистических инфекций”18.

А затем на обоих побережьях к врачам стали обращаться мужчины с редким раком кожи и слизистых оболочек. Саркома Капоши, прежде мало распространенная в Соединенных Штатах, является вялотекущим злокачественным заболеванием, связанным, как было установлено впоследствии, с вирусной инфекцией. Обычно болезнь характеризуется появлением лиловатых повреждений кожи и изредка встречается у пожилых мужчин из Средиземноморского региона и пациентов из эндемичных районов субэкваториальной части Африки. Однако в Нью-Йорке и Лос-Анджелесе саркома приобрела форму агрессивного инвазивного рака, из-за которого руки и ноги пациентов покрывались эрозийными лиловыми рубцами. В марте 1981 года журнал Lancet опубликовал отчет о еще восьми подобных случаях^19. К тому времени Ник, пациент с тяжелой формой заболевания, уже скончался от кавернозных поражений головного мозга, вызванных распространенным и обычно неопасным патогеном Toxoplasma gondii, который часто переносят домашние кошки.

К концу лета 1981 года совершенно неожиданно произошла вспышка необычного заболевания, раньше наблюдавшегося только у людей с тяжелыми формами иммунодефицита. Каждую неделю в отчетах MMWR появлялись тревожные сообщения о многоликой чуме, проявлявшейся в виде, казалось бы, несвязанных заболеваний: все новые и новые случаи пневмоцистной пневмонии, криптококкового менингита, токсоплазмоза, саркомы Капоши у молодых людей. Странные неопасные вирусы вдруг становились активными и агрессивными, на пустом месте развивались лимфомы.

Единственным общим эпидемиологическим фактором появления этих заболеваний была выраженная корреляция с гомосексуальными контактами между заболевшими мужчинами, хотя к 1982 году стало ясно, что в группу риска также попадали люди, часто подвергающиеся переливанию крови, например пациенты с нарушениями свертывания крови из-за гемофилии. И почти в каждом случае наблюдались признаки катастрофического отказа иммунной системы, особенно клеточного иммунитета. В 1981 году в журнале Lancet было опубликовано письмо в редакцию с предложением назвать эту группу заболеваний “синдромом риска геев”20. Некоторые называли болезнь “иммунодефицитом гомосексуалистов” или, еще хуже (и с очевидным дискриминационным оттенком), “раком геев”21. В июле 1982 года, когда врачи все еще отчаянно искали причину заболевания, его стали называть синдромом приобретенного иммунодефицита, сокращенно – СПИДом^22.

В чем же причина такого коллапса иммунной системы? В 1981 году три группы исследователей в Нью-Йорке и Лос-Анджелесе независимо друг от друга занялись обследованием пациентов и обнаружили, что их иммунная система разрушена (в отчете MMWR за июнь 1981 года уже говорилось о коллапсе клеточного иммунитета)23. Вскоре благодаря анализу всех типов иммунных клеток было установлено, что главное нарушение связано с дисфункцией CD4+ Т-хелперов, которых оказалось мало. В норме количество CD4+ клеток составляет от пятисот до полутора тысяч на кубический миллиметр крови. У пациентов с продвинутой формой СПИДа их было лишь пятьдесят или даже десять. Одна группа ученых отмечала, что СПИД был “первым человеческим заболеванием, которое можно охарактеризовать избирательной потерей специфической группы Т-клеток, а именно – CD4+ Т-хелпе-ров/индукторов”24. Для диагностики СПИДа в качестве критерия было определено пороговое значение в двести CD4+ Т-хелперов на один кубический миллиметр крови.

Вскоре выяснилось, что в развитии заболевания играет роль инфицирующий агент, возможно вирус. Он мог передаваться половым путем, как при гомосексуальных, так и при гетеросексуальных контактах, при переливании крови и через зараженные иглы для внутривенных инъекций, обычно при употреблении наркотиков. Стандартные тесты не выявляли известных вирусов или бактерий. Инфекция была вызвана новым вирусом из неизвестного источника, атаковавшим клеточный иммунитет. Это был “идеальный шторм”, поскольку идеальный (в биологическом и метафорическом плане) патоген уничтожал именно ту систему, которая предназначена для его уничтожения.

Вирус СПИДа был идентифицирован французскими учеными Люком Монтанье и Франсуазой Барре-Синусси[103], которые 20 марта 1983 года опубликовали в журнале Science статью о выделении нового вируса из лимфатических узлов больных СПИДом^25. За последующие годы болезнь распространилась по Европе и Америке, убив тысячи людей, но ученые продолжали спорить, является ли именно этот вирус причиной СПИДа. В 1984 году исследователи из лаборатории Роберта Галло в Национальном институте рака положили конец этим спорам: они опубликовали в журнале Science четыре статьи, однозначно доказав, что причиной СПИДа является именно этот новый вирус^26.

Его окрестили вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ)27. Исследователи из лаборатории Галло описали метод культивирования вируса и создали к нему антитела, что позволило разработать первые методы для его обнаружения.

Обычно мы думаем о СПИДе как о вирусном заболевании. Но вместе с тем это и клеточное заболевание. CD4+ Т-клетки находятся на перекрестке механизмов клеточного иммунитета. Называть их “помощниками” – все равно что называть Томаса Кромвеля чиновником среднего уровня. CD4+ клетки – не столько помощники, сколько главные распорядители иммунной системы, координаторы, центральное ядро, через которое проходят буквально все потоки иммунной информации. У них множество разных функций. Как мы уже обсуждали, их работа начинается при обнаружении пептидов патогена, загруженных на молекулы ГКГС класса II и представленных на поверхности клеток. Они активируют иммунный ответ, рассылая сигналы тревоги, способствуя созреванию В-клеток и привлекая CD8+ Т-клетки к местам проникновения вирусной инфекции. Они секретируют факторы, обеспечивающие сообщение между разными формами иммунитета. Это главный мостик между врожденным и приобретенным иммунитетом – между всеми клетками иммунной системы. И поэтому коллапс CD4+ клеток быстро приводит к коллапсу всей иммунной системы.

Высокий худой мужчина, пришедший ко мне на прием после обеда в пятницу, жаловался только на потерю веса. Ни лихорадки, ни озноба, ни ночной потливости. Но вот масса тела стремительно снижалась. Каждый день он вставал дома на весы и недосчитывался очередного фунта. Он рассказал, что на протяжении последних шести месяцев затягивал ремень все сильнее и сильнее, дырочка за дырочкой, пока не добрался до последней. Но брюки все равно спадали.

Я стал расспрашивать подробнее. Бывший агент по недвижимости из Род-Айленда; был женат, но теперь жил один. Складывалось странное впечатление: он совершенно откровенно говорил о медицинских симптомах и рисках, но при этом был весьма сдержан в описании своей личной жизни и выдавал лишь туманную информацию.

– Внутривенные наркотики? – спросил я.

– Нет! – категорически возразил он. – Никогда.

– В вашей семье были случаи рака?

– Да, отец скончался от рака толстой кишки. У матери был рак молочной железы.

– Незащищенные половые контакты?

Он посмотрел на меня как на сумасшедшего.

– Нет.

Он заявил, что уже много лет ни с кем не спал.

Я осмотрел его. Ничего особенного. “Давайте проведем обычные анализы”, – сказал я. Бессимптомная потеря веса – трудная врачебная загадка. Надо было исключить наличие скрытых кровотечений или каких-то признаков рака. Вероятность туберкулеза казалась невысокой. Риск ВИЧ был невелик, но к этому следовало вернуться.

Время приема вышло, и он уже собирался уходить. Он носил кроссовки на босу ногу. И когда он повернулся, я краем глаза увидел на его лодыжке, прямо над ботинком, сине-лиловое пятно.

– Подождите минуточку, – попросил я. – Снимите обувь.

Я внимательно изучил повреждение. На коже был небольшой бугорок, размером с фасолину и цвета темного баклажана. Похоже было на саркому Капоши. “Давайте проверим содержание CD4+ клеток”, – сказал я. И аккуратно добавил: “И сдадим анализ на ВИЧ”. Казалось, это его не встревожило.

Через неделю пришли результаты: у него был СПИД. Количество CD4+ клеток было в десять раз ниже нормы, и биопсия лилового пятна дала положительный результат. Как я и предполагал, это была саркома Капоши – одно из типичных осложнений СПИДа.

Я направил мужчину к специалисту по ВИЧ. В следующий раз, когда он вновь пришел ко мне на прием, он категорически отрицал наличие у себя каких-либо факторов риска, связанных с ВИЧ/СПИДом: незащищенные половые контакты с мужчинами или женщинами, внутривенное введение наркотиков, переливание крови. Как будто вирус проник в его организм из воздуха. Бесполезно было пытать его дальше. Между нами встала ширма неприкосновенности частной жизни. В романе “Дети полуночи”, вышедшем в 1981 году, Салман Рушди рассказывает о враче, которому разрешили осматривать молодую пациентку только через отверстие в белом отрезе ткани^28. Временами мне казалось, что я тоже обследую пациента через покрывало – но что оно скрывало? Гомофобию? Отрицание? Сексуальный стыд? Зависимость? Мы начали противовирусную терапию. Количество CD4+ клеток стало расти. Медленнее, чем мы ожидали, но все же расти, день ото дня. Вес стабилизировался.

И вдруг он опять стал худеть. Неожиданно на плече возникли два новых сине-лиловых пятна. Ушибы? Опять саркома Капоши? Но по времени это не сходилось. У мужчины начались приступы жара и лихорадки. В подмышечных впадинах появились опухоли, а два новых сине-лиловых пятна увеличились в размере. Через несколько дней он вновь оказался в реанимационном отделении.

После этого ситуация быстро вышла из-под контроля. Артериальное давление резко упало, пальцы ног посинели. В образцах крови нашли бартонеллу – бактерию, которую часто обнаруживают у больных СПИДом. Но в этом сложном случае произошел еще один поворот: новые иссиня-черные пятна на коже оказались не саркомой Капоши, а опухолевидными выростами, которые были образованы кровеносными сосудами, пораженными бартонеллой. Какова вероятность, что два идентичных повреждения на коже одного и того же пациента будут иметь две совсем разные причины? Иногда медицинские загадки оказываются сложнее, чем можно предположить.

Мы лечили его антибиотиками доксоциклином и рифампином, пока симптомы не исчезли. Мужчина провел в больнице две недели. Когда я пришел его навестить, он опять был очень сдержан. Бартонелла почти всегда передается через кошачьи царапины; обычно болезнь переносят блохи через царапины на коже.

Мы какое-то время сидели молча, будто каждый обдумывал свою стратегию в предстоящей битве умалчиваний.

“Кошки? – спросил я. – Вы не говорили, что у вас есть кошки”. Он посмотрел на меня с изумлением. У него нет кошек.

Факторов риска ВИЧ нет. Наркотиков нет. Незащищенных половых контактов нет. Кошек и царапин тоже нет. Я пожал плечами и ушел.

К счастью, мужчина вылечился от инфекции. Антиретровирусные препараты сработали, и количество CD4+ клеток вернулось к норме. Но причины болезни так и остались неизвестны. Иногда человеческие загадки сложнее медицинских.

Методы лечения ВИЧ-инфицированных больных изменились, когда появилась комбинированная противовирусная терапия с применением трех или четырех препаратов. Фармацевтические возможности борьбы с вирусом год от года расширяются. Есть лекарства, которые препятствуют репликации вируса, или предотвращают копирование РНК и ее встраивание в хозяйский геном, или не позволяют вирусу созревать и производить инфекционные частицы, или мешают ему сливаться с чувствительными клетками, – в общей сложности пять или шесть разных классов препаратов. Теперь лечение стало настолько эффективным, что пациенты с ВИЧ могут жить десятилетиями без каких-либо проявлений вирусной инфекции. Они не излечиваются, но их состояние контролируется настолько тщательно и сопровождается такой низкой вирусной нагрузкой, что они не могут заразить других.

Лаборатории всего мира ищут вакцины против ВИЧ, которые могли бы полностью предотвратить распространение инфекции и тем самым устранить необходимость долгосрочной комбинированной терапии. Некоторые наиболее перспективные исследования сместились от лечения к профилактике. В одном испытании было показано, что введение двух доз противовирусного препарата невирапина ВИЧ-инфицированной матери перед родами и младенцу в течение трех дней после рождения снижает риск передачи инфекции с 25 до примерно 12 %29. Стоит такое лечение всего четыре доллара. Буквально каждый месяц проходят проверку более мощные сочетания лекарств, позволяющие предотвратить передачу инфекции ребенку от беременной матери или между людьми из групп риска после сексуального контакта.

Но пока мы ждем появления вакцины, уже есть один подход к лечению пациентов с клеточным заболеванием с помощью клеточной терапии. Седьмого февраля 2007 года ВИЧ-инфицированный пациент Тимоти Рэй Браун перенес пересадку костного мозга^30. Брауну, родившемуся в Сиэтле, диагностировали ВИЧ-инфекцию в 1995 году, когда он учился в Берлинском университете. Его лечили противовирусными препаратами, в том числе новыми на тот момент ингибиторами протеаз, и на протяжении десяти лет у него не было симптомов болезни. Уровень CD4+ клеток был почти в норме, а вирусная нагрузка оставалась ниже предела обнаружения.

Однако в 2005 году он внезапно стал ощущать слабость и усталость и не смог больше совершать обычные велосипедные прогулки. Обнаружилась умеренная анемия, хотя ВИЧ находился под контролем. Биопсия костного мозга показала, что у мужчины острый миелоидный лейкоз – смертоносный рак белых кровяных клеток. (Брауну удивительно не повезло. Этот тип рака и ВИЧ-инфекция слабо связаны между собой. ВИЧ-инфицированные мужчины и женщины имеют повышенный риск развития некоторых типов лимфом и двукратно повышенный риск развития острого миелоидного лейкоза, но для прояснения картины требуются дополнительные исследования.)

Сначала Брауна лечили с помощью стандартной химиотерапии, но в 2006 году случился рецидив. На следующих этапах лечения онкологи предлагали использовать высокие дозы химиотерапевтических препаратов, чтобы убить все злокачественные клетки (но вместе с тем и лишить его способности защищаться от болезней), с последующей пересадкой костного мозга от подходящего донора. Обычно найти такого донора трудно, но в случае Брауна в международном регистре оказалось 267 совпадений. При наличии столь богатого выбора доноров берлинский гематолог Геро Хюттер, любитель экспериментальных исследований, предложил найти среди них донора с природной мутацией в ко-рецепторе CCR5, с помощью которого ВИЧ проникает в CD4 + клетки. У некоторых людей ген CCR5 во всех клетках, включая СИ4-положительные, имеет природную мутацию дельта-32 (это та самая мутация, которую китайский генетик Хэ Цзянькуй пытался создать у Лулу и Наны путем генетического редактирования). Люди с двумя унаследованными копиями такого мутантного гена CCR5 невосприимчивы к инфекции ВИЧ. Поэтому пересадка костного мозга для Брауна была бы не просто новым методом лечения, но и уникальным экспериментом.

Хюттер знал об одном бывшем пациенте, тоже из Берлина, которому отменили препараты против ВИЧ, поскольку у него была врожденная мутантная аллель гена, обеспечивающая устойчивость против этой инфекции. Вирусная нагрузка у того пациента не увеличилась даже после прекращения лечения препаратами против ВИЧ – это было признаком, хотя и не строгим доказательством, того, что геном конкретного человека влияет на его восприимчивость к ВИЧ.

Хюттер понимал, что случай Брауна позволит сделать значительный шаг вперед. Ген устойчивости обеспечит донор, а не реципиент стволовых клеток. И хотя главная задача пересадки костного мозга заключалась в том, чтобы вылечить Тимоти Брауна от лейкоза, Хюттер рассудил, что та же клеточная атака может быть направлена и против ВИЧ-инфекции.

К сожалению, меньше чем через два года после пересадки костного мозга лейкоз вернулся, так что была предпринята вторая попытка пересадки стволовых клеток от того же донора. То была тяжелая схватка. “Я был в исступлении, почти потерял зрение и был практически парализован”, – писал Браун в статье, вышедшей в 2015 году, через двадцать лет после постановки онкологического диагноза^31. Выздоровление заняло месяцы, а затем годы. Постепенно он заново научился ходить, зрение восстановилось. Но Браун не принимал противовирусных препаратов, что и было запланировано после пересадки. Поскольку ему были пересажены стволовые клетки, имеющие ген CCR5 с мутацией дельта-32 – устойчивые к ВИЧ, он оставался ВИЧ-негативным. Он излечился от лейкоза и, что поразительнее, от ВИЧ.

Случай Брауна до сих пор широко обсуждается в медицинском сообществе. Поначалу его анонимно называли “берлинским пациентом”, но Браун рассказал о себе сам в средствах массовой информации и научных журналах в начале 2010 года, когда вернулся в Соединенные Штаты. На протяжении тринадцати лет он оставался ВИЧ-негативным и сам себя называл излечившимся. В 2020 году Тимоти Рэй Браун скончался в результате рецидива лейкоза в возрасте пятидесяти четырех лет, но в его крови по-прежнему не было никаких признаков ВИЧ-инфекции.

Давайте внесем ясность: мировую эпидемию ВИЧ нельзя победить пересадкой донорского костного мозга с клетками, имеющими ген CCR5 с мутацией дельта-32. Эта процедура до сих пор слишком дорогая, слишком токсичная для пациента и слишком трудоемкая, чтобы ее можно было применять на практике в масштабе всей человеческой популяции.

Но случай Брауна дает нам важные уроки и порождает новые вопросы, связанные с созданием вакцин и противовирусных препаратов. Во-первых, изменение клеточного резервуара ВИЧ в крови теоретически может остановить болезнь или хотя бы обеспечить перманентный контроль над вирусом. После излечения Тимоти Брауна еще одного пациента в Лондоне тоже лечили от ВИЧ пересадкой костного мозга. Если только эти два случая не являются исключением, с большой вероятностью в организме нет какого-то другого, “тайного” резервуара клеток, кроме клеток крови, где ВИЧ может скрываться и активироваться повторно после прекращения лечения – а это важная проблема, над которой исследователи бьются уже десятки лет. Обратите внимание, что я говорю о крови в целом, а не только о CD4+ Т-клетках. В частности, известно, что макрофаги тоже могут служить резервуарами для ВИЧ[104].

Невозможно установить, сохранился ли в организме Брауна дремлющий резервуар ВИЧ после его предполагаемого излечения, но ясно, что он прожил больше десяти лет без вирусной нагрузки. Если вирус и оставался в макрофагах, он, возможно, был замурован там навсегда, как человек в обвалившейся шахте, и не мог инфицировать CD4+ Т-клетки.

Какие факторы сыграли роль в излечении Брауна? Особенности конкретного штамма ВИЧ? Низкая вирусная нагрузка перед пересадкой костного мозга? “Инженерная” перестройка иммунной системы после пересадки? Когда мы ответим на эти вопросы, мы найдем новые методы лечения ВИЧ-инфекции. Мы узнаем, где прячется вирус, как его там атаковать, как клетки могут сопротивляться инфекции. Что еще важнее, мы поймем, как обучить иммунную систему распознавать этот крайне хитрый патоген.

Клетки толерантности. “Свое”, ужас самоотравления и иммунотерапия

И что я принимаю, то примете вы,

Ибо каждый атом, принадлежащий мне, принадлежит и вам^1.

Уолт Уитмен, “Песнь о себе”, 1892

Пришло время вернуться к вопросу, что же такое “свое”. Как я упомянул ранее, организм – это союз кооперирующих единиц, клеточный парламент. Но где начинается и заканчивается этот союз? Что происходит, если к нему пытается присоединиться чужая клетка? Какие “документы” она должна предъявить, чтобы ее пропустили? Как в сказке Льюиса Кэрролла Гусеница спрашивала у Алисы: “А ты кто такая?”2

Губки на океанском дне протягивают отростки навстречу друг другу, но как только отростки касаются соседа, они расти прекращают. Специалист по губкам писал: “Четкий барьер неприкосновенности разделяет разные виды и [даже] разных представителей одного и того же вида”3. Что мешает клеткам переходить от одной губки к другой – или от одного человека к другому? Как губка понимает, что значит “свое”?

В предыдущей главе был поставлен вопрос, который связан с этим и тоже требует ответа. Я писал, что Т-клетки распознают измененные клетки организма хозяина[105]. Но если тщательно проанализировать эту фразу, она превратится в настоящий паноптикум со множеством загадок. Давайте разобьем это предложение на две части. Во-первых, как Т-клетка узнает измененное “свое”? Иными словами, откуда она знает, что нужно убить клетку, если на ее поверхности представлен вирусный или бактериальный пептид, но не когда на ней представлен собственный пептид? Клетка не имеет “журнала регистраций” всех пептидов собственного организма (общее количество возможных клеточных пептидов превышает сотни миллионов), а значит, существует какой-то механизм, гарантирующий, что Т-клетки не нападают на собственное тело. Во-вторых, что касается “своего”: откуда Т-клетка знает, что “рамка”, в которой выставлен пептид (молекула ГКГС), происходит из собственного, а не из чужеродного организма?

Давайте сначала разберемся с вопросом, что такое “свое”. На первый взгляд этот вопрос представляется искусственным. Людям не приходится беспокоиться по поводу того, что клетки других людей заполнят и захватят их тела и попытаются прикинуться “своими” (хотя подобные фантазии постоянно повторяются в книгах и в фильмах ужасов). Однако у более примитивных организмов, таких как губки, которые ведут ежедневную борьбу за выживание, за каждый кусочек пищи в условиях постоянной угрозы для жизни и ограниченной территории, потенциальная возможность захвата другим организмом – не повод для шуток. Такие организмы должны знать, где заканчивается “свое” и начинается “чужое”. “Свое” может существовать только в строго определенных границах. И такие организмы должны постоянно опрашивать все свои клетки: “А ты кто такая?”

Задолго до рождения клеточной биологии Аристотель определял “собственное я” как самую суть живого существа (вопрос о единстве души и тела)4. Он считал, что физические границы “своего” определяются анатомией тела. Но совокупность “своего” возникает из соединения физического сосуда с метафизической сущностью, которая его заполняет: это тело, наполненное душой. Аристотеля мог интересовать вопрос о возможности заселения физического сосуда чужим духом (идея “одержимости” часто использовалась для объяснения ментальных и поведенческих нарушений), но, судя по всему, он не сильно беспокоился по этому поводу. Он не предполагал, что в физический сосуд, заполненный одной душой, может вторгнуться другая (или слиться с ним).

Напротив, некоторые индуистские философы, писавшие в период между V и II веками до нашей эры, приветствовали разрушение индивидуальности и ее слияние с мирозданием^5. Они отвергали греческий дуализм души и тела – и вообще отдельного тела и “вселенской души”. Для понятия “свое” они использовали слово “атман” (в санскрите для обозначения “своего” есть много других слов, но это включает в себя наибольшее количество смыслов). А вселенское разнообразие описывалось понятием “брахман”. Для этих философов “свое” было идеальным сочетанием атман и брахман или, точнее, плавным потоком вселенской сущности через индивидуальную. Однако такое слияние является лишь целью духовного развития. Космическая экология связывала индивидуальность и всеобщую духовность в единое Существо. Выражение Tat Twam Asi (“То ты еси”) постоянно повторяется в Упанишадах и отражает безграничность “собственного я”, которое не только выходит за пределы одного физического тела, но и пронизывает всю вселенную. Упанишады гласят, что “ты” и “твое” проницаемы для универсального, космического. В идеальном теле универсальное свободно протекает сквозь индивидуальное (очевидно, что в этом контексте намеренно не используется негативно окрашенное слово “захватывает”).

В научной среде такое отсутствие границ между отдельным и космическим телами нашло отражение в экологии. Можно сказать, что экосистема живых существ функционирует за счет сети взаимодействий и до некоторой степени стирает границы индивидуального. Человеческое тело, дерево и живущая на дереве птица связаны между собой подобной сетью, которую экологи только начали анализировать. Птица питается плодами дерева и распространяет его семена с экскрементами, а дерево предоставляет птице жилище. Это не захват, как подчеркивают экологи. Это взаимная зависимость.

Экологическая взаимосвязь не является физической или конкурентной, она рациональная и симбиотическая (мы еще вернемся к этому вопросу). Но в клеточной биологии важнейший вопрос касается физического слияния. Идея химеры, возникающей в результате слияния физических индивидуальностей, – не современная фантазия, а древнейшая угроза. Одни клеточные сущности не любят смешиваться с другими. По какой иной причине губка, далеко протянувшая свои отростки, останавливается, чтобы не слиться с другой губкой и не стать безграничной вселенской губкой?

То же самое справедливо для Т-клеток. Вспомним, что Т-клетка активируется при встрече с чужеродным пептидом, представленным на клеточной поверхности с помощью молекулы ГКГС, но только в том случае, если эта молекула ГКГС принадлежит тому же телу. Иными словами, Т-клетка активируется только правильной рамкой, или контекстом: “правильной” в том смысле, что она принадлежит собственному телу, а внутри нее заключен чужеродный материал. Но как Т-клетка распознает “свое”?

Физиологи уже очень давно знали, что отторжение чужеродного материала и строгое соблюдение собственных границ – характерная особенность человеческих тканей. Индийские врачи, особенно Сушрута, живший ориентировочно между 800-ми и 600-ми годами до нашей эры, осуществляли пересадку кожи со лба на нос (в Древней Индии эта процедура не была редкостью: преступникам и инакомыслящим часто отрубали носы, что давало возможность врачам поработать над их восстановлением)6. Но когда древние хирурги пытались произвести аллотрансплантацию (пересадку кожи с одного тела на другое), иммунная система реципиента бунтовала и отторгала пересаженную кожу, так что та синела, загнивала и в итоге разлагалась и отмирала.

Во время Второй мировой войны интерес к научным принципам пересадки возобновился. В частности, нередко требовалась пересадка кожи, поскольку и военные, и гражданские лица получали ожоги и ранения при бомбежках и пожарах. Для активизации исследований, посвященных заживлению ран, правительство Великобритании учредило комитет по военным ранениям при совете по медицинским исследованиям.

В 1942 году в Королевский госпиталь в Глазго поступила двадцатидвухлетняя женщина с “обширными ожогами грудной клетки, правого бока и правой руки”7. Хирург Томас Гибсон вместе с зоологом из Оксфорда Питером Медаваром пересадил на поврежденные участки маленькие кусочки кожи ее брата. К сожалению, пересаженные ткани быстро отторглись, оставив на ранах женщины мертвые лоскуты кожи. Попытку повторили, но отторжение произошло еще быстрее. Произведя биопсию образцов пересаженной кожи и проанализировав проникшие в них клетки, Медавар и Гибсон начали понимать, что за отторжение кожи отвечает иммунная система – точнее, иммунные клетки, которые позднее были идентифицированы как Т-клетки. Медавар заявил, что “чужое” распознается иммунной системой организма при участии Т-клеток^8.

Медавар знал о работах британского иммунолога Питера Горера и американского генетика Кларенса Кука Литтла, которые независимо друг от друга пересаживали ткани мышам. Если донор и реципиент происходили из одной линии, пересаженные ткани (обычно опухолевые) “признавались” и росли, но опухолевая ткань мыши из другой линии отторгалась иммунной системой. (У Литтла был маниакальный и всепоглощающий интерес к “генетической чистоте”. Он выводил инбредные линии мышей для экспериментов по трансплантации – а это ключ к пониманию Т-клеточной толерантности. Еще он разводил экспериментальных собак и имел собственный выводок такс. Вероятно, те же инстинкты сделали его ярым приверженцем евгеники, что подмочило его репутацию как ученого[106].)

Но какие факторы отвечают за совместимость (или толерантность) – за распознавание “своего” и “чужого”? В поисках спокойного места вдали от еженедельных университетских дискуссий по поводу совместимости и пересадки опухолей Кларенс Литтл в 1929 году основал “Лабораторию Джексона” на участке земли площадью сорок акров на берегу Атлантического океана в Бар-Харборе, штате Мэн. Здесь он мог спокойно разводить тысячи мышей. Из окна открывался потрясающий вид: долгими летними вечерами кампус был залит волшебным светом Северной Атлантики. А вот исследования в области пересадки тканей оставались неупорядоченными – неразрешимая биологическая загадка с сотнями запутанных и переплетенных наблюдений. Литтлу это казалось бессмыслицей.

Массово пересаживая опухоли между мышами разных линий, Литтл понял, что в отторжении пересаженной ткани иммунной системой задействован не один ген, а несколько. В начале 1930-х годов Лаборатория Джексона стала центром притяжения для исследователей, занятых поисками загадочных генов совместимости, ответственных за распознавание “своего” и “чужого”. Для участия в трансплантационных исследованиях Литтл пригласил в лабораторию молодого ученого Джорджа Снелла, выпускника Дартмутского колледжа и Гарвардского университета. Он скрещивал мышей, поколение за поколением, выводя животных, которые либо принимали, либо отторгали пересаженную ткань. Снелл был немногословным затворником, холодным, как океанская вода, и чрезвычайно упорным: однажды, когда при пожаре в лаборатории погибла вся колония мышей, которых скрещивали на протяжении как минимум четырнадцати поколений, он лишь отряхнул свой лабораторный халат и принялся скрещивать мышей заново.

Селективное скрещивание с параллельной проверкой толерантности к “своему” и “чужому” принесло плоды. Снелл создал множество “иммунных близнецов” – мышей с полностью совместимыми тканями. Если пересадить кожу или другую ткань от одной такой мыши ее собрату, ткань будет принята как своя собственная. Но еще важнее, что в результате скрещиваний были получены две линии почти идентичных в генетическом плане мышей, которые тем не менее отторгали ткани друг друга.

Снелл использовал этих животных для изучения генетики “своего” и “чужого”9.[107] К концу 1930-х годов, основываясь на работе Горера, он постепенно нашел группу генов, ответственных за толерантность. Он назвал их Н-генами – генами гистосовместимости (histo означает “ткань”, а “совместимость” указывает на возможность принятия чужой ткани в качестве своей). Снелл понял, что версии этих Н-генов определяют иммунологические границы “своего”. Если у организмов одинаковые Н-гены, можно пересадить ткань одного из них другому. Если Н-гены разные, пересаженная ткань будет отторгнута.

На протяжении следующих десятилетий у мышей были обнаружены новые гены гистосовместимости, и все они оказались “упакованы” рядком на 17-й хромосоме (у человека эти гены в основном располагаются на 6-й хромосоме). Возможно, самый значительный прорыв в исследованиях произошел после установления функции этих генов. Выяснилось, что большинство из них кодируют функциональные молекулы ГКГС – те самые молекулы, что помогают Т-клеткам распознавать мишени.

Давайте сделаем небольшое отступление. В иммунологии, как и в любой науке, случаются моменты грандиозного просветления, когда казавшиеся разрозненными наблюдения и необъяснимые явления складываются в единое и понятное механистическое представление. Как организм узнает собственные клетки? Дело в том, что каждая клетка тела синтезирует набор белков гистосовместимости (Н2), которые отличаются от белков чужих клеток. Когда в ваше тело встраивают кожу или костный мозг из другого организма, Т-клетки воспринимают его белки ГКГС в качестве чужеродных молекул (“не своих”) и отторгают внедрившиеся клетки.

Какие гены кодируют белки, отличающие “свое” от “чужого”? Те самые, которые обнаружили и назвали генами Н2 Снелл и Горер. У человека есть несколько главных, “классических” генов гистосовместимости и, вероятно, еще много других, среди которых как минимум три (или больше) однозначно связаны с совместимостью или отторжением пересаженных тканей. Один ген, называемый HLA-A, существует более чем в тысяче вариантов, среди которых есть распространенные, а есть очень редкие. Один вариант каждый из нас наследует от матери, другой – от отца. Второй ген, HLA-B, тоже имеет тысячи вариантов. Можете себе представить, что количество сочетаний лишь этих двух вариабельных генов невообразимо велико. Вероятность того, что этот “штрихкод” у вас окажется таким же, как у постороннего человека, которого вы случайно встретили в баре, исчезающе мала (и это дополнительная причина, чтобы с ним или с ней не сходиться).

А что делают эти белки, когда не занимаются отторжением пересаженных тканей или чужеродных клеток? Ведь это, совершенно очевидно, искусственное явление, по крайней мере у человека (возможно, это не так у губок или других организмов). Как показали Ален Таунсенд и другие ученые, главная задача этих белков заключается в обеспечении иммунного ответа при анализе внутреннего содержимого клеток и обнаружении вирусной инфекции.

Короче говоря, молекулы Н2 (или HLA) выполняют две связанные функции. Они представляют пептиды Т-клеткам, чтобы те обнаружили инфекцию и других захватчиков и вызвали иммунный ответ. А кроме того, они служат определяющим фактором для распознавания различий между клетками разных индивидуумов и тем самым определяют границы организма. Таким образом, за отторжение чужеродных тканей (вероятно, важное для примитивных организмов) и распознавание захватчиков (важное для сложных многоклеточных организмов) отвечает одна и та же система. И обе функции опираются на способность Т-клеток распознавать пептидный комплекс ГКГС (измененное “свое”).

Теперь давайте рассмотрим другую часть загадки – вопрос о “слегка измененной” собственной материи. Как я упоминал выше, Т-клетки используют молекулы ГКГС для узнавания “своего” и отторжения “чужого”. Но как они узнают, происходит ли пептид, представленный на собственной молекуле ГКГС, из нормальной клетки (иными словами, является частью нормального клеточного набора пептидов) или принадлежит чужеземному захватчику, такому как встроившийся вирус, который проник в клетку и “стал своим”? Я много говорю о войне: Kampf — нападение на патогенов с помощью токсичных веществ, отторжение пересаженных тканей. А что можно рассказать о мире? Почему наши иммунные клетки, нагруженные токсичными веществами и нацеленные на отмщение, не оборачиваются против нас же самих?

Явление самотолерантности ставило иммунологов в тупик. В начале 1940-х годов в Мэдисоне, штате Висконсин, генетик и сын фермера-молочника Рэй Оуэн поставил эксперимент, в концептуальном плане противоположный эксперименту Питера Медавара. Медавар пытался понять явление отторжения, или непереносимости чужого материала. Почему иммунная система сестры отвергала кожу брата? Оуэн поставил вопрос иначе: почему Т-клетки не воюют с хозяйским телом?10 Как они приобретают к нему толерантность?

Из жизни на ферме Оуэн знал, что коровы иногда приносят телят-близнецов, зачатых от двух разных быков: гернзейская корова может носить двойню, зачатую от гернзейского и герефорд-ского быков, если оба оплодотворили корову в один и тот же фертильный период. Такая двойня имеет одну плаценту, но у них разные красные кровяные клетки с разными антигенами. Обычно гернзейские коровы отторгают кровь герефордских коров. Однако Оуэн обнаружил, что в тех редких случаях, когда у близнецов кровеносные системы в плаценте объединяются, между ними не происходит отторжения. Как будто плацента обучала иммунную систему одного животного “толерантности” по отношению к клеткам другого.

На идею Оуэна почти не обратили внимания. Однако в 1960-е годы, когда иммунологи начали всерьез размышлять на тему толерантности, о его результатах вспомнили. При развитии эмбриона происходит какой-то контакт с антигеном, который заставляет иммунную систему воспринимать его в качестве “своего” и не атаковать клетки, выставляющие его на своей поверхности. В книге “Свое и чужое”, опубликованной в 1969 году, Макфарлейн Бёрнет (на тот момент уже удостоенный Нобелевской премии за создание клональной теории антител) выдвинул новую теорию для объяснения наблюдений Оуэна. Отдавая должное экспериментам Оуэна, Бёрнет писал: “Чтобы антигенная детерминанта воспринималась в качестве чужеродной, требуется, чтобы ее не было в теле в процессе эмбрионального развития” (курсив С. М.)11.

Толерантность возникает по той причине, что Т-клетки, которые атакуют клетки тела хозяина (т. е. фрагменты белков, полученные из собственных клеток и представленные на собственных молекулах ГКГС), уничтожаются или выводятся из иммунной системы в младенчестве или в период внутриутробного развития. Иммунологи называют такие самореактивные клетки “запрещенными клонами”, поскольку они осмеливаются нападать на какие-то элементы собственных пептидов и, следовательно, уничтожаются до того, как созреют и начнут атаковать организм хозяина. Бёрнет сравнивал их с “дырами” в иммунной системе. Одна из философских загадок иммунитета заключается в том, что “свое” выражается в иммунной системе в виде отрицания – как “дыра” в распознавании чужеродного материала. “Свое” в какой-то степени определяется как нечто, на что запрещено нападать. В биологии “свое” ограничено не тем, что определено, а тем, что невидимо: “свое” – это то, чего не видит иммунная система. Tat Twam Asi. “То [что] ты еси”.

Но где формируются эти запретные “дыры”? Как в репертуаре распознавания иммунных клеток, таких как Т-клетки, создаются бреши, не позволяющие нападать на собственные белки, скажем, не воспринимать в качестве чужеродного материала антигены на поверхности эритроцитов или клеток почек?

Ответ был получен экспериментальным путем. Как показал Жак Миллер, Т-клетки зарождаются в костном мозге и незрелыми мигрируют в тимус для созревания. Чета иммунологов из Колорадо Филиппа Маррак и Джон Капплер смогли добиться экспрессии чужеродного белка в мышиных клетках, в том числе в клетках тимуса^12. В норме такой белок должен распознаваться и уничтожаться Т-клетками. Но, как и предсказывал Бёрнет, выяснилось, что незрелые Т-клетки, распознававшие части этого белка (клетки, нападавшие на “свое”), удалялись в тимусе в процессе так называемого отрицательного отбора. Эти удаленные Т-клетки никогда не созревали. Они оставляли “дыры”, о которых говорил Бёрнет.

Однако отбора Т-клеток в тимусе (этот механизм называют центральной толерантностью, поскольку он влияет на созревание всех Т-клеток) недостаточно, чтобы гарантировать, что иммунная система не будет атаковать клетки хозяина. Кроме центральной существует еще и периферическая толерантность^13. Она запускается тогда, когда Т-клетки покидают тимус.

В одном из этих механизмов задействованы необычные и загадочные клетки, называемые регуляторными Т-клетками. По виду они очень похожи на Т-клетки, но отличие в том, что они не инициируют иммунный ответ, а подавляют его. Регуляторные Т-клетки скапливаются в участках воспаления и секретируют растворимые факторы (противовоспалительные сигнальные молекулы), которые подавляют активность Т-клеток. Наиболее заметным проявлением их функции является заболевание, возникающее при их отсутствии. У людей встречается редкая мутация, нарушающая развитие этих клеток, что приводит к катастрофическому прогрессирующему иммунному нарушению, при котором Т-клетки атакуют кожу, поджелудочную железу, щитовидную железу и кишечник. Дети с Х-сцепленной иммунной дисрегуляцией, полиэндокринопатией и энтеропатией (1РЕХ-синдромом) страдают от тяжелой диареи, диабета и псориаза и имеют хрупкую, шелушащуюся кожу. Они подвергаются атакам собственной иммунной системы, поскольку у них нет “полицейских, наблюдающих за другими полицейскими” – Т-клеток, контролирующих другие Т-клетки.

Непонятная на сегодняшний день причуда иммунной системы заключается в том, что клетки, обеспечивающие активный иммунитет и вызывающие воспаление (Т-клетки), и клетки, которые подавляют этот процесс (регуляторные Т-клетки), происходят от одних и тех же родителей – клеток-предшественников Т-клеток в костном мозге. Вообще говоря, за исключением чрезвычайно слабых генетических различий Т-клетки и регуляторные Т-клетки анатомически неразличимы. Но их функции комплементарны. Иммунитет и его противоположность – это братья-близнецы: “Каин” воспаления сращен с “Авелем” толерантности. Когда-нибудь мы поймем, почему эволюция соединила эту клеточную пару. Но пока регуляторные Т-клетки остаются загадкой: клетки, которые, казалось бы, должны активировать иммунитет, на деле его подавляют.

Как гласит гаитянская пословица, “за горами другие горы”. Вышедшие из-под контроля Т-клетки могут быть настолько агрессивными по отношению к организму, что на этот случай предусмотрено несколько механизмов страховки. Что происходит, когда главные контролирующие силы теряют способность удерживать иммунную систему от нападений на хозяйское тело? В самом начале XX столетия знаменитый биохимик Пауль Эрлих назвал эту ситуацию ужасом самоотравления (horror autotoxicus)14. Название вполне соответствует этому состоянию. Тяжесть аутоиммунных заболеваний варьирует от умеренной до чудовищной. При аутоиммунном заболевании под названием “очаговая алопеция” Т-клетки, по-видимому, нападают на клетки волосяных фолликулов. У одного пациента это может выражаться в появлении лишь единичных залысин, тогда как у другого Т-клетки атакуют каждый фолликул, что приводит к полному облысению.

В 2004 году, когда я еще учился, я помогал проводить занятия по клинической иммунологии. Моя работа заключалась в том, чтобы находить в больницах пациентов с аутоиммунными заболеваниями и с их согласия рассказывать студентам старших курсов о физических проявлениях и причинах их заболеваний и о методах лечения. У меня есть лишь одно возражение против яркого определения Эрлиха: ужас самоотравления (аутоиммунные реакции) имеет столько разных форм и проявлений, что это не ужас, а скорее ужасы.

Я познакомился с женщиной за тридцать со склеродермой. При этой болезни иммунная система атакует кожу и соединительные ткани. У нее, как это часто бывает, все началось с болезни Рейно, при которой пальцы рук и ног синеют при охлаждении. “А потом, – рассказывала она студентам, – пальцы начали синеть при эмоциональном стрессе или усталости даже без охлаждения”. Мне вспомнился образ из шекспировской пьесы “Бесплодные усилия любви”: “и дует Дик-пастух в кулак”, а вокруг кружит ледяной ветер^15. Только эта женщина страдала от внутреннего холода, вызванного спазматическим сжатием кровеносных сосудов рук и ног. Как будто аутоиммунные реакции создавали холод внутри ее тела.

С женщиной стали происходить странные вещи: участки кожи натягивались на теле, как будто иммунная система обернулась против ее собственной соединительной ткани. Эти участки становились блестящими и натягивались на костях, словно под действием некой невидимой силы. Губы сжались и покрылись рубцами. Женщину лечили иммуносупрессорами и кортикостероидами для ослабления воспаления, которое сводило ее с ума. “Моя собственная кожа словно стягивала меня, как пищевая пленка”.

Еще был мужчина с системной красной волчанкой, которую часто называют просто волчанкой. Возможно, ее так назвали по той причине, что древнеримским врачам сопутствующие этому “ужасу самоотравления” кожные повреждения напоминали следы волчьих укусов, но скорее дело в том, что выступающая на лице сыпь пересекает переносицу и обводит снизу глаза, напоминая волчий окрас. Кроме того, солнечный свет усиливает сыпь, так что больные волчанкой часто живут в темноте и выходят из дома только при луне, что подкрепляет зловещее название. Шторы в больничной палате были опущены и пропускали лишь слабые косые лучи. Мы столпились вокруг мужчины, будто в могильном склепе.

Сыпь у него была умеренной (чтобы ее скрыть, он носил темные очки), но пострадали еще и почки. Он испытывал периодические мучительные боли во всех суставах от локтей до коленей. Волчанка – болезнь переменчивая и подвижная. Она может поразить лишь одну систему органов, например кожу или почки, а потом вдруг перекинуться одновременно на несколько систем. Мужчина вызвался участвовать в клинических испытаниях нового иммуносупрессора, и, казалось, болезнь в какой-то степени поддавалась. Остается загадкой, на что конкретно нападает иммунная система при волчанке, но часто в процесс вовлекаются антигены клеточного ядра, антигены клеточной поверхности и антигены белков, связывающихся с ДНК. А иногда список пораженных органов растет: болезнь переходит с суставов на почки и кожу. Как огонь, подпитывающий сам себя: как только границы “своего” нарушены, нападению могут подвергнуться любые ткани организма.

В “ужасе самоотравления” заключен важный научный урок, но иммунологам понадобилось несколько десятилетий, чтобы его извлечь. При изучении аутоиммунных процессов – нападения иммунной системы на собственные клетки – возник очевидный вопрос: нельзя ли направить токсичность иммунной системы против раковых клеток? Злокачественные клетки находятся на зыбкой границе “своего” и “чужого”: они образуются из нормальных клеток и имеют многие характеристики обычных клеток, но при этом являются злобными захватчиками – одновременно носороги и единороги. В 1890-е годы хирург из Нью-Йорка Уильям Коли пытался лечить онкологических больных с помощью препарата из бактериальных клеток, впоследствии названного “токсинами Коли”16. Он надеялся вызвать сильный иммунный ответ, который мог бы обернуться против опухоли. Однако результаты были непредсказуемыми. В 1950-е годы появились первые химические препараты для уничтожения опухолевых клеток, и идея иммунной атаки на рак “вышла из моды”.

Однако после курсов стандартной химиотерапии рак часто возвращается, и поэтому идея иммунотерапии воскресла вновь. Вспомните о механизмах, не позволяющих Т-клеткам съедать тело хозяина заживо. В процессе созревания Т-клеток происходит уничтожение некоторых “запрещенных” клонов, которые в противном случае нападали бы на нормальные ткани. Кроме того, существуют регуляторные Т-клетки, подавляющие иммунный ответ.

В 1970-е годы ученые обнаружили и другие механизмы, с помощью которых Т-клетки обучаются толерантности к хозяйскому телу и понимают, что его не нужно атаковать. Чтобы уничтожить мишень (например, инфицированную вирусом или раковую клетку), простого взаимодействия рецептора Т-клеток с комплексом ГКГС-пептид недостаточно. Для стимуляции иммунной атаки требуется активация других белков на поверхности Т-клеток. В этом процессе задействован не один “выключатель”, а несколько. Это подстраховка страховки (“горы за горами”), нечто вроде предохранителя у огнестрельного оружия; она возникла в процессе эволюции, чтобы устранить возможность “дружественного огня” Т-клеток по нормальным клеткам. Эти предохранители служат контрольными элементами, гарантирующими невозможность беспорядочного убийства собственных клеток тела.

Но прежде чем изучить и отключить эти предохранители, нужно было разобраться со специфичностью иммунного ответа: можно ли направить Т-клеточный ответ напрямую против раковых клеток человека? В Национальном институте рака в Бетесде, в штате Мэриленд, хирург-онколог Стивен Розенберг выделил из злокачественных опухолей, в частности из меланомы, здоровые Т-клетки организма, рассудив, что иммунные клетки, проникающие в опухоль, должны уметь распознавать и уничтожать ее. Исследователи из группы Розенберга выращивали эти проникшие в опухоль лимфоциты, увеличивая их численность до нескольких миллионов, а затем вводили обратно пациентам^17.

Иногда возникал мощный ответ: после подсаживания этих Т-клеток у пациентов с меланомой размер опухоли уменьшался, а у некоторых наступала длительная ремиссия. Однако эти реакции тоже были непредсказуемыми. Неизвестно, научились ли Т-клетки из опухолей бороться с раком или просто были пассивными свидетелями на “месте преступления”. Они могли обессилеть или привыкнуть к опухоли – приобрести толерантность.

Какими бы разнообразными опухоли ни были, у них есть общие признаки, в числе которых – невидимость для иммунной системы. Теоретически Т-клетки могут быть мощным иммунологическим оружием против опухолей. Как показали Кларенс Литтл и Питер Горер еще в 1930-е годы, если пересадить опухоль в тело генетически не соответствующей мыши, Т-клетки мыши-реципиента отторгнут опухоль как “чужеродную”. Однако системы опухоль/реципиент в экспериментах Литтла и Горера были слишком неестественными: на поверхности опухоли были выставлены молекулы ГКГС, которые незамедлительно распознавались и уничтожались в качестве чужеродных. Позднее в случае Эмили Уайтхед Т-клетки были специфическим образом генетически модифицированы, чтобы распознавать белок на поверхности лейкозных клеток.

Однако в большинстве случаев при наличии опухоли иммунная система оказывается в значительно более сложной ситуации. Лауреат Нобелевской премии, специалист по биологии опухолей Харольд Вармус называл рак “искаженной версией нас самих”. Так оно и есть: за редкими исключениями раковые клетки производят те же белки, что и нормальные клетки, – разница лишь в том, что раковые клетки изменяют функцию этих белков и стимулируют злокачественный рост других клеток. Таким образом, рак – это “предательская” собственная материя, но очевидно, что “собственная”.

Кроме того, раковые клетки, вызывающие болезнь с определенными клиническими проявлениями, образуются в эволюционном процессе. Клетки, выжившие после цикла отбора, уже способны обманывать иммунитет, как в случае Сэма П., у которого иммунные клетки годами проходили мимо опухоли – игнорировали ее и двигались дальше.

Эта двойственная проблема (сходство раковых клеток с нормальными и их невидимость для иммунной системы) является извечным камнем преткновения онкологов. Иммунная система сможет атаковать опухоль только после того, как опухоль сделается для нее видимой. А затем иммунной системе нужно будет найти какие-то очевидные признаки раковых клеток, чтобы нападать, не разрушая при этом нормальные клетки тела[108].

Эксперименты Стивена Розенберга впервые дали слабую надежду на то, что обе эти проблемы преодолимы: в некоторых случаях опухоли могут распознаваться иммунными клетками и уничтожаться Т-клетками. Но что же делают раковые клетки, чтобы стать невидимыми? Не используют ли они те же механизмы, с помощью которых нормальные клетки тела предотвращают атаки собственной иммунной системы – иными словами, ставят винтовку на предохранитель, предотвращая аутоиммунные реакции?

Зимой 1994 года Джеймс Эллисон из Калифорнийского университета в Беркли поставил эксперимент, возродивший исследования в области иммунотерапии. В частности, он установил механизмы, останавливающие действие Т-клеток. Эллисон по образованию иммунолог и занимался изучением белка CTLA4, расположенного на поверхности Т-клеток. Открыли этот белок еще в 1980-е годы, но его функция оставалась загадкой.

Эллисон привил мышам опухоли, которые, как было хорошо известно, нечувствительны к действию иммунной системы. Опухоли прекрасно росли, не подвергаясь отторжению, как и ожидалось. В 1990-е годы Так Мак и Эрлин Шарп экспериментальным путем показали, что белок CTLA4 может быть одним из предохранителей, останавливающих действие активированных Т-клеток. Когда они удаляли ген этого белка, Т-клетки выходили из-под контроля – и у животных быстро развивались смертельные аутоиммунные заболевания. Эллисон поставил эксперимент по-другому: если не удалять ген CTLA4, а заблокировать его с помощью лекарства, быть может, тогда Т-клетки набросятся на рак?

Эллисон вводил некоторым мышам антитела, блокирующие CTLA4, по сути, отключая функцию белка^18. В течение нескольких дней после введения антител у мышей рассасывались опухоли, устойчивые к действию лекарств. После Рождества Эллисон повторил эксперимент. И вновь после инъекции блокаторов CTLA4 злокачественные клетки исчезали – как он обнаружил позднее, они были съедены заживо обозлившимися активированными Т-клетками.

Заинтересовавшись активацией Т-клеток против опухоли, Эллисон и другие ученые более десяти лет пытались подробнее изучить функцию этого белка. Подтвердив ранние эксперименты, они показали, что CTLA4 необходим для предотвращения “ужаса самоотравления”: это предохранитель, останавливающий активацию Т-клеток. В обычных условиях, когда CTLA4 на активированных Т-клетках встречается со связывающим его комплексом В7[109], находящимся на поверхности клеток лимфатических узлов, где созревают Т-клетки, включается система безопасности. Созревающие Т-клетки не могут атаковать собственное тело, но также не в состоянии отторгать опухоли. Но если заблокировать этот запрещающий механизм, предохранитель снимается – и отменяется толерантность. CTLA4 – это барьер на пути перехода неактивных Т-клеток в активную форму. Этот белок называют контрольной точкой, поскольку он контролирует активацию Т-клеток[110].

Я рассказываю эту историю так, словно все эти важнейшие открытия были сделаны за несколько минут, однако на деле на это ушли годы усердного труда. Несколько лет назад я встретился с Эллисоном в Нью-Йорке, и мы поговорили о тернистом пути, по которому ему пришлось пройти, чтобы установить функцию белка CTLA4. Он весело смеялся, словно десять лет кропотливой работы над проектом были лишь отдаленным воспоминанием. “Мне никто не верил, – сказал он. – Никто не думал, что есть другой путь, сдерживающий Т-клетки от нападения на раковые клетки. Но мы продолжали искать, пока не решили задачу”.

Пока Эллисон устанавливал функцию CTLA4, японский ученый Тасуку Хондзё из Киото занимался исследованием функции другого таинственного белка, названного PD-1. Как и Эллисон, на протяжении десяти лет Хондзё получал странные и порой противоречивые результаты. Но постепенно его группа установила функцию PD-1^19. Ученые обнаружили, что этот белок похож на CTLA4 в том смысле, что тоже вызывает толерантность. Как и CTLA4, он также экспрессируется на поверхности Т-клеток. Белок, с которым он связывается (и который его “отключает”), назвали PD-L1. Он в небольшом количестве присутствует на поверхности некоторых нормальных клеток по всему телу. Если CTLA4 на поверхности Т-клеток можно сравнить с предохранителем у огнестрельного оружия, то PD-L1 на поверхности нормальных клеток – это как бы оранжевый жилет на невинном наблюдателе, который означает “Не стреляйте! Я не опасен!”[111].

Таким образом, за несколько десятилетий ученым удалось открыть две новые системы периферической толерантности и продемонстрировать возможность их отключения. В результате связывания CTLA4 с белком Т-клетки становятся беспомощными. Присутствие PD-L1 на нормальных клетках делает их невидимыми. Сочетание беспомощности и невидимости создает два механизма, которые не позволяют клеткам нападать на хозяйское тело.

Теперь мы знаем, что рак способен использовать оба этих механизма, чтобы прятаться от иммунной системы. Некоторые раковые клетки экспрессируют белок PD-L1 и будто сами надевают оранжевый жилет невидимости: “Не стреляйте! Я не опасен!” Хондзё обнаружил, что, если ввести мышам ингибиторы белка PD-1, Т-клетки начинают атаковать даже такие “оранжевые жилеты” – иммунорезистентные опухолевые клетки, т. е. обман опухолевых клеток раскрывается. Хондзё и Эллисон независимым путем пришли к одному и тому же решению: отключите предохранитель на Т-клетках или сорвите оранжевый жилет с опухолевых клеток – и иммунная система сможет обернуться против рака. Они сняли контрольные точки.

В результате их работы появились препараты нового класса, в том числе антитела, ингибирующие белки CTLA4 и PD-1^20. Первые клинические испытания наглядно продемонстрировали их потенциал. Меланомы, устойчивые к действию химиотерапии, регрессировали и исчезали. Подвергались нападению и регрессировали метастазирующие опухоли мочевого пузыря[112]. Так родилась новая форма иммунотерапии рака, названная ингибированием контрольных точек (ее суть состоит в удалении контрольных точек, ответственных за Т-клеточную толерантность).

Но и эти методы лечения имеют свои ограничения: мы снимаем предохранитель, и готовые к нападению активированные Т-клетки могут наброситься на нормальные клетки организма. Именно такая аутоиммунная атака сделала неэффективным лечение моего друга Сэма П. Ингибирование контрольных точек позволило Т-клеткам напасть на меланому и взять под контроль злокачественный рост. Но одновременно они напали на клетки печени, и мы ничего не смогли с этим поделать. Это был “ужас самоотравления”, вызванный действием лекарств. Сэм балансировал на грани между уничтожением рака и уничтожением самого себя. В конце концов раковые клетки перешли границу и выжили. А Сэм – нет.

Так случилось, что я заканчивал писать эту часть книги в понедельник утром – в тот день, когда обычно разглядываю кровь. Я вышел из кабинета, где обычно пишу, и прошел по коридору до комнаты с микроскопами. Мне повезло – здесь было пусто и тихо. Свет погашен, микроскоп включен. На столе – держатель с предметными стеклами. Я поместил одно из них под микроскоп и сфокусировал объектив.

Кровь. Клеточная вселенная. Беспокойные клетки – эритроциты. Клетки-охранники – дольчатые нейтрофилы, первая линия иммунной обороны. Клетки-лекари – крохотные тромбоциты, когда-то считавшиеся бессмысленными осколками, а на самом деле отвечающие за нашу реакцию на ранения. Защитные и распознающие В-клетки, выпускающие залпы антител, и Т-клетки, рыщущие от двери к двери в поисках малейшего следа врага, в том числе и рака.

Мой взгляд скользил от одной клетки к другой, а я тем временем обдумывал траекторию книги. Наша история продвинулась. Изменилась терминология. Появились новые метафоры. Кажется, всего несколько страниц назад мы сравнивали клетку с одиноким космическим кораблем. Но в главе “Делящаяся клетка” клетка была уже не одна – она стала предшественницей двух других, а затем и четырех. Она стала основательницей, источником тканей, органов и тел, реализуя мечту каждой клетки стать двумя и четырьмя. А потом она превратилась в колонию – развивающийся эмбрион, в котором клетки самостоятельно располагаются в соответствии с ландшафтом организма.

А что же кровь? Это конгломерат органов, система систем. Она создала “учебные части” для тренировки своих батальонов (лимфатические узлы), шоссе и улицы для передвижения клеток (кровеносные сосуды). У нее есть цитадели и стены, постоянно охраняемые и реставрируемые ее гражданами (нейтрофилами и тромбоцитами). Она изобрела систему идентификационных карточек для распознавания “своих” и устранения незваных гостей (Т-клетки) и армию для защиты от нападения (В-клетки). Она изобрела язык, организацию, память, архитектуру, субкультуры и самоидентификацию. На ум приходит новая метафора. Вероятно, кровь можно назвать клеточной цивилизацией.

Часть четвертая

Знания

Пандемия

… Славную Флоренцию, лучший город во всей Италии, посетила губительная чума;…за несколько лет до этого она появилась на Востоке и… разросшись до размеров умопомрачительных, добралась наконец и до Запада… От этой болезни не помогали и не излечивали ни врачи, ни снадобья… Заражались этою болезнью однажды дотронувшиеся до одежды или же еще до какой-либо вещи, до которой дотрагивался и которой пользовался больной… Уцелев, в большинстве своем стремились к единственной и бесчеловечной цели: держаться подальше от заболевших. Иные… жили обособленно от прочих, укрывались и запирались в таких домах, где не было больных и где им больше нравилось^1.[113]

Джованни Боккаччо, “Декамерон”

До начала зимы 2020 года, когда произошел глобальный подрыв нашей самоуверенности, мы думали, что понимаем устройство иммунной системы лучше всех прочих сложных систем организма. В 2018 году Эллисон и Хондзё были удостоены Нобелевской премии за открытие механизмов уклонения опухолевых клеток от Т-клеточного иммунитета, и казалось, что эта награда отметила покорение вершины нашего понимания иммунитета и, возможно, клеточной биологии в целом. Создавались мощные лекарства, способные раскрыть скрытые от иммунитета опухолевые процессы. Конечно, оставались и фундаментальные тайны. Все еще не было понятно, как система балансирует между созданием мощного иммунного ответа против патогенов и обеспечением ненападения на собственное тело – как Kampf против микробов-захватчиков не скатывается в гражданскую войну и “ужас самоотравления” (в случае Сэма П. мы так и не сумели взять под контроль аутоиммунный гепатит, вызванный иммунотерапией против рака). Однако главные элементы пазла, казалось, встали на свои места. Несколько лет назад я разговаривал с одним молодым исследователем, который сменил университетскую позицию на работу в биотехнологической компании, планировавшей разрабатывать новые иммунологические методы борьбы с раком. Он рассказывал, что исследователи все больше склонны представлять иммунную систему в качестве познаваемого механизма с подвижными (податливыми, заменяемыми, расшифровываемыми) шестеренками, приводами и другими деталями. В его оптимизме я не почувствовал никакого высокомерия. В 2020 году восемь из приблизительно пятидесяти препаратов, одобренных FDA, были связаны с иммунным ответом, а в 2018-м таких препаратов было двенадцать из пятидесяти девяти: почти пятая часть всех новых препаратов каким-то образом связана с функцией иммунной системы. Казалось, мы достаточно уверенно продвигались от фундаментальной иммунологии к прикладной.

А потом, как водится, больно ушиблись.

Девятнадцатого января 2020 года тридцатилетний мужчина, только что прилетевший из Уханя в Китае, обратился в клинику округа Снохомиш в штате Вашингтон с кашлем. Когда читаешь сообщение об этом первом случае, опубликованное в марте того же года в New England Journal of Medicine^2, начинает пробирать дрожь.

“При регистрации в клинике пациент надел маску в зале ожидания”.

Кто был рядом с ним в этом помещении? Скольких человек он заразил за последние дни? Кто сидел рядом с ним при перелете от Уханя до Сиэтла?

“После примерно двадцатиминутного ожидания пациента вызвали в кабинет для обследования”.

Была ли маска на враче, который его осматривал? А на медсестре, которая измеряла температуру? Что с ними стало теперь?

“Он рассказал, что прибыл в штат Вашингтон 15 января, после того как навестил семью в Ухане, в Китае”.

Двадцатого января мазки из ротовой и носовой полостей (а впоследствии и образец кала) были отправлены на анализ в Центр по контролю и профилактике заболеваний. В обоих образцах был обнаружен новый коронавирус SARS-C0V-2.

На девятый день болезни (пятый день госпитализации) состояние мужчины ухудшилось. Уровень кислорода в крови упал до 90 %, что ненормально для молодого человека без легочных заболеваний в анамнезе. Рентген грудной клетки выявил в легких размытые затемненные полосы, свидетельствовавшие о прогрессирующей пневмонии. Анализ крови на функцию печени выявил отклонения от нормы, начались приступы жара. Мужчина находился на грани между жизнью и смертью, но в конечном итоге выздоровел.

Прошло больше двух лет с тех пор, как мужчина обратился в клинику Снохомиша по поводу кашля. Я пишу эти строки в марте 2022 года, и на сегодняшний день в мире зарегистрировано около 450 миллионов случаев заболевания и около шести миллионов смертей (оба числа, скорее всего, значительно занижены ввиду отсутствия надежных данных). Зараза распространилась по всему земному шару, фактически не оставив ни единого безопасного уголка. Прошли волны инфекции с новыми более или менее опасными мутациями: “альфа”, “дельта”, “омикрон”. В клинических испытаниях проверено свыше шестидесяти вариантов противовирусных вакцин. Три были одобрены в США, девять – Всемирной организацией здравоохранения, а несколько других все еще находятся в стадии разработки.

Развитые страны с надежной системой здравоохранения и инфраструктурой были поставлены на колени. В Великобритании было зарегистрировано более 160 тысяч смертельных случаев. В США, по официальным данным, умерло 965 тысяч человек. И число умерших, заболевших, пострадавших, лишившихся жилья, обанкротившихся и скорбящих все продолжает расти.

Я никак не могу выбросить из головы картины (и звуки) пандемии. А кто может? Оранжевые мешки с телами, уложенные на койках в самодельных моргах. Массовые захоронения в Эквадоре. Беспрестанный вой сирен скорой помощи за окнами нашей больницы, сливавшийся в один нескончаемый пронзительный визг; забитое до отказа отделение неотложной помощи весной 2021 года и множество каталок в коридорах; пациенты, захлебывающиеся собственными выделениями; реанимационная палата, где постоянно не хватало коек. Измученные доктора и медсестры, каждый вечер после смены проходившие мимо моего кабинета как зомби – с пустыми глазами и с характерным отпечатком от маски N95 на лице. Замершие опустевшие города, по которым ветер гонял коричневые бумажные пакеты. Подозрительные взгляды, иногда с откровенным ужасом, на любого человека, чихнувшего или кашлянувшего в метро.

Фотография двоюродного брата моего друга – здорового и сильного сорокалетнего бразильца – на пляже в Рио-де-Жанейро два года назад, с весело поднятыми над водой руками. В конце июля 2021 года он заразился и заболел. У него развилось воспаление легких. Частота дыхания взлетела до тридцати вдохов в минуту. Вторую картинку я могу себе только представить: тот же человек, но уже на реанимационной койке, так напряженно пытающийся дышать, что на шее проступили подъязычные мышцы, а губы посинели. Он вновь размахивает руками, но теперь не от радости, а от отчаянного желания жить. Ночь за ночью мы с другом обменивались сообщениями, пока я наконец не успокоился. Его брата подключили к аппарату искусственного дыхания, он поправлялся, хотя и медленно. И вдруг последнее сообщение поздно ночью 9 апреля: “Мне очень жаль, но его не стало”.

Вторая волна, прокатившаяся по Индии в апреле 2021 года, унесла гораздо больше жизней, чем первая^3. Вирус мутировал, новый штамм назвали “дельта” – он был намного более заразным и, вероятно, более летальным, чем исходный штамм из Уханя. Вариант “дельта” ураганом пронесся по Индии, разваливая и так пошатнувшуюся систему общественного здравоохранения и обнажая шокирующее отсутствие организованной и координированной медицинской помощи. В Дели был объявлен карантин, и миллионы рабочих-мигрантов лишились средств к существованию. Моя мама осталась одна в городской квартире, как в тюрьме. Неделю за неделей на протяжении карантина ее ежедневные ободряющие сообщения доходили до меня в форме коротких фраз, словно переданные азбукой Морзе: “Сегодня о'кей”.

Я не могу выбросить из памяти рабочего – переселенца из Нью-Дели, – стоящего на коленях перед дверями больницы и умоляющего дать ему баллон кислорода для семьи. Шестидесятипятилетний журналист из Лакхнау сообщил в Твиттере, что заразился, что у него небольшая температура и одышка, но его звонки врачам и в больницы оставались без ответа^4. Его твиты, рикошетом разносившиеся в виртуальном пространстве, иллюстрировали растущую панику. Мир в ужасе наблюдал за тем, как он постил фотографии с уровнем кислорода: 52 %, 31 % – несовместимые с жизнью показатели. В последнем твите была его фотография с оксиметром в синих пальцах: уровень кислорода 30 %. Больше твитов не было.

В иные дни я даже не осмеливался раскрыть газету. Мы словно заново изобретали стадии горя: гнев превращается в торг, торг – в депрессию. Индия сгорала как спичка, взорвались, разломились и расплавились все системы, вся инфраструктура.

Иногда я вспоминаю одну легенду. Царь демонов Бали владел тремя мирами: землей, подземным царством и небесами. Как-то раз перед ним предстал Вамана (аватара Вишну) – крохотный человечек с затуманенным взглядом и с зонтиком – и попросил Бали исполнить одно его желание. Заносчивый царь демонов, желая прослыть щедрым, согласился. Вамана попросил нечто смехотворное – клочок земли, такой, который он мог бы преодолеть за три шага. Этот человечек? Ростом в два локтя? Он хочет пару квадратных футов от почти бесконечного царства? Бали рассмеялся: конечно, маленький человечек получит свой маленький клочок земли.

А затем Бали с ужасом увидел, как Вамана увеличился в размерах. Его тело разрослось до самых небес. Первым шагом он пересек всю землю. Вторым – небеса, а третьим – весь загробный мир. Больше места в царстве Бали не осталось. Вамана поставил ногу на голову Бали и сбросил его в глубины ада[114].

В некоторых аспектах эта аналогия, естественно, не вяжется: Вамана – аватара божества, а вирус – что угодно, но не божественное изобретение. Но наш провал, к сожалению, был исключительно человеческим: изношенная и закостенелая мировая система общественного здравоохранения, неподготовленность, ложная информация, сама распространявшаяся, как вирус, по всему миру, логистические проблемы, снижавшие доступность защитных масок и одноразовых медицинских халатов, могучие главы государств, оказавшиеся беспомощными в вопросах реакции на распространение заразы.

Нога, поставленная нам на головы, оказалась совершенно реальной. Стоило нам решить, что мы познали клеточную биологию иммунной системы, и задрать нос, как головы ученых покатились в глубины ада.

Когда крохотный микроб отправился в большое путешествие по миру, перепрыгивая с континента на континент, в наших познаниях вскрылись зияющие дыры. Как рассказала мне вирусолог из Йельского университета Акико Ивасаки, коронавирусы, похожие на SARS-CoV-2, циркулировали в человеческой популяции тысячелетиями, но ни один из них не вызвал такой катастрофы^5. Некоторые родственные вирусы, например SARS-CoV и MERS-CoV, были смертоноснее, чем SARS-CoV-2, но их быстро удалось сдержать. Какие же особенности взаимодействия SARS-CoV-2 с человеческими клетками позволили этому вирусу вызвать глобальную эпидемию?

Медицинский отчет одной немецкой клиники, в котором на первый взгляд не было ничего угрожающего, давал две подсказки. В январе 2020 года (в ретроспективе становится понятно, насколько наивными и самоуверенными мы были в тот краткий период покоя; царство какого размера может потребовать этот человечек ростом не больше метра?) тридцатитрехлетний мужчина из Мюнхена участвовал в деловой встрече с женщиной из Шанхая^6. Через несколько дней он почувствовал недомогание: жар, головную боль и гриппозные симптомы. Он выздоровел дома и вернулся на работу, где провел встречу с еще несколькими коллегами. Температура, головная боль – и быстрое выздоровление. Обыкновенная инфекция. Обычный случай обычной простуды.

Через несколько дней мужчине позвонили из мюнхенского госпиталя: его коллега из Шанхая заболела на обратном пути в Китай. У нее обнаружили SARS-C0V-2. Но вот загадка: на момент встречи с мужчиной у нее не было симптомов, она прекрасно себя чувствовала. Заболела она только через два дня. Короче говоря, она передала вирус мужчине, не имея никаких симптомов. Никто не мог бы сказать ей или мужчине, что они были носителями вируса. Так что никакой карантин, введенный на основании симптомов, не мог остановить распространение вируса.

Загадка усложнилась еще больше после того, как мужчину обследовали. К тому моменту у него уже не было симптомов, он вернулся на работу и прекрасно себя чувствовал. Но при определении вирусной нагрузки в его слюне выяснилось, что он был буквально ходячим рассадником инфекции. В одном миллилитре его слюны содержалось сто миллионов вирусных частиц: кашляни он лишь несколько раз – помещение наполнилось бы густым, невидимым и крайне заразным туманом. Он тоже был переносчиком вируса, хотя и не чувствовал явных симптомов.

Отслеживание контактов позволило установить вторую неприятную особенность вируса: мужчина успел заразить еще трех человек. Индекс контагиозности (заразности) вируса – ключевой фактор в распространении инфекции – был не меньше трех. Если один человек может заразить троих, инфекция неизбежно будет распространяться экспоненциально: три, девять, двадцать семь, восемьдесят один. Через двадцать циклов зараженными окажутся 3486784401 человек, что составляет около половины населения планеты.

Бессимптомная/пресимптоматическая передача. Экспоненциальный рост. Два критических ингредиента из рецепта пандемии были обозначены уже в одном этом невинном медицинском отчете. А вскоре был обнаружен и третий ингредиент: непредсказуемая и необъяснимая смертность. К тому моменту все уже видели грубую, снятую на мобильный телефон фотографию офтальмолога из Уханя, осмелившегося объявить о первых случаях заболевания. Записывая свое обращение, он был весь в поту и дышал с трудом, борясь с воспалением легких, которое вскоре его погубило. По мере распространения инфекции мир содрогнулся от ее чудовищной летальности: в Сиэтле, Нью-Йорке, Риме, Лондоне и Мадриде не хватало мест в реанимационных палатах, и число тел продолжало увеличиваться. И с такой же скоростью назревали вопросы. Как передается пресимптоматическая инфекция? И почему вирус, вызывающий сравнительно слабое недомогание у одних, оказывается смертельным для других?

Вы можете спросить: почему медицинские тайны пандемии COVID-19 оказались в центре внимания на страницах книги по клеточной биологии? По той причине, что клеточная биология находится в центре медицинских тайн. Нам следует переосмыслить и проанализировать все, что мы знаем о клетках и их взаимодействии друг с другом (как система врожденного иммунитета реагирует на появление патогена; как общаются между собой иммунные клетки; как вирус, так активно плодящийся в легких, может вызывать пресимптоматическую инфекцию, не вызывая подозрений у окружающих клеток; почему первым ответом на внедрение патогена может быть реакция пищеварительной системы). Пандемия требует вскрытий самого разного рода, в том числе вскрытия наших знаний из области клеточной биологии. Я не мог написать эту книгу, не упомянув С OVID-19[115].

В 2020 году голландские исследователи, занявшиеся поисками генов, способных повышать чувствительность к тяжелым формам COVID-19, частично ответили на вышеупомянутые вопросы^7. Они нашли четырех молодых людей – две пары братьев из двух разных семей – с нехарактерно агрессивной формой заболевания. Секвенирование их геномов показало, что у братьев из одной семьи была наследственная инактивирующая мутация гена TLR7 (в среднем у родных братьев и сестер совпадает примерно половина генома). Удивительно, что вторая пара братьев унаследовала мутацию в том же самом гене, и эта мутация, судя по всему, тоже снижала активность гена (мутации были разными, но в одном и том же гене).

Как объяснить связь между геном TLR7 и столь тяжелым течением ковида? Вспомним, что система врожденного иммунитета отвечает на признаки или сигналы опасности, посылаемые клетками на самых ранних этапах распространения инфекции. Но еще до того, как произойдет активация системы врожденного иммунитета, клетки должны обнаружить вторжение. Выяснилось, что белок TLR7 (Toll Like Receptor 7) является одним из главных детекторов вирусного вторжения. Это встроенный в клетки молекулярный сенсор, который включается при инфицировании клеток вирусом. В свою очередь, активация TLR7 запускает синтез клеточных сигналов опасности, среди которых и интерферон первого типа, заставляющий другие клетки усиливать противовирусную защиту и запускать иммунный ответ.

Ученые полагают, что мутации гена TLR7 у братьев из обеих пар каким-то образом инактивировали белок или ослабили его функцию. В результате ослабла секреция сигнала опасности – интерферона первого типа. Инфекция не была обнаружена, сигнализация не сработала, и иммунная система так и не среагировала соответствующим образом. Некое функциональное нарушение раннего ответа врожденного клеточного иммунитета на вирусную инфекцию привело к тому, что две пары братьев из Голландии переболели тяжелейшей формой заболевания, вызванного вирусом SARS-CoV-2.

Когда ученые активно занялись изучением SARS-CoV-2 и его взаимодействия с иммунной системой, появились новые гипотезы. Сотрудники лаборатории Бенджамина Теноэвера в Нью-Йорке обнаружили, что вскоре после инфицирования вирус “перепрограммирует” зараженную клетку^8. В январе 2020 года я разговаривал с Теноэвером – сорокалетним иммунологом из госпиталя Маунт-Синай. “Как будто вирус захватывает власть в клетке”, – рассказывал он мне^9.

В этом “захвате” используется удивительно хитрый трюк: SARS-CoV-2 не просто превращает клетку в фабрику по производству миллионов вирионов, но одновременно останавливает в ней производство интерферона первого типа. Жан-Лоран Казанова в Рокфеллеровском университете в Нью-Йорке пришел к тому же заключению^10: наиболее тяжелые случаи инфекции SARS-C0V-2 наблюдаются у пациентов, обычно мужчин, потерявших в результате заражения способность производить функциональный интерферон первого типа. Иногда биология клетки приводит к самым странным и неожиданным эффектам. Мужчины с тяжелой формой заболевания уже имели аутоантитела против интерферона первого типа, т. е. их тела атаковали интерферон и нарушали его функцию еще до инфицирования. Эти пациенты уже имели недостаточный ответ интерферона первого типа, но не знали об этом до нападения вируса. Вирусная инфекция выявила у них давнишнее, но остававшееся незамеченным аутоиммунное заболевание – спящую форму “ужаса самоотравления” (против интерферона первого типа – молекулы, сигнализирующей о нападении вируса), показавшую голову только под влиянием SARS-C0V-2.

Наблюдения стали складываться в единую картину, как фрагменты пазла: вирус наиболее опасен для людей с функционально парализованной системой раннего ответа на вирусную инфекцию – один автор сравнил это с “налетом на незапертый дом”11. Короче говоря, патогенез SARS-C0V-2, вероятно, связан именно с его способностью обманывать клетки и заставлять их верить, что он не является патогенным.

Дальше – больше. Инфицированные хозяйские клетки с нарушенной способностью посылать исходный сигнал об опасности – это не просто незапертый дом. Это незапертый дом не с одной, а с двумя неработающими системами сигнализации. В них не работает ранний сигнал тревоги (в том числе секреция интерферона первого типа), но, раз дом горит, клетки запускают мощную вторую сигнализацию, посылающую другую серию сигналов об опасности (цитокины) для активации иммунных клеток. Неорганизованная армия клеток – сбитых с толку, запутавшихся солдат – бросается к участкам инфицирования и начинает ковровую бомбардировку. Но это происходит слишком сильно и слишком поздно. Воинственные иммунные клетки выпускают облако токсинов, чтобы остановить вирус. Но война с вирусом лишь дополнительно усиливает кризис – в неменьшей степени, чем он сам.

Легкие заполнены жидкостью, фрагменты умерших клеток блокируют альвеолы. “Такое впечатление, что на пути формирования иммунитета к COVID-19 есть развилка, определяющая исход болезни, – рассказывала мне Ивасаки^12. – Если на первой фазе заражения возникает мощная реакция врожденного иммунитета [вероятно, с участием интерферона первого типа], распространение вируса берется под контроль и болезнь протекает сравнительно легко. Но если такой реакции нет, в легких происходит неконтролируемая репликация вируса… которая подпитывает костер воспаления, приводя к тяжелой болезни”. Ивасаки использовала очень красочное выражение для описания этого сверхактивного и нефункционального воспаления: она назвала его “ложным срабатыванием иммунитета”.

Почему или как вирус вызывает это “ложное срабатывание”? Мы не знаем. Как он захватывает контроль над секрецией интерферона? У нас есть несколько идей, но нет окончательного ответа. Иммунная реакция имеет временную развертку: заключается ли главная проблема в нарушении на ранней фазе, вслед за которой наблюдается сверхактивная поздняя? Мы не знаем. А какова роль Т-клеток, призванных обнаруживать фрагменты вирусного белка на поверхности инфицированных клеток? Некоторые данные говорят о том, что Т-клеточный иммунитет снижает тяжесть инфекции, но другие не подтверждают наличие даже такой защиты. Мы точно не знаем. Почему у мужчин вирус вызывает более тяжелую форму заболевания, чем у женщин? Опять-таки у нас есть гипотезы, но нет окончательной версии. Почему у одних людей после инфекции образуются мощные нейтрализующие антитела, а у Других – нет? Почему некоторые страдают от долгосрочных последствий инфекции, таких как хроническая усталость, головокружение, туман в голове, выпадение волос, одышка и другие симптомы? Мы и этого не знаем.

Монотонность ответов сводит с ума. Мы не знаем. Мы не знаем. Мы не знаем.

Пандемии учат нас эпидемиологии. Но они также учат эпистемологии: откуда мы знаем, что мы знаем? Вирус SARS-C0V-2 заставил нас навести самые мощные научные фонари на иммунную систему, и в результате этому сообществу клеток и их сигналам было уделено самое пристальное внимание за всю историю их изучения. Но, возможно, наше понимание SARS-CoV-2 ограничено тем, что мы уже знаем об иммунной системе, т. е. известными знаниями. Но мы не знаем неизвестного.

Кроме того, пандемия указала на другой пробел в нашем понимании: может быть, и другие вирусы, как SARS-CoV-2, имеют неожиданные способности к обману клеток иммунной системы, что объясняет их патогенность, а мы просто не знаем этих более глубоких объяснений (на самом деле мы знаем о существовании подобных механизмов у таких вирусов, как цитомегаловирус или вирус Эпштейна – Барр). Возможно, история, которую мы сами себе рассказываем о том, почему SARS-CoV-2 так ловко обманывает нашу иммунную систему, далеко не полная. Наше понимание истинной сложности иммунной системы отчасти вновь натыкается на черный ящик.

Наука охотится за истиной. В одной из книг Зэди Смит есть запоминающийся образ^13 – изображение Чарльза Диккенса в окружении всех придуманных им героев: кругленький мистер Пиквик в плохо сидящем камзоле, искатель приключений Дэвид Копперфильд в цилиндре, невинная замарашка Малышка Нелл.

Смит пишет о писателях, в частности, о бестелесном опыте пребывания в состоянии другого человека, которое испытывает автор художественного произведения, полностью погружаясь в мысли, тело и мир создаваемого им персонажа. Эта интимная близость создает ощущение “истины”. “Диккенс не выглядит встревоженным или стыдящимся чего-то, – пишет Смит об этом изображении. – Ему не кажется, что у него шизофрения или какая-то другая патология. Для этого состояния у него есть название: писатель”.

А теперь представим себе другого героя, но окруженного “полупривидениями”. Некоторые из этих персонажей, такие как интерферон первого типа, рецептор TLR7 или нейтрофил, по большей части видимы, хотя существуют только в полутонах. Нам кажется, что мы знаем и понимаем их, но на самом деле это не так. Одни лишь отбрасывают тени. Другие полностью невидимы.

Идентичность третьих мы неверно истолковываем. А о существовании четвертых даже не подозреваем. Мы еще не встречались с ними или не дали им названия.

Для состояния этого героя у меня тоже есть название: ученый. Мы наблюдаем, мы создаем, мы воображаем, но находим лишь частичные объяснения явлений, даже таких, которые мы (отчасти) обнаружили в ходе наших собственных исследований. Мы не можем проникнуть в разум этих “существ”.

Ковид показал человечеству, что мы вынуждены жить в окружении этих персонажей. Мы подобны Диккенсу, только окружены тенями, привидениями и лжецами. Как сказал мне один врач, “мы даже не знаем, чего мы не знаем”.

Есть и другая история, которую тоже можно рассказать в связи с пандемией: это история триумфа. Иммунологи и вирусологи, основываясь на многолетних исследованиях в области клеточной биологии и иммунитета, создали вакцины против SARS-C0V-2 за рекордное время – некоторые появились меньше чем через год после того, как мужчина из Уханя обратился в клинику Сиэтла. Многие из этих вакцин активируют иммунитет, действуя по совершенно новым принципам (например, на основе измененной химической формы мРНК), что также стало возможным благодаря многолетним исследованиям того, как иммунные клетки распознают чужеродные белки и как они могут останавливать развитие инфекции.

Однако триумф меркнет, когда мы вспоминаем о шести миллионах смертей. Пандемия активизировала иммунологию, но также вскрыла пробелы в наших знаниях. Она дала нам необходимую дозу человечности. Я не могу назвать триумфом этот момент в истории науки, обнаживший глубокие и фундаментальные изъяны в нашем понимании биологии системы, которую, как нам казалось, мы знали. Мы узнали так много. Нам еще так много предстоит узнать.

Часть пятая

Органы

Мы уже много раз упоминали органы тела, но пока ни один из них не обсуждали подробно. Кровь, которую мы рассматривали как модель системы клеточного взаимодействия и коммуникации, не просто “орган”. Скорее это набор систем: для доставки кислорода (эритроциты), для ответа на повреждение (тромбоциты), для реакции на инфекцию и воспаление. Некоторые из этих систем содержат внутри себя подсистемы: например, врожденный иммунитет (нейтрофилы и макрофаги, способные находить и уничтожать патогенов) взаимодействует с приобретенным иммунитетом (В- и Т-клетки, адаптирующиеся и обучающиеся вызывать специфический иммунный ответ на конкретный патоген).

В биологии органом называют структурную или анатомическую единицу, клетки которой служат общей цели. У мелких животных даже небольшая группа клеток имеет конкретную функцию. Многие биологи занимаются изучением червя нематоды С. elegans с нервной системой, состоящей из трехсот двух нейронов. Это примерно в триста миллионов раз меньше числа нейронов в человеческом мозге.

Понятно, что по мере усложнения организмов и увеличения их размера органы тоже становятся более крупными и более сложными. Однако главный определяющий признак органа – служение общей цели, “гражданство” клеток, о котором говорил Вирхов, – оставался и остается неизменным. Анатомическое устройство органов животных таково, что клетки в их составе действуют совместными усилиями, как “клетки-граждане”, обеспечивая физиологическую функцию органа.

Как мы увидим, клетки в составе органов тоже подчиняются основным законам клеточной биологии в отношении синтеза белка, метаболизма, удаления отходов, автономии. Но каждая клетка любого органа имеет специализацию: она выполняет некую функцию, которая служит органу в целом и в конечном итоге координирует конкретный аспект физиологии человека. Поэтому человеческие органы и составляющие их клетки приобретали все более и более специализированные функции. Круглый червь может дышать кожей, но человеку нужны легкие. В мегаклеточных организмах, таких как человек, вещества проделывают космический путь (с каждым биением сердца поджелудочная железа отправляет инсулин клеткам пальцев ног), который иногда превосходит расстояния, преодоленные нематодами за всю жизнь.

Специализация и кооперация клеток – основополагающие принципы клеточной биологии органов – объясняют важнейшие эмерджентные свойства физиологии человека – такие, которые возникают только в результате координации функций и совместной работы многих клеток. Биение сердца. Мыслительный процесс. Поддержание постоянства – обеспечение гомеостаза.

Таким образом, для понимания биологии человека требуется понимание работы его органов. А чтобы понять работу органов, их дисфункцию в случае заболеваний и возможности восстановления функции, нужно понимать биологию клеток, обеспечивающих работу этих органов.

Клетки-граждане. Преимущества общности

Столь же загадочное, как и универсальное явление – внезапное возникновение массы там, где перед этим было пусто. Стояло пять, может, десять, может, двенадцать человек, никто ничего не объявлял, никто ничего не ждал – и вдруг все уже черно от людей. Люди текут отовсюду, кажется, все улицы стали с односторонним движением^1.[116]

Элиас Канетти, “Масса и власть”

Идея кругового обращения крови не разрушает, а скорее продвигает традиционную медицину^2.

Уильям Гарвей, 1649

Несколько месяцев в первую смертоносную фазу пандемии в Нью-Йорке я не мог писать. Как врач я относился к категории “важных работников”, и моя важная работа продолжалась. С февраля по август 2020 года, когда зараза кружила над городом, как злобный ураган, я приходил в свой кабинет в Колумбийском университете, надевал маску N95 и обходил пациентов, которым требовалась помощь (онкологический центр все еще функционировал, хотя и с минимальным количеством персонала; мы каким-то образом умудрились сохранить наиболее важные курсы химиотерапии, переливания крови и запланированные процедуры). Некоторые из моих пациентов подхватили вирус (шестидесятилетняя женщина с предлейкозом; еще одна пациентка с миеломой, которой пришлось отложить пересадку стволовых клеток), но, к счастью, только двое попали в реанимацию и никто не умер. Все выздоровели.

Но мои действия были автоматическими, а разум не работал: я тупо глядел в экран, часто до часа или двух часов ночи, писал один-два абзаца, а на следующее утро удалял их. Это не было полноценным творческим кризисом, но я чувствовал вялость: да, я писал, но все, что выходило из-под моего пера, было безжизненным и слабым. Меня волновал коллапс инфраструктуры и гомеостаза, наблюдавшийся в период этого самого жуткого кризиса в США и во всем мире.

Когда мое разочарование достигло пика, я написал, почти исторгнул из себя очерк, впоследствии опубликованный в журнале New Yorker. Это был крик души – отчасти призыв к изменениям, отчасти вскрытие проблем, свидетелем которых я стал в ходе пандемии. Я писал, что медицина – это не врачи с черными мешками^3. Это сложная сеть систем и процессов. Но системы, которые мы считали саморегулирующимися и самокорректирующимися, как человеческое тело при крепком здоровье, оказались чрезвычайно чувствительными к кризисам, как тело во время тяжелой болезни.

Я около года размышлял о том, как тела поддаются болезни, и о клеточных системах, готовых биться с захватчиками. Но к весне 2021 года постоянное сравнение с битвой перестало работать. Я хотел думать о норме, о восстановлении, о клеточных системах, формирующих инфраструктуру человеческой физиологии (и, напротив, о будущем восстановлении поврежденных систем человеческого организма). Я хотел писать о гомеостазе и самовосстановлении. Я устал от собственных рассуждений о распознавании телом того, что ему не принадлежит (вирусов). Я хотел обратиться к гражданскому сосуществованию, к духу принадлежности.

Сердце лучше всех остальных органов символизирует идею принадлежности. Под принадлежностью мы обычно подразумеваем привязанность или любовь, и сердце на протяжении тысячелетий было олицетворением этих чувств (хотя, конечно, теперь мы знаем, что значительная часть эмоциональной жизни происходит в мозге). Когда вы говорите “Мое сердце принадлежит тебе”, вы имеете в виду связь между этим органом и привязанностью.

Когда я был ребенком, мое сердце принадлежало матери. Отец был от меня далек – надежный и добрый, но отстраненный, в какой-то степени недоступный. Его мама, моя бабушка, жила с нами. Переезд во время разделения Британской Индии оставил в ее душе глубокий след: она убирала свою комнату, готовила еду только для себя, стирала свою одежду, как будто дом был временным убежищем, которого она в любой момент могла лишиться. Ее вещи, по большей части нетронутые и все еще завернутые в газетную бумагу, хранились в железном сундуке, который она перевезла через границу из Восточного Пакистана в Индию. В ее комнате не было ничего, кроме кровати и изношенного тюфяка; она лишила себя возможности лишений. Я не помню, чтобы она когда-нибудь дотрагивалась до меня. Ее сердце было разбито.

Мое взросление отметилось сменой отношений с отцом. Я учился в Стэнфорде до появления мобильных телефонов и электронной почты и потому писал ему письма. Поначалу наши письма были краткими и формальными, но со временем стали длиннее и теплее. Я начал видеть его в новом свете. Он, как и многие, потерял дом: в 1946 году его еще почти ребенком увезли из родной деревни, посадив на поезд до Калькутты, находившейся на грани нервного срыва. В конце пятидесятых он опять переехал, на этот раз уже в качестве молодого работника, в Дели – город, в культурном и социальном плане чуждый молодому человеку из Восточной Бенгалии, как мне в общежитии в Калифорнии были чужды фрисби, замороженные йогурты и ужасный всепроникающий запах пива. В 1989 году, через пять недель после моего поступления на первый курс, в Сан-Франциско произошло землетрясение Лома-Приета. Сила землетрясения была такова, что, стоя в дверном проеме своей комнаты в общежитии, я видел, как коридор изогнулся и по бетонной стене синусоидой прошла волна, словно я стоял на спине внезапно разбуженной змеи. Мой отец услышал новости и сразу мне написал. В 1960 году, когда он строил в Дели свой первый дом, землетрясение разрушило одноэтажный блок, где находились все его сбережения. Он рассказал мне (и мне одному), что всю ночь прорыдал, сидя на фундаменте, окруженный обломками.

Мне очень хотелось вернуться домой, пусть даже ненадолго. Однажды я достал из почтового ящика корреспонденцию и с удивлением обнаружил тяжелый пакет с билетами для возвращения в Дели на первые зимние каникулы (я предполагал, что мне придется остаться в Калифорнии до следующего лета). Перелет длился шестнадцать часов, и я спал, пока сквозь туман не пробились огни города и самолет не издал слоновий рев, выпустив шасси прямо перед приземлением. С тех пор я летал в Индию десятки раз, но этот звук по-прежнему наполняет мое сердце непонятной радостью.

Служащий на таможне потребовал небольшую взятку, и мне захотелось его обнять: я был дома. Я все еще помню, как билось мое сердце, когда я выходил из здания аэропорта. Я могу рассказать вам о череде пережитых нервных реакций: как накатили воспоминания, как в кровь хлынул адреналин; сигнал был запущен в мозге, но чувствовал я сердцем. Отец был здесь, как он был здесь год за годом каждый раз, когда я возвращался, – обернутый белой шалью и с шалью для меня. Возвращение домой. Принадлежность.

Но если отвлечься от метафор, сердце и в самом деле такой орган, в котором принадлежность и “гражданственность” клеток играют решающую роль. В чем особенность клеток сердца? Что позволяет им раз за разом, день ото дня осуществлять координированную работу, которую мы ощущаем как сердцебиение? Подумайте о том, что такое биение сердца: многие из нас могут назвать его символом каждодневной жизни (за время жизни человека сердце совершает в среднем более двух миллиардов ударов), но на самом деле это удивительно сложное достижение биологии клетки. Сердце – клеточная модель кооперации, гражданственности и принадлежности.

Аристотель считал сердце “первым среди равных” – самым важным “гражданином” среди всех органов, центром жизни тела^4. По его мнению, другие органы, сгруппированные вокруг сердца, служат лишь резервуарами для нагревания и охлаждения. Легкие подобны мехам, сжимающимся и расширяющимся для охлаждения мотора. Печень – на деле лишь сточная труба для тепла, которая отводит его избыток от большинства жизненно важных органов, не позволяя им перегреваться. Гален из Пергама развил эту идею: “Сердце есть центр и источник природного тепла, управляющего животным”5.

Однако если сердце играет главную роль в жизни человека (а функция всех остальных органов сводится лишь к его нагреванию и охлаждению), возникает вопрос, что именно делает этот орган. Средневековый физиолог Ибн Сина, он же Авиценна, живший приблизительно в 1000-е годы, пытался ответить на этот вопрос в великолепном трактате al-Qanun fi’at-Tibb (“Канон врачебной науки”; слово qanun также можно перевести как “закон”; Авиценну интересовали универсальные законы физиологии)6. Авиценна обратил внимание на пульс, отметив его волнообразную природу и корреляцию с биениями сердца. Если пульс был нерегулярным, таким же было и сердцебиение, а учащенное сердцебиение сопровождалось такими симптомами, как обмороки или летаргия. Когда сердцебиение становилось очень слабым, то же происходило с пульсом, и этот симптом предвещал смерть. Пульс и сердцебиение учащались в состоянии тревоги. И, как заметил Авиценна, то же самое происходило при “любовной болезни” – сильном желании или чувстве принадлежности. Один друг рассказывал мне, как побывал у тибетского врача, который ставит диагнозы по пульсу. Доктор задал ему несколько поверхностных вопросов, а затем измерил пульс. “Вы пережили чудовищное потрясение, – сообщил он. – Ваша жизнь с тех пор в корне изменилась”. И тибетский врач был прав: что-то в пульсе (его учащенность или вялость) сообщает о любви и принадлежности. Мой друг действительно пережил потрясение, и его жизнь с тех пор изменилась навсегда.

Определение сердца в качестве источника пульсаций – по сути, насоса, – данное Авиценной, представляло собой одну из первых попыток описать функцию этого органа. Полное описание циклического процесса в человеческом теле с сердцем-насосом дал английский физиолог Уильям Гарвей, живший в 1600-е годы^7. Гарвей учился медицине в Падуе, а для продолжения исследований вернулся в Кембридж. В 1609 году он стал врачом Больницы святого Варфоломея с годовой зарплатой в тридцать три английских фунта. Этот круглолицый невысокий человек (“глаза маленькие и круглые, очень темные и одухотворенные, волосы кучерявые и черные, как вороново крыло”8) обладал простыми вкусами. Он жил в маленьком домике в небогатом Лутгейте, хотя должность врача позволяла ему занимать один из двух гораздо больших по размеру домов вблизи больницы. Есть искушение связать его ментальную строгость со строгостью его экспериментальных методов. Не имея ничего, кроме бинтов и жгутов для перевязки вен и артерий, Гарвей попытался разрешить проблему, которую физиологи не могли разрешить на протяжении многих столетий.

Мы уже упоминали неортодоксальный и пытливый разум Гарвея, когда обсуждали его представления о физиологии и эмбриологии: он был одним из строжайших критиков идей о том, что эмбрион появляется в матке уже предварительно сформированным, а кровь служит разогревающим “маслом” тела. Однако самым важным вкладом Гарвея в науку является его известная работа о сердце и кровообращении. У Гарвея не было мощного микроскопа, и для изучения работы сердца он ставил самые простые физиологические опыты. Он прокалывал животным артерии и обнаружил, что, когда из них вытекает кровь, вены в итоге тоже опорожняются. Отсюда он заключил, что артерии и вены соединены в единую сеть. Когда он пережимал аорту, сердце наливалось кровью, а когда он пережимал главные вены, сердце лишалось крови. Следовательно, аорта должна отводить кровь от сердца, а вены – подводить кровь к нему. Этот вывод настолько принципиален для понимания кровообращения, что совершенно необъяснимо, как он ускользал от многих поколений физиологов.

Что еще важнее, изучая перегородку между левым и правым отделами сердца, Гарвей установил, что она очень толстая и не имеет пор. Следовательно, кровь из правого отдела сердца сначала должна направляться в легкие и лишь затем поступать в левый отдел (прямое противоречие с тезисом Галена и других ранних анатомов). Наблюдая за биениями сердца, Гарвей обнаружил фазы сжатия и расслабления. Следовательно, сердце служит насосом, посылающим кровь в круговую систему обращения по всему телу – от артерий к венам и обратно в сердце.

В 1628 году Гарвей опубликовал свои выводы в семитомном труде под названием De Motu Cordis (“Анатомическое исследование о движении сердца и крови у животных”), перевернувшем представления об анатомии и физиологии сердца. Гарвей утверждал, что сердце служит насосом, заставляющим кровь циркулировать по телу – от артерий к венам и обратно к сердцу. Как он писал, эта идея “одним нравилась больше, другим меньше: некоторые… оговаривали меня и обвиняли в том, что я осмелился отойти от заветов и мнений всех анатомов; другие ждали новых объяснений этих открытий, которые, как они говорили, одновременно за-559 служивали внимания и, возможно, могли принести пользу.

Рисунок Уильяма Гарвея из труда De Motu Cordis с описанием простого упражнения с зажимом вен и артерий. Показано, как кровь течет через вены к сердцу, а через артерии вытекает из сердца.

Теперь мы знаем (отчасти благодаря работе Гарвея), что сердце на самом деле представляет собой не один, а два насоса, расположенные бок о бок – один слева, другой справа, как близнецы в матке.

Это замкнутый круг, поэтому давайте начнем с правой стороны. Правый насос собирает кровь из вен. Венозная кровь (обычно не ярко-красная, а более темная), истощенная и обедненная после доставки кислорода и питательных веществ к органам тела, поступает в верхнюю правую камеру сердца, называемую правым предсердием. Оттуда она проходит через клапан и движется в насосную камеру – правый желудочек. Из правого желудочка кровь мощным толчком переправляется в легкие. Это правый круг кровообращения: от вен к сердцу и в легкие.

Легкие, получившие кровь из правого отдела сердца, наполняют ее кислородом и освобождают от углекислого газа. Обогащенная кислородом и очищенная ярко-красная кровь движется к левому отделу сердца и проталкивается в левый желудочек. Левый желудочек – возможно, самая неутомимая мышца тела – с силой выталкивает кровь в широкую дугу аорты, наиболее крупный сосуд тела, откуда богатая кислородом кровь распространяется по телу и достигает головного мозга.

И так по кругу, раз за разом. “Идея кровообращения не разрушает, а скорее продвигает… медицину”, – писал Гарвей.

Однако такое механистическое представление о сердце как о насосе отвлекает от главного вопроса: как сделать насос из клеток? Вообще говоря, насос – это очень хорошо организованная машина. Ему нужны сигналы расширения и сжатия. Ему нужны клапаны, перекрывающие поток жидкости в обратном направлении. Нужен механизм, гарантирующий отсутствие колебаний сокращающейся камеры без надобности или указания. Неотрегулированный насос не лучше колеблющегося шарика.

Семнадцатого января 1912 года в Институте Рокфеллера в Нью-Йорке французский ученый Алексис Каррель[117] отделил небольшой фрагмент ткани сердца восемнадцатидневного зародыша цыпленка и начал выращивать его в жидкой культуре^10. “[Фрагмент] регулярно пульсировал на протяжении нескольких дней и быстро рос, – писал Каррель. – После первой промывки… культура опять быстро росла”11. Когда он отделил кусочек от этого фрагмента и стал выращивать его, то обнаружил, что ткань все еще пульсировала. В марте, спустя почти три месяца после отделения фрагмента ткани от сердца цыпленка, “она [все еще] пульсировала со скоростью от шестидесяти до восьмидесяти четырех ударов в минуту…” Наконец “12 марта пульсации стали нерегулярными, фрагмент совершал от трех до четырех пульсаций, а затем останавливался примерно на двадцать секунд”. За три месяца фрагмент сердца цыпленка в чашке Петри произвел примерно девять миллионов сердцебиений.

Эксперимент Карреля обычно приводят в качестве доказательства того, что органы могут жить и функционировать вне тела, однако он отражает еще одну, не менее важную идею: клетки сердца, выращенные вне тела, способны самостоятельно производить ритмичную пульсацию. Какая-то природная особенность этих клеток позволяет им совершать движения, аналогичные движению насоса, – координированные пульсации. В том же году физиолог из Гарварда Уильям Таунсенд Портер показал, что после удаления нервов из сердца собаки желудочки по-прежнему продолжают самостоятельно пульсировать^12. Это была “живая” демонстрация того, что Каррель показал в чашке Петри.

Согласованная пульсация клеток сердца восхищала физиологов. В 1880-е годы немецкий биолог Фридрих Биддер обнаружил, что клетки сердца “разветвляются и сообщаются между собой, формируя континуум”13. Они образуют консорциум единиц – “гражданское сообщество” клеток. Казалось, источник сократительной силы сосредоточен в этом сообществе, в принадлежности единому целому.

Но откуда берется эта сократительная сила? В 1940-е годы физиолог венгерского происхождения Альберт Сент-Дьёрдьи занялся изучением механизма, обеспечивающего клеткам способность сжиматься и расслабляться^14. К этому времени он уже заявил о себе как об одном из ведущих физиологов своего времени: он был награжден Нобелевской премией за открытие витамина С и изучение производства клетками энергии. Многое из того, что нам известно о производстве энергии в митохондриях, установлено благодаря его усилиям. Этот человек обладал мощными убеждениями и бесконечной любознательностью. Во время Первой мировой войны он служил военным врачом, но так возненавидел смертоубийство, потеряв какие-либо иллюзии о войне, что выстрелил себе в плечо, заявив, что попал под вражеский огонь, и в результате смог вернуться к научным и медицинским исследованиям. Он переходил из университета в университет, из лаборатории в лабораторию, переезжал из города в город (Прага, Берлин, Кембридж в Англии, Вудс-Хоул в Массачусетсе), изучая биохимию клеточного дыхания, метаболизм кислот и оснований в теле, а также витамины и важнейшие для жизни биохимические реакции.

Наконец в 1940-е годы его неизменно любознательный разум обратился к изучению сердечной мышцы. Занимавший его вопрос был чрезвычайно важен для понимания функции сердца: откуда бралась энергия для сокращений? Сент-Дьёрдьи оттолкнулся от идеи Вирхова: если орган способен сжиматься и растягиваться, значит, его клетки способны сжиматься и растягиваться. Сент-Дьёрдьи рассудил, что в каждой мышечной клетке должна содержаться какая-то специализированная молекула или группа молекул, способная создавать направленную силу, за счет которой клетка сжимается – сокращается. “Чтобы создать систему, способную сокращаться, – писал он, – природе нужны тонкие и длинные белковые частицы”15. К тому времени один такой “тонкий и длинный” белок уже был обнаружен. Сент-Дьёрдьи писал: “Волокнистые, очень тонкие и длинные белковые частицы, из которых природа создала сокращающуюся материю, – это миозин”.

Однако длинный и тонкий белок – лишь канат. Привяжите канат к двум сторонам клетки, и вы получите основной элемент сократительного аппарата. Но как такая система канатов сжимается и растягивается? Сент-Дьёрдьи и его коллеги обнаружили, что волокна миозина прочно связаны с другой плотной и организованной сетью длинных и тонких волокон, состоящих в основном из белка актина. Короче говоря, в мышечной клетке есть две взаимосвязанные системы волокон – актиновая и миозиновая.

Секрет сокращения мышечной клетки заключается в том, что два типа волокон (миозин и актин) скользят друг вдоль друга, как две сети канатов. При стимуляции сокращения часть миозинового волокна связывается с определенным участком актинового волокна, как будто рука из одного каната хватается за другой. Затем зажим разъединяется, и волокно продвигается дальше, к следующему участку: человек, висящий на одном канате, захватывает и тянет другой – в одном месте, потом в следующем. Зажим. Толчок. Релаксация. Зажим. Толчок. Релаксация.

В каждой мышечной клетке содержатся тысячи таких линейных канатов – параллельные пучки актина и миозина[118]. По мере того как выровненные бок о бок канаты проскальзывают по отношению друг к другу (зажим, толчок, релаксация), края клетки тоже дергаются, и клетка сокращается. Для этого процесса нужна энергия, поэтому все клетки сердца и все мышечные клетки заполнены митохондриями, которые поставляют энергию, необходимую для проскальзывания волокон. (Небольшое замечание: особенность системы в том, что энергия требуется для отделения актина от миозина, а не для их связывания; когда организм умирает и пропадает источник энергии, мышечные волокна, не имеющие возможности разжать захват, остаются навсегда зажатыми. Клеточные канаты во всех мышцах натягиваются. Тело затвердевает и сжимается в тисках смерти. Это явление называют rigor mortis — трупным окоченением.)

Но пока мы описали лишь процесс сокращения в одной клетке. Чтобы сердце функционировало как единый орган, все его клетки должны сокращаться согласованно. И здесь важнейшую роль играет наблюдение Фридриха Биддера о том, что клетки сердечной мышцы образуют “континуум”. Как показали микроскопические исследования, выполненные в 1950-е годы, клетки сердца связаны друг с другом посредством крохотных молекулярных каналов, называемых щелевыми контактами. Каждая клетка изначально запрограммирована на то, чтобы сообщаться с соседними. Их много, но ведут они себя как одна. Когда в одной клетке возникает стимул к сокращению, он автоматически передается соседней, что приводит к ее стимуляции и в конечном итоге к сокращению клеток в унисон.

Что же это за стимул? Стимулом служит передвижение ионов, главным образом ионов кальция, внутрь и наружу по специализированным каналам в мембране клетки сердца. В состоянии покоя в клетке сердца уровень кальция низкий. При стимуляции сокращения поток кальция направляется в клетку, что и вызывает сокращение. Это саморегулируемый механизм: прилив кальция в клетку приводит к выходу из клетки еще большего количества кальция, так что в его уровне в клетке наблюдается высокий резкий пик. Благодаря взаимосвязи между клетками (тем самым “контактам”, обнаруженным в 1950-е годы) ионное сообщение передается из клетки в клетку. Единица становится множеством. Толпа порождает силу. И так орган – континуум клеток – ведет себя как единое целое.

В сердце есть еще два клеточных элемента, важных для функционирования органа. Во-первых, это клапаны между камерами сердца, которые не дают потоку крови двинуться в обратном направлении. Клетки предсердий (накопительных камер) сокращаются первыми, посылая кровь в желудочки. Клапаны между предсердиями и желудочками закрываются с характерным хлопком: тук — первый звук биения сердца. А затем клетки желудочка сжимаются таким же организованным образом. Выходной клапан желудочка закрывается, и раздается второй тук. Тук-тук, тук-тук. Звук четкой синхронизации совместно работающих “граждан”.

Наконец, еще один элемент насоса – генератор ритма, “метроном”. Физиологи обнаружили, что в сердце есть специализированные мышечные клетки, напоминающие нервные, которые создают равномерные, ритмичные электрические импульсы, стимулирующие сокращение мышечных клеток. Другие мышечные клетки, характеризующиеся высокой проводимостью, передают эти импульсы по всему сердцу – сначала к предсердиям, потом к желудочкам. Как только импульс достигает одной клетки, благодаря наличию контактов все клетки сокращаются одновременно.

Результатом является потрясающая координация действий. Сокращение предсердий. Сокращение желудочков. Клетки сердца образуют настоящий гражданский оркестр. Каждая клетка сердечной мышцы сохраняет свою идентичность. Но все они настолько тесно связаны с соседними клетками, что по прибытии соответствующего сигнала происходит согласованное и целенаправленное сокращение. Сердце не дрожит – его желудочки сокращаются мощными толчками. Как будто этот орган функционирует как единая клетка с единым разумом.

Мыслящие клетки. Разумный нейрон

Мозг – шире, чем небесный свод, —

Попробуй, сопоставь —

И мозг охватит неба синь

(И ты войдешь туда).

Мозг глубже, чем морское дно, —

Попробуй, сопоставь —

И мозг вместит весь океан,

Как губка все впитав^1.[119]

Эмили Дикинсон, ок. 1862

Сердце обладает единым “разумом”, а у мозга их много. Давайте признаем очевидный факт: описать функции такого невероятно сложного органа невозможно не только в одной главе, но даже и в целой книге.

Но пока оставим в стороне функции и поговорим о структуре. Когда я изучал анатомию на медицинском факультете, студентов разбивали на группы. Моей группе, состоявшей из четырех студентов, достался расплющенный и пропитанный формальдегидом человеческий мозг – завещание науке от сорокалетнего мужчины, погибшего в автомобильной катастрофе. Было невероятно странно держать в руках орган, по форме и размеру напоминающий боксерскую перчатку, и понимать, что это хранилище воспоминаний, сознания, речи, темперамента, чувств и ощущений. Любовь. Желание. Ненависть. Сострадание. Все это хранится в спутанном клубке нейронов. Я думал о том, что держу в руках его — этого человека, имя которого я никогда не узнаю. Где-то внутри этого органа жили нейроны, когда-то запомнившие лицо его матери. Где-то там сохранилось воспоминание о последнем мгновении, когда машина сорвалась с дороги, а где-то – мелодия его любимой песни.

Внешне этот самый потрясающий орган человеческого тела выглядел на удивление скучно: кусок ткани, покрытый неровными буграми серого вещества. На двух сторонах мозга имелись выступы, как большие пальцы боксерской перчатки, если смотреть сбоку. Отсеченный удлиненный фрагмент ткани остался на том месте, которое когда-то соединялось со спинным мозгом.

Но, срезав ткань сбоку, я будто открыл волшебную коробку. Там был бесконечный набор структур – полосы нервов, заполненные жидкостью желудочки, мешочки, железы и плотные кластеры нервных клеток, называемые ядрами. В середине, как крохотная ягода, отчетливо выделялся гипофиз – одна из немногих непарных желез человеческого организма. Эпифиз (шишковидная железа), в которой, по мнению Декарта, сосредоточена душа, тоже располагался в центре. Все эти железы и ядра содержат уникальный набор клеток, предназначенных для выполнения особой и часто весьма специфической функции. В книге о клеточной биологии не получится описать, каким образом все это бесконечное множество структур (и бесконечный набор клеток – нейронов, клеток, производящих гормоны, и глиальных клеток, поддерживающих функцию нейронов) обеспечивает основополагающие функции мозга. Но мы можем начать изучение мозга с изучения функции нейрона – самой важной его составляющей.

На протяжении нескольких десятилетий в конце XIX века самую многофункциональную и загадочную из всех клеток тела вообще не считали клеткой. Большинство специалистов по микроскопии просто не замечали нейроны. В 1873 году итальянский биолог из Падуи Камилло Гольджи обнаружил, что при добавлении раствора нитрата серебра к прозрачному срезу нервной ткани происходит химическая реакция, приводящая к накоплению в некоторых нейронах черных пятен^2. Под микроскопом Гольджи увидел кружевной рисунок. Он счел его сетью непрерывных связей, которую назвал ретикулумом. Клеточная теория находилась в зачаточном состоянии (Шванн и Шлейден только в 1838 и 1839 годах предположили, что все организмы представляют собой скопления клеток), так что Гольджи задумался, не является ли нервная система паутиной из “клеточных придатков” – “запутанным клубком” переплетенных, протяженных клеточных отростков, как называл их один автор^3. Но эта теория ничего не объясняла; по мнению Гольджи, нервная система напоминает рыбацкую сеть, состоящую из длинных нитей, выходящих из головного мозга.

Молодой мятежный анатом из Испании поставил теорию Гольджи под сомнение. Гимнаст, атлет и страстный дарвинист (один биограф называл его “застенчивым, нелюдимым, скрытным и резким”4) Сантьяго Рамон-и-Кахаль был сыном учителя анатомии, который вполне в традициях Везалия брал маленького сына с собой на кладбище для вскрытия образцов^5. В детстве Кахаль славился своими хитрыми проказами. Его первая “книга” была посвящена изготовлению рогаток, она одновременно отразила в себе его прилежание и презрение к авторитетам. А еще Кахаль беспрестанно рисовал: яйца и гнезда птиц, листья, кости, биологические образцы, анатомические структуры; все природные предметы его восхищали, и он зарисовывал их в блокноте. Позже он сам назвал эту привычку все зарисовывать “непреодолимой манией”6. Он посещал медицинский факультет в Сарагосе, а потом перебрался в Валенсию, где был принят на службу учителем анатомии и патологической анатомии. В Мадриде он случайно встретился со знакомым, который только что вернулся из Парижа, где узнал о методе окрашивания клеток, изобретенном Гольджи.

Многие ученые пытались воспроизвести метод Гольджи, но реакция была капризной и своенравной, так что после окрашивания часто получался лишь черный фрагмент ткани. Если же все удавалось, высвечивалась (скорее даже вырисовывалась) плотная ретикулярная сеть, глядя на которую Гольджи представил себе нервную систему в виде сложной системы непрерывных проводов. Однако талантливый Кахаль детально обдумал метод Гольджи, вновь продемонстрировав одновременно тщательность и недоверие к авторитетам. Он оттитровал нитрат в точном разведении, разрезал ткань на аккуратные фрагменты толщиной с бритвенное лезвие и стал рассматривать нейроны, окрашенные в соответствии с “черной реакцией”, под самым мощным микроскопом. Клеточная структура, которую увидел Кахаль, очень сильно отличалась от той, что наблюдал Гольджи. В нервной системе не было плотной “ретикулярной” сети, не было никаких спутанных проводов. Были отдельные нервные клетки с тонкой анатомической структурой и отростками, соединявшимися с другими отдельными нервными клетками.

Кахаль зарисовал их от руки черными чернилами, создав одну из самых красивых серий рисунков в истории науки. Одни нейроны походили на деревья с тысячами ветвей: плотные кроны отростков вверху, пирамидальное клеточное тело в середине и нечто вроде ствола внизу. Другие напоминали звезду с многочисленными лучами или многоголовую гидру. Третьи имели невероятно тонкие пальцевидные отростки. Были нейроны компактной формы, а были такие, что протягивались от поверхности мозга в более глубокие слои.

Но Кахаль заметил, что при всем своем невероятном разнообразии многие нейроны имеют одинаковые признаки. У них есть тело (сома), от которого отходят десятки, сотни или даже тысячи отростков, названных дендритами. И еще есть выходной канал – аксон, – протягивающийся до соседних клеток. Важно, что аксон одного нейрона отделен от второго нейрона пространством, которое называют синапсом[120]. Да, нервная система – это система проводов, только этими проводами служат клетки, связанные с Другими клетками, которые связаны с третьими, и промежуточное пространство между ними.

На основании этих рисунков – столь же изумительно прекрасных, сколь и скрупулезно точных – Кахаль сформулировал свою теорию строения нервной системы. Он утверждал, что информация передается по нервам в одном направлении. Дендриты (отростки, отходящие от тела клетки) принимают импульсы. Импульсы передаются по соме, выходят через аксон и через синапс подаются на соседнюю нервную клетку. Далее этот процесс повторяется в следующей клетке: уже ее дендриты принимают импульсы, переносят по соме и через аксон направляют к следующей клетке. И так до бесконечности.

Таким образом, процесс нервной проводимости заключается в передаче импульса между клетками. Нет никакой единой ретикулярной паутины “клеточных отростков”, как предполагал Гольджи, или континуума “клеток-граждан”, как в сердце. Скорее нервные клетки “беседуют” друг с другом, собирая входящие импульсы (с помощью дендритов) и передавая исходящие (с помощью аксонов). Именно эта клеточная (и межклеточная) беседа обуславливает основные атрибуты нервной системы: чувства, сознание, память, мышление и ощущения.

В 1906 году Кахаль и Гольджи одновременно были удостоены Нобелевской премии за установление структуры нервной системы^7. Возможно, то была самая странная премия за всю историю: она была не столько наградой, сколько ознаменованием перемирия, поскольку идеи Кахаля и Гольджи относительно структуры нервной системы были диаметрально противоположными. Со временем, когда появились более мощные микроскопы, подтвердилась справедливость теории Кахаля о сообщении между отдельными нейронами и о направленной передаче импульсов. Да, нервная система действительно состоит из проводов и их сетей, но эти сети не являются непрерывным “ретикулумом”, а состоят из отдельных клеток, способных собирать информацию и передавать ее следующим нейронам.

Удивительное наследие Кахаля заключается в том, что он за всю свою жизнь не поставил ни одного эксперимента по клеточной биологии, по крайней мере, ни одного эксперимента в традиционном понимании этого слова. Когда разглядываешь его рисунки, понимаешь, как много можно узнать просто за счет наблюдения^8. Это возвращает нас к Леонардо да Винчи или Везалию, которые сопоставляли процесс рисования с мышлением: проницательный наблюдатель и чертежник способен создать научную теорию не хуже, чем экспериментатор. Кахаль зарисовывал то, что видел, и его понимание работы нервной системы складывалось в процессе изображения клеток и выведения заключений. Существует выражение “обрисовать картину”, и оно отражает связь между размышлением и рисованием: в этом смысле “обрисовать” означает не только нарисовать, но и извлечь суть, добраться до истины. Именно благодаря “непреодолимой мании” Кахаля к изображению реальности и извлечению истины были заложены основы нейробиологии.

Давайте вернемся к идее Кахаля о нейроне: о том, что нейрон – это отдельная клетка, способная передавать импульс (сообщение) другой клетке. Что это за сообщение и кто играет роль почтальона?

Столетиями ученые считали нервы полыми каналами вроде труб, по которым передается жидкость или воздух (“пневма”), перенося волны информации от одного нерва к другому, а от нерва к мышце, что в конечном итоге приводит к сокращению последних. В рамках “теории воздушного шара”, как ее тогда называли, мышцу сравнивали с пузырем, раздувавшимся под напором пневмы, как шар – под напором воздуха.

В 1791 году итальянский биофизик Луиджи Гальвани сдул этот воздушный шар, поставив эксперимент, который в корне изменил ход развития нейробиологии. История, возможно вымышленная, гласит, что ассистент Гальвани вскрывал скальпелем мертвую лягушку и случайно коснулся нерва^9. На скальпель попала электрическая искра от стоявшего поблизости прибора, и мышца мертвого животного задергалась, будто вернулась к жизни.

Удивленный Гальвани повторил эксперимент в нескольких вариантах. Он соединил лапку лягушки со спинным мозгом самодельной проволокой – один кусочек из железа, другой из бронзы. Когда он соединил оба кусочка, по электродам пошел ток и лапка лягушки снова дернулась. (Гальвани предположил, что электричество, проходившее по спинному мозгу к мышце, исходило от самого животного. Он назвал этот феномен “животным электричеством”. Его современник Алессандро Вольта, вдохновленный экспериментами Гальвани, установил, что реальным источником электричества было не тело животного, а контакт между двумя металлами, частично погруженными в жидкости тела мертвой лягушки. Позднее Вольта использовал эту идею для создания первой примитивной батарейки.)

Гальвани посвятил большую часть жизни изучению “животного электричества” – уникальной формы биологической энергии, которую считал своим самым интересным открытием. Однако это его главное открытие оказалось второстепенным. Большинство животных (за исключением электрического угря и ската) не бьют током. Революционным оказалось гораздо менее значительное открытие Гальвани: идея о том, что сигнал от нерва к нерву и от нерва к мышце передается не с помощью воздуха, а с помощью электричества – притока и оттока заряженных ионов.

В 1939 году Алан Ходжкин, только что завершивший обучение в Кембридже, был приглашен для изучения проводимости нервов в лабораторию физиолога Эндрю Хаксли в Ассоциации морской биологии в Плимуте^10. Лаборатория располагалась на холме в большом здании из камня, где по коридорам гулял морской бриз. Расположение лаборатории играло важнейшую роль. Окна выходили на залив, и исследователи могли наблюдать за рыбаками, возвращающимися с уловом. Из всех существ, извлеченных из океана, наиболее ценным был кальмар, поскольку его нейрон один из самых больших во всем царстве животных: он примерно в сто раз крупнее, чем тонкие крохотные нейроны, которые Кахаль зарисовывал в своем блокноте.

Ходжкин научился выделять нейрон кальмара в Морской биологической лаборатории в Вудс-Хоуле. Ходжкин и Хаксли вживили в эту клетку миниатюрный серебряный электрод с крохотным заостренным кончиком. И научились с его помощью посылать импульсы и регистрировать ответ, как бы прослушивая “общение” отдельных нейронов.

В сентябре 1939 года, пока Ходжкин и Хаксли регистрировали сигналы аксонов, нацисты вторглись в Польшу, ввергнув Европу в пучину войны. Ученые завершили первые эксперименты по электрической проводимости и быстро отправили статью для публикации в журнал Nature^11. Это была удивительная работа всего с двумя рисунками, один из которых изображал постановку эксперимента: аксон кальмара с введенным в него кусочком серебряной проволоки.

Но поистине невероятным был второй рисунок. Ученые изобразили прибытие небольшого электрического импульса (миниволны), вслед за которым шла большая волна заряженных ионов. Потом большая волна затихала и угасала, и система возвращалась в обычное состояние. Каждый раз, когда они стимулировали аксон, они вновь и вновь видели тот же пик электричества и возвращение к норме. Они стали свидетелями передачи сигнала одним нервом другому нерву.

Война прервала сотрудничество Ходжкина и Хаксли почти на семь лет. Ходжкин как инженер был направлен на производство по изготовлению кислородных масок и радаров для летчиков; Хаксли был математиком и занимался расчетами для повышения кучности стрельбы из пулеметов. В 1945 году, вскоре после окончания войны, они возобновили исследования в Плимуте, разыскивая кальмаров и внедряясь все глубже и глубже в их нервную систему, что в конечном итоге привело к созданию математической модели для описания перемещения ионов по нервным клеткам[121].

Около семидесяти лет спустя ученые по-прежнему используют модель Ходжкина – Хаксли и их экспериментальный метод для изучения нервной системы. Теперь в общих чертах понятно, как нейроны “беседуют” между собой. Возможно, в качестве модели для описания прохождения сигнала по нерву стоит вернуться к одному из рисунков Кахаля. Для начала представим себе нерв в состоянии покоя. В покое внутреннее пространство нейрона содержит ионы калия в высокой концентрации и ионы натрия – в минимальной. Удаление натрия из внутреннего пространства нейрона играет важнейшую роль. Представьте себе ионы натрия в виде толпы за пределами крепости, которая осаждает стены и наседает на ворота, чтобы проникнуть внутрь. По закону химического равновесия поток ионов натрия должен быть направлен внутрь клетки. В состоянии покоя клетка активно выводит ионы натрия, расходуя на это энергию. В результате покоящийся нейрон имеет отрицательный заряд, что и показали Ходжкин и Хаксли в своем первом эксперименте в 1939 году.

Теперь давайте рассмотрим дендриты – изображенные Кахалем многолучевые структуры. Через дендриты нейрон получает “входящие” сигналы. Когда стимул (обычно это химическое вещество, называемое нейромедиатором или нейротрансмиттером) прибывает к одному из дендритов, он связывается с соответствующим рецептором на его мембране. Именно здесь начинается каскад нервной проводимости.

Связывание химического вещества с рецептором приводит к открытию мембранных каналов. “Ворота крепости” распахиваются, и ионы натрия врываются внутрь. По мере наплыва ионов происходит изменение суммарного заряда нейрона: каждая волна входящих ионов создает небольшой положительный импульс. А по мере связывания все большего количества нейромедиаторов и открытия дополнительных каналов повышается амплитуда этого импульса. Суммарный заряд переносится по телу клетки.

Теперь представьте себе, как армия ионов-захватчиков продвигается по дендритам к телу клетки – к соме – и достигает ключевой точки, называемой аксонным холмиком. Именно здесь запускается биологический цикл нервной проводимости. Если импульс, достигающий аксонного холмика, оказывается выше порогового значения, ионы начинают циклический процесс. Сами ионы способствуют открытию дополнительных каналов аксона. В биологии, когда химическое вещество стимулирует высвобождение того же химического вещества, возникает положительная петля обратной связи: большое превращается в еще большее. Чувствительные к присутствию ионов ионные каналы – основа аксонной проводимости: они усиливают сами себя, как будто толпа сама себя воспроизводит, открывая дополнительные ворота в крепость, позволяя войти все новым и новым собратьям. Через каналы входят новые ионы натрия, тогда как ионы калия вырываются наружу.

Процесс нарастает: толпа ионов-захватчиков открывает новые ворота, через которые проникают новые ионы натрия. По мере открытия дополнительных каналов усиливается приливная волна натрия, а ионы калия убегают, что и объясняет большой положительный пик, который Ходжкин и Хаксли впервые обнаружили в 1939 году. Суммарный заряд аксона меняет полюс с отрицательного на положительный. Однажды начавшись, этот каскад проводимости не останавливается, а продвигается все дальше и дальше вдоль аксона[122]. Это самораспространяющийся процесс. Одна серия каналов открывается и закрывается, вызывая пик электричества. Этот первый пик (или спайк) вызывает открытие следующей серии каналов на несколько микрометров дальше, что вызывает второй спайк на небольшом расстоянии от первого. Затем возникает третий спайк, еще на несколько микрометров дальше – и так далее, пока импульс не добирается до окончания аксона[123].

Рисунок Сантьяго Рамона-и-Кахаля, изображающий срез сетчатки с несколькими слоями нейронов. Обратите внимание, что некоторые нейроны заканчиваются “бутоном” (в частности, в слое 0, обозначающим часть синапса, и что конец аксона не обязательно физически соприкасается с дендритами (тонкими отростками второго нейрона). Пустой промежуток соответствует синапсу, в котором, как было обнаружено впоследствии, происходит передача химических сигналов (нейромедиаторов), активирующих или ингибирующих вторичный нейрон. Пустое пространство и близость дендритных отростков вторичного нейрона наиболее отчетливо видны в слое F.

Но после прохождения спайка вдоль нейрона необходимо восстановить равновесие. По мере прохождения спайка в клетке каналы постепенно закрываются. Выкачивая ионы натрия и закачивая ионы калия, нейрон возвращается к исходному состоянию с суммарным отрицательным зарядом.

Если внимательно вглядеться в изогнутые линии на рисунке Кахаля, можно обнаружить еще кое-что неожиданное. В самом тонком срезе, который он получил и зарисовал, и на самом детальном из его рисунков, где нейроны не перекрывают друг друга, виден крохотный промежуток между окончанием одного нейрона, где заканчивается импульс (т. е. между окончанием его аксона), и началом другого, где импульс предположительно вызывает возбуждение второго нейрона (т. е. в начале одного из ветвистых дендритов).

Например, рассмотрите внимательно часть рисунка под буквой g. “Бутоны”, венчающие окончания нервов, почти касаются дендритов следующего нерва. Но только почти. Поэтесса Кей Райан однажды написала, что “нужно быть очень смелым, чтобы оставлять пустое пространство”12, а чертежник и ученый Кахаль явно был не робкого десятка. Это пространство (приблизительно от двадцати до сорока нанометров) он оставил пустым. Оно крохотное, его легко не заметить. Может быть, это лишь артефакт микроскопического анализа или окрашивания. Однако, подобно негативному пространству в китайской живописи, это пространство может представлять собой самый важный элемент всего рисунка, если не всей физиологии нервной системы. Немедленно возникает вопрос, почему существует эта пустота. Если бы нервная система была клубком проволоки, только сумасшедший элекрик мог бы оставить разрывы между кусками проводов. Но Кахаль зарисовал в точности то, что видел, – лошадка наблюдения везла за собой тележку теории. Однако опять, как уже несколько раз случалось в истории, наблюдения вызывали недоверие.

Как мог импульс, продвигавшийся по нерву так, как это описали Ходжкин и Хаксли, передаваться на соседний нерв? В 1940-е и 1950-е годы влиятельный нейрофизиолог и авторитет в области синаптической передачи Джон Экклс упорно утверждал, что сигнал может передаваться только электрическим путем. Экклс заявлял, что нейроны представляют собой электрические проводники, “провода” – так зачем им использовать для передачи сигнала что-то другое, кроме электрических импульсов? Кто-нибудь слышал об устройстве, в котором меняется способ передачи между проводами? В учебнике, опубликованном в 1949 году, коллега Экклса физиолог Джон Фултон писал: “Таким образом, идея о наличии химического медиатора, который выделяется на нервном окончании и действует на второй [нейрон] или мышцу, кажется несостоятельной во многих отношениях”13.

В науке встречаются проблемы двух общих типов. Первый тип, назовем его “глаз во время песчаной бури”, возникает тогда, когда в той или иной научной сфере наблюдается такая гигантская путаница, что не видно никаких шаблонов и непонятно, куда двигаться дальше. Куда бы вы ни взглянули, всюду песок, и для поиска логики требуется какой-то совсем иной способ рассуждений. Хороший пример – квантовая теория. В начале 1900-х годов, когда был открыт атомный и субатомный мир, эвристических принципов механики Ньютона оказалось недостаточно, и для выхода из бури потребовался целый сдвиг парадигмы в отношении этого нового мира.

Есть второй, противоположный тип проблем, давайте назовем его “песчинкой в глазу”. Все кажется очень логичным, но в прекрасную теорию не вписывается один неудобный факт. Он раздражает ученых, как песчинка в глазу: почему, ну почему остается это противоречие?

В 1920-е и 1930-е годы щель между нейронами стала такой “песчинкой в глазу” английского нейрофизиолога Генри Дейла и его давнего коллеги Отто Лёви^14. Они соглашались, что синаптическая передача между нейронами была электрической, в этом не было противоречия с импульсом, обнаруженным Ходжкином и Хаксли. Но если вся система похожа на моток проводов, зачем нужно пустое пространство между нервами?

Карьера Дейла необычна для его эпохи^15: он учился в Кембридже, а потом некоторое время работал в лаборатории Эрлиха во Франкфурте, но оставил университетскую позицию, которую считал слишком рискованной, и стал фармакологом в компании Wellcome Laboratories в Англии. Здесь, основываясь на работах Джона Ленгли и Уолтера Диксона, он начал выделять химические вещества, оказывающие глубокое действие на нервную систему. Некоторые из них, такие как ацетилхолин, при введении в организм кошки снижали частоту сердцебиений животного. Другие могли ее увеличивать. А третьи стимулировали активность нервных клеток по отношению к мышцам. В 1914 году Дейл стал директором Национального института медицинских исследований в Милл-Хилл вблизи Лондона. Он осторожно заявлял, что эти химические вещества были передатчиками – “трансмиттерами” информации между нейронами или между нейронами и мышечными клетками, с которыми они были связаны. Введение этих веществ в организм кошки стимулировало нервы, подходящие к сердцу, приводя к учащению или замедлению сердечного ритма. И еще эти химические вещества выступали триггерами следующего электрического импульса. Дейл продолжал обдумывать это наблюдение. Химические вещества (а не только электричество) могут переносить импульсы от нервов к мышцам и, возможно, от нервов к нервам.

В австрийском городе Грац нейрофизиолог Отто Лёви тоже склонялся к мысли о существовании химических нейромедиаторов^16. В последнюю ночь перед Пасхой 1920-го года, в короткий промежуток между двумя войнами, ему приснился опыт. Он мало что запомнил из этого сна, но, скорее всего, тот имел отношение к мышцам и нервам лягушки. “Я проснулся, – писал он, – включил свет и записал кое-что на клочке бумаги. И потом опять заснул. В шесть утра я вспомнил, что ночью записал что-то важное, но не мог расшифровать свои каракули. Следующей ночью в три часа мысль вернулась. Это был эксперимент, позволявший установить, справедлива ли гипотеза о химической передаче, которую я выдвинул семнадцать лет назад. Я немедленно поднялся, пошел в лабораторию и поставил простой эксперимент на сердце лягушки в таком варианте, какой мне приснился ночью”17.

В пасхальное воскресенье в четвертом часу утра Лёви побежал в лабораторию. Первым делом он извлек у одной лягушки блуждающий нерв, отключив тем самым один из важнейших движущих механизмов сердцебиения. Блуждающий нерв посылает сигнал замедления сердцебиений, поэтому, как и ожидалось, без нерва частота сердцебиений животного повысилась. Затем он стимулировал блуждающий нерв второй лягушки, чтобы заставить ее сердце биться медленнее. Здесь тоже все произошло как и ожидалось: в результате стимуляции ингибирующего нерва сердце стало биться реже.

Но что именно при стимуляции блуждающего нерва приводило к сокращению частоты сердцебиений? Если это электрический импульс, как горячо настаивал Экклс, его никоим образом нельзя перенести от одной лягушки к другой (заряженные ионы при переносе диффундируют и разбавляются). Хитрость эксперимента Лёви заключалась в переносе: когда он собрал химические вещества (“перфузат”), выделявшиеся при стимуляции блуждающего нерва второй лягушки, и ввел их в сердце первой лягушки (которое билось в ускоренном ритме), оно стало биться медленнее. Поскольку у первой лягушки нерв был удален, он не мог оказывать действие на сердце. Эффект мог быть вызван только “перфузатом”.

Итак, какое-то химическое вещество (а не электрический импульс), выделяемое блуждающим нервом, можно перенести от одного животного к другому, чтобы контролировать частоту сердцебиений. Позднее выяснилось, что это вещество – нейромедиатор – было не чем иным, как ацетилхолином, уже ранее идентифицированным Генри Дейлом.

К концу 1940-х годов, по мере накопления данных в поддержку гипотезы Дейла и Лёви, в нее поверил даже Экклс. Дейл и Лёви, удостоенные в 1936 году Нобелевской премии, писали, что обращение Экклса было подобно “обращению Савла[124], шедшего в Дамаск, когда он внезапно увидел свет, «как будто чешуя спала с его глаз»”18.

Теперь мы знаем, что эти химические вещества, нейромедиаторы, хранятся в везикулах (мембранных мешочках) на конце аксона. Когда электрический импульс достигает конца аксона, везикулы реагируют на него, выбрасывая свое содержимое. Молекулы пересекают пространство между двумя клетками (синапс) и запускают следующий этап стимуляции. Они связываются со своими рецепторами на дендритах следующего нейрона, открывают ионные каналы и инициируют прохождение импульса по второму (принимающему) нейрону[125]. И реакция движется к третьей клетке. Один вибрирующий, мыслящий нейрон “переговаривается” с другим. Два их напева сливаются в единую мелодию, как детская песенка: электричество, химия, электричество, химия, электричество.

Важнейшая особенность этой формы коммуникации заключается в том, что синапс может не только вызывать возбуждение нейрона, как в описанном выше примере, но и оказывать ингибирующее действие, в результате чего вероятность возбуждения следующего нейрона снижается. Таким образом, конкретный нейрон может получать от соседних нейронов как положительные, так и отрицательные импульсы. И его задача заключается в “интеграции” этих импульсов. Именно интеграция всех возбуждающих и ингибирующих сигналов определяет, возбуждается нейрон или нет.

Я бегло обрисовал основной механизм действия нейрона и связь его функции со строением мозга. Но это очень грубый набросок. Вероятно, нейрон – самая тонкая и удивительная клетка среди всех клеток тела. В целом его следует сравнивать не с пассивной проволокой, а с активным интегратором[126]. И если представить себе все нейроны в виде активных интеграторов, можно понять, насколько сложные сети составляются из этих элементов. Вы можете догадаться, что эти сложные сети являются основой для построения еще более сложных вычислительных модулей, способных поддерживать память, чувства, ощущения, мышление и эмоции^19. Набор таких вычислительных модулей объединяется в самый сложный аппарат человеческого тела. Этот аппарат – человеческий мозг.

“Если проект… имеет гламурный окрас, а его участники – лауреаты премий, получающие крупные гранты, держитесь подальше от этого проекта”, – советовал биолог Эдвард Осборн Уилсон^20. Для клеточных биологов, изучающих мозг, нейрон был всегда настолько привлекательным – таким загадочным, таким бесконечно сложным, таким функционально многообразным и невероятно блистательным по форме, что полностью затмевал соседнюю клетку, постоянно находящуюся рядом с ним. Глиальная клетка подобна ассистенту кинозвезды, постоянно существующему в тени знаменитости. Даже ее название, происходящее от греческого слова, обозначающего “клей”, напоминает о столетнем отсутствии внимания: глиальные клетки считались всего лишь клеем, соединяющим нейроны[127]. Только несколько упрямых нейробиологов занимались изучением этих клеток с тех пор, как в начале 1900-х годов Кахаль описал их в срезах мозга. Остальные считали их малозначимыми – не действующим элементом мозга, а наполнителем.

Глиальные клетки присутствуют в нервной системе повсеместно – их примерно столько же, сколько нейронов^21. Когда-то считали, что их в десять раз больше, что поддерживало гипотезу об их роли в качестве “наполнителя” мозга. В отличие от нейронов, они не создают электрические импульсы, но, как и нейроны, чрезвычайно разнообразны по структуре и функции^22. У одних глиальных клеток есть богатые жирами разветвленные отростки, которыми они окружают нейроны, образуя так называемую миелиновую оболочку. Миелиновая оболочка служит нейронам изолятором, вроде изоленты для проводов. Другие странствуют и выполняют функцию мусорщиков, удаляя из мозга клеточные обломки и мертвые клетки. А третьи поставляют в мозг питательные вещества или убирают из синапсов медиаторы, чтобы сбросить их до “настроек по умолчанию”.

Выход глиальных клеток из тени в центр нейробиологической сцены отражает удивительное изменение в развитии клеточной биологии нервной системы. Несколько лет назад я отправился в Гарвард, чтобы посетить лабораторию Бет Стивенс, которая изучает клетки нейроглии уже более десяти лет. Подобно многим нейробиологам, Стивенс пришла в это направление через изучение нейронов. В 2004 году после защиты диссертации она начала работать в Стэнфордском университете, где изучала нейронные сети глаза.

Нервные связи между глазами и мозгом формируются у человека задолго до рождения^23, и это позволяет ребенку видеть мир сразу при появлении на свет. Задолго до того, как открываются глаза, еще на ранних этапах развития зрительной системы, от сетчатки к мозгу пробегают волны спонтанной активности, как танцоры, репетирующие движения до начала представления. Эти волны определяют конфигурацию проводной сети мозга: создают будущие сети, усиливают и ослабляют связи между нейронами. (Нейробиолог Карла Шац, обнаружившая эти волны спонтанной активности, писала: “Клетки, которые вместе возбуждаются, вместе и сплетаются”24.) Эта “репетиция” в зародыше (спайка нейронов до начала функционирования глаз) играет важнейшую роль для работы зрительной системы. Мы представляем себе мир до того, как видим его в реальности.

На этом подготовительном этапе создается избыток синапсов (точек химической связи) между нервными клетками – только для того, чтобы исчезнуть на более поздних этапах. Для создания синапса у нейрона есть специализированные структуры на конце аксона, похожие на крохотные наросты; там хранятся химические вещества, с помощью которых передается сигнал соседнему нейрону. Считается, что синаптический прунинг (“обрезка” избыточных синапсов) заключается в удалении этих специализированных структур, приводящем к разрушению синаптической связи, что равноценно удалению или разрезанию паяного соединения между двумя проводами. Это очень странное явление: наш мозг создает избыток контактов, а затем его ликвидирует.

Причина разрушения синапсов остается загадкой, но считается, что это нужно для уточнения и усиления “правильных” синапсов и удаления слабых и ненужных. “Это подкрепляет давнее интуитивное представление, – рассказывал мне психиатр из Бостона^25. – Секрет обучения заключается в систематическом удалении избытка. Мы растем главным образом за счет отмирания”. Мы устроены таким образом, чтобы не быть устроенными никаким конкретным образом, и эта анатомическая пластичность, вероятно, является ключом к пониманию пластичности нашего разума.

Но как осуществляется синаптический прунинг? Зимой 2004 года Бет Стивенс пришла в лабораторию нейробиолога Бена Барреса в Стэнфорде. “Когда я начала работать в лаборатории Бена, об удалении специфических синапсов было известно мало”, – рассказывала она мне. Стивенс и Баррес сосредоточили внимание на зрительных нейронах: глаз стал окном в мозг.

В 2007 году они объявили об удивительном открытии^26. Они обнаружили, что за прунинг синаптических связей в зрительной системе отвечают глиальные клетки. Их статья, опубликованная в журнале Cell, вызвала огромный интерес, но также подняла волну новых вопросов.

Какие именно клетки нейроглии отвечают за прунинг? Каков механизм этого процесса? В следующем году Стивенс перешла на работу в детский госпиталь Бостона, где организовала собственную лабораторию. Когда я посетил ее морозным мартовским утром 2015 года, работа в лаборатории шла полным ходом. Студенты работали за микроскопами. Одна женщина сидела за лабораторным столом, сосредоточенно дробя фрагмент только что взятой биопсии человеческого мозга, чтобы получить отдельные клетки и вырастить их в питательной среде.

Стивенс удивительно подвижна: когда она говорит, ее руки и пальцы описывают круги, словно обрисовывая ^сформированные синапсы. “Вопросы, которые мы начали изучать в новой лаборатории, непосредственно следовали из тех вопросов, которыми мы занимались в Стэнфорде”, – рассказывала она^27.

К 2012 году Стивенс и ее студенты создали экспериментальную модель для изучения синаптического прунинга и идентифицировали клетки, ответственные за это явление. Было известно, что специализированные клетки так называемой микроглии (паукообразные, со многими пальцевидными отростками) скапливаются в мозге, подбирая клеточные обломки, и их роль в удалении патогенов и клеточного мусора была открыта уже несколько десятилетий назад. Стивенс обнаружила, что они также скапливаются вокруг синапсов, которые должны быть уничтожены. Клетки микроглии просачиваются в синаптическую щель между нейронами и разделяют их. Они служат “вечными смотрителями” мозга, как было сказано в одной статье^28.

Пожалуй, самой поразительной особенностью синаптического прунинга является то, что для удаления связей между нейронами используется иммунный механизм. Макрофаги иммунной системы поглощают (осуществляют фагоцитоз) патогены и обломки клеток. Клетки микроглии мозга используют аналогичные белки и процессы для маркировки подлежащих уничтожению синапсов, с той разницей, что они поглощают не патогенные организмы, а фрагменты нейронов, вовлеченные в синаптическую передачу. Это еще один удивительный пример перепрофилирования: те же белки и процессы, что используются для удаления патогенов из тела, здесь приспособлены для тонкой настройки связей между нейронами. В ходе эволюции микроглия научилась “поедать” фрагменты собственного мозга.

“Когда мы узнали об участии в процессе клеток микроглии, поднялся целый ряд вопросов, – рассказывала Стивенс. – Откуда клетки микроглии узнают, какие синапсы подлежат уничтожению? <… > Мы знаем, что синапсы конкурируют между собой – и выигрывает сильнейший. Но как слабые синапсы помечаются для удаления? В данный момент наша лаборатория работает над решением всех этих вопросов”.

Прунинг нейронных контактов под действием клеток глии стал областью активных исследований, и не только в лаборатории Стивенс. Последние эксперименты показывают, что нарушение глиального прунинга может быть связано с шизофренией: при этой болезни прунинг происходит неправильно^29. Функции других клеток глии связывают с болезнью Альцгеймера, рассеянным склерозом и аутизмом. “Чем глубже мы заглядываем, тем больше находим”, – сказала Стивенс. Трудно назвать аспект нейробиологии, который не связан с клетками глии.

Я вышел из лаборатории Стивенс на обледенелые улицы Бостона, повторяя про себя строчки из стихотворения Кеннета Коха “Один поезд может скрыть другой”30:

Одна сестра в семье может затмевать другую,

Так что, ухаживая, следите за обеими. <… >

А в лаборатории

Одно открытие может затмевать другое,

Один вечер может скрывать другой, одна тень – множество теней.

Десятилетиями нейрон в такой степени олицетворял развитие клеточной биологии, что затмевал глиальные клетки. Но если вы хотите проникнуть в суть научной проблемы или что-то изобрести, стоит следить за всеми клетками, а не восхищаться какой-то одной. Глиальные клетки вышли из “множества теней”. Подобно тому как один из их подтипов оборачивает нейроны, они охватили оболочкой всю сферу нейробиологии. Это уже не ассистент знаменитости – это новая звезда в науке.

Весной 2017 года меня накрыла волна глубочайшей депрессии. Я намеренно использую слово “волна”: когда она меня настигла, потихоньку подбираясь на протяжении месяцев, я чувствовал себя так, словно тонул в приливе тоски, с которым не в состоянии бороться. На первый взгляд казалось, что моя жизнь полностью под контролем, но внутри я был полон печали. В иные дни мне было невероятно трудно вылезти из постели или даже вытащить газету из почтового ящика за дверью. Простые радости жизни – чудесная акула, нарисованная моим ребенком, или великолепный грибной суп – казались закрытыми в каком-то ящике, ключи от которого выброшены в океан.

Почему? Я не мог объяснить. Возможно, отчасти это было связано со смертью моего отца годом раньше. После его ухода я маниакально погрузился в работу, не дав себе времени и возможности его оплакать. Свою роль играли и мысли о неизбежности старения. Мне скоро должно было исполниться пятьдесят, и будущее казалось пропастью. На пробежках мои колени болели и поскрипывали. На пустом месте появилась брюшная грыжа. А сколько стихов я мог прочесть по памяти? Теперь, чтобы подобрать выпавшие слова, приходилось напрягать мозг (“Я слышала, жужжала Муха, / Когда я умирала, / Так тихо в Комнате, ни звука…”[128] А дальше?). Я становился рассеянным. Я официально вошел в средний возраст. Это не кожа увядала – увядал мозг. Я слышал, как жужжала муха.

Дальше – хуже. Поначалу я делал вид, что ничего не происходит, пока не сломался. Я был как лягушка из известной притчи, которая не чувствует нагревания воды, пока не сварится[129]. Я начал принимать антидепрессанты (которые помогли, но не слишком) и ходить на прием к психиатру (что помогло гораздо больше). Но это внезапное нарушение и его длительность озадачивали меня.

Я чувствовал состояние “сырой безрадостности”, которое описал Уильям Стайрон в романе “Зримая тьма”31.

Я позвонил профессору из Института Рокфеллера Полу Грингарду. Мы встретились с ним несколькими годами ранее на отдыхе в Мэне и сблизились как ученые – гуляли, обдуваемые ветром, по пляжу с белой галькой, разговаривали о клетках и о биохимии и стали близкими друзьями. Он намного старше меня (ему было восемьдесят девять, когда мы познакомились), но его мозг по-прежнему молод. Мы часто обедали вместе в Нью-Йорке или совершали долгие неспешные прогулки по Йорк-авеню или университетскому кампусу. Темы наших бесед были самыми разными. Нейробиология, клеточная биология, университетские сплетни, политика, друзья, последняя выставка в Музее современного искусства, новейшие открытия в области раковых исследований – Пола интересовало абсолютно все.

В 1960-е и 1970-е годы он провел ряд экспериментов, позволивших ему по-новому взглянуть на коммуникацию нейронов. Нейробиологи, изучавшие синапсы, в основном считали сообщение между нейронами весьма стремительным процессом. Электрический импульс достигает конца нейрона (аксонной терминали). Там он вызывает выделение химических нейромедиаторов в специализированное пространство, называемое синапсом. Далее эти химические вещества стимулируют открытие каналов следующего нейрона, куда устремляются ионы, создавая новый импульс. Это “электрическая” система – ящик с проводами и цепями (с химическим сигналом в виде нейромедиатора, который передается между двумя проводами).

Однако Грингард утверждал, что существуют нейромедиаторы другого типа. Химический сигнал, посылаемый одним нейроном, может запускать в другом каскад “медленных” сигналов. Эти нейронные сигналы вызывают глубокие биохимические и метаболические изменения в принимающей клетке. В принимающем нейроне происходит сложный каскад химических изменений, затрагивающих метаболизм, экспрессию генов, а также природу и концентрацию химических медиаторов, выделяющихся в синапс. В свою очередь, эти “медленные” изменения влияют на передачу электрического импульса от нерва к нерву. На протяжении десятилетий медленный каскад считался малозначимым (“Ну, он рано или поздно с этим смирится”, – говорил о работе Грингарда другой исследователь). Однако теперь известно, что биохимические изменения, происходящие в нервных клетках (“каскад Грингарда”), влияют на функцию нейронов, распространяются по мозгу и определяют многие его функции.

Таким образом, патологии мозга следует подразделять на те, которые затрагивают “быстрые” сигналы (быструю электрическую проводимость нервных клеток), “медленные” сигналы (биохимические каскады изменений в нервных клетках) и какие-то промежуточные варианты.

Депрессия? Когда я рассказал Грингарду о мутном бульоне тоски, куда погрузился, он пригласил меня пообедать. Это было в конце осени 2017 года. Мы встретились в университетской столовой. Он ел медленно и разборчиво, исследуя каждый кусочек пищи на вилке, перед тем как положить его в рот, словно какой-то биологический образец. А потом мы прошлись по парку Рокфеллеровского университета. Рядом с нами, истекая слюной, плелась его бернская овчарка Альфа.

“Депрессия – это проблема медленного мозга”, – сказал Пол^32.

Я вспомнил стихи Карла Сэндберга: “Туман приходит / на лапках кошачьих. / Он сидит, озирая / гавань и город / на мирных задних лапах, / потом уходит^33.[130] Я чувствовал, что мой мозг постоянно затуманен, будто какое-то существо медленно спустилось на тихих лапах, но не уходило.

Писатель Эндрю Соломон однажды описал депрессию как “трещину в любви”34. Но в медицинском понимании эта проблема связана с регуляцией выделения нейромедиаторов и их сигналов. Сбой химических процессов.

“Каких процессов? Каких сигналов?” – спросил я у Пола.

Я знал, что какую-то роль в этом процессе играет нейромедиатор серотонин.

Пол рассказал мне о теории “химического дисбаланса”, предложенной в качестве объяснения для развития депрессии. Осенью 1951 года врачи больницы Сивью на Статен-Айленде, лечившие больных туберкулезом новым препаратом – ипрониазидом, – обратили внимание на изменение настроения и поведения пациентов^35. Мрачные и тихие отделения с апатичными умирающими “последнюю неделю светились от радостных лиц мужчин и женщин”, как писал один журналист. Вернулась энергия, возвратился аппетит. Многие пациенты, месяцами находившиеся в состоянии оцепенения, требовали на завтрак по пять яиц. Когда журнал Life отправил в больницу фотографа, пациенты уже не лежали неподвижно на койках^36. Они играли в карты или оживленно прохаживались по коридорам.

Позднее выяснилось, что побочным действием ипрониазида было повышение уровня серотонина в мозге. И психиатрию захватила идея о том, что депрессия может быть вызвана дефицитом нейромедиатора серотонина в синапсах. Если в синапсах мало серотонина, электрическая сеть, которая должна реагировать на этот химический сигнал, не получает необходимой стимуляции. Неверная стимуляция нейронов, регулирующих настроение, приводит к депрессии.

Если дело только в этом, то повышение уровня серотонина в мозге могло бы устранить проблему. В 1970-е годы биохимик Арвид Карлссон[131] из Гётеборгского университета в Швеции в сотрудничестве с исследователями из шведской фармацевтической компании Astra АВ занимался разработкой зимелидина – препарата, повышающего уровень серотонина в мозге^37. Появление этих первых препаратов привело к разработке более селективных лекарств для повышения уровня этого гормона (ингибиторов обратного захвата серотонина), таких как прозак и паксил[132]. Действительно, у многих пациентов с депрессией, которых лечили ингибиторами обратного захвата серотонина, наблюдались значительные улучшения. В автобиографическом бестселлере “Нация прозака”, вышедшем в 1994 году, писательница Элизабет Вурцель рассказывает о собственном опыте^38. До лечения антидепрессантами она плавала от одной “суицидальной грезы” к другой. Но уже через несколько недель после начала приема прозака ее жизнь изменилась. “Однажды утром я проснулась с реальным желанием жить… Как будто облако депрессии отделилось от меня, как туман покидает Сан-Франциско при пробуждении дня. Дело было в прозаке? Несомненно”39.

Однако действие ингибиторов обратного захвата серотонина оказалось не универсально эффективным. Экспериментальные и клинические исследования давали противоречивые результаты: в некоторых испытаниях с участием пациентов с наиболее тяжелой формой депрессии у участников наблюдалось значительное улучшение по сравнению с пациентами, получавшими плацебо, тогда как в других исследованиях эффект был очень слабым, иногда почти незаметным. И скорость наступления эффекта (часто недели или месяцы) не подтверждала тезис о том, что простое повышение уровня серотонина может перезапустить какие-то важные электрические сети и тем самым излечить человека от депрессии. Когда я сам стал принимать паксил, а затем прозак, туман в моей голове так и не рассеялся. Было очевидно: регуляция уровня серотонина в синапсах нейронов, контролирующих настроение, не является достаточным и простым ответом на вопрос о причинах развития депрессии.

Пол согласно покивал. В его лаборатории в Рокфеллеровском университете как раз был открыт “медленный” путь, активируемый серотонином, который мог отвечать за развитие депрессии. Грингард и другие ученые обнаружили, что серотонин не просто действует в качестве “быстрого” нейромедиатора, а депрессия – не только нарушение функционирования нейронной сети, которое можно ликвидировать повышением концентрации серотонина в синапсах. Скорее серотонин стимулирует в нейронах “медленные” сигналы (которые приходят “на кошачьих лапках”), в том числе изменяя активность и функцию некоторых внутриклеточных белков, идентифицированных в лаборатории Грингарда.

Пол считает, что эти белки, модифицирующие активность нейронов, играют важнейшую роль в передаче медленных сигналов, регулирующих настроение и эмоции. Ранее он показал, что один такой фактор, названный DARPP-32, принципиальным образом влияет на то, как нейрон реагирует на нейромедиатор дофамин, участвующий в реализации многих других неврологических функций, включая реакцию мозга на вознаграждение зависимости^40.

“Дело не только в уровне серотонина”, – заметил Пол, взмахнув рукой. Нью-йоркский воздух был чистым и морозным, и дыхание Пола повисало в нем туманным следом. “Это слишком просто. Дело в том, что серотонин делает с нейроном. Как он меняет химию нейрона и его метаболизм… А это может у всех происходить по-разному. – Он посмотрел на меня. – В твоем случае, возможно, дело во входных сигналах или в генетических причинах, которые усложняют поддержание или возобновление ответа”.

“Мы ищем препараты, которые могут воздействовать на медленный путь”, – продолжал Грингард. Он искал новое объяснение причин депрессии и, следовательно, новый способ лечения.

Наша прогулка подошла к концу. Пол ни разу до меня не дотронулся, но я чувствовал себя так, словно он залечил во мне какую-то ноющую рану. Я махнул на прощание и смотрел, как он возвращается в лабораторию. Альфа выдохлась, а Пол был полон сил.

Депрессия – это трещина в любви. Но на более фундаментальном уровне это еще и нарушение в том, как нейроны (медленно) реагируют на действие нейромедиаторов. Грингард считал, что дело не только в возбуждении нейронов, но скорее в клеточном нарушении: запускаемый нейромедиаторами сигнал почему-то действует неправильно и приводит нейрон в нефункциональное состояние. Трещина в наших клетках становится трещиной в любви.

Пол Грингард скончался от инфаркта в апреле 2019 года в возрасте девяноста трех лет. Мне его очень не хватает.

Я встретился с Хелен Мейберг в медицинском комплексе Маунт-Синай в Нью-Йорке в ноябре 2021 года. Ветер бил мне в лицо, пока я шел к ее офису. Осенние листья падали, как снежные хлопья, предвещая наступление зимы. Мейберг – невролог; она специализируется в области нейропсихиатрических расстройств и руководит медицинским центром Advanced Circuit Therapeutics. Она является одним из разработчиков технологии глубокой стимуляции мозга, в рамках которой в глубоко расположенные специфические участки мозга вживляют крохотные электроды. Через эти электроды слабые электрические импульсы направляются к клеткам мозга, нарушение функции которых может отвечать за развитие нейропсихиатрических заболеваний. Воздействуя электричеством на эти зоны мозга, Мейберг надеется получить возможность излечивать пациентов от наиболее стойких форм депрессии, не поддающихся обычному лечению. Это своего рода клеточная терапия, точнее, терапия, направленная на клеточные сети.

В начале 2000-х годов Мейберг совершила крутой поворот, перейдя от использования популярных в то время лекарств, таких как прозак и паксил, к применению различных технологий для воздействия на клеточные сети мозга, которые могут быть связаны с депрессией^41. Глубокая стимуляция мозга уже использовалась для лечения пациентов с болезнью Паркинсона, и исследователи обратили внимание, что этот метод позволяет наладить координацию движений. Но для лечения пациентов со стойкой формой депрессии этот подход еще не применялся. Используя мощный метод визуализации, основанный на картировании нейронных сетей мозга, а также нейропсихиатрическое обследование, Мейберг обнаружила в мозге зону, называемую полем Бродмана 25 (ВА25), где, возможно, сосредоточены клетки, регулирующие эмоциональный настрой, тревожность, мотивацию, влечение, самосозерцание и даже сон – все те аспекты, которые в значительной степени выходят из-под контроля при депрессии. Мейберг обнаружила, что у пациентов с устойчивой формой депрессии нейроны в области ВА25 чрезвычайно активны. Она знала, что длительная электростимуляция какого-либо участка мозга может понизить его активность. Возможно, это звучит странно, но противоречия тут нет: длительная высокочастотная электростимуляция нейронной сети способна приводить к снижению ее активности. Мейберг рассудила, что электрическая стимуляция клеток в области ВА25 может ослабить симптомы тяжелой хронической депрессии.

Подобраться к полю Бродмана 25 нелегко. Если представить себе человеческий мозг в виде боксерской перчатки на готовой к удару кисти руки, эта область окажется в центре кулака, где находится кончик среднего пальца (эта зона есть в обоих полушариях мозга). Один журналист описал это так: “В паре бледно-розовых извилин нервной ткани, называемой паратерминальной извилиной, каждая из которых по форме и размеру напоминает согнутый палец младенца, область 25 [Бродмана] занимает место кончика пальца”42. В 2003 году Мейберг в сотрудничестве с нейрохирургами из Торонто начала испытания по вживлению электродов в оба полушария мозга для стимуляции области ВА25 у пациентов с не поддающейся лечению депрессией. Это была невероятно тонкая работа – как пощекотать пальчик младенца, чтобы заставить его засмеяться.

В исследовании участвовало шесть пациентов: три женщины и трое мужчин в возрасте от тридцати семи до сорока восьми лет. “Я помню каждого пациента, – рассказывала мне Мейберг^43. – Первой была медсестра с потерей трудоспособности. Она называла свое состояние полным оцепенением”. Она как будто постоянно находилась под наркозом. “Каку многих пациентов, которых я видела до и после нее, ее метафоры в отношении собственной болезни имели качество вертикальности. Она попала в дыру, в пустоту. Она туда упала. Другие говорили о пещере, о каких-то силах, затягивавших их вглубь чего-то. Тогда я этого не понимала, но прислушиваться к этим метафорам было необходимо. Они помогали мне понять, реагирует ли пациент на лечение”.

Чтобы поместить электрод точно в область ВА25, нейрохирург Андрес Лозано, сотрудничавший с Мейберг, устанавливал на голове пациента специальную раму (она выполняла функцию трехмерной системы GPS для отслеживания положения электрода, вводимого хирургом в мозг). Пока Мейберг затягивала зажимы этой стереотаксической рамы, пациентка глядела на нее, не выражая никаких эмоций – ни страха, ни настороженности. “Эта женщина, которой вот-вот должны были просверлить дырки в голове и провести на мозге совершенно новую процедуру, чувствовала только оцепенение. Ничего другого. Именно тогда я поняла, как у нее все плохо”.

Мейберг проводила женщину в операционную. “Боже, как мы боялись. Мы не имели ни малейшего представления о том, к чему приведет стимуляция”. Не вызовет ли она падение кровяного давления? Не может ли она включить клеточную сеть, о которой нейробиологам ничего не известно? Спровоцировать какой-то неожиданный психоз? Хирург просверлил отверстия в черепе и ввел электроды. Положение казалось правильным, и Мейберг подала ток, медленно повышая частоту.

“И тогда это случилось, – сказала Мейберг. – Когда мы воздействовали на правильную зону, она вдруг спросила: «Что вы сделали?»”

“Что вы имеете в виду?” – спросила в ответ Мейберг.

“Вы что-то сделали, и пустота исчезла”.

Пустота исчезла. Мейберг отключила прибор.

“А, нет, наверное, я просто почувствовала что-то странное. Не обращайте внимания”.

Мейберг вновь включила прибор.

Пустота опять исчезла. “Опишите”, – попросила Мейберг.

“Я не уверена, что смогу. Это как разница между улыбкой и смехом”.

“Вот почему нужно прислушиваться к метафорам”, – продолжала Мейберг. Разница между улыбкой и смехом. В ее кабинете висело изображение бурного потока с глубокой воронкой посредине, куда со всех сторон уносилась вода. “Пациентка послала мне эту картинку, чтобы описать свою депрессию”. Опять пустота, опять дыра. Глубокая ловушка, из которой нельзя выбраться. Вертикальность. Когда Мейберг вновь включила прибор, женщина сказала, что увидела себя вынырнувшей из водоворота и сидящей на скале над водой. Она видела себя прежнюю там, в дыре, но сама была на скале, над дырой. “Такие картинки, такие описания дают намного больше информации, чем расставление галочек на шкале депрессии”. Мейберг провела процедуру глубокой стимуляции пяти другим пациентам, прежде чем опубликовать статью. Под действием стимуляции “все пациенты спонтанно сообщали о выраженных эффектах, включая «внезапный покой или легкость», «исчезновение пустоты», усиление осознания, повышение интереса, «подключенность» и резкое усиление яркости света в комнате с повышением контрастности зрительных деталей и интенсивности цветов”44.

Пациентов отправляли домой с электродами в голове и аккумуляторами. Через шесть месяцев четверо из шести все еще реагировали на стимуляцию и демонстрировали значительные и объективные показатели улучшения настроения. “Синдром полностью исчезал, – рассказывала Мейберг впоследствии в одном из интервью. – У одних людей изменения были очевидными, тогда как другим требовалось больше времени – целый год или два. А третьим [глубокая стимуляция мозга], по-видимому, не помогла по непонятным пока причинам”.

Иллюстрация из статьи Мейберг, изображающая встраивание электрода через череп в область Бродмана в мозге. Длительная электростимуляция нейронов этой зоны использовалась для борьбы со стойкой формой депрессии.

Мейберг провела эту процедуру примерно сотне пациентов. “Реагировали не все, и мы не знаем почему”, – рассказала она мне. Но в некоторых случаях эффект был почти мгновенным. Одна женщина, тоже медсестра, описывала свое состояние как полную невозможность чувствовать эмоциональную или даже сенсорную связь. “Она рассказывала, что ничего не ощущала, когда брала на руки собственных детей. Никаких переживаний – ни покоя, ни удовольствия”. Когда Мейберг включила аппарат для глубокой стимуляции, пациентка повернулась к ней и сказала: “Знаете, что странно? Я чувствую связь с вами”. Другая пациентка помнила точный момент начала болезни. “Она гуляла с собакой вокруг озера и вдруг почувствовала, что исчезли все цвета. Все стало черно-белым. Или просто серым”. Когда Мейберг начала стимуляцию, пациентка выглядела шокированной: “Цвета проступили”. А еще одна женщина описывала свою реакцию как смену времен года. Это была еще не весна, но она чувствовала ее дуновение. “Крокусы. Они проклюнулись”.

“Существует еще много загадок, которых я не понимаю, – продолжала Мейберг. – Известно, что депрессия имеет психомоторный компонент: часто пациенты не могут двигаться. Они лежат в постели в состоянии оцепенения. Когда мы включаем стимуляцию, они вновь обретают желание двигаться, но почему-то у них при этом постоянно появляется желание заняться уборкой. Вынести мусор из кухни. Помыть посуду. Один пациент до депрессии был «адреналиновым наркоманом» – прыгал с парашютом. Когда мы включили прибор, он заявил, что снова хочет двигаться”.

“Чем вы хотите заняться?” – спросила его Мейберг.

“Хочу убраться в гараже”.

Сейчас проводятся более строгие испытания (рандомизированные, контролируемые, с участием нескольких медицинских организаций), связанные с применением глубокой стимуляции мозга для лечения пациентов с депрессией, не поддающейся другим методам воздействия. Замечу, что важное исследование под названием BROADEN (Brodmann area 2$ Deep Brain Neuromodulation), начатое в 2008 году, было остановлено по той причине, что первые результаты по степени эффективности оказались несопоставимы с тем, что наблюдала Мейберг^45. В 2013 году, когда стали известны результаты глубокой стимуляции мозга приблизительно девяноста пациентов на протяжении как минимум шести месяцев, оказалось, что их состояние было не лучше, чем у пациентов из контрольной группы, перенесших хирургическую операцию, но без стимуляции (и даже хуже: у некоторых пациентов встраивание электродов приводило к осложнениям; у одних развивалась инфекция или появлялись невыносимые головные боли, у других отмечалось даже усиление депрессии и тревожности). Спонсор испытаний компания St. Jude's (позднее приобретенная компанией Abbott) приостановила исследования. Журналисты писали: “Этот суровый опыт заставил [Мейберг] вернуться к исходным принципам: проанализировать критерии отбора потенциальных кандидатов [для глубокой стимуляции мозга], определить пути совершенствования имплантационной процедуры для привлечения хирургов, в меньшей степени с ней знакомых, улучшить способы настройки прибора после имплантации в мозг пациента и, что важнее всего, провести исследования, которые помогут объяснить, почему глубокая стимуляция мозга подходит одним пациентам и не подходит другим и как идентифицировать этих пациентов до проведения хирургической операции. Изучается и обратная сторона: как до проведения операции определить, кому из пациентов удастся помочь, причем максимально быстро”46.

Мейберг считает, что исследование BROADEN могло потерпеть неудачу по целому ряду причин. “Нужно находить правильных пациентов, правильную зону мозга и правильный способ регистрировать ответ. В этом отношении нам еще многое предстоит узнать”. Многих из ее самых ярых критиков переубедить не удалось. (“Разработчики электроприборов приходят, разработчики лекарств уходят”47, – писал один блогер с сарказмом, который не остался незамеченным его читателями.) Однако интересно, что через много месяцев участники этого прерванного испытания, которые продолжали носить включенное устройство для глубокой стимуляции мозга, начали испытывать выраженный и объективный эффект. В статье в журнале Lancet Psychiatry, опубликованной в 2017 году, сообщалось, что у 31 % пациентов, использовавших устройство на протяжении двух лет, а не шести месяцев, как в первоначальной фазе исследования, наблюдалась ремиссия – почти такой же показатель, какой был зарегистрирован в исходном исследовании Мейберг^48. И это возобновило интерес к глубокой стимуляции мозга для лечения пациентов с тяжелой хронической депрессией. “Нам просто нужно найти правильный способ проведения исследований”, – прокомментировала Мейберг. Эта область деятельности прошла через свой собственный цикл расстройства настроения: безнадежность, затем экстаз оптимизма (возможно, преждевременного) и опять безнадежность. Наконец наступила фаза новых, но теперь уже осторожных надежд. В тот ноябрьский день мне показалось, что Мейберг почувствовала дуновение нового сезона. Стоял ноябрь, и в саду Маунт-Синай не было крокусов, но я знал, что в феврале они расцветут.

Тем временем глубокую стимуляцию мозга (я называю ее “терапией клеточных сетей”) начинают применять для лечения пациентов с разнообразными нейропсихиатрическими и неврологическими нарушениями, включая обсессивно-компульсивное расстройство и зависимости. Вывод следующий: электрическая стимуляция клеточных сетей становится новым медицинским подходом. Одни варианты этой терапии могут оказаться удачными, другие нет. Но даже если эти попытки приведут к умеренному успеху, они создадут человека нового типа (и новый тип личности): человека с имплантированным “стимулятором мозга”, модулирующим функцию клеточных сетей. Возможно, такие люди вскоре будут ездить по миру со сменными перезаряжаемыми аккумуляторами в красивых чехлах, а через металлоискатели в аэропорту они будут проходить со словами: “У меня в теле стоит аккумулятор, запитывающий встроенные в мой череп электроды, которые посылают импульсы клеткам моего мозга, чтобы регулировать мое настроение”. Быть может, и я буду одним из них.

Клетки-дирижеры. Гомеостаз, постоянство и равновесие

Каждая клетка выполняет свое специфическое действие, даже если получает стимул из других мест^1.

Рудольф Вирхов, 1858

Теперь досчитаем до двенадцати и помолчим.

Один раз на Земле

мы не будем говорить ни на каком языке,

мы остановимся на секунду

и не будем так сильно двигать руками^2.

Пабло Неруда, “Тишина”

Большинство клеток, о которых мы говорили до сих пор, общаются между собой на близком расстоянии. За исключением клеток иммунной системы, привлекающих отдаленные клетки к месту инфекции и воспаления, мы не слишком часто сталкивались с ситуацией, когда клетки могут “переговариваться” через все тело. Нервные клетки “перешептываются” с соседними через синапсы. Клетки сердца так тесно физически слиты друг с другом, что электрический импульс в одной клетке распространяется на другие через межклеточные контакты. Многие клетки “шепчут”, но очень немногие “кричат”.

Однако организм не может существовать только за счет локальных контактов. Представьте себе, что какое-то событие затрагивает не одну систему, а все тело целиком. Голод. Хроническое заболевание. Бессонница. Стресс. Каждый отдельный орган может по-своему реагировать на такие события. Но если вернуться к представлению Вирхова о теле как о сообществе “клеток-граждан”, придется признать, что кто-то должен руководить передачей информации между органами. Какие-то сигналы, или импульсы, должны передаваться между клетками, информируя их о “глобальном состоянии” тела, в котором они живут. Такие сигналы передаются от одного органа к другому с током крови. Должен существовать механизм, обеспечивающий контакт между отдаленными частями тела. Мы называем эти сигналы гормонами, от греческого слова hormon, что означает “побуждать” или “приводить в действие”. В данном случае эти вещества побуждают тело действовать в качестве единого целого.

В складках брюшной полости, изогнувшись между желудком и петлями кишечника, располагается орган, имеющий форму листа, “загадочный, скрытый”, как описал его один патологоанатом^3. Его две главные доли, “головка” и “хвост”, соединены “телом”. Александрийский анатом Герофил, живший примерно в 300-е годы до нашей эры^4, вероятно, одним из первых идентифицировал эту часть тела в качестве индивидуального органа, но не дал ему названия (честно говоря, трудно понять, как можно открыть что-то и не назвать). Слово pancreas появилось в медицинской литературе в текстах Аристотеля, однако оно не давало никакого намека на функцию органа: pan означает “все”, a kreas означает “плоть” – “орган всей плоти”. Через четыреста лет после Герофила во время своих анатомических изысканий Гален заметил, что pancreas (поджелудочная железа) содержит выделения (секреты). Но он тоже не был уверен, в чем именно заключается функция этого органа, хотя Гален обычно с легкостью выдвигал гипотезы. “Вена, артерия и нерв сходятся позади желудка, и все эти органы легко уязвимы в месте расхождения… Поэтому природа мудро задумала создать железистое тело, называемое поджелудочной железой, и разместила под ним и вокруг него все органы, заполнив пустое пространство, так что ни один из них не остается без опоры”5.

Столетия спустя Везалий изобразил одну из самых подробных схем строения этого органа, расположив его по отношению к желудку и печени. Он заметил, что орган напоминает “большое железистое тело”6 (а следовательно, предназначен для секреции чего-то, как обычно делают железы), но затем, подобно Галену, Везалий предположил, что это главным образом поддерживающая структура, призванная защищать кровеносные сосуды от сжатия между желудком и позвоночником. Короче говоря, прокладка, заполненная какой-то жидкостью. Подушка безопасности.

По-видимому, только один человек не соглашался с версией подушки безопасности, и его логика строилась на простых анатомических наблюдениях. В XVI веке биолог Габриеле Фаллопий из Падуи считал эти рассуждения бессмыслицей: по его мнению, животным, передвигающимся на четырех ногах, не нужна прокладка позади желудка. “Она была бы совершенно бесполезна для животных, передвигающихся мордой вниз”, – писал он^7. Но его мнение, как и орган, о котором он рассуждал, вскоре было забыто.

Открытие функции панкреатических клеток началось зловеще – с вражды между двумя анатомами, закончившейся убийством. Старший из двоих, Иоганн Вирсунг, был уважаемым немецким профессором анатомии в Падуе. Второго марта 1642 года в больнице при Церкви святого Франциска Вирсунг вскрывал брюшную полость повешенного преступника, чтобы извлечь поджелудочную железу^8. Ему помогали несколько ассистентов, включая его ученика Морица Хоффмана. Когда Вирсунг извлек поджелудочную железу и начал тщательно ее осматривать, он обнаружил ранее не замеченную деталь: через орган в сторону кишечника проходил проток, позднее названный главным панкреатическим, или вирсунговым, протоком. Вирсунг опубликовал несколько медицинских зарисовок, отображавших это открытие, и послал копии ведущим анатомам того времени с небольшим комментарием относительно функции протока (хотя тут встает закономерный вопрос: зачем в анатомической прокладке проток, если не в качестве переносящего что-то канала?).

Вероятно, заявление Вирсунга об открытии новой анатомической структуры возродило старую вражду. Вечером 22 августа 1643 года, всего через год после того, как он разослал новость об обнаружении панкреатического протока, Вирсунг прогуливался по аллее недалеко от своего дома в Падуе, как вдруг на него напал какой-то бельгиец и застрелил его^9. Причина такого странного и жестокого конца до сих пор остается поводом для спекуляций, но один возможный мотив известен. Блестящий ученик Вирсунга Мориц Хоффман горячо спорил со своим учителем. Хоффман утверждал, что указал Вирсунгу на существование панкреатинеского протока у птиц, а Вирсунг использовал находку Хоффмана, чтобы идентифицировать такой же проток у человека, не отдав должного своему ученику. Хоффман заявлял, что мэтр анатомии на самом деле был мэтром плагиата.

Казалось бы, убийство Вирсунга должно было охладить желание изучать анатомию поджелудочной железы (я не знаю ни одного другого случая с убийством из-за протока), но интерес к поджелудочной железе лишь разгорелся. Если железа не была подушкой для желудка, зачем она нужна? Что протекало по ее протоку? Утром в субботу 25 марта 1848 года парижский физиолог Клод Бернар, предложивший концепцию гомеостаза, провел важнейший эксперимент. В то время заниматься наукой было нелегко. По Европе вихрем проносились революции. Только недавно отрекся от престола король Франции. На улицах стояли войска, но Бернар закрылся в лаборатории. Его больше волновало восстановление равновесия в теле и поддержание клетками стационарного состояния (в отличие от Вирхова, его не слишком интересовало поддержание равновесия в государстве).

Он взял “панкреатический сок” собаки и добавил к нему немного свечного жира. И обнаружил, что через восемь часов сок превратил жир в эмульсию – расщепил его на маленькие частички, так что на поверхности плавали молочные капельки. Опираясь на более ранние работы других физиологов, Бернар установил, что панкреатический сок, секретируемый клетками поджелудочной железы, также расщепляет крахмал и белки, грубо говоря, превращая сложные пищевые молекулы в простые перевариваемые компоненты. В 1856 году Бернар опубликовал труд Memoire sur le Pancreas^10, где подробно изложил свою идею о том, что поджелудочная железа выделяет сок, способствующий пищеварению. Обнаруженный Вирсунгом проток был центральным каналом, по которому сок протекал к пищеварительной системе, где сложные пищевые молекулы расщеплялись на простые компоненты. Наконец функция железы была установлена.

Но мир также нужно измерять глазом. К тому времени, когда Бернар закончил свои физиологические исследования поджелудочной железы, клеточная теория достигла расцвета и микроскописты уже вовсю настраивали линзы, изучая микроанатомию этого органа. Зимой 1869 года физиолог Пауль Лангерганс разглядывал через микроскоп тоненькие срезы панкреатической ткани и обнаружил, что в органе крылся еще один сюрприз. Как и ожидалось, он увидел описанный Вирсунгом проток, окруженный скоплениями крупных рыхлых клеток в форме ягод – впоследствии выяснилось, что эти ацинарные клетки (acinus на латыни означает “ягода”) являются одним из видов клеток, выделяющих пищеварительный сок. Но Лангерганс направил окуляр дальше, за ацинарные клетки, и обнаружил другую клеточную структуру. Он увидел в поджелудочной железе маленькие островки клеток, которые при окрашивании клеточным красителем становились ярко-синими. Они совсем не были похожи на клетки, производящие пищеварительный сок[133]. Часто они бывали отделены от других клеток, как группы островов в океане панкреатической ткани. Позднее эти кластеры клеток были названы островками Лангерганса.

Поднялась волна вопросов и рассуждений о роли этих островковых клеток. Поджелудочная железа не переставала удивлять.

Летом 1920 года Фредерик Бантинг работал хирургом в пригороде Торонто^11. Практика его была нерегулярной и незначительной, и он часто просиживал в клинике один, поджидая пациентов. В июле он заработал четыре доллара, в сентябре – сорок восемь, чего едва хватало на личные нужды, не говоря уже о содержании клиники. Он водил видавший виды автомобиль, доставшийся ему из пятых рук, который проехал около двухсот пятидесяти миль и развалился на части. К осени долги выросли так, что Бантинг согласился на должность ассистента лектора в Университете Торонто.

Однажды поздним вечером в октябре 1920 года он прочел в журнале Surgery, Gynecology and Obstetrics статью с описанием случаев диабета у пациентов с разными заболеваниями поджелудочной железы, в том числе с камнями, забивавшими проток с пищеварительными соками^12. Автор отмечал, что некоторые из этих заболеваний, особенно при закупорке протока, приводят к вырождению ацинарных клеток, производящих пищеварительные ферменты. Особенность заключалась в том, что при закупорке протока ацинарные клетки обычно быстро съеживались и отмирали, а вот островковые клетки жили намного дольше. Почти мимоходом автор отмечал, что обычно диабет не развивается до тех пор, пока островковые клетки не отмирают окончательно.

Срез поджелудочной железы с двумя типами клеток. Округлые ацинусы, образованные производящими пищеварительные ферменты ацинарными клетками, окружают “острова” островковых клеток, секретирующих инсулин.

Бантинга это заинтересовало. Функция островковых клеток оставалась неизвестной; быть может, они имеют какое-то отношение к диабету? Диабет – нарушение метаболизма сахаров – был таинственным заболеванием: тело не может чувствовать наличие сахара или адекватно на него реагировать, в результате чего сахар накапливается в крови и поступает в мочу. Бантинг вертелся в постели бессонными ночами, вынашивая гипотезу. Может быть, поджелудочная железа, состоящая из двух долей, обладала двумя разумами? Многие поколения физиологов, среди которых был знаменитый Бернар, обращали внимание в основном на внешнюю функцию органа – на секрецию пищеварительных соков. Но что, если островковые клетки секретируют второе, внутреннее, вещество, отвечающее за восприятие и регуляцию уровня глюкозы? Нарушение

функции этих клеток приводит к тому, что тело не может чувствовать глюкозу, так что ее уровень в крови зашкаливает, что объясняет главный признак диабета. “Я думал о прочитанном, о статье, о своей нищете и о том, как мог бы избавиться от долгов и волнений”, – писал Бантинг. Он составил приблизительный план эксперимента.

Если бы удалось разделить “внутреннюю” и “внешнюю” функции (выделения ацинарных клеток и выделения островковых клеток), вероятно, он нашел бы вещество, ответственное за регуляцию уровня сахара, – ключ к пониманию диабета.

“Diabetus”, – записал он вечером.

“Перевязать панкреатический проток собаки. Поддерживать жизнь собаки, пока отомрут ацинарные клетки, а островковые останутся”.

“Попытаться выделить их внутренний секрет, чтобы остановить гликозурию [выделение сахара с мочой, признак диабета]”.

Известный историк науки Карл Поппер однажды рассказал анекдот о пещерном человеке, которого попросили представить себе изобретение колеса в отдаленном будущем. “Опиши, как это будет выглядеть”, – попросил его друг. Человек пытался подобрать слова. “Оно будет круглым и твердым, как диск. У него будут спицы и ступица. И ось, чтобы соединить его с другим колесом, тоже в форме диска”. Потом человек замолчал, чтобы осознать, что он сделал. Предвосхищая изобретение колеса, он уже его изобрел.

Впоследствии Бантинг описывал свои заметки тем октябрьским вечером как историю изобретения колеса. Задумавшись над этим вопросом, он уже открыл гормон, регулирующий уровень сахара в крови, который позднее был назван инсулином.

Но где провести эксперимент, чтобы это доказать? Подгоняемый смесью беспокойства и интереса, он вскоре нашел в себе смелость обратиться к одному из самых известных профессоров Торонто – серьезному шотландскому ученому Джону Маклеоду, чтобы попытаться провести эксперименты на собаках.

Первая встреча, состоявшаяся 8 ноября 1920 года, обернулась полным провалом^13. Они встретились в кабинете Маклеода, где стоял заваленный бумагами стол, и во время беседы профессор рассеянно какие-то из них просматривал. Маклеод занимался изучением метаболизма сахаров несколько десятилетий и был выдающимся ученым в этой области, благосклонным, но требовательным. Бантинг его не вдохновил. Возможно, он ожидал от Бантинга глубоких познаний в области диабета и метаболизма сахаров, а вместо этого увидел закомплексованного молодого хирурга со скудным экспериментальным опытом, рассуждающего об органе, о котором, по-видимому, сам мало что знал, и предлагающего неясный и непоследовательный план для его изучения. Тем не менее Маклеод согласился предоставить Бантингу возможность провести опыты на нескольких собаках из его лаборатории. Бантинг упорно уверял: эксперимент должен сработать. В конце концов Маклеод согласился дать в помощь Бантингу одного из своих студентов. Студенты бросали жребий, чтобы определить, кто будет работать с Бантингом. Выиграл одаренный молодой исследователь Чарльз Бест.

Бантинг и Бест начали свой главный эксперимент в разгар жары летом 1921 года, оперируя собаку в пыльной заброшенной лаборатории под покрытой гудроном крышей на верхнем этаже здания медицинского факультета. Семнадцатого мая Маклеод показал Бесту и Бантингу, как осуществить панкреоэктомию – двустадийный процесс, оказавшийся гораздо мудренее, чем описывалось в статьях. Лаборатория была оснащена слабо, а жара стояла чудовищная. Обливавшийся потом Бантинг срезал с лабораторного халата рукава. “Мы поняли, что в такую жару почти невозможно оставить рану чистой”, – жаловался он.

Придуманный Бантингом эксперимент теоретически был прост, но дьявольски сложен на практике. У некоторых собак они должны были хирургическим путем перекрыть панкреатический проток, чтобы атрофировались и умерли ацинарные клетки, но не островковые – в соответствии с хирургической статьей, которую прочел Бантинг^14. Другим собакам нужно было удалить поджелудочную железу полностью – не оставить ни ацинарных клеток, ни островковых, ни, следовательно, “островкового вещества”. Далее, перенося секрет от собак из одной группы собакам из другой (одни с островковыми клетками, другие без них), они должны были установить функцию островковых клеток и секретируемого ими вещества.

Поначалу ничего не получалось^15. Первую собаку Бест убил, превысив дозу анестетика. Вторая умерла от кровотечения. Третья – от инфекции. Было сделано несколько попыток, прежде чем одна из собак прожила достаточно долго, чтобы Бантинг и Бест смогли завершить лишь первую стадию эксперимента.

Позднее этим же летом, все еще в жару, белому терьеру, собаке под номером 410, полностью удалили поджелудочную железу^16. Как и ожидалось, у нее постепенно начал развиваться диабет, и уровень сахара примерно вдвое превысил норму. Ситуация была далеко не экстремальная, но Бантинг и Бест решили, что этого достаточно. Следующая стадия эксперимента была решающей: они измельчили поджелудочную железу собаки с сохранившимися островковыми клетками и сделали терьеру инъекцию выделенного сока. Если “островковое вещество” существовало, развитие диабета должно было остановиться. Через час уровень сахара в крови у собаки нормализовался. Они ввели вторую дозу, и сахар опять вернулся к норме.

Бантинг и Бест повторяли эксперимент вновь и вновь. Взять панкреатический экстракт у собаки с живыми островковыми клетками. Ввести этот экстракт собаке с диабетом и проверить уровень сахара в крови. После многочисленных попыток они были уверены, что какое-то вещество, секретируемое островковыми клетками, приводило к снижению уровня сахара в крови. Они придумали название для этого абстрактного вещества – илетин[134].

Работать с илетином было трудно: у вещества был неустойчивый и непредсказуемый характер, оно было “замкнутым”, как подчеркивало название. Однако Маклеод поверил, что Бантинг и Бест действительно нашли что-то важное, хоть сигнал и был слабым. Вскоре он подключил к проекту еще одного исследователя – молодого канадского биохимика Джеймса Коллипа, который проявил себя как специалист по выделению биохимических веществ. Задача Коллипа заключалась в очистке непослушного илетина, извлеченного Бантингом и Бестом из поджелудочной железы.

Первые попытки были неуклюжими, а результат разочаровывал. Коллип работал с литрами “супа” из измельченной поджелудочной железы, пытаясь обнаружить в нем активность по снижению уровня сахара, которую Бантинг и Бест видели на собаках. Наконец он получил первый образец, разбавленный и неочищенный, но все же выделенный из поджелудочной железы.

Самый важный этап эксперимента заключался в том, чтобы установить, способен ли этот экстракт останавливать развитие диабета у человека. Это было напряженное клиническое испытание. Испытуемым был четырнадцатилетний мальчик Леонард Томпсон, пребывавший в состоянии острого диабетического криза. В его моче было очень много сахара. А его тело, истощенное и голодающее, состояло практически только из кожи и костей. Он то впадал в коматозное состояние, то выходил из него. В январе 1922 года Бантинг сделал мальчику инъекцию грубого экстракта, но результат обескураживал. Организм мальчика дал слабый, почти незаметный ответ, который вскоре сошел на нет.

Бантинг и Бест чувствовали себя побежденными: их первый эксперимент на человеке не удался. Однако Коллип получал все более и более чистые препараты. Если вещество существовало, он должен был найти способ, какой-то метод, чтобы выделить его из поджелудочной железы и очистить. Он раздобыл новые растворители, придумал новый метод дистилляции, изменял температуру и концентрацию спиртов, чтобы растворить материю, и наконец получил высокоочищенный экстракт.

Двадцать третьего января исследователи вернулись к Томпсону. Все еще безнадежно больному мальчику ввели очищенный Коллипом препарат. Эффект был незамедлительным. Сахар в крови сильно упал. Он исчез из мочи. Исчез сладковатый фруктовый запах кетонов изо рта – грозный признак тяжелого метаболического криза. Мальчик, находившийся до этого в полуобморочном состоянии, пришел в себя.

Теперь Бантингу нужно было больше экстракта, чтобы лечить других людей. Но Коллип, присоединившийся к группе позже остальных, отказался предоставить протокол очистки: в конце концов, разве не он разгадал загадку? Бантинг, охотившийся за этим веществом, как Ахав[135] за белым китом, был доведен до крайности психологически и физически и на протяжении четырех лет пробирался в лабораторию Коллипа, чтобы обыскать его пальто. Однажды он прижал Коллипа к стулу, схватил за горло и пытался задушить. И если бы Бест не подоспел вовремя и не разнял двух мужчин, поджелудочная железа стала бы виновницей уже не одного, а двух убийств.

В конце концов между Коллипом, Бестом, Маклеодом и Бантингом установилось хрупкое перемирие. Они запатентовали очищенное вещество и организовали лабораторию, чтобы производить его в большом количестве для лечения пациентов. Название вещества изменилось: илетин превратился в инсулин[136]. Широкомасштабные клинические испытания подтвердили невероятный успех: уровень сахара в крови у пациентов, которым вводили инсулин, незамедлительно падал. Вставали на ноги дети с кетоацидозом, находившиеся в полуобморочном состоянии. Истощенные и измученные тела набирали вес. Вскоре стало ясно, что инсулин – один из основных регуляторов метаболизма сахаров; этот гормон отвечает за обнаружение сахара и рассылку соответствующего сигнала клеткам всего тела.

В 1923 году, всего через два года после первого эксперимента Бантинга и Беста, Бантинг и Маклеод были удостоены Нобелевской премии за открытие инсулина. Бантинга настолько поразило то, что награжден был не Бест, а Маклеод, что он обещал разделить свою часть премии с Бестом. Маклеод ответил, что сделает то же в отношении Коллипа. Возможно, история вполне справедливо отодвинула на задний план Маклеода, который то поддерживал проект, то вел себя откровенно скептически. Авторами открытия инсулина широко признаны Бантинг и Бест.

Теперь мы знаем, что инсулин синтезируется особой группой островковых клеток поджелудочной железы, называемых бета-клетками, а стимулом для его секреции является присутствие глюкозы в крови. Далее инсулин перемещается по всему телу. На него реагируют буквально все ткани: из сахара можно извлекать энергию и расходовать на процессы, связанные с энергетическими затратами, – синтез белков и жиров, накопление химических веществ для будущего использования, возбуждение нейронов, рост клеток. Вероятно, это один из самых важных сигналов, передаваемых на дальнее расстояние, который действует в качестве основного координатора и дирижирует метаболизмом во всем теле.

При диабете первого типа, от которого страдают несколько миллионов жителей планеты, иммунные клетки нападают на бета-клетки поджелудочной железы^17. Без инсулина тело не чувствует сахар, даже когда в крови его много. Считая, что сахара нет, клетки тела ищут другие источники энергии. Тем временем сахар накапливается, но не расходуется, в результате чего его концентрация в крови достигает опасного уровня и он начинает выделяться с мочой. Сахар, сахар, кругом сахар – и ни молекулы, которая позволила бы утолить голод клеток. Это один из самых ужасных метаболических кризисов в человеческом теле: голодание клеток при избытке еды.

За десятилетия, прошедшие с момента открытия инсулина, жизнь миллионов больных диабетом первого типа кардинально изменилась. Когда я обучался медицине в 1990-е годы, пациенты проверяли уровень сахара в крови с помощью специального прибора и капельки крови, а затем сами вводили себе необходимую дозу препарата в соответствии со схемой. Теперь появились встраиваемые мониторы, постоянно регистрирующие уровень глюкозы в крови, и аппараты, которые автоматически вводят правильную дозу инсулина. Это закрытая самодостаточная система.

Однако ученые мечтают о создании искусственной поджелудочной железы. Если бы удалось культивировать бета-клетки в резервуаре, который можно встроить в человеческое тело, клетки могли бы действовать самостоятельно: чувствовать глюкозу, секретировать инсулин и, возможно, даже делиться, чтобы производить новые бета-клетки. Для работы такого устройства необходима подача крови с питательными веществами и кислородом и система для выведения инсулина. И, что важнее всего, его нужно защитить от нападения иммунной системы (от уничтожения островковых клеток собственными иммунными клетками человека), вызвавшего развитие диабета.

В 2014 году группа ученых под руководством Дугласа Мелтона из Гарварда опубликовала описание метода для постепенного превращения человеческих клеток типа стволовых в производящие инсулин бета-клетки^18. В начале своей научной карьеры Мелтон занимался биологией развития и стволовыми клетками: изучал сигналы, используемые эмбрионом для построения органов, и реакцию стволовых клеток на эти сигналы.

А потом оба ребенка Мелтона заболели сахарным диабетом первого типа^19. Когда сыну Мелтона Сэму было шесть месяцев, у него начались приступы рвоты и конвульсий, а в какой-то момент ему стало так плохо, что пришлось срочно везти его в больницу. В моче мальчика было очень много сахара. Дочка Мелтона Эмма, родившаяся на несколько лет раньше, тоже заболела. Как Мелтон сказал журналисту, его жена стала поджелудочной железой их детей^20: четыре раза в день прокалывала им пальцы, проверяя уровень глюкозы, и вводила необходимую дозу инсулина. Но с годами эта личная история привела Мелтона к изучению диабета с намерением создать человеческие бета-клетки и имплантировать их в тело, т. е. создать искусственную поджелудочную железу.

Идея Мелтона заключалась в том, чтобы воспроизвести процесс развития. Каждый человек начинает жизнь с единственной тотипотентной клетки (т. е. клетки, способной дать начало любой ткани тела) и в какой-то момент обзаводится поджелудочной железой, способной чувствовать сахар и производить островковые клетки, секретирующие инсулин. Мелтон рассудил, что если это происходит в матке, то почему бы не попробовать воспроизвести этот процесс в чашке Петри, подобрав правильные факторы и условия? На протяжении двух десятилетий многие исследователи в лаборатории Мелтона пытались заставить человеческие плюрипотентные стволовые клетки превращаться в островковые клетки. Но процесс неизменно останавливался на предпоследней стадии созревания.

Однажды вечером в 2014 году молодая сотрудница лаборатории Мелтона Фелисия Пальюка проводила эксперимент и осталась на работе допоздна^21. Муж уже звонил ей, предлагая вернуться к ужину, но ей оставалось завершить всего один эксперимент. Она добавила краситель к стволовым клеткам, которые вела по пути превращения в островковые клетки. Она надеялась, что те станут синими, а это означало бы, что они производят инсулин. Поначалу она увидела легкое синеватое окрашивание, но потом цвет стал темнее и гуще. Она смотрела опять и опять, чтобы удостовериться, что глаза ей не врут. Клетки производили инсулин.

В том же году Мелтон, Пальюка и их группа сообщили о своем успехе. Как они писали, созданные ими клетки “имеют маркеры зрелых бета-клеток, создают поток кальция в ответ на глюкозу [признак того, что они чувствуют сахар], упаковывают инсулин в секреторные гранулы и секретируют примерно столько же инсулина, сколько производят взрослые бета-клетки в условиях in vitro в ответ на несколько последовательных добавлений глюкозы”22. Они очень близки к таким человеческим бета-клеткам, которые искали исследователи: они способны выживать, функционировать и производить миллионы новых клеток.

В настоящее время такие секретирующие инсулин клетки, выведенные из стволовых, проходят клинические испытания. Один из существующих методов заключается в том, чтобы ввести миллионы этих островковых клеток непосредственно в тело пациента, при этом назначив ему лечение иммуносупрессорными препаратами для предотвращения отторжения. Одним из первых пациентов, которым сделали такую пересадку, был пятидесятисемилетний Брайан Шелтон из Огайо, страдавший от диабета первого типа^23. Судя по всему, уровень сахара в его организме оказался под контролем, а это важнейшее первое условие для определения эффективности всей стратегии. Теперь к испытанию привлекают все новых и новых пациентов.

Следующим шагом должно стать заключение этих клеток в устройство, которое будет защищено от нападения иммунной системы, будет стабильно удерживаться в теле и позволит входить и выходить питательным компонентам. Группа ученых с участием Джеффри Карпа из Гарварда работает над созданием крохотного встраиваемого аппарата, который мог бы удовлетворять этим требованиям.

Когда-нибудь в будущем мы сможем встретить больных диабетом, которым не нужны инъекции, батарейки или пищащие мониторы (батарейки и мониторы будут встроенными, как в случае глубокой стимуляции мозга при болезни Паркинсона или депрессии). После стольких ошибок и недопониманий, одного убийства, одной попытки удушения, одной Нобелевской премии, поделенной на четыре части, и незабываемого момента появления синего кластера окрашенных клеток, возможно, мы пришли к разрешению загадки бифункционального органа и к созданию его искусственного варианта. Когда этот новый орган будет встроен в наше тело, поджелудочная железа – главный координатор метаболизма и создатель гормона, на который реагируют все ткани, – будет наконец в полной мере соответствовать своему греческому названию. Он станет частью нас, новой формой “всей плоти”.

Скажем, однажды вечером вы идете ужинать. Допустим, в Венеции, в великолепный итальянский ресторан рядом с городскими садами Джардини, недалеко от набережной залива Сан-Марко. Вы начинаете с трески по-венециански – паштета из засоленной и высушенной трески, рецепт которой венецианцы украли у португальцев и возвели в ранг национального блюда. Вам дают гору хлебных тостов, а дальше следует гигантская порция ригатони и такое количество шабли, что им можно заполнить небольшой канал.

Возвращаясь, вы, должно быть, не осознаете, какой клеточный каскад активировали. Давайте пока оставим в стороне тему пищеварения. Речь идет о метаболическом каскаде (и о восстановлении химического равновесия) – маленьком чуде клеточной биологии, происходящем в вашем теле, пока вы возвращаетесь в отель.

Углеводы из хлеба и ригатони расщепляются на сахара и в конечном итоге превращаются в глюкозу. Глюкоза из кишечника всасывается в кровь и поступает в циркуляцию. Когда кровь достигает поджелудочной железы, там происходит распознавание глюкозы и секреция инсулина. Инсулин переносит сахар из крови во все клетки тела, где он запасается или используется для производства энергии – в зависимости от ситуации. Главный потребитель сахара – головной мозг: если уровень сахара низкий, мозг начинает посылать сигналы. И тогда другие гормоны, секретируемые разными клетками, отправляют сигналы, чтобы заставить клетки выделять запасенные сахара обратно в кровь. Запасенная глюкоза хранится в клетках печени, которые временно высвобождают ее для восстановления баланса.

А что насчет соли? Ваше тело только что получило ударную дозу хлорида натрия. Если бы мы не возвращались к равновесию, наша кровь постепенно превратилась бы в океанскую воду – соленую, как вода в канале, на набережной которого вы только что сидели. И вот вы, возможно, не осознавая этого, испытываете приступ жажды. Вы выпиваете один, два или даже три стакана воды. И включается второй метаболический сенсор. Чтобы понять, как в организме распределяется соль, нужно понять клеточную биологию другого контролирующего органа – почки.

Внутри почки находится многоклеточная анатомическая структура, называемая нефроном. Нефроны, впервые обнаруженные анатомами в конце 1600-х годов, похожи на маленькие почки. Здесь происходит контакт между кровью и клетками почек, и именно здесь образуются первые капли мочи. Циркулирующая кровь приносит к почкам растворенную в плазме соль. Кровеносные сосуды последовательно разветвляются на артерии с более тонкими стенками. Самые тоненькие артерии скручиваются, образуя комочек тонкостенных капилляров – таких тонких и пористых, что плазма (жидкая часть крови, не содержащая клеток) может выходить из этих сосудов в нефрон – мини-почку.

Далее жидкость проходит сквозь мембрану, окружающую сосуды[137], а потом через слой специализированных почечных клеток, образующих проницаемый барьер. При каждом таком переходе (из кровеносного сосуда, сквозь мембрану и сквозь слой почечных клеток) происходит фильтрация. Крупные белки и клетки отсеиваются, и проходят лишь маленькие молекулы, такие как соли, сахара и отходы метаболизма. Затем жидкость (моча) движется от нефронов к общему резервуару и поступает в систему выстланных клетками трубочек, называемых почечными канальцами. Канальцы соединяются в более крупные протоки, как притоки объединяются в реку, пока не сливаются в крупный канал – уретру, – несущий мочу к мочевому пузырю.

Итак, вернемся к натрию, который вы проглотили. При избытке натрия ослабевают сигналы гормональной системы, регулируемой почками и надпочечниками. В ответ клетки канальцев начинают выделять избыток натрия в мочу, удаляя соль и нормализуя уровень натрия. Кроме того, специализированные клетки головного мозга тоже чувствуют соль, реагируя на общую концентрацию соли в крови (осмолярность). При высокой осмолярности они посылают другой гормон, который дает указание клеткам почек удерживать воду. Когда мы пьем воду, соли натрия в крови разбавляются и их концентрация возвращается к норме, но за счет увеличения объема воды в организме. На следующее утро вы можете обнаружить, что у вас распухли ноги, но будете готовы признать, что, пожалуй, треска стоила того, чтобы помучиться с обувью.

А что при этом происходит с полезными продуктами? Почему при выработке мочи мы не теряем питательные вещества или сахара? Сахара и другие важные элементы подвергаются обратному всасыванию клетками собирающих канальцев, в которых имеются специализированные переносчики. Мы вновь наблюдаем странную стратегию, которую часто используют клетки: мы производим избыток, чтобы потом избавиться от него и вернуться к норме.

А что происходит с алкоголем? Последний тип клеток в трио “клеток-дирижеров” (или в квартете, если считать клетки мозга) – клетки печени, гепатоциты. Клетки печени отвечают одновременно за запасание веществ и выведение отработанных продуктов, за секрецию, синтез белков, а также десяток других функций. Выведение отработанных продуктов – очень важный процесс для организма, и печень играет в нем такую большую роль, что об этом стоит поговорить подробнее.

Мы воспринимаем метаболизм как механизм выработки энергии. С другой стороны, одновременно в ходе этого процесса образуются отходы. Часть из них удаляется с мочой через почки. Но почки – не завод по обезвреживанию отходов, они просто сбрасывают их в слив.

А вот клетки печени как раз имеют десятки механизмов для обезвреживания и удаления отходов^24. В одном таком механизме задействована “жертвенная” молекула, которая связывается с потенциально опасным веществом и инактивирует его, а дальше обе молекулы расщепляются до тех пор, пока яд не обезвреживается. Другие отходы расщепляются в ходе специализированных реакций. В частности, спирт обезвреживается в серии реакций, распадаясь на безопасные химические соединения. В печени также есть специализированные клетки, которые поедают мертвые или умирающие клетки, в том числе эритроциты. Компоненты мертвых клеток, которые можно использовать повторно, отправляются на переработку. Другие выделяются в кишечник или выводятся через почки. Короче говоря, клетки печени – тоже часть аппарата регуляции и постоянства, с той только разницей, что, в отличие от островковых клеток поджелудочной железы, они выполняют регуляторную функцию на месте. Панкреатические клетки поддерживают метаболическое постоянство, клетки почек – солевой баланс, а клетки печени отвечают за химическое постоянство организма.

В начале весны 2020 года лаборатории оказались закрыты: COVID-19 распространял свои “метастазы” по Нью-Йорку и всему миру. Я принимал мало пациентов – отчасти потому, что не был привит (вакцины еще не прошли сертификацию) и боялся передать инфекцию своим пациентам, проходящим курс химиотерапии, ведь их иммунная система могла не справиться со смертоносным вирусом. Но я все же посещал самых тяжелобольных. Отделение онкологии героически держалось благодаря медсестрам.

Когда я не работал в госпитале или в лаборатории, я уезжал на выходные в дом на берегу пролива Лонг-Айленд. В геометрических пересечениях солнечных лучей раннего утра, скользящих над лужайкой, как свет из призмы, я глядел на двух скоп, свивших здесь гнездо. Они летали над океаном, а потом чудесным образом зависали в воздухе, даже когда капризные порывы ветра налетали с одной или другой стороны. Писатель Карл Циммер описывал такое же поведение у летучих мышей. Он писал, что их удивительная способность зависать в воздухе – тоже форма гомеостаза^25.

Печень, поджелудочная железа, мозг и почки – четыре главных органа гомеостаза[138]. Панкреатические бета-клетки контролируют метаболический гомеостаз с помощью гормона инсулина. Почечные нефроны контролируют количество соли и воды, поддерживая постоянство солевого состава крови. Печень помимо многих других функций предотвращает отравление организма токсичными продуктами, в том числе этиловым спиртом. Мозг координирует все эти действия, регистрируя концентрацию веществ, посылая гормоны и выступая в роли дирижера в поддержании баланса.

Тишина. Считаем до двенадцати. Как писал Пабло Неруда, “теперь сосчитаем до двенадцати и помолчим”. Возможно, это наша самая недооцененная способность.

Конечно, в итоге все мы будем сбиты с ног жестоким порывом того или иного патологического процесса в одной или другой системе клеток. Но четыре хранителя гомеостаза, действующие совместно, как перья крыльев и хвоста, которые контролируют положение тела при смене ветра, удерживают организм в правильной позиции. Пока эти системы работают, система стабильна. Она жива. Когда они перестают действовать, тонкое равновесие нарушается. И скопа больше не может зависать в воздухе.

Часть шестая

Перерождение

“Старость – это жестокое убийство”, – писал Филип Рот^1. Но, по правде говоря, старость – это истощение, постоянное накопление повреждений, безостановочный процесс превращения функций в дисфункцию и неуклонная потеря гибкости.

Люди преодолевают это угасание за счет двух перекрывающихся процессов – репарации и омоложения. Под репарацией я понимаю каскад клеточных процессов, начинающийся при повреждении. Обычно он характеризуется воспалением, вслед за которым начинается рост клеток, призванных ликвидировать повреждение. Напротив, омоложение – это непрерывная замена клеток в ответ на естественную гибель и распад, причем новые клетки обычно происходят от стволовых или клеток-предшественников. С возрастом количество стволовых клеток и их функциональность очень сильно понижаются. Скорость репарации уменьшается. Источник омоложения оскудевает.

Одна из нерешенных загадок клеточной биологии касается того, почему одни органы подвергаются репарации или омоложению, а другие теряют эту способность. Стволовые клетки крови полностью восстанавливают кровь. Но после смерти одного нейрона на его месте почти никогда не появляется новый. В других органах наблюдается смешанная ситуация. Наверное, к числу наиболее сложных систем относятся кости: они противостоят распаду, используя механизмы и репарации, и омоложения. Клетки, способные восстанавливать костную ткань, сохраняются на протяжении всей жизни человека, хотя их функция с возрастом значительно ослабевает. А вот клетки хрящевой ткани в суставах разрушаются с возрастом очень значительно. Когда мама сломала лодыжку, кость медленно, но срослась. А вот ее коленные суставы распухли необратимо и уже никогда не обретут вновь той гибкости, как в детстве, когда она проворно лазила по деревьям гуайявы.

Наконец, существует клетка, которая способна противостоять распаду, – это раковая клетка, а точнее, разные раковые клетки. В том ли дело, что некоторые опухоли ведут себя как органы, обладающие резервуаром омоложения – раковыми стволовыми клетками? Или просто одни клетки дают начало другим, как это происходит после повреждения органа? Рак – болезнь репарации или омоложения либо же и того и другого?

Есть еще одна нерешенная загадка рака: почему в одних органах злокачественные клетки растут, а в других— отказываются? Есть ли в локальной клеточной среде что-то такое, что поддерживает или отторгает рак? Какие-то питательные вещества?

Пока мы недостаточно понимаем клеточную экологию рака. И поэтому завершим нашу историю о клетках, пытаясь разобраться в понятиях экологии. Мы уже узнали кое-что о клетках, системах клеток, об органах и тканях. Но есть еще один уровень организации, о котором нужно знать: экосистемы клеток. Мелодия, направляющая сложную клеточную физиологию (а также плейлист злокачественной патологии), остается еще одной неразгаданной тайной клеточной биологии.

Обновляющиеся клетки. Стволовые клетки и зарождение трансплантации

“Рождение – не занятие, занятие – это умирание”. <…> Всю долгую восходящую часть жизни вы рождаетесь, а затем, после пика, вы умираете: в этом логика^1.

Рэйчел Кушнер, “Жестокая толпа”

Стволовые клетки не просто превращаются в другие клетки (в процессе клеточной дифференцировки), чтобы создать то, в чем нуждается тело, а потом, когда работа сделана, тихонько исчезнуть. Они больше, чем предшественники других клеток. Они воспроизводят и сами себя (в неопределенном, недифференцированном состоянии), так что могут ответить на призыв позднее, когда системе крови потребуется перестройка^2.

Джо Сорнбергер, “Мечты и должная осмотрительность”

Шестого августа 1945 года в 8:15 утра на высоте около тридцати тысяч футов над японским городом Хиросима с борта американского бомбардировщика В-29, прозванного Enola Gay, была сброшена атомная бомба под кодовым названием “Малыш”3. Около сорока пяти секунд бомба падала, а потом разорвалась в воздухе на высоте девятнадцать тысяч футов над хирургическим госпиталем Сима, где медсестры и врачи занимались обычными делами, а пациенты все еще были в постелях. Мощность взрыва равнялась пятнадцати килотоннам в тротиловом эквиваленте, что сравнимо с одновременным взрывом тридцати пяти тысяч начиненных взрывчаткой машин. Зона поражения составила круг радиусом более четырех миль, внутри которого ударная волна снесла все на своем пути. На улицах закипел асфальт. Стекло текло, как вода. Дома рассыпались полностью, будто под ударом гигантской пламенной ладони. Человек, сидевший на каменных ступенях банка “Сумитомо”, испарился в одно мгновение, оставив после себя только тень, заметную на выгоревшем добела камне.

Волны последовавших за взрывом смертей имели три пика. От семидесяти до восьмидесяти тысяч человек – примерно 30 % населения города – сгорели заживо почти мгновенно. “Я пытался описать гриб [облако], эту турбулентную массу, – писал один из артиллеристов самолета. – Я видел огонь, вспыхивавший в разных местах, как на угольном пласте… как будто лава или патока накрыла весь город и потекла наружу, к подножиям холмов, где маленькие долины переходили в равнину, и повсюду начинался огонь”4.

Потом пришла вторая волна смертей – от лучевой болезни (“болезни атомной бомбы”, как ее назвали первоначально). Психиатр Роберт Джей Лифтон писал: “Выжившие замечали у себя странную болезнь. Она заключалась в тошноте, рвоте и потере аппетита, была кровавая диарея, лихорадка и слабость, на разных частях тела от кожных кровотечений появлялись лиловые точки… воспаление и изъязвление ротовой полости, гортани и десен”5.

Но была еще и третья волна. У людей, получивших самую низкую дозу облучения, начал вырождаться костный мозг, что приводило к хронической анемии. Количество белых клеток в их крови резко выросло, потом стало уменьшаться и через несколько месяцев сократилось катастрофически. Как писали исследователи Ирвинг Вайсман и Джудит Шицуру, “те, кто умер от минимальной летальной дозы облучения, почти наверняка умерли от нарушения гемопоэза [процесса кроветворения]”6. Этих людей убила не внезапная гибель клеток крови, а невозможность постоянно их возобновлять — коллапс гомеостаза крови. Нарушилось равновесие между возобновлением и гибелью. Перефразируя Боба Дилана, можно сказать, что клетки, которые не были заняты рождением, были заняты умиранием.

Чудовищная бомбардировка Хиросимы доказала, что в человеческом теле есть клетки, которые постоянно производят кровь – не одномоментно, но на протяжении длительного периода во взрослом возрасте. Если уничтожить эти клетки, как произошло в Хиросиме, в конечном итоге распадется система крови в целом, поскольку не сможет поддерживать равновесие между скоростью естественного отмирания и обновления. Клетки, способные омолаживать кровь, были названы кроветворными (гемопоэтическими) стволовыми клетками, или клетками-предшественниками.

Понимание функции стволовых клеток родилось парадоксальным образом – из чудовищного акта насилия в попытке восстановить мир в конце немыслимо жестокой войны. Но и сами стволовые клетки тоже парадоксальны. Их две основные функции на первый взгляд кажутся диаметрально противоположными друг другу. С одной стороны, стволовые клетки должны производить функционально “дифференцированные” клетки; в частности, стволовые клетки крови дают начало клеткам, из которых образуются зрелые элементы крови – лейкоциты, эритроциты, тромбоциты. С другой стороны, они должны воспроизводить сами себя, т. е. новые стволовые клетки. Если бы стволовые клетки выполняли лишь функцию дифференцировки, превращаясь в зрелые функциональные клетки, источник возобновления постепенно истощился бы. В таком случае во взрослой жизни количество клеток в нашей крови неуклонно сокращалось бы год от года, пока они не исчезли бы совсем. А если бы стволовые клетки только воспроизводили сами себя (это явление называется самообновлением), не было бы крови.

Именно акробатическое равновесие между самообновлением и самопожертвованием (воспроизведением самих себя и дифференцировкой) делает стволовые клетки незаменимыми в организме и обеспечивает гомеостаз таких тканей, как кровь. Как писала эссеист Синтия Озик, древние люди думали, что влажный след слизи, оставленный улиткой, является частью самой улитки^7. Потихоньку, по мере того как слизь стирается, улитка “иссякает”, пока организм не исчезает окончательно. Стволовые клетки (в случае улитки это клетки, производящие слизь) гарантируют, что влажный след (т. е. новые клетки) образуется постоянно – и улитка не стирается и не исчезает.

Позвольте провести необычную аналогию. Легко представить себе стволовую клетку как прапрапрадедушку или прапрапрабабушку. Их потомство дало собственное потомство, ставшее началом обширной клеточной линии, возникшей из одной прародительской клетки.

Но стволовая клетка – очень необычный предок. Она должна создать копию самой себя, чтобы продолжать подпитывать линию. Этот прапрапрародитель не только произвел на свет дитя (ставшее родоначальником гигантской клеточной линии), но и скопировал самого себя – создал своего вечно живого близнеца. А если существует такой самовозобновляющийся прапрапрародитель, процесс возобновления становится бесконечным. В этом есть что-то мифическое, и в мифах действительно часто описываются попытки богов или королей создавать собственные копии (куклы вуду, души, тайно обитающие в телах животных, амулеты с заключенными в них двойниками), чтобы сохраниться самим и сохранить свой род в случае каких-нибудь ужасных бедствий. Как и многие реальные стволовые клетки, эти мифические копии обычно находятся в спящем состоянии – до тех пор, пока их не разбудит несчастье. И тогда они пробуждаются и восстанавливают весь род. Здесь речь идет не о рождении, а о перерождении.

У всех ли взрослых организмов есть стволовые клетки? Существуют ли эти клетки во всех тканях или лишь в некоторых? В науке, как и в моде, распространены тренды, которые популярны в данный момент, а в следующий угасают. В 1868 году немецкий эмбриолог Эрнст Геккель выдвинул предположение о том, что все многоклеточные организмы появились из одной клетки – самой первой^8. По логике такая первая клетка должна была иметь возможность дифференцироваться, превращаясь в клетки любого типа – крови, мышц, кишечника, нервной ткани. Именно Геккель впервые использовал термин Stammzellen (“стволовая клетка”) для описания этой первой клетки. Но оставалась неопределенность: очевидно, что первая клетка произвела целый организм, но создала ли она также собственную копию?

В 1890-е годы биологи продолжали спорить, есть ли такие тотипотентные (способные дать начало всем тканям тела) клетки во взрослом организме (в каком-то смысле женские особи обладают предшественником такой клетки – яйцеклеткой; после оплодотворения яйцеклетка дает начало всем тканям нового организма, хотя, к сожалению, не воспроизводит саму мать). В 1892 году зоолог Валентин Гекер изучал эмбриогенез многоклеточной пресноводной блохи[139]Cyclops^9, названной именем древнегреческого монстра, имеющего единственный глаз. Гекер обнаружил клетку, делящуюся таким образом, что одна дочерняя клетка давала начало слоям ткани, из которых формировались внутренние части тела, а другая становилась зародышевой клеткой, способной в будущем дать начало всем тканям организма; следовательно, эта клетка была стволовой. Гекер тоже назвал эти клетки Stammzellen, позаимствовав термин у Геккеля. Но, в отличие от Геккеля, Гекер использовал термин точнее. Речь шла о первой клетке, делившейся с образованием двух дочерних клеток: одна давала начало телу циклопа, а другая, как предположил Гекер, могла снова и снова производить нового циклопа.

Но что происходит у млекопитающих? Возможно, у них из всех органов и тканей такие клетки следует искать именно в крови. Эритроциты и некоторые лейкоциты (например, нейтрофилы) постоянно умирают и заменяются новыми; если стволовые клетки существуют, то где им быть, как не в крови? Цитолог Артур Паппенгейм, изучавший костный мозг в конце 1890-х годов, обнаружил островки, где зарождались клетки многих типов, как будто одна центральная клетка была способна производить разные клетки^10. В 1896 году биолог Эдмунд Уилсон использовал термин “стволовая клетка”11 для обозначения клетки, способной к дифференцировке и самообновлению – именно такой, какую Гекер наблюдал у Cyclops.

По мере того как идея стволовой клетки завоевывала популярность в начале 1900-х годов, она одновременно уточнялась в плане иерархии^12. Тотипотентные клетки могут давать начало всем типам клеток любой ткани организма (в том числе плаценты, пуповины и структур, питающих и защищающих эмбрион). Рангом ниже по возможности обновления располагаются плюрипотентные клетки, способные производить почти все клетки (иными словами, все ткани зародыша – мозг, кости, кишечник, – кроме тех, из которых формируется плацента и поддерживающие структуры, связывающие зародыш с матерью). А затем следуют мульти-потентные клетки, порождающие все типы клеток в конкретной ткани, такой как кость или кровь.

С 1890-х и до начала 1950-х годов некоторые биологи утверждали, что разные элементы крови (лейкоциты, эритроциты и тромбоциты) происходят от одной и той же мультипотентной стволовой клетки костного мозга. Другие полагали, что каждый тип возникает из конкретной стволовой клетки. Но повального интереса к этим загадочным стволовым клеткам крови не было, поскольку формальных доказательств ни той ни другой гипотезы не существовало. В 1950-е годы концепция стволовых клеток почти исчезла из биологической литературы.

В середине 1950-х годов канадские исследователи Эрнест Маккалох и Джеймс Тилл занялись изучением регенерации клеток крови после облучения. Это был странный союз очень разных людей. Маккалох – крепкий, плотный, невысокий – происходил из семьи “старого золотого Торонто”, как писал один биограф^13. У него был живой и любопытствующий ум: “он размышлял небрежно, часто при этом развлекаясь соединением точек на бумаге”. Он учился медицине внутренних болезней в Главном госпитале Торонто. В 1957 году его назначили заведующим гематологическим отделением в Онкологическом институте Онтарио, но однообразная врачебная практика ему быстро наскучила, и он полностью переключился на исследования.

Тилл, напротив, был высоким и худым, происходил из семьи фермеров из провинции Саскачеван и защитил диссертацию по биофизике в Йельском университете. Ум его был острым, математическим, с предельным вниманием к деталям. Он добавлял методичности изобретательному сумасшествию Маккалоха. Их интересы и опыт тоже оказались взаимодополняющими. Тилл изучал радиационную физику; он знал, как калибровать излучение и измерять его воздействие на тело (он учился у знаменитого своей строгостью Гарольда Джонса, изучавшего влияние излучения кобальта). Маккалох был гематологом, и его интересовала кровь и ее происхождение.

В 1957 году, когда началось их сотрудничество, Торонто был сонным провинциальным городом. Научные новости поступали туда тонкой струйкой. Но после взрыва бомбы ученые всего мира стали искать способы защиты тела и органов от смертоносного воздействия радиации. Тилла и Маккалоха больше всего интересовало влияние излучения на кровь. Но как измерить это влияние количественно? Когда они воздействовали на мышь высокой дозой излучения, они обнаружили, что примерно через две с половиной недели процесс кроветворения прекращался – и мышь умирала, как жертвы третьей волны смертей в Хиросиме. Единственный способ спасти мышь заключался в пересадке костного мозга от другой особи. Переносом клеток из костного мозга (где формируются клетки крови) другой мыши Тилл и Маккалох смогли спасти облученную мышь, и у животного восстановился процесс кроветворения. Именно этот первый эксперимент с воскрешением почти умершего животного открыл новые горизонты в области клеточной биологии[140].

В холодное декабрьское воскресенье 1960 года, за несколько дней до Рождества, Тилл вышел из своего дома в Торонто, чтобы взглянуть на результаты лабораторного опыта. План опыта была прост: мышей подвергали воздействию достаточно высокой дозы радиации, чтобы остановить процесс кроветворения, а затем пересаживали им костный мозг от других особей. Чтобы спасти от смерти, мышам вводили разное количество клеток костного мозга (оттитрованную дозу).

Потом Тилл умерщвлял мышей и производил вскрытие, методично осматривая каждый орган. Костный мозг. Печень. Кровь. Селезенка. Казалось, смотреть было особенно не на что. Но внимательно разглядывая селезенку, Тилл обнаружил крохотные белые наросты – колонии клеток. Он обладал математическим складом ума и поэтому подсчитал количество колоний в селезенке каждой мыши и нанес результаты на график. Количество наростов в точности коррелировало с количеством пересаженных клеток костного мозга. Чем больше клеток переносили, тем больше колоний образовывалось. Что это могло означать? Простейший ответ заключался в том, что число колоний не случайным образом коррелировало с числом пересаженных клеток, добравшихся до селезенки, а скорее являлось количественной мерой специфического типа клеток. Эти клетки способны образовывать колонии в селезенке (признак регенерации) и, по-видимому, в соответствующей пропорции содержатся в костном мозге (поэтому чем больше клеток было пересажено, тем больше получалось колоний-наростов).

Вскоре Тилл и Маккалох поняли, что каждый нарост представлял собой регенерирующий узел клеток крови. Но не абы какой. Эти колонии производили все активные элементы крови: эритроциты, лейкоциты и тромбоциты. И их было чрезвычайно мало: примерно одна колония на десять тысяч клеток костного мозга.

Тилл и Маккалох опубликовали результаты в статье с прозаическим названием “Прямой способ определения радиационной чувствительности клеток костного мозга нормальной мыши”14 (заметьте, что здесь даже вскользь не упомянуты стволовые клетки) в научном журнале по радиобиологии. “Нужно помнить, что тогда такой работой интересовалась лишь весьма небольшая группа исследователей, – писал Тилл. – Это было до всех экспериментов, которые начались в последующем десятилетии или около того”15. Но инстинктивно Тилл и Маккалох почувствовали, что их результат вскрыл чрезвычайно важный принцип: очень немногие из пересаженных клеток костного мозга, как отважные первооткрыватели, переплывшие океан на самодельном корабле, добрались до селезенки и основали колонии для регенерации крови – всех ее главных клеточных элементов. Научный писатель Джо Сорнбергер описывал это так: “Эта статья отображала совсем новый способ рассуждений о том, как тело создает кровь, не говоря уже о фундаменте возможных выводов для других биологических рассуждений, поскольку, если это справедливо для крови, как тело производит сердечную мышцу или ткани мозга? Однако это [открытие] не сразу покачнуло ось научного мира и осталось в значительной степени не замеченным биологическим сообществом”16.

В начале 1960-х годов Тилл и Маккалох в сотрудничестве с Луисом Симиновичем и Эндрю Беккером углубили исследования колониеобразующих клеток крови. Сначала они обнаружили, что некоторые колонии производили все три типа клеток (эритроциты, лейкоциты и тромбоциты), что соответствует определению мультипотентных клеток. Годом позже они доказали, что каждая колония происходит из единственной “клетки-основателя”. Наконец, когда они выделяли эти колонии клеток из селезенки и пересаживали их облученным мышам, выяснялось, что клетки возвращают способность создавать новые колонии мультипотентных клеток – а это главный признак самообновления.

По сути, они обнаружили клетку, способную давать начало не одной, а многим линиям клеток крови (эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов): они нашли кроветворную, или гемопоэтическую, стволовую клетку. Ирвинг Вайсман, ныне возглавляющий программу по стволовым клеткам Стэнфордского университета, прочел первую статью Тилла и Маккалоха о радиационной чувствительности, когда был еще студентом. “Реальное достижение, – говорил он позднее, – заключалось в том, чтобы повернуть идею от «костный мозг – это черный ящик, и мы ничего о нем не знаем» до «костный мозг содержит отдельные клетки, которые могут производить многие типы клеток»”17.

Вайсман вспоминает, как этот эксперимент рикошетом отразился во всех направлениях клеточной биологии. Тилл и Маккалох “перевернули представления людей о крови, главном источнике жизни”. “До экспериментов Тилла и Маккалоха люди думали, что все типы клеток крови происходят от отдельных родительских клеток, – продолжал он. – Но Тилл и Маккалох доказали обратное. «Материнский» эритроцит, «материнский» лейкоцит и «материнский» тромбоцит происходят из одной и той же стволовой клетки^18. И эта стволовая клетка продолжает давать начало все новым и новым клеткам – эритроцитам, лейкоцитам и тромбоцитам, пока не создается полностью новая система крови. Влияние на технологию пересадки костного мозга было огромным. Если можно найти такую клетку, можно полностью восстановить всю систему крови”. Из этой стволовой клетки можно создать человека с новой кровью.

И Вайсман начал искать такие клетки. Где обитают стволовые клетки, или клетки-предшественники? Как они себя ведут, какой у них метаболизм, размер, форма, цвет? Вдохновленный экспериментами Тилла и Маккалоха^19, Вайсман начал выделять клетки методом проточной цитометрии, разработанным в Стэнфордском университете мужем и женой Леонорой и Леонардом Герценбер-гами. В упрощенном виде проточную цитометрию можно сравнить с окрашиванием клеток цветными карандашами: для каждой клетки свое сочетание цветов (одна синяя и зеленая, другая зеленая и красная) в зависимости от сочетаний белков на их поверхности. В роли карандашей выступают антитела с флуоресцентными метками разных цветов, распознающие разные белки на поверхности клеток. А для разделения клеток на основании окрашивания в разные цвета используется автоматическое устройство.

Вайсман проверил десятки сочетаний маркеров и наконец нашел одно сочетание, позволяющее выделять стволовые клетки из костного мозга мыши^20. Как и предсказывали Тилл и Маккалох, эти клетки встречаются редко – реже чем одна на десять тысяч, – но они чрезвычайно мощные. Позднее, когда методика Вайсмана была усовершенствована и появились дополнительные маркеры, ученые смогли выделить одну стволовую клетку крови и полностью регенерировать из нее всю систему крови мыши. Также они сумели выделить одну такую клетку из этой мыши и регенерировать систему крови второй. В начале 1990-х годов Вайсман и другие ученые использовали тот же метод для идентификации человеческих кроветворных стволовых клеток.

Мышиные и человеческие гемопоэтические стволовые клетки похожи друг на друга. Это маленькие округлые клетки с компактным ядром. В покое они в основном находятся в спящем состоянии, т. е. делятся редко. Но в правильной среде под воздействием специфических химических факторов или под влиянием правильных сигналов в костном мозге в них запускается скоростная программа клеточного деления (в 1960-е годы австралийский исследователь Дональд Меткалф одним из первых обнаружил эти химические факторы, обеспечивающие рост конкретных видов клеток из стволовой клетки^21). Одна стволовая клетка может создавать миллиарды зрелых эритроцитов и лейкоцитов – и целую систему органов животного.

Весной 1960 года заболела шестилетняя девочка Нэнси Лоури^22. Она была темноглазой и темноволосой, с челкой до бровей. У нее изменилась формула крови, врачи обнаружили анемию. Биопсия костного мозга показала, что у девочки была так называемая апластическая анемия – вариант нарушения функции костного мозга. А вот сестра-близнец Нэнси – Барбара Лоури – была в полном порядке. Нормальная формула крови и никаких признаков поражения костного мозга.

Костный мозг производит клетки крови, которые должны регулярно обновляться, так что Нэнси стала быстро угасать. Причины этой болезни часто остаются загадкой (инфекция, иммунная реакция или даже реакция на лекарство), но в распространенном ее варианте там, где должны формироваться новые клетки крови, постепенно накапливаются глобулы белого жира.

Семья Лоури жила в зеленом дождливом городке Такома в штате Вашингтон. Врачи госпиталя при Университете Сиэтла, где лечили Нэнси, не знали, что делать дальше. Ей переливали эритроциты, но количество клеток крови неуклонно сокращалось. Один из врачей был знаком с Донналлом (Доном) Томасом, врачом и исследователем, который пытался пересаживать костный мозг от одного человека другому^23. Томас работал в Куперстауне, в штате Нью-Йорк. Врачи из Сиэтла обратились к нему за помощью.

В 1950-е годы Томас пробовал применять новый способ лечения, вводя пациентам с лейкозом клетки костного мозга их здоровых идентичных близнецов. По некоторым признакам можно было заключить, что стволовые клетки крови из костного мозга донора “включались” в костной ткани пациента, но вскоре болезнь возобновлялась. Томас пытался усовершенствовать протокол пересадки стволовых клеток на собаках, но без явного успеха. Теперь врачи из Сиэтла убеждали его попробовать еще раз на людях. Костный мозг Нэнси умирал, хотя в нем не было злокачественных клеток. К счастью, сестры Лоури были идентичными близнецами, полностью гистосовместимыми: костный мозг одной можно было пересадить другой без опасности отторжения. “Удержатся” ли стволовые клетки крови из костного мозга одной сестры в костном мозге другой?

Томас прилетел в Сиэтл. Двенадцатого августа 1960 года Барбаре дали наркоз и прокололи ее бедра и голени толстой иглой пятьдесят раз, извлекая ярко-красный костный мозг. Затем этот костный мозг, разведенный в солевом растворе, потихоньку ввели в кровь Нэнси. Врачи ждали. Клетки нашли дорогу в кости и постепенно начали производить нормальную кровь. К моменту выписки девочки ее костный мозг почти полностью восстановился. В каком-то смысле кровь Нэнси теперь принадлежала ее сестре.

История Нэнси Лоури – один из первых примеров успешной трансплантации костного мозга. Это чрезвычайно важный момент в истории развития методов клеточной терапии: лекарством для Нэнси стали не таблетки, а клетки ее сестры. В Торонто Тилл и Маккалох идентифицировали стволовые клетки в экспериментах с мышами. Вайсман в Стэнфорде нашел способ их выделения из человеческого костного мозга. Донналл Томас в Сиэтле применил стволовые клетки крови в медицинской практике. Он “оживил” их в человеке.

В 1963 году Томас окончательно перебрался в Сиэтл. Поначалу он организовал лабораторию в Государственном госпитале Сиэтла. А потом, лет через десять, в новом Онкологическом центре Фреда Хатчинсона (в Хатче, как называют его врачи) он решил применять пересадку костного мозга для лечения пациентов с другими болезнями, в частности с лейкозом. Нэнси и Барбара были идентичными близнецами, и неонкологическое заболевание крови у одной было излечимо с помощью клеток другой, но это чрезвычайно редкая ситуация. Но что, если болезнь вызвана появлением злокачественных клеток, как при лейкозе? И если в роли донора будет выступать не близнец? Возможности трансплантации ограничиваются тем, что наша иммунная система отторгает клетки других людей как чужеродный материал; проблем не возникает лишь в случае идентичных близнецов с полностью совместимыми тканями.

Томас считал, что нашел способ преодолеть это препятствие. Он хотел сначала устранить злокачественные клетки крови с помощью таких высоких доз химиотерапии и облучения, что костный мозг полностью разрушался бы, теряя как раковые, так и нормальные клетки^24. Это смертельное состояние, но с помощью донорских стволовых клеток из костного мозга идентичного близнеца можно восстановить костный мозг и заставить его производить новые здоровые клетки.

Следующая трудность возникает при попытке использовать “аллогенный” материал (allo происходит от греческого слова, обозначающего “другой”) – костный мозг от кого-то, кто не является реципиенту идентичным близнецом. В 1958 году французский новатор в области пересадки костного мозга Жорж Мате пересадил костный мозг от разных доноров нескольким югославским исследователям, случайно получившим токсичную дозу облучения^25, поскольку без пересадки их собственный костный мозг должен был быстро атрофироваться. Донорские клетки прижились, но потом исчезли. И вскоре после пересадки Мате заметил нечто противоположное тому, что ожидал: у югославских исследователей развилось острое и тяжелое заболевание.

Мате пришел к выводу, что болезнь была вызвана иммунной реакцией донорского костного мозга, атаковавшего тело пациента. Гость атаковал хозяина. Данный ответ был результатом работы древнейшей системы, защищающей суверенитет организма (и отторгающей чужеродные клетки), с той только разницей, что после пересадки костного мозга направление этой реакции сменилось на противоположное. Как мятежная команда нападает на незнакомый корабль, так донорские иммунные клетки восприняли принявшее их тело как чужое и атаковали его. “Чужое” (пересаженный материал) стало “своим”, а “свое”, таким образом, превратилось в “чужое”.

Другие новаторы в области пересадки органов обнаружили, что силу отторжения можно притупить при сравнительно хорошем совпадении донора и реципиента (вспомните историю открытия генов гистосовместимости, которые определяют, примет ли реципиент донорский материал). Методов, позволяющих предсказать совместимость (или толерантность) и повысить вероятность приживления аллогенного костного мозга, не существовало. И поэтому приходилось применять различные иммуносупрессорные препараты, чтобы подавить сопротивление реципиента и дать возможность аллотрансплантату (материалу неродственного донора) вжиться в тело, а также не позволить гостю атаковать хозяина.

За несколько последующих лет Томас собрал группу врачей, раздвинувших границы возможностей в пересадке костного мозга^26. Например, туда входил высокий немец Райнер Шторб, любитель гребли, занимавшийся типированием тканей и трансплантационной терапией, и его жена – проницательный клиницист Беверли Торок-Шторб. Миниатюрный любитель футбола родом из Сибири Алекс Фефер показал, что иммунная система мыши может обернуться против опухоли (следовательно, иммунная система донора может убить клетки лейкоза). Жена Томаса Дотти вела каждодневные дела лаборатории и клиники, и окружающие называли ее “матерью пересадки костного мозга”.

Томас, который впоследствии был удостоен за эти исследования Нобелевской премии, называл их “первым клиническим успехом”. Но для медсестер и технического персонала в Сиэтле, занимавшихся пациентами, не говоря уже о самих пациентах, то был мучительный опыт. “Из сотни пациентов с лейкозом, которым была произведена пересадка в эти первые годы, восемьдесят три умерли за первые месяцы”, – рассказывал мне один врач.

Финальная катастрофа в этой поистине библейской коллекции казней происходила тогда, когда лейкоциты из костного мозга донора вызывали сильнейший иммунный ответ в теле пациента – это явление называют болезнью “трансплантат против хозяина”27, именно его обнаружил Мате в предыдущих исследованиях. Иногда болезнь развивается как внезапный шторм, а иногда протекает в хронической форме. Но и в острой, и в хронической форме она может быть смертельной.

Однако Фред Аппельбаум, входивший в группу врачей, осуществлявших первые пересадки костного мозга пациентам с лейкозом, и другие исследователи при анализе данных обнаружили, что иммунная атака на собственное тело (“трансплантат против хозяина”) может быть также направлена на клетки лейкоза^28. Пациенты, пережившие такую катастрофу, с наибольшей вероятностью побеждали и лейкоз. И это было окончательным подтверждением того, что “перезагруженная” иммунная система (от чужеродного донора) может встраиваться в тело и отторгать опухоль, излечивая пациентов от смертельных вариантов рака крови.

Это был ошеломительный и поучительный результат: яд мог служить лекарством. Когда я напомнил Аппельбауму об этих первых пересадках костного мозга, я увидел в его глазах печаль, как будто он вспомнил каждого пациента^29. Этот человек излучал доброту и аристократизм, но также и скромность, приобретенную за годы неудач. Он вспоминал о тех годах, когда из испытуемых не выживал никто, и о более позднем времени, когда постепенно появлялись пациенты, переживавшие клеточную терапию, направленную на борьбу со смертельным недугом. Они победили, но цена победы была очень высока.

Я встретил Дона и Дотти Томас на конференции в Чикаго. Оба были худыми и хрупкими и держались вместе, как две прислоненные друг к другу игральные карты: убери одну, и вторая упадет. Я подошел поближе в толпе поклонников, чтобы своими глазами увидеть родителей клеточной терапии.

Дон поднялся на сцену, чтобы произнести речь. Когда-то он славился статным видом, а теперь сутулился и делал паузы между фразами. Конференц-зал был набит до отказа – послушать доклад собралось около пяти тысяч гематологов, и в аудитории витал благоговейный восторг. Дон вспоминал о первых днях трансплантации и о героических усилиях ученых (и о неменьшем героизме первых пациентов), которые в конечном итоге привели к первым успешным аллотрансплантациям костного мозга.

В 2019 году я прилетел в Сиэтл, чтобы взять интервью у медсестер, работавших в отделении трансплантации костного мозга в первые годы. Большинство из них вышли на пенсию, но некоторые все еще сохранили связи с госпиталем. Я сидел в конференц-зале на несколько этажей выше сияющих новых лабораторий, где клетки пациентов готовили к испытаниям по генной терапии вроде тех, в результате которых благодаря клеткам CAR-Т спасли Эмили Уайтхед.

Входившие медсестры обнимались и целовались. Они вспоминали данные друг другу прозвища и имена всех пациентов, которых лечили в тот ранний период. Некоторые плакали. Трогательное воссоединение[141].

“Расскажите мне о первых пациентах”, – попросил я.

“Самым первым был пациент с хроническим лейкозом, – сообщила медсестра А. Л. – Его звали Боулби. <… > Это был пожилой мужчина, – сообщила она, но тут же поправилась. – Ой, нет-нет, ему было всего за пятьдесят. Он умер… от инфекции. Вторым был молодой человек с лейкозом, а потом маленькая девочка. И он, и она умерли”.

Они вспоминали Дона и Дотти, Шторбов, Аппельбаума и Ферера – борцов и новаторов клеточной терапии. “Каждое утро один из них проходил с осмотром, брал за руку каждого пациента, спрашивал, как прошла ночь”, – сказала одна медсестра.

“В 1970-м у нас был один мальчик с лейкозом, – вступила другая. – Ему было десять лет. Он выжил и учился в университете, около десяти лет, но потом страдал от легочных инфекций. И умер”.

Я спросил, каким был госпиталь, как все это выглядело.

“У нас было двадцать коек, – ответила сестра Дж. М. – В сестринской было очень холодно. Помню, комната была маленькая и закрытая. Все толкались”.

“Был один ребенок, который каждый вечер хотел слушать одну и ту же сказку. О мальчике, который зашел в пещеру и убил медведя”. И каждый вечер он засыпал с этой историей под капельницей с химией.

Помещение, где облучали пациентов, чтобы убить их клетки крови и освободить место для нового костного мозга, представляло собой бетонный бункер и располагалось в нескольких милях отсюда. Рядом жили собаки, которых использовали для экспериментов, так что пациенты, закрытые в своих бетонных комнатах во время облучения, должны были слышать беспрерывный лай.

Поначалу пациенты получали всю дозу облучения для уничтожения костного мозга единовременно[142]. “На середине процедуры у пациентов возникала такая тошнота, с которой невозможно было бороться, – рассказала одна из медсестер. – Их рвало и рвало. Мы вынуждены были открывать двери бункера и подходить к ним. Тогда не было никаких сильных противорвотных препаратов… так что мы приходили с водой, тазами, гигиеническими салфетками и влажными полотенцами. И там был этот семилетний мальчик… ”

Она замолчала. Другая сестра подошла, чтобы ее обнять. “Расскажи про пилота”, – попросила другая медсестра.

Пилота звали Анатолий Грищенко. В 1986 году, когда взорвался ядерный реактор в Чернобыле, Грищенко отправили на вертолете засыпать песком и цементом шахту реактора, выделявшую токсичный радиоактивный газ, чтобы накрыть реактор саркофагом^30. Вроде бы он был с ног до головы покрыт свинцовой защитой, но радиация все же проникла в тело и добралась до костного мозга.

В 1988 году у него был диагностирован предлейкоз. В 1990-м лейкоз развился в полной форме. Во Франции нашли женщину, с которой у него была почти идеальная совместимость. Врач из Хатча прилетел в Париж, чтобы проследить за забором костного мозга, и перевез его за ночь в Сиэтл, где Грищенко провели пересадку.

“Но это не помогло, – рассказывала медсестра. – Мы наблюдали за ним на протяжении нескольких дней, но в конце концов лейкоз победил”.

Вот так это было. “В семидесятом году у нас был один выживший. В семьдесят первом трое. А в семьдесят втором их было несколько. Немногие жили долго, но некоторые дожили до двадцати, тридцати или сорока лет. В середине восьмидесятых появились настоящие долгожители. Десяток или несколько десятков прожили после трансплантации пять или десять лет”.

Внизу, в вестибюле Хатча установлена спиральная скульптура, изображающая неустанный и последовательный прогресс трансплантации^31. Я подошел поближе, разглядывая растущие год от года числа: пять, двадцать, двести, тысяча, вплоть до нескольких тысяч в 2021 году. И показатели излечимости от смертельного недуга тоже улучшились: в одном исследовании пациенты с острым миелоидным лейкозом переживали пятилетний период после пересадки костного мозга с вероятностью от 20 до 50 %.

Одна из медсестер спустилась посмотреть на скульптуру вместе со мной. Она положила руки мне на плечи.

“Тогда было непросто”, – произнесла она. Она знала, что эта гладкая спираль на самом деле покрыта зазубринами неудач с редкими вкраплениями успеха. Но постепенно успехи накапливались. Теперь ежегодно производятся тысячи пересадок костного мозга в связи с десятками различных заболеваний. Успешность процедуры может быть разной, но теперь это одно из главных направлений развития клеточной терапии. Я знаю очень многих пациентов из нашего госпиталя, которых вылечили от смертельных вариантов лейкоза с помощью пересадки костного мозга.

Медсестра провела рукой по гладкой поверхности и улыбнулась. Я подумал о Грищенко в вертолете, зависшем в воздухе в облаке ядовитого плутония. О мальчике, спускавшемся в пещеру, чтобы убить медведя. Я почувствовал жуткий страх измученного тошнотой маленького человека в бетонном бункере, за стенами которого лаяли собаки. Я подумал о медсестрах с мокрыми полотенцами и о тех, кто оставался дежурить на ночь, кто боролся с инфекциями, кто целый день держал пациента за руку и смотрел на него так, как будто это собственный ребенок. Когда медсестры покидали госпиталь, многие врачи и персонал вставали, когда они проходили мимо. Это был знак признательности за их огромный вклад. Я почувствовал, как на глаза наворачиваются слезы.

Клеточная терапия заболеваний крови рождалась в жестоких муках.

Стволовые клетки обнаруживают в разных органах разных организмов. Но среди всех типов стволовых клеток два остаются самыми удивительными и, возможно, самыми необычными: это эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) и их еще более странные родственники – индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК).

В 1998 году эмбриолог Джеймс Томсон из Регионального центра по изучению приматов в Висконсине раздобыл четырнадцать человеческих эмбрионов, отбракованных при проведении искусственного оплодотворения^32. Он знал, что запланированный им эксперимент может быть воспринят неоднозначно, и поэтому перед его проведением посоветовался с двумя специалистами по биоэтике – Р. Альтой Чаро и Норманом Фостом. Эмбрионы выращивали в инкубаторе, пока те не достигли стадии бластоцисты, когда эмбрион представляет собой полый шар. Бластоциста должна развиваться в матке, но в специальных условиях ее можно выращивать и в чашке Петри. Шар имеет две различимые структуры. В нем есть похожая на вуаль внешняя оболочка, из которой впоследствии развивается плацента и структуры, связывающие эмбрион с телом матери. А под этой оболочкой находится крохотный комочек внутренних клеток, из которых развивается сам эмбрион.

Томсон выделил эти внутренние клетки и вырастил их на слое мышиных клеток, которые снабжали человеческие эмбриональные клетки питательными веществами и служили для них подложкой (это распространенная практика при ведении клеточных культур; некоторые клетки настолько хрупки, особенно в первые дни после переноса в культуру, что не могут жить самостоятельно, им нужна питательная среда или клетки-помощники, подкармливающие их на первых этапах). За несколько дней из эмбрионов появились пять человеческих клеточных линий (три “мужские” и две “женские”). На протяжении месяцев они размножались в клеточной культуре без каких-либо заметных признаков генетических повреждений и без изменения потенциала роста.

После инъекции в тело мыши с подавленным иммунитетом эти клетки произвели целый спектр зрелых человеческих тканей: кишечника, хрящей, костей, мышц, нервов и элементов кожи. Эти клетки обладали способностью самообновления в чашке Петри и могли дифференцироваться в разные (возможно, во все) типы человеческих тканей[143]. Их назвали человеческими эмбриональными стволовыми клетками. Одна из них, Н-9, “женская” клетка с ХХ-хромосомами, стала стандартной ЭСК. С тех пор ее вырастили в тысячах инкубаторов в сотнях лабораторий мира и использовали в десятках тысяч экспериментов.

Я сам выращивал клетки Н-9 и видел, как они непрерывно растут. Я также видел, как они дифференцируются во взрослые клетки разных типов, включая клетки хрящевой и костной тканей. Даже сегодня эти клетки меня поражают: я не могу взглянуть на них через микроскоп без легкой дрожи, сродни нервному беспокойству по поводу будущего. Эти клетки подталкивают к странному мысленному эксперименту: что, если бы мы могли обернуть время вспять и ввести их, этот маленький комочек, обратно в клеточную матку бластоцисты, откуда они произошли, и имплантировать обратно в человеческую матку? Возможно, для этого их следовало бы смешать с другими клетками внешней оболочки. Сформируется ли из них после возвращения к их источнику человеческий организм? Как мы назовем это новое клеточное существо? Хелен-9? А если в клетки Н-9 во время их пребывания в чашке Петри внести генетические изменения, будет ли выросшее из них человеческое существо нести эти изменения и передавать своим детям? А если клетки Н-9 в организме человека сформируют яйцеклетку, из которой разовьется эмбрион, не станем ли мы свидетелями нового цикла жизни – от эмбриона к бластоцисте, затем к эмбриональным стволовым клеткам и к человеческому эмбриону?

Статья Томсона, опубликованная в журнале Science в 1998 году, немедленно вызвала волну откликов^33. Многие ученые согласились с Томсоном, верившим в значимость человеческих ЭСК: эти клетки не только помогут нам глубже понять эмбриологию человека, но и станут ценнейшим терапевтическим инструментом. Вот что писал Томсон в конце своей знаменитой статьи:

Человеческие ЭСК позволят понять этапы развития, которые нельзя изучить напрямую в интактном человеческом эмбрионе, но которые имеют важные следствия в клиническом отношении, включая врожденные пороки, бесплодие и выкидыши. <… > Человеческие ЭСК будут особенно ценны для изучения развития и функции тканей, которые различаются у человека и мыши. Скрининг на основе дифференцировки in vitro человеческих ЭСК в специфические линии позволит идентифицировать гены, которые могут стать мишенями для новых лекарств, гены, которые можно использовать для регенерации тканей, а также тератогенные и токсичные вещества.

Установление механизмов, контролирующих дифференцировку, облегчит эффективную и направленную дифференцировку ЭСК в специфические типы клеток. Стандартизированный выпуск больших популяций очищенных… человеческих клеток, таких как кардиомиоциты и нейроны, обеспечит почти неиссякаемый источник клеток для открытия лекарств и трансплантационной терапии. Многие болезни, такие как болезнь Паркинсона и сахарный диабет с ранним началом, происходят из-за гибели или нарушения функции лишь одного или нескольких видов клеток.

Но критики, главным образом религиозного толка, ничего этого знать не хотели^34. Они заявляли, что при производстве таких клеток оказывается разрушен (осквернен) человеческий эмбрион, а эмбрион – это человек. Их не успокаивал тот факт, что эмбрионы, полученные в процессе искусственного оплодотворения, еще не обладали чувствительностью, не имели органов и представляли собой не более чем шарики недифференцированных клеток, которые все равно были бы выброшены. Критики Томсона заявляли, что теоретически они могли в будущем стать людьми. В 2001 году президент Джордж Буш под давлением противников исследований ЭСК издал закон, ограничивающий государственное финансирование исследований с уже полученными ЭСК (такими как Н-9); никакие попытки произвести новые ЭСК не получали государственного финансирования^35. В Германии и Италии исследования с применением человеческих ЭСК тоже были в значительной степени ограничены, а в некоторых случаях и вовсе остановлены.

На протяжении приблизительно десяти лет для изучения эмбриологии человека и дифференцировки тканей из эмбриональных стволовых клеток можно было использовать лишь несколько видов человеческих ЭСК. Но потом, в 2006 и 2007 годах, в этом направлении опять произошел крутой поворот. В начале 2000-х годов специалистов занимал следующий вопрос: в чем состоит особенность стволовых клеток? Почему клетки кожи или В-клетки не просыпаются однажды утром и не решают превратиться в ЭСК – пойти “вверх по течению реки”, вернуться к своим истокам?

На первый взгляд этот вопрос кажется абсурдным. До 1990-х годов ни один из известных мне эмбриологов не воспринимал эмбриологию в качестве “улицы с двусторонним движением”. Пойдешь вперед – станешь человеком, со всеми причитающимися зрелыми клетками: нейронами, клетками крови и клетками печени. Пойдешь назад – возьмешь зрелые клетки (нейроны, клетки крови и клетки печени) и превратишь их в эмбриональные стволовые клетки. “Это казалось полным сумасшествием”, – сказал мне один исследователь.

Но одно наблюдение подкрепляло фантазию о “двустороннем движении”, по крайней мере среди небольшой группы эмбриологов. Последовательность ДНК в клетках (геном) одна и та же почти во всех клетках нашего тела[144], а особенности клеток, скажем, сердца или кожи определяются тем, “включены” или “выключены” в них те или иные подгруппы генов. Что будет, если мы изменим эту картину и “включим” и “выключим” гены в клетках кожи так, как они “включены” и “выключены” в стволовых клетках? Станет ли в результате клетка кожи стволовой, способной производить клетки не только кожи, но также и костей, хрящей, сердца, мышц и мозга – любые клетки тела? И что останавливает клетку кожи от такого превращения?

В 2006 году клеточный биолог Синъя Яманака из Киото взял из кончика мышиного хвоста фибробласты (обыкновенные веретеновидные клетки, которые встречаются в разных вариантах во всем теле) и ввел в них четыре гена^36. Яманака выбрал эти гены неслучайно: он многие годы изучал гены Oct3/4, Sox2, c-Myc и Klf4 и выбрал их из-за уникальной способности “перепрограммировать” свойства взрослых клеток так, что те становятся похожими на стволовые. В конце 1990-х годов он начал работать с двадцатью четырьмя генами, сопоставляя их эффекты в разных сочетаниях, комбинируя их и добавляя другие, пока не выбрал эти четыре. Каждый из них кодирует важный регуляторный белок – молекулярный переключатель, включающий и выключающий десятки других генов. Как установил Яманака, все они играют ключевую роль в поддержании человеческих и мышиных ЭСК в состоянии стволовых клеток. Что будет, если взять не стволовую клетку, а какой-нибудь зрелый фибробласт и намеренно заставить его экспрессировать эти четыре регуляторных гена, обеспечивающих идентичность стволовых клеток?

В один прекрасный день молодой исследователь Кацутоси Такахаси из лаборатории Яманаки разглядывал под микроскопом фибробласты, в которых пытался добиться экспрессии четырех важных генов. “У нас есть колонии!” – закричал он^37. Яманаки кинулся к нему. Действительно, колонии. Прозаического вида веретеновидные клетки изменили морфологию и превратились в блестящие шарообразные кластеры. Впоследствии Яманака установил, что в их ДНК произошли химические превращения и изменились белки, упаковывающие ДНК в хромосомы. Изменился даже метаболизм. Фибробласты превратились в стволовые клетки. И подобно ЭСК они обновляли сами себя в клеточной культуре. После инъекции в тело мыши с подавленным иммунитетом они формировали человеческие клетки многих видов – клетки костей, хрящей, кожи и нейроны. И все эти клетки происходили из фибробласта кожи – полностью дифференцированной клетки, не имеющей никакой другой функции, кроме как служить опорой и поддерживать целостность кожной ткани или заживлять раны^38.

Этот результат стал для биологов полным шоком – настоящим землетрясением Лома-Приета, сотрясшим тектонические плиты мира стволовых клеток. Помню, как один из старших биохимиков с нашего факультета вернулся взволнованным и недоверчивым после семинара в Торонто, где Яманака представлял свои данные. “Я просто не могу в это поверить, – рассказывал он мне после возвращения. – Но результаты воспроизводятся вновь и вновь. Это должно быть правдой”. Яманака превратил фибробласты в стволовые клетки. Превращение, которое казалось биологически невозможным. Как будто он взял и – хоп! – обратил вспять биологические часы. Он превратил полностью выросшее существо не просто в ребенка, но в эмбрион.

В 2007 году Яманака с помощью этого метода превратил фибробласты уже человеческой кожи в клетки, напоминающие ЭСК^39. Через год Томсон, известный исследованиями в области человеческих стволовых клеток, заменил два других гена на с-Мус и Klf4 и тоже превратил человеческие фибробласты в эмбриональные стволовые клетки (осуществить экспрессию с-Мус в клетках ЭСК представлялось особенно сложным по той причине, что этот ген может вызывать рак, и биологи опасались, что эти клетки могут стать раковыми). Такие клетки были названы индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками (ИПСК): “индуцированными” потому, что с помощью генетических манипуляций зрелые фибробласты были изменены и превратились в плюрипотентные клетки.

После открытия Яманаки, за которое в 2012 году он был удостоен Нобелевской премии, сотни лабораторий мира начали работать с ИПСК. Притягательность этой технологии состоит в следующем: вы берете свою собственную клетку – фибробласт кожи или клетку крови – и заставляете ее ползти назад во времени и превращаться в ИПСК. А из ИПСК можно сделать любую клетку, какую вы только захотите, – клетку хрящевой ткани, нейрон, Т-клетку, бета-клетку поджелудочной железы – и все они по-прежнему будут вашими. Нет проблемы гистосовместимости. Не нужно подавлять иммунитет. Нет оснований беспокоиться о том, что “гость” обернется против “хозяина”. Теоретически этот процесс можно повторять бесконечно: превращать ИПСК в бета-клетки, потом обратно в ИПСК, потом обратно в бета-клетки (честно говоря, пока никто не пробовал это делать). Эта рекур-сивность порождает дополнительные фантазии о создании нового человека, у которого можно восстанавливать и восстанавливать до бесконечности любые выродившиеся органы или ткани.

Я иногда вспоминаю древнегреческую притчу о корабле Тесея. Корабль сделан из множества досок. Со временем доски начинают гнить, и их заменяют новыми, пока не заменят все. Изменился ли в результате корабль? Он другой или тот же самый?

Сегодня эти размышления кажутся метафизическими. Но вскоре они могут стать реальностью. И по мере того, как мы пытаемся создавать новые части человека из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (многие ученые это уже делали) и потом новые части из этих частей, я вновь думаю об улитке Озик. Она защищена от истирания и исчезновения, но оставляет за собой след метафизических вопросов, продвигаясь в неизвестное непонятное царство. В конечном итоге все стирается и заменяется новым. Та же это улитка или уже другая?

Восстанавливающие клетки. Повреждения, распад и постоянство

Нежность и порча —

Соседние страны.

И порча – такой агрессивный сосед,

Чей блеск

Захватывает^1.

Кей Райан, 2007

Молодой исследователь из Австралии Дэн Уортли оказался в моей лаборатории, переплыв через несколько океанов – как физических, так и метафизических. Он учился на гастроэнтеролога (об этом направлении я знаю очень мало) и попал в Колумбийский университет в Нью-Йорке, чтобы работать с профессором Тимом Вонгом (моим давним другом и коллегой) над проблемой рака прямой и толстой кишки и регенерации клеток толстой кишки.

Теперь стандартные методики генной инженерии позволяют изменить конкретный мышиный ген таким образом, чтобы пометить кодируемый им белок флуоресцентным маркером. Такой белок становится сверкающим маячком и легко обнаруживается в клетках, если он там есть, с помощью микроскопа. Представьте себе, что вы проделали это с генами циклинов, которые контролируют клеточный цикл: вы увидите, что клетки начинают светиться по мере того, как синтезируется конкретный циклин, а потом свечение исчезает, когда белок расщепляется. Если применить тот же подход для мечения актина, из которого сформирован клеточный скелет, почти вся мышь засверкает. Т-клеточный рецептор будет светиться только на Т-клетках. Инсулин – в клетках поджелудочной железы. Кстати, эти светящиеся белковые маркеры исходно принадлежали медузам, так что в генетическом плане эти маленькие кусочки мыши происходят от существа, покачивающегося и пульсирующего в глубинах океана.

Уортли произвел генетические манипуляции в соответствии с данной методикой и создал ген, названный Gremlin-1. Если в клетке синтезируется его продукт, белок Gremlin-i, клетка светится, и это видно под микроскопом. Исходя из результатов предыдущих исследований, Дэн надеялся, что белок будет светиться в клетках толстой кишки. И он действительно обнаружил его в клетках определенного типа. Однако, обладая природной любознательностью в сочетании с педантичностью, он решил поискать помеченные белком клетки и в других тканях. И обнаружил их в нескольких местах, в том числе в костях. С этого и началось наше сотрудничество.

Если бы кто-нибудь составил каталог малоизученных, но при этом жизненно важных клеток или, скажем, расположил органы по порядку в зависимости от соотношения “реальной значимости” и “научного пренебрежения”, одними из первых в обоих списках оказались бы кости. Средневековые анатомы считали кости матрицей для кожи или крепежом для внутренностей (хотя Везалий, вопреки этой тенденции, тщательно зарисовывал скелет, и некоторые его гравюры отражают детали строения различных костей). В Главном госпитале Массачусетса, где я работал в начале 2000-х годов, сотрудники ортопедического отделения с усмешкой называли себя “твердолобыми”[145]. И все помнят трагикомичный монолог “Твердолобого Билла” из военного стихотворения Роберта Сервиса о солдате, который обучен калечить и убивать, не рассуждая: “Мое дело – рисковать жизнью и ногами, / но правильно это или нет?”2

Однако выясняется, что скелет – одна из самых сложных клеточных систем организма. Кости растут до определенного момента, словно зная, когда нужно остановиться. Они непрерывно восстанавливают себя на протяжении всей жизни и сами залечивают повреждения. Они чувствительны к гормональным сигналам и даже синтезируют собственные гормоны[146]. Центральная полость кости с костным мозгом – белостенные ясли для выращивания клеток крови. Здесь зарождаются остеопороз и остеоартрит – две главные болезни старости, причина миллионов смертей пожилых людей во всем мире. А еще кость – мой личный враг: мой отец упал и получил перелом черепа, что вызвало кровотечение и стало в конечном итоге причиной его смерти.

Но вернемся к Дэну и его костям. Однажды утром в 2014 году Дэн спустился ко мне в лабораторию на лифте (его была на три этажа выше) с коробкой срезов костной ткани. Я мог солгать и сказать, что меня это безумно интересует, но это было не так. Исследователи из самых разных лабораторий просят моих молодых сотрудников (и меня тоже) посмотреть на их образцы и выяснить, нет ли в этих костях чего-нибудь интересного, и это постоянная трата их (и моего) времени. Я вежливо попросил Дэна прийти в другой раз.

Но Дэн был упрям. Невысокого роста, напористый, энергичный и целеустремленный, он походил на австралийскую ручную гранату. Он знал о моем интересе к костям. Я онколог и лечу пациентов с лейкозом, а эта болезнь начинается с костного мозга, где живут кроветворные стволовые клетки. Десятки лет я изучаю взаимодействие клеток кости и крови: например, почему стволовых клеток крови нет в мозге или в кишечнике? Что такого особенного в костях? Мы нашли несколько ответов: клетки костного мозга посылают специфические сигналы стволовым клеткам крови, поддерживая их функцию. За эти годы я также пытался понять анатомию и физиологию костей. Сейчас популярна идея, что можно приобрести определенные навыки, если заниматься каким-то делом – например, играть в бейсбол – больше десяти тысяч часов. В клеточной биологии это достигается наблюдением: я разглядывал через микроскоп более десяти тысяч образцов костной ткани.

Прошло не больше недели, как Дэн вернулся, проскользнув по коридору с подобострастием и решительностью и с той же синей коробкой со срезами. Ему было безразлично мое безразличие. Я сдался и согласился взглянуть.

Я задернул шторы, и микроскоп засветился, распространяя по комнате рассеянный синевато-зеленоватый свет. Дэн ходил взад-вперед в глубине комнаты, как животное в клетке, бормоча что-то про Gremlins. Срезы были идеально подготовлены с помощью микротома, демонстрируя классическую гистологию кости.

На первый взгляд кость может показаться лишь куском затвердевшего кальция, но на самом деле она состоит из разнообразных клеток. Самые известные – костные клетки (техническое название – остеофиты), но есть еще два менее известных типа. Второй тип – остеобласты, которые откладывают кальций и белки, формируя слои твердого костного матрикса, а затем оказываются в ловушке собственных отложений, образуя новую кость. Эти клетки производят костную ткань: обычно они увеличивают длину и толщину кости (в названии клеток есть буква Ь, что помогает запомнить: эти клетки создают кость – bone making).

Третий тип – остеобласты, это крупные клетки с множественными ядрами, которые поедают костную ткань. Они “пережевывают” матрикс или проделывают в нем дыры, удаляя и моделируя костную ткань, как садовник, подстригающий кусты (в названии есть буква с из слова “жевать” – bone chewing). Динамическое равновесие между остеобластами и остеокластами (клетками, создающими и “жующими” костную ткань) обеспечивает гомеостаз кости. Уберите остеобласты – не будет формироваться новая кость. Повредите остеокласты, поедающие кость, – и та “окаменеет”, как говорили патологоанатомы прежних времен, станет на вид крепкой, но трудно восстанавливаемой. Внутренние полости сократятся, сдавливая пространство, отведенное для костного мозга, что ускорит развитие болезни, называемой остеопетрозом[147].

Но кость не только уменьшается и увеличивается в толщину, она растет еще и в длину. И здесь кроется клеточная тайна. Мы уже обсуждали клетки, позволяющие органам увеличиваться в ширину. Но как клетки могут распространяться в одном направлении, чтобы увеличивать орган в длину? Анатомы прошлого, включая Мари Франсуа Ксавье Биша, обратили внимание, что формированию многих костей предшествует образование матрицы из хрящевой ткани. Затем происходит отложение солей кальция, и матрица твердеет с образованием знакомой нам костной структуры и растет дальше. Наиболее значительное удлинение происходит на концах костей, а средняя часть остается почти неизменной. В середине 1700-х годов хирург Джон Хантер ввинтил два шурупа в растущую кость подростка. Он заметил, что со временем расстояние между винтами не изменилось. Но если бы он ввинтил шурупы в концы кости, он бы увидел, как она удлиняется – со временем шурупы разошлись бы, как два конца эластичной ленты удаляются друг от друга при ее растяжении. Короче говоря, на концах кости (но не в середине) есть клетки, которые создают новые клетки, удлиняющие кость.

В кости есть особое место, как раз там, где ее головка – кулакообразный конец длинной кости – соединяется с так называемым телом кости. Где-то на этом стыке, в глубине кости, находится структура, называемая “пластинкой роста”. Если вы соберете пальцы в кулак и представите, что нижняя часть руки – это тело длинной кости, а кулак – ее конец, то пластинка роста будет располагаться где-то в районе запястья.

Пластинка роста существует у детей и подростков – иногда ее можно увидеть на рентгеновских снимках как белую полосу, – но у взрослых она постепенно закрывается. Вы можете представить себе пластинку роста как детский сад для молодых клеток кости. Именно пластинка роста дает начало зрелым хрящевым клеткам и остеобластам. Молодые хрящевые клетки, а затем костеобразующие остеобласты мигрируют от пластинки роста в область, прилегающую к головке кости, откладывая новый матрикс и кальций между головкой и телом кости, что, в свою очередь, приводит к удлинению кости.

И вот тут-то и сыграли роль срезы Дэна. Ученые уже десятки лет знали о существовании пластинки роста. Но как поддерживается рост костей, особенно в подростковом периоде, когда юноши и девушки прибавляют по сантиметру чуть ли не каждый месяц? Мы знаем, что клетки зрелого хряща не делятся и не растут, так какие же клетки порождают новые клетки кости неделю за неделей? Существует ли некий резервуар скелетных клеток, поддерживающих рост молодых костей хрящевой и костной тканей? Клетки, которые Дэн высветил в теле мыши, находились именно в пластинке роста в виде четкой и слегка изогнутой линии, как ряд прекрасно сформированных зубов. Я смотрел и смотрел. И был невероятно заинтригован.

В жизни ученых бывают моменты, когда речь пропадает. Тогда между мной и Дэном произошло нечто похожее. Речь – по крайней мере, обычная речь – исчезла. Мы действовали инстинктивно. Между нами проносились феромоны идей, в основном без слов. В ту ночь я долго не ложился спать, обдумывая новый эксперимент, который нам нужно будет провести. На следующее утро я пришел в лабораторию и обнаружил, что Дэн уже все сделал.

Первая серия опытов была простой. Что это были за клетки? Где они обитали? В какой период времени? В первом эксперименте Дэн увидел светящиеся клетки с белком Gremlin-i в пластинке роста молодой мыши. В зародыше мыши он обнаружил группы этих клеток именно в тех местах, где формировались новые хрящи и кости. Вообразите формирующуюся крохотную лапку или малюсенький пальчик. Эти клетки были именно там и делились с бешеной скоростью.

Он продолжал наблюдать, и выяснилось нечто потрясающее: клетки мигрировали из костей новорожденного животного к пластинке роста (к тому месту, где головка кости соединяется с ее длинной частью) и самостоятельно выстраивались в четкую линию. По мере взросления мыши, когда кость переставала удлиняться, этих клеток становилось все меньше и меньше. Таким образом, эти клетки явно имели какое-то отношение к образованию кости.

Но какое? Молекулярный маячок, созданный Дэном, имел еще одно свойство. С его помощью можно следить за судьбой клетки по мере ее деления. Для этого нужно произвести дополнительные манипуляции, и тогда, если одна клетка производит белок Gremlin-i (и, следовательно, светится), ее дочерние клетки тоже будут светиться, и так далее до бесконечности. Это так называемый метод отслеживания линий, как будто вы отыскиваете всех представителей огромной семьи, даже если они рассеяны во времени и в пространстве. Это молекулярный способ высвечивания семейного древа.

Дэн провел этот эксперимент с очень молодой мышью. И следя за клетками, синтезирующими белок Gremlin, обнаружил, что те дают начало новым хрящам. Это меня заинтересовало: хрящевые клетки всегда оставались до некоторой степени загадочными. Но по мере того, как он следил за развитием ткани все дольше и дольше, семейное древо все усложнялось и усложнялось. Следующими засветились большие округлые клетки зрелой хрящевой ткани. А потом начали светиться остеобласты – клетки, формирующие кость. Наконец, появились совсем неизвестные клетки с вытянутыми наружу веретенообразными волокнами; мы назвали их ретикулярными клетками, но их функция оставалась непонятной. Пожалуй, удивительнее всего то, что самые первые, исходные клетки с помеченным белком Gremlin не исчезали – по крайней мере, в теле молодой мыши. Итак, Дэн нашел ту самую клетку – которая находится в пластинке роста и дает начало хрящевым клеткам, впоследствии превращающимся в зрелые остеобласты, а это два основных компонента костной ткани. Мы назвали эти клетки OCHRE: Osteo (кость), CHondro (хрящ) и РЕтикулярные клетки.

Дэн, Тим Вонг и я опубликовали статью в журнале Cell в 2015 году^3. В то же самое время блестящий молодой исследователь (а ныне ассоциированный профессор) Чак Чан, работавший с Ирвингом Вайсманом в Стэнфорде, тоже обнаружил скелетные стволовые клетки^4.

Худой и высокий Чан похож на панка; он всякий раз приходит в лабораторию, словно только что вернувшись с рейва. Однако он обладает поразительной экспериментальной дисциплиной. Чан, Вайсман и бывший хирург, а ныне ученый Майкл Лонгейкер измельчали кости и использовали проточную цитометрию – любимый метод Вайсмана – для выделения популяций скелетных клеток, дающих начало хрящам и костям. Их статья вышла одновременно с нашей, в том же выпуске журнала Cell. Сходство (генетическое, физиологическое, гистологическое) между двумя типами клеток, обнаруженными нашими группами, было поразительным. Мы вступили в дружеское соперничество за то, чтобы дать клетке название. Кажется, OCHRE (кстати, охра – один из моих любимых оттенков) все же побеждает.

Первые статьи Дэна и Чака подняли ряд вопросов. До сих пор неизвестно, порождают ли клетки с помеченным белком Gremlin сначала молодые хрящевые клетки (промежуточные), а потом уже остеобласты, или же они дают начало обеим линиям одновременно. Есть ли какие-то внешние или внутренние факторы, которые влияют на эту дифференцировку? Как поддерживается это равновесие (гомеостаз)? И воспроизводят ли эти клетки сами себя? Первые результаты экспериментов по пересадке этих клеток в кости мышей подтверждают, что клетки возобновляют сами себя. Таким образом, клетки с помеченным белком Gremlin действительно можно назвать истинными скелетными стволовыми клетками, способными превращаться в клетки разных типов и возобновляться. Наверное, моя лаборатория и я сам больше всего гордимся именно открытием клеток OCHRE (предполагаемых клеток-предшественников или стволовых клеток). Теоретически они позволяют ответить на два очень старых вопроса. Как растут кости у подростков? Благодаря специфической популяции клеток, находящихся на пластинках роста на двух концах кости, происходит выработка хрящевых клеток и остеобластов, способствующих ее удлинению. А почему рост прекращается? Потому, что эта популяция со временем постепенно исчезает, так что по достижении взрослого возраста таких клеток в организме остается крайне мало.

Но это не все. В истории произошел еще один поворот. Шон Моррисон из Техаса – бывший ученик Вайсмана и самый упорный клеточный биолог из всех, кого я знаю, – обнаружил в костном мозге еще один тип клеток, способных производить остеобласты и формировать костную ткань. В отличие от клеток с помеченным белком Gremlin, клетки Моррисона (назовем их LR по названию одного из генов, который в них экспрессируется) рождаются позже, во взрослом возрасте, и в основном дают начало костной ткани, нарастающей вдоль длинной части кости – не в пластинках роста, а вдоль костной трубки между двумя пластинками^5. Эти клетки не являются источником хрящевых или ретикулярных клеток. Но если кость сломана где-то посредине, клетки LR активируются и создают клетки, которые восстанавливают поврежденную костную ткань.

Какая путаница, должно быть, подумали вы. Но на деле все как раз наоборот. Кость – это орган, который имеет несколько источников омоложения, это гибрид. В двух ее частях имеются как минимум два источника омоложения. Есть клетки OCHRE (или OCR) в пластинках роста, которые позволяют кости удлиняться. Они возникают на ранних этапах развития, а с возрастом исчезают. А есть клетки LR, которые возникают в конце подросткового периода и участвуют в поддержании толщины длинных костей и в заживлении переломов.

Таким образом, данные Моррисона, вероятно, позволяют ответить на третий вопрос. Как утолщаются и заращиваются после переломов кости взрослого человека, у которого нет или почти нет клеток пластинки роста? Возможно, за эту функцию отвечает резервная популяция других клеток (находящихся не в пластинке роста, а в костном мозге). Мы думаем, что клетки, появляющиеся первыми (те, которые обнаружил Дэн), формируют и удлиняют кость во время внутриутробного развития, а затем выполняют более ограниченную функцию, поддерживая рост пластинки при взрослении. Более поздние клетки (обнаруженные Моррисоном) действуют как отдельная армия, заращивая переломы и поддерживая целостность кости. Такая стратегия двух армий позволяет решать задачи по созданию и сохранению костной ткани. Зачем нужны две армии? Этого мы не знаем.

В 2017 году Дэн вернулся в Австралию, оставив меня в одиночестве, но потом перебросил через океан еще одну (очень ценную) “гранату”. Джиа Инг – небольшого роста, настойчивая и такая же энергичная и решительная, как Дэн, – прибыла в лабораторию в 2017 году, чтобы продолжить исследования клеток с помеченным белком Gremlin. Если Дэна интересовала физиология (как растет костная и хрящевая ткань), то Джиа сосредоточилась на патологических процессах (как эти ткани распадаются).

Остеоартрит – это вырождение хрящевой ткани. Старая догма гласит, что постоянное трение одних костей о другие приводит к истончению смазывающей прокладки хряща на головке кости, скажем бедренной. Хрящевые клетки на контактирующих поверхностях отмирают, и кость начинает изнашиваться. Так что Джиа принялась изучать мышей с остеоартритом, пользуясь методиками Дэна.

Первый сюрприз касался местоположения: локализация, локализация и еще раз локализация. Мы были настолько заворожены скелетными стволовыми клетками, порождающими новые клетки хряща и кости в пластинке роста, что не обратили внимания на второй участок их локализации. Посмотрев свежим взглядом, мы заметили клетки OCHRE с помеченным белком Gremlin еще и в тонком слое, покрывающем, как вуалью, головку кости. Они сидели, заманчиво поблескивая, в месте соединения двух костей, именно там, где начинает развиваться остеоартрит.

Трудно передать, в каком возбуждении мы находились в последующие дни. Я проглатывал утренний кофе, хватал ноутбук, долетал до лаборатории по шоссе и бросался в комнату для микроскопии, где Джиа уже установила слайды срезов, сделанных предыдущей ночью (она работала допоздна, я начинал рано утром). Я включал микроскоп и начинал смотреть и подсчитывать. Наблюдать.

Джиа вернулась к эксперименту Дэна по отслеживанию линий: с помощью несмываемой молекулярной татуировки она помечала клетку, ее детей, внуков и так далее. Как и в экспериментах Дэна, здесь нас тоже ждал сюрприз. Когда Джиа в первый раз пометила клетки, мы обнаружили их в тонком слое, покрывающем поверхность сустава. А по прошествии нескольких недель они начали слой за слоем формировать на суставе хрящевую ткань. Примерно через месяц мы обнаружили под слоем хряща клетки кости.

Но что происходит с этими клетками при артрите? Мы написали совместный проект, предполагая, что клетки с помеченным белком Gremlin (или клетки ORCHE) выступают в роли резервуара для восстановления ткани. Мы выдвинули гипотезу о том, что при развитии артрита мышиные клетки OCHRE пытаются восстановить утерянный хрящ – во многом таким же образом, как стволовые клетки или клетки-предшественники в других органах пытаются восстановить изношенную или поврежденную ткань. Остеоартрит – это forme fruste, состояние, при котором ткань пытается себя возобновить, но безуспешно.

Ученые часто пишут о том, какую радость доставляет подтверждение гипотезы или теории. В начале 1900-х годов идея Эйнштейна о постоянстве скорости света наглядно доказала справедливость более ранних экспериментальных наблюдений Альберта Майкельсона и Эдварда Морли (“Если бы опыт Майкельсона – Морли не привел нас в серьезное замешательство, никто бы не счел теорию относительности [наполовину] искуплением”, – писал позднее Эйнштейн^6). Но в науке случается радость и другого типа, когда оживление по какому-то поводу оказывается ошибочным. Это такое же радостное событие, но с противоположным знаком: когда эксперимент доказывает, что гипотеза ошибочна, стрелка истины поворачивается, как флюгер, точно в противоположном направлении.

Через три недели после того, как Джиа индуцировала у мыши артрит (что можно сделать несколькими способами, например ослабив один из бедренных суставов; это повреждение средней тяжести, так что мыши почти всегда выздоравливают), мы вернулись к микроскопам для изучения срезов кости. Мы надеялись увидеть, как клетки OCHRE, подсвеченные флуоресцентным белком, активно размножаются, пытаясь устранить повреждение. Комнату залил все тот же сине-зеленый свет.

Мы полностью ошибались. Как и ожидалось, у молодой мыши без артрита образовался слой меченых клеток OCHRE, располагавшихся в виде блестящей полоски на поверхности сустава. Но у мыши с повреждением, вопреки нашим ожиданиям, эти клетки не только не проявили дополнительной активности и не начали делиться, чтобы спасти сустав, но либо уже умерли, либо умирали. Повреждение убило стволовые клетки – так что они не могли больше поддерживать синтез хрящевой ткани.

Я выключил микроскоп, и пришло озарение. Может быть, остеоартрит – это болезнь, вызванная потерей стволовых клеток? На первых стадиях заболевания повреждаются стволовые клетки, которые синтезируют хрящевую ткань, так что они больше не могут поддерживать образование хряща. Нарушается баланс между ростом и вырождением. Повреждение нарушает способность хрящевой ткани сустава поддерживать внутреннее равновесие – между ростом новой хрящевой ткани (с помощью стволовых клеток) и распадом старой (из-за возраста и повреждений).

(а) Клетки молодой мыши, светящиеся из-за присутствия флуоресцентного белка Gremlin, (б) Тот же сустав после индуцирования артрита: видно постепенное отмирание и исчезновение клеток, синтезирующих белок Gremlin.

Из работы Джиа Инг.

Мы провели великое множество экспериментов, чтобы подтвердить эту гипотезу. Тогрул Джафаров из Канады подхватил работу Джиа. Используя очень точный метод, он научился уничтожать клетки с помеченным белком Gremlin, вводя в коленный сустав химическое вещество (по сути, этот эксперимент противоположен эксперименту Джиа): если остеоартрит приводит к гибели клеток с помеченным белком Gremlin, возникнет ли остеоартрит в результате уничтожения этих клеток? И действительно, у мышей развивался остеоартрит. Разрушение суставов происходило даже у молодых, здоровых, подвижных и в остальном совершенно нормальных мышей. Они хромали, пока клетки не начинали восстанавливать хрящ.

Джафаров продолжал опыты. Он инактивировал ген, необходимый для поддержания жизни клеток, синтезирующих белок Gremlin, тем самым уничтожив их генетическим путем. У мыши опять развился остеоартрит, причем на сей раз в более тяжелой форме, чем мы наблюдали ранее. (Я ахнул, когда увидел те кости. В некоторых местах хрящевая ткань была изъедена до такой степени, что конец кости походил на взорванную динамитом гору. На поверхности выступали растрескавшиеся оголенные “скалы” кости.)

Джафаров выделил из животных клетки, производящие белок Gremlin, вырастил их в клеточной культуре и пересадил мышам с артритом. Клетки стали делиться и производить новые меченые клетки (хотя их было немного), а затем вновь создавать костную и хрящевую ткань. Он добавил в суставное пространство лекарство, которое дополнительно увеличило количество меченых клеток. Мыши были защищены от остеоартрита.

Тогрул, Джиа, Дэн и я послали наши данные на публикацию зимой 2021 года[148]. Мы выдвигали совершенно новую гипотезу о развитии остеоартрита. Дело не только в вырождении хрящевых клеток, вызванном истиранием и износом. В первую очередь причина заключается в нарушении равновесия в результате гибели клеток-предшественников хрящевой ткани, которые не могут производить адекватное количество костных и хрящевых клеток, чтобы удовлетворять требованиям суставов. Таким образом, у нас появилась теория, объясняющая четвертую загадку, связанную с возрастом: почему хрящевая ткань в суставах взрослых людей не восстанавливается, как восстанавливается костная ткань при переломах? Потому, что клетки, отвечающие за восстановление, умирают в результате повреждения.

Повреждение и репарация происходят параллельно, но, когда мы стареем, повреждения и ослабление регенерационной способности продолжают нарастать и одерживают верх. Остеоартрит – это дегенеративное заболевание, возникающее из-за нарушения регенерации. Это проблема омолаживающего гомеостаза.

Какой общий вывод следует из всех этих экспериментов? Одна из самых странных загадок клеточной биологии заключается в том, что, хотя первоначальное образование органов, по-видимому, следует сравнительно упорядоченной схеме[149], поддержание и восстановление тканей взрослого организма кажется менее упорядоченным и характерным только для конкретной ткани. Если вы отрежете половину печени, ее оставшиеся клетки будут делиться и восстановят печень почти до прежнего размера, причем даже у взрослого человека. Если вы сломаете кость, остеобласты отложат новую костную ткань и залечат перелом, хотя у взрослых людей этот процесс очень сильно замедляется. Но повреждение других органов может оказаться необратимым. Когда перестают делиться нейроны головного и спинного мозга, новые нейроны не образуются[150] (клетки находятся в постмитотическом состоянии, т. е. больше не делятся). Не восстанавливаются после гибели и некоторые клетки почек.

Как показали Дэн, Джиа и Тогрул, в суставных хрящах наблюдается промежуточная ситуация. У взрослых мышей полностью созревшие хрящевые клетки по большей части являются постмитотическими. Но у молодых мышей существует резервуар клеток, способных восстанавливать хрящ; с возрастом и в результате повреждений этот источник иссякает, пока не исчезнет полностью[151].

Похоже, будто каждый орган и каждая клеточная система выбрали свой тип “пластыря” для репарации и регенерации. Он есть у птиц, он есть у пчел, но он работает по-разному у птиц и у пчел (или в печени и в нейронах). Да, существуют некоторые общие принципы: в органах есть клетки, ответственные за репарацию и способные сопротивляться старению и повреждению. Однако особенности механизмов репарации показывают, что клеточные “пластыри” создавались специфическим образом в каждом органе. Поэтому следует изучать механизмы повреждения и репарации для каждого органа и для каждого типа клеток в отдельности. Впрочем, возможно, мы еще найдем какие-то общие принципы репарации, ведь существуют общие принципы клеточной биологии, обнаруженные учеными в других клеточных системах.

Таким образом, в терминах клеточной биологии суть повреждения или старения проще понять через абстрактное сравнение, как жесткую борьбу между процессами распада и восстановления, причем скорости этих процессов специфичны для каждой отдельной клетки и каждого отдельного органа. В некоторых органах повреждение побеждает восстановление. В других восстановление справляется с повреждением. А в третьих между двумя скоростями существует тонкое равновесие. Тело в устойчивом состоянии остается стабильным. Не делай что-то просто так, стой здесь. Однако “стоять здесь” не означает находиться в статичном состоянии, это чрезвычайно активный процесс. То, что выглядит неподвижным и статичным, на самом деле представляет собой непрерывную борьбу между двумя конкурирующими скоростями. Как писал Филип Ларкин: “В смерти ты ломаешься, / Кусочки, бывшие тобой, / Начинают расходиться навсегда, / Чтобы больше не увидеться”7.

Однако умирание происходит не тогда, когда разваливаются органы. Это губительное накопление повреждений в ущерб восторгу исцеления. Нежность, как писала Кей Райан, соперничает с порчей.

Главными воинами в этой ожесточенной битве являются клетки – клетки, умирающие в тканях и органах, и клетки, восстанавливающие ткани и органы. Вспомним определение гомеостаза: это поддержание стабильности внутренней среды. Поначалу мы обратились к этой концепции, чтобы понять, как клетки поддерживают свою внутреннюю сущность. Затем мы использовали ее для описания того, как здоровый организм справляется с метаболическими изменениями и изменениями в окружающей среде (солевая нагрузка, накопление отработанных продуктов, метаболизм сахаров). А теперь мы применяем ее для анализа равновесия между повреждением и восстановлением. Смерть – абсолют абсолютов – на самом деле сводится к изменению равновесия между силами распада и силами омоложения. Если вы сдвигаете равновесие в одну сторону, так что скорость повреждений превышает скорость выздоровления или восстановления, система рушится. Скопа, подброшенная порывом ветра, больше не может висеть в воздухе.

Эгоистичные клетки. Экологическое равновесие и рак

Тот, кто не обучался химии или медицине, возможно, не осознает, насколько сложно в действительности решить проблему рака. Это почти так же сложно – не так же, но почти, – как найти какое-то вещество, которое растворит, скажем, левое ухо, но не затронет правое^1.

Уильям Воглом, 1947

Наконец мы завершаем круг и возвращаемся к клетке, способной на бесконечное перерождение, – к раковой клетке[152]. Рождение или возрождение никаких других клеток не изучали так настойчиво и интенсивно. Но, несмотря на десятилетия исследований, все наши попытки победить рождение и перерождение раковых клеток всякий раз оказывались тщетны. Какие-то характеристики и механизмы происхождения, регенерации и распространения раковых клеток уже ясны. Но многое еще остается неизвестным.

Чтобы понять принципы деления злокачественных клеток, начнем с обсуждения деления нормальных. Представьте, что вы порезали руку. Реакция на порез представляет собой каскад клеточных событий, восстанавливающих исходное состояние ткани, – гомеостаз в действии. У вас идет кровь. Вокруг раны накапливаются тромбоциты и факторы свертывания, индуцированные повреждением. Первыми на проникновение инфекции реагируют нейтрофилы, которые воспринимают сигнал тревоги и тоже собираются в месте повреждения. Они охраняют территорию, гарантируя, что патогены не смогут пересечь границы тела. Образуется сгусток крови, и рана постепенно закрывается.

Начинается заживление. Если рана неглубокая, ее края соединяются сами собой. Если глубокая, из-под кожи поступают фибробласты (веретенообразные клетки, присутствующие почти во всех тканях), которые формируют под раной белковый матрикс. А затем клетки кожи размножаются на поверхности матрикса, закрывая рану; иногда после этого остается шрам. Когда клетки начинают соприкасаться, их деление прекращается. Этот процесс координируют несколько видов специализированных клеток. Рана залечена.

Но возникает вопрос: что заставляет клетки кожи расти? И в контексте обсуждения рака – что заставляет их останавливаться? Почему всякий раз, когда мы порежемся, у нас не вырастает новый отросток, как новая ветка на дереве?

Отчасти ответ связан с тем, что мы обсуждали в начале книги, – с обнаруженными Хантом, Хартвеллом и Нёрсом генами, контролирующими деление клеток. Когда возникает порез, сигналы из раны и сигналы реагирующих на ранение клеток (внешние и внутренние) активируют каскад генов, стимулирующий деление репарирующих клеток. А когда заживление завершается и клетки кожи смыкаются друг с другом, поступает новый набор сигналов, заставляющий клетки выйти из цикла деления. Это похоже на газ и тормоз в автомобиле: на широкой и пустой дороге (сразу после повреждения) машина ускоряется, но, когда движение сгущается, деление клеток постепенно замедляется и останавливается. Такое регулируемое деление клеток происходит в теле каждого человека по многу миллионов раз за день. Это принцип развития организма из единственной клетки. Почему эмбрионы не увеличиваются в двадцать раз? Это основа эмбриогенеза. Почему после каждого пореза у нас не вырастает новая конечность? Это основа непрерывной репарации и регенерации органов. Почему Нэнси Лоури не взорвалась от скопления клеток крови после пересадки костного мозга сестры? Это основа принципа действия стволовых клеток крови: они производят новое потомство, но останавливаются, когда нормальное количество клеток восстановлено.

В каком-то смысле рак – это нарушение внутреннего гомеостаза: его главным признаком является отсутствие регуляции клеточного деления. Ломаются (например, мутируют) гены, контролирующие педали газа и тормоза, так что кодируемые ими белки, регулирующие клеточное деление, перестают нормально функционировать. Педаль газа постоянно остается нажатой, или педаль тормоза – необратимо сломанной. Часто отказывают оба механизма (заклинивает педаль газа и не действуют тормоза), что провоцирует аномальный рост раковых клеток. Машина несется в сгустившемся потоке, сталкиваясь с остальными и вызывая опухоли. Или резко и спонтанно вылетает на другую дорогу, вызывая распространение метастазов. Я вовсе не наделяю раковые клетки личностными качествами. Это дарвиновский естественный отбор: с наибольшей вероятностью выживают успешные клетки. Они естественным образом отбираются как наиболее приспособленные к росту и делению – в условиях и тканях, в которых это не предусмотрено. Естественный отбор создает клетки, которые нарушают все законы принадлежности к коллективу и подчиняются только собственным.

Как я упомянул, повреждения генов газа и тормоза вызваны мутациями, которые изменяют ДНК (а значит, соответствующие белки) и нарушают ее функцию, так что ДНК оказывается постоянно “включена” или постоянно “выключена”. Заблокированная педаль газа – это включенные онкогены; сломанные тормоза – это выключенные опухолевые супрессоры. Большинство генов, с которыми связано возникновение рака, не управляют клеточным циклом напрямую (только некоторые). Но многие из них являются “начальниками начальников”: они привлекают к работе другие белки, которые, в свою очередь, привлекают третьи, в результате чего неконтролируемый каскад белковых сигналов повергает клетку в митотическое безумие – и та начинает бесконтрольно делиться. Клетки наслаиваются на клетки, захватывая ткани, к которым не имеют отношения. Они нарушают законы клеточного “гражданского” сосуществования.

Многие из этих генов не только контролируют деление клетки, но и выполняют различные функции, активируя или подавляя экспрессию других генов. Одни гены управляют метаболизмом клетки, позволяя ей использовать питательные вещества и способствуя злокачественному перерождению раковых клеток. Другие отменяют нормальный процесс ингибирования роста, который должен включаться при контакте клеток друг с другом: раковые клетки начинают налезать друг на друга, тогда как нормальные клетки прекращают делиться.

Еще одно удивительное свойство раковых клеток заключается в том, что в каждом конкретном варианте рака наблюдается уникальная для него комбинация мутаций. У одной женщины с раком молочной железы могут быть мутации в тридцати двух генах, у другой – в шестидесяти трех, и, возможно, только двенадцать из этих генов будут совпадать. Даже если гистологические картины двух раков молочной железы под микроскопом у патологоанатома выглядят одинаково, в генетическом плане они могут различаться: вести себя по-разному и по-разному реагировать на разные методы лечения.

На самом деле гетерогенность “мутационного профиля” (набора мутаций в раковых клетках) проявляется даже на уровне отдельных клеток. У женщины с раком молочной железы с тридцатью двумя генетическими мутациями может быть найдена раковая клетка с двенадцатью мутациями из тридцати двух, а непосредственно рядом с ней может находиться клетка с шестнадцатью мутациями, причем опять же какие-то из них будут совпадать, а какие-то нет. Поэтому даже один тип рака молочной железы может характеризоваться целым набором мутантных клеток, т. е. представлять собой группу неидентичных заболеваний.

У нас пока нет простого способа определять, какие из этих мутаций движут патологическим процессом развития опухоли (драйверные мутации), а какие просто появились в ДНК из-за активного деления клеток (пассажирские). Некоторые гены, такие как с-Мус, настолько часто мутируют при разных типах рака, что почти наверняка являются “драйверами”. Другие уникальны для отдельных видов рака – для лейкозов или только определенного варианта лимфомы. В отношении одних генов мы знаем, как именно они запускают неконтролируемый злокачественный рост, в случае других мы пока этого не понимаем.

Когда я зашел навестить Сэма П. в больнице в начале 2018 года, меня попросили подождать за дверью. Его затошнило, он извинился и ушел в ванную. Когда тошнота прошла, медсестра помогла ему лечь в постель.

Сгущались сумерки, Сэм включил лампочку около кровати. И попросил медсестру оставить нас вдвоем.

“Это конец? – спросил он, глядя мне прямо в глаза, так что его мозг словно напрямую впился в мой. – Только честно”.

Был ли это конец? Я обдумывал его вопрос. Это был очень странный случай: какие-то из его опухолей реагировали на иммунотерапию, тогда как другие оставались совершенно невосприимчивыми. И каждый раз, когда мы повышали дозу иммунотерапевтических препаратов, возникал аутоиммунный гепатит, “ужас самоотравления”, который отбрасывал нас назад. Как будто каждый метастаз выбрал свою собственную программу перерождения и сопротивления, забившись в собственную нишу в его теле, и каждый вел себя как независимая группа колонистов, высадившихся на своем собственном острове. Мы воевали одновременно на многих фронтах; где-то побеждали, где-то проигрывали. И всякий раз, когда мы оказывали эволюционное давление на рак (скажем, с помощью иммунотерапии), какие-то клетки ускользали и организовывали новую колонию мятежников.

Я сказал ему правду. “Я не знаю. И не узнаю до самого конца”. Опять вошла медсестра, чтобы сменить пакет на запищавшей капельнице, и мы сменили тему. Но я усвоил одно правило в отношении рака: рак – как упорный следователь, он не даст вам сменить тему, даже если кажется, что у вас получается.

Несколько месяцев назад, когда Сэм работал над статьей, я видел, как он и его друзья составляли подборку любимой музыки. Я включил этот плейлист на одной своей вечеринке. Там оказались мои любимые песни.

“Что ты сейчас слушаешь?” – спросил я. Такой обычный вопрос разрядил ситуацию, и в комнате возникло ощущение нормальности. Два приятеля разговаривают о музыке. Рок-н-ролл, хип-хоп, рэп. Мы проговорили еще час. И вдруг мы как будто дошли до такого места, где уже нельзя избежать неизбежных вопросов. Упорный следователь вернулся.

“Что-нибудь посоветуете, док? – спросил он. – Что происходит в конце?”

Что происходит в конце? Это древнейший вопрос, на который у нас до сих пор нет ответа. Я вспомнил пациентов, которые вели эту мучительную битву – выигрыш, проигрыш, выигрыш, – и подумал о том, что им было нужно в последние недели жизни. И попросил подумать о трех вещах, которые он мог бы сделать. Простить кого-то. Быть прощенным кем-то. И сказать кому-то, что любит.

Между нами воцарилось ощущение правды. Как будто он понял, почему я пришел его навестить.

Его опять затошнило. Пришла медсестра и принесла таз. “До следующего раза, – сказал он. – На следующей неделе?”

“До следующего раза”, – ответил я твердо.

Я больше никогда не увидел Сэма. Он умер на той же неделе. Я не верю в реинкарнацию, хотя некоторые индусы – и не только – верят.

Интересная особенность перерождения раковых клеток заключается в том, что генетическая программа, позволяющая им поддерживать злокачественный рост, имеет нечто общее с программой стволовых клеток. Если вы посмотрите, какие гены включены и выключены, скажем, в лейкозных стволовых клетках, то обнаружите, что этот набор генов удивительно похож на набор соответствующих генов в нормальных стволовых клетках крови (что опять-таки делает почти невыполнимой задачу создать лекарство, которое убивало бы раковые клетки, но обходило стороной стволовые). Если вы посмотрите на включенные и выключенные гены в раковых клетках кости, то обнаружите картину, аналогичную той, что наблюдается в скелетных стволовых клетках. Подобное соответствие наблюдается и в других случаях: среди четырех генов, которые Синъя Яманака “включил” для превращения нормальных клеток в стволовые клетки эмбрионального типа (индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, принесшие ему Нобелевскую премию), есть ген с-Мус — тот самый, нарушение регуляции которого является одной из движущих сил развития многих форм рака. Короче говоря, между раковыми и стволовыми клетками существует неудачно тесное родство.

Возникают два важных вопроса. Во-первых, превращаются ли стволовые клетки в раковые? И наоборот, есть ли в популяции раковых клеток внутри тела некая субпопуляция, которая отвечает за непрерывную регенерацию рака, как кости и кровь имеют резервуары стволовых клеток? Не в этом ли секрет бесконечного роста раковых клеток – тайная специализированная группа клеток, выступающих в роли резервуара для возобновления роста? Первый вопрос относится к происхождению клеток: откуда берутся раковые клетки? Второй касается регенерации: почему злокачественные клетки продолжают расти, тогда как другие подчиняются закону ограниченного контролируемого роста?

Эти вопросы продолжают вызывать горячие споры в среде онкологов и биологов, занимающихся проблемами рака. Рассмотрим первый из них. Совершенно очевидно, что в модельных системах можно превратить стволовые клетки или их непосредственных потомков в раковые. Исследователи, работающие с кровью, показали, что введение единственного гена в потомков стволовых клеток мышиной крови может приводить к летальному лейкозу. Данный ген (на самом деле речь идет о мутации, вызывающей слияние двух генов) кодирует многофункциональный белок^2, который способен включать и выключать большое количество генов, каскад за каскадом, и это может подтолкнуть стволовые клетки к превращению в агрессивные клетки лейкоза. А после такого перерождения в клетках начинают накапливаться и другие мутации.

Но вот обратное превращение осуществить гораздо сложнее. Можно ли взять зрелую, полностью дифференцированную клетку – нормального и честного “гражданина” – и превратить в злостного нарушителя? Да, это возможно, но лишь с помощью многочисленных генетических манипуляций путем введения в клетку чрезвычайно сильных генетических сигналов, стимулирующих развитие рака. Помните о глиальных клетках – вспомогательных клетках нервной системы? Эти полностью дифференцированные клетки делятся строго контролируемым образом. В 2002 году исследователи под руководством Рона Депиньо (тогда он работал в Гарварде, а теперь в Техасе) активировали регуляторные гены глиальной клетки мыши, стимулирующие развитие рака, и тем самым превратили эту клетку в клетку глиобластомы – смертельного рака головного мозга^3. Происходит ли такое в реальной жизни? Мы этого не знаем.

А что насчет второго вопроса? Есть ли у рака свои стволовые клетки, которые служат ему резервуаром, поддерживающим бесконечный рост? Группа Джона Дика из Торонто показала, что крохотная фракция клеток лейкоза в костном мозге способна возобновить лейкоз с нуля, как редкие популяции клеток крови могут восстановить кровь (Дик назвал эти клетки “лейкозными стволовыми клетками”4). Иными словами, в некоторых видах рака существует иерархия, в рамках которой небольшая подгруппа раковых клеток может активно размножаться и способствовать прогрессированию болезни, тогда как остальные раковые клетки имеют невысокую способность к пролиферации или не имеют ее вовсе. Эти стволовые раковые клетки – как корни инвазивного растения. Вы не можете избавиться от растения, не выкорчевав его. Аналогичным образом вы не можете убить рак, не убив опухолевые стволовые клетки.

Но теория о том, что все виды рака имеют свои стволовые клетки, пока не доказана. Шон Моррисон из Техаса утверждает, что гипотеза об опухолевых стволовых клетках не подтверждается для некоторых видов рака, таких как меланома, большинство клеток которой способны активно размножаться, внося свой вклад в развитие заболевания^5. Клетки сохраняют способность активно делиться, обладая такими же свойствами, как и стволовые. В таких случаях для успешного избавления от болезни нужно уничтожить максимально возможное количество раковых клеток.

Возможно, существуют и такие виды рака, при которых гипотеза об опухолевых стволовых клетках справедлива для одних пациентов, но неверна для других. Например, в некоторых случаях рака молочной железы и головного мозга встречаются как стволовые, так и нестволовые опухолевые клетки, тогда как в других случаях такой иерархии нет. Нормальные законы физиологии (физиологии стволовых клеток) не работают из-за необыкновенной легкости, с которой раковые клетки изменяются просто в результате воздействия на выключатели некоторых генов[153].

“Смотри, – говорил мне Моррисон, – все гораздо сложнее. Некоторые виды рака, включая миелоидный лейкоз, действительно подчиняются модели опухолевых стволовых клеток. Но в других видах рака такой иерархии нет, и пациента нельзя вылечить, воздействуя только на отдельную популяцию клеток. И нужно еще многое сделать, чтобы понять, какие виды рака или даже какие пациенты попадают в каждую категорию”.

Очевидно одно: некоторые раковые и стволовые клетки “перепрограммируются” на самом глубоком уровне. Включаются и выключаются гены, позволяющие клеткам бесконечно перерождаться. Разница лишь в том, что в раковых клетках программа оказывается заблокированной, поскольку набор мутаций не позволяет клетке отменить программу бесконечного деления. В нормальных, здоровых стволовых клетках эта программа настраивается, поскольку клетки могут дифференцироваться, превращаясь в остеобласты и хрящевые клетки или в эритроциты и нейтрофилы. Стволовые клетки изменяют программу, определяющую идентичность. Как я упомянул ранее, они поддерживают равновесие между эгоизмом (самовоспроизведением) и жертвенностью (дифференцировкой). Раковые клетки, напротив, зафиксированы, захвачены программой постоянного перерождения. Это поистине эгоистичные клетки.

Еще хуже то, что при наличии эволюционного давления (в присутствии лекарства, направленно действующего на конкретный ген) благодаря своей гетерогенности и гибкости раковые клетки могут выбрать другую программу, чтобы избегать действия лекарства. Появляются клетки с мутациями, обеспечивающими лекарственную устойчивость, с чуть отличающейся генетической программой (именно это я называю гибкостью генетической программы раковых клеток). Метастатическая клетка в недоступном для лекарства участке тела способна активировать новую генетическую программу, позволяющую ей ускользать от обнаружения и уничтожения.

На протяжении нескольких последних десятилетий для борьбы с раком мы пытались действовать на специфические гены или специфические мутации в раковых клетках. Некоторые подходы возымели значительный успех: например, герцептин для борьбы с Нег-2-положительным раком молочной железы или гливек для борьбы с хроническим миелоидным лейкозом^6. Но попытки воздействовать на другие мутантные гены (персонализированная противоопухолевая терапия) оказались не слишком удачными или даже полностью провалились. Отчасти этот провал связан с тем, что клетки приобретают устойчивость. Отчасти он объясняется гетерогенностью опухолевых клеток. Отчасти – тем, что из-за сходства между опухолевыми и нормальными клетками, особенно стволовыми, существует естественный предел применимости препарата, в какой-то момент становящегося токсичным для организма. Это клеточно-биологическая версия того, что Кант назвал бы “устрашающе возвышенным”.

Выйдя из палаты Сэма, я подумал о его любимой музыке. Представьте себе, что все гены в клетке, весь клеточный геном – это четкий список заранее подобранных песен. Стволовые клетки могут выбирать, что и в каком порядке им играть: когда они заняты самовоспроизведением, они исполняют один набор, когда дифференцируются – другой.

При раке фиксированные мутации не позволяют изменять порядок исполнения песен. Педаль газа нажата, а педаль тормоза сломана. В результате, в отличие от ситуации с нормальными стволовыми клетками, организм почти не имеет возможности регулировать активность раковых клеток. Список исполняемых песен предопределен. Одни и те же песни снова и снова исполняются в том же порядке, как надоедливый мотив, который никак не удается выбросить из головы. А когда вы оказываете селективное давление с помощью лекарства или иммунотерапии, клетки переходят к другому списку генов или даже перемешивают песни, ставя в один ряд хип-хоп и музыку Шопена, так что им удается ускользнуть от действия лекарства. А затем все повторяется: теперь у раковых клеток есть новая фиксированная злокачественная запись, от которой они не могут избавиться.

После того как в середине 2000-х годов был составлен первый обширный список генов, способствующих росту раковых клеток, нам показалось, что мы нашли секрет лечения больных раком.

“Ваши лейкозные клетки имеют мутации в генах Tetl, DNMT3a и SF3b1”, — сказал бы я смущенной пациентке. И посмотрел бы на нее торжествующе, как будто разгадал воскресный кроссворд.

А она смотрела бы на меня так, как будто я прилетел с Марса.

И потом задала бы очевидный вопрос: “Означает ли это, что вы знаете, какие лекарства мне помогут?”

“Да, скоро узнаем”, – быстро ответил бы я. План такой: выделить раковые клетки, найти измененные гены, найти лекарства, влияющие на эти гены, и убить рак, не навредив хозяину.

И поэтому исследователи разработали два типа испытаний, которые могли бы доказать справедливость этой идеи (а разве она может оказаться несправедливой?)7. В рамках испытаний первого типа с дизайном “корзина” все виды рака (рак легкого, рак молочной железы, меланома), имеющие общие мутации, закладываются в единую “корзину” и подвергаются воздействию одного и того же лекарства. В конце концов, одна и та же мутация, одно и то же лекарство, одна “корзина”, одинаковый ответ – разве нет? Результаты применения этого подхода оказались неутешительными. В одном важном исследовании, результаты которого были опубликованы в 2015 году, у ста двадцати двух пациентов с разными видами рака (легкого, толстой кишки и щитовидной железы) была обнаружена общая мутация, и поэтому их лечили одним и тем же препаратом – вемурафенибом^8. В каких-то случаях лекарство срабатывало (при раке легкого реакция наблюдалась у 42 % пациентов), а в других – нет (например, при раке толстой кишки ответ наблюдался в о % случаев). Но даже в тех случаях, когда ответ был, он часто длился недолго, и после краткой ремиссии пациенты возвращались к исходному состоянию.

Второй тип испытаний с дизайном “зонт” строился по Другому принципу. Один тип рака, скажем рак легкого, проверяли на наличие различных мутаций, и все случаи рака легкого с конкретной мутацией группировали под отдельный “зонт”. Пациентам с конкретным видом рака под конкретным “зонтом” назначали специфическое лечение, которое определялось конкретным сочетанием мутаций. В конце концов, разные мутации, разные “зонты”, разные типы лечения и, следовательно, специфический ответ в каждом случае – разве нет? Но и этот подход не сработал. Обширное исследование BATTLE-2 тоже дало неутешительные результаты^9: большинство типов рака почти не реагировали на лечение. Как печально отметил один комментатор, “в конечном итоге испытания не позволили обнаружить какой-либо новый эффективный способ лечения”10.

“Мы, те, кто занимается биомедицинскими исследованиями, зависимы от данных, как алкоголики – от дешевой выпивки, – писал в журнале Science Signaling специалист по биологии рака Майкл Яффе из Массачусетского технологического института. – Как в старом анекдоте пьяница ищет потерянный кошелек под фонарем, так и мы пытаемся искать под фонарем, где свет ярче [поскольку там лучше видно], т. е. там, где можно максимально быстро обнаружить максимальное количество данных. Как наркоманы, мы продолжаем вглядываться в последовательность генома, хотя действительно важная в клиническом плане информация может находиться где-то в другом месте”11.

Секвенирование – это соблазн. Но это данные, а не знания. Где же может находиться эта “действительно важная в клиническом плане информация”? Я полагаю, на пересечении между мутациями в раковых клетках и идентичностью самих клеток. В контексте. В типе клеток (легкое? печень? поджелудочная железа?). В том, где они живут и растут. В их эмбриональном происхождении и пути развития. В специфических факторах, обеспечивающих уникальную идентичность клеток. В питательных веществах, поддерживающих их рост. В клеточном окружении, от которого они зависят.

Может быть, новое поколение противораковой терапии избавит нас от такой зависимости от данных. Десятилетиями мы представляли себе рак как результат развития отдельных злокачественных клеток. “Раковая клетка” стала символом злокачественного развития заболевания, при котором поведение клетки выходит из-под контроля (есть даже научный журнал под названием Cancer Cell). Раковая клетка стала центром притяжения нашего внимания. Убьем эту клетку – победим рак. “Опухоль захватила мозг”, – говорит один хирург другому в операционной (но разве кто-то говорит, что, скажем, простуда нас захватывает?). Подлежащее, сказуемое, дополнение: рак – независимое действующее лицо, агрессор, двигатель. Носитель (пациент) – просто зритель, пассивный свидетель, страдающая жертва. А конкретный контекст, поведение его раковых клеток, их расположение, их подвижность и иммунный ответ хозяина – имеет ли значение все это?

В случае Сэма все очаги метастазирования вели себя по-разному, а его тело вовсе не было пассивным свидетелем. Метастазы в его печени вели себя не так, как в ушной раковине. По какой-то загадочной причине раковые клетки обошли стороной одни органы, но плотно заселили другие.

Возникает важный вопрос, почему раковые метастазы выживают в каких-то местах, тогда как другие участки тела, в частности почки и селезенка, по-видимому, их не привлекают. Может быть, раковые клетки, как органы или организмы, тоже следует воспринимать в качестве сообщества, причем такого, которое способно выживать только в определенном месте и в определенное время? Представление о раковых клетках изменяется. Рак – это кооперативное сборище. Рак – это нарушенная экология. Рак – это вредоносное соглашение между мятежными клетками и подчиненными им территориями, перемирие между клетками и тканями, в которых эти клетки могут процветать. “Рак – в такой же степени болезнь клеток, как пробка на дороге – болезнь автомашин”, – писал британский врач и исследователь Дэвид Смитерс в 1962 году в журнале Lancet^12. “Дорожная пробка – результат нарушения нормальной связи между машинами и окружением, и она может возникать вне зависимости от того, в хорошем состоянии находятся сами машины или нет”. В этом сравнении Смитерс зашел слишком далеко. И его заявление немедленно вызвало активные протесты (Боб Вайнберг, один из самых влиятельных исследователей в онкологии, сказал мне, что оно звучало “полной бессмыслицей”). Однако провокационное заявление Смитерса было попыткой сместить фокус наблюдения с раковой клетки как таковой на поведение этой клетки в ее реальном окружении.

В результате мы начинаем придумывать все новые метафоры для описания этой болезни. Проигнорированные мутации. Метаболическая атака. Например, некоторые раковые клетки очень сильно зависят от наличия конкретных питательных веществ и конкретных метаболических путей. В 1920-е годы немецкий физиолог Отто Варбург обнаружил, что многие раковые клетки используют быстрый и дешевый способ получения энергии из глюкозы^13. Злокачественные клетки даже при наличии большого количества кислорода предпочитают бескислородное брожение глубокому и полному сжиганию, которое происходит в митохондриях. Напротив, нормальные клетки почти всегда для получения энергии используют оба механизма – медленный и быстрый, зависящий и не зависящий от кислорода. Нельзя ли использовать эту особенность злокачественных клеток, чтобы отразить нападение убийственного рака?[154]

В клинических испытаниях, в которых принимает участие наша научная группа совместно с группой исследователей из Корнеллского университета и Льюисом Кэнтли из Гарварда, мы пытаемся использовать странную и универсальную зависимость раковых клеток от метаболизма сахаров и белков, которая отличает их от обычных клеток. Совместно с Кэнтли мы обнаружили, что некоторые (не все) раковые клетки используют для борьбы с одним мощным противоопухолевым препаратом инсулин, выделение которого стимулируется в присутствии глюкозы. Иными словами, раковые клетки боятся этого лекарства, но, как коварные преступники, научились использовать инсулин, чтобы уходить от его преследования. Возникает вопрос о специфической зависимости раковых клеток (мы сейчас не говорим о мутациях) от каких-то конкретных питательных веществ. Если мы лишим раковые клетки возможности использовать питательные вещества и натравим на них лекарства, не станут ли они вновь их бояться? Например, нельзя ли заморить раковые клетки голодом, исчерпав в организме запасы аминокислоты пролина, от доступности которой зависят некоторые виды рака?

Еще один вариант – изучать способность раковых клеток скрываться от иммунного ответа. Джим Эллисон и Тасуку Хондзё придерживались гипотезы о том, что все раковые клетки в какой-то момент находят способ ускользнуть от иммунной системы организма. Сбросьте личину невинности с раковых клеток – и у вас появится способ лечения, который, видимо, не будет зависеть от работы иммунной системы. Лишите опухоль кровеносных сосудов, как предлагал в 1990-е годы Джуда Фолкман. Создайте генно-инженерным путем Т-клетки, аналогичные тем, что атаковали лейкоз у Эмили Уайтхед.

Но сначала нужно изучить физиологию раковой клетки – в конкретном контексте ее роста – таким же образом, как мы изучаем другие клетки: в каких органах они живут, какими вспомогательными клетками себя окружают, какие сигналы посылают, какие у них есть зависимости и слабые места.

За одними загадками кроются другие. Искусственно созданные Т-клетки могут уничтожать клетки лейкоза и лимфомы, но беспомощны против клеток рака яичников и молочной железы. Почему? Иммунотерапия, которую применяли в случае Сэма, уничтожила раковые клетки в его коже, но не в легких. Почему? Как обнаружил один из моих молодых сотрудников в рамках экспериментов с мышами, наш метод исчерпания инсулина с помощью диеты замедлял развитие рака эндометрия и поджелудочной железы, но ускорял развитие некоторых вариантов лейкоза. Почему? Чего пока не знаем, того не знаем[155].

Песни клетки

Не знаю, что предпочесть:

Красоту птичьего свиста

Или красоту темного смысла,

Пение черного дрозда

Или то, что после^1.[156]

Уоллес Стивенс, “Тринадцать способов увидеть черного дрозда”

В книге об экологии и климате “Проклятие мускатного ореха. Притчи о планете в кризисе”, вышедшей в 2021 году, писатель Амитав Гош рассказывает о знаменитом профессоре ботаники, который сопровождает молодого человека из маленькой деревни через дождевые леса. Молодой человек умеет распознавать все виды растений. Профессор потрясен его знаниями и выражает молодому человеку свое уважение. Но тот расстроен. Он кивает, потупив взор. “Да, я выучил названия всех кустарников, но мне еще нужно выучить песни”2.

Многие читатели могут воспринять здесь слово “песни” в метафорическом плане. Но для меня это вовсе не метафора. Молодой человек жалуется, что еще не изучил способы коммуникации обитателей дождевых лесов (их экологию, взаимозависимость), то, как лес живет и действует в качестве единого целого. “Песня” может быть одновременно и внутренним сигналом (гудением), и внешним, т. е. сообщением, которое одно существо посылает другому, чтобы передать информацию о связи и кооперации (песни часто поют совместно, или один поет другому). Мы можем перечислить клетки и даже системы клеток, но нам еще предстоит понять песни клеточной биологии.

В этом и заключается трудность. Мы разделили тело на органы и системы: органы, осуществляющие конкретные функции (почки, сердце, печень), и системы клеток (иммунные клетки, нейроны), которые эти функции обеспечивают. Мы идентифицировали сигналы, которыми они обмениваются: одни распространяются на короткие расстояния, другие на длинные. Это уже огромный прогресс по сравнению с Гуком и Левенгуком, которые первыми заметили, что тело представляет собой совокупность независимых живых единиц. И это приближает нас к Вирхову, сравнившему тело с сообществом граждан.

Но в нашем понимании взаимосвязей между клетками все еще остаются пробелы. Мы по-прежнему рассуждаем о клетках так, как рассуждал Левенгук, – как о “живых атомах”, как о единичных, обособленных и изолированных космических кораблях, плавающих в космосе тела. И пока мы не расстанемся с этим атомистическим представлением, мы не узнаем ответа на вопрос, который задавал английский хирург Стивен Пейджет: если печень и селезенка имеют примерно одинаковые размеры, расположены рядом, омываются примерно одним и тем же током крови, почему один орган (печень) так часто бывает поражен метастазами, тогда как во втором (в селезенке) метастазы почти не встречаются? Или почему пациенты с некоторыми нейроде-генеративными заболеваниями, в том числе с болезнью Паркинсона, значительно реже заболевают раком? Или почему, как рассказывала мне Хелен Мейберг, пациенты, описывающие свою депрессию как “экзистенциальную скуку” (это ее выражение), обычно не реагируют на глубокую стимуляцию мозга, а те, которые чувствуют, что “проваливаются в глубокую пропасть”, часто реагируют? Мы, как тот печальный человек из дождевого леса, усвоили названия кустов, но не понимаем песен, которыми обмениваются деревья.

Несколько лет назад один друг рассказал мне историю, которая до сих пор часто всплывает у меня в памяти. Он прогуливался по Ньютону в Массачусетсе со своим дедом, приехавшим из Кейптауна в Южной Африке, как вдруг дед остановился перед многоквартирным домом, где жило много еврейских иммигрантов первого и второго поколения. Прадед моего друга иммигрировал в Южную Африку из Литвы. Его дедушка подошел к зданию, чтобы рассмотреть фамилии на табличках у звонков. “Но дед, – возразил мой друг, – мы же не знаем никого, кто живет в этом доме”. Дед улыбнулся: “О, мы знаем всех, кто тут живет”.

Чтобы построить из клеток нового человека, нам нужно знать не только имена, но и связь между именами. Не адреса, а соседство, не паспорта, а личности, рассказы и истории, которые с ними связаны.

Мы приближаемся к концу книги, и, возможно, нам стоит остановиться и подумать об одном из самых мощных философских уроков науки XX века, а также о его ограничениях. Атомизм предполагает, что материальные, информационные и биологические объекты являются продуктами соединения индивидуальных единиц. Атомы, байты, гены – я писал об этом в предыдущей книге. Здесь к этому списку можно добавить клетки. Мы состоим из отдельных блоков – чрезвычайно сильно различающихся по форме, размеру и функции, но тем не менее объединенных между собой.

Почему? Ответы могут быть только теоретическими. Потому что в биологии легче создать сложный организм из отдельных единиц путем их сочетания и перестановки в разных системах органов, так что каждая система приобретает специализированную функцию, сохраняя при этом общие для всех клеток признаки (метаболизм, удаление отработанных продуктов, синтез белков). Нейроны, клетки сердца, поджелудочной железы или почек действуют по общим принципам: митохондрии вырабатывают энергию, липидная мембрана очерчивает границы, рибосомы синтезируют белки, эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи транспортируют белки, мембранные поры проводят входящие и исходящие сигналы, а ядро содержит клеточный геном. Но, несмотря на общность, функционируют эти клетки по-разному. Клетки сердца используют митохондриальную энергию для сокращений и реализации насосной функции. Бета-клетки поджелудочной железы направляют энергию на синтез и секрецию гормона инсулина. Почки посредством мембранных каналов регулируют уровень соли. Нейроны с помощью другого набора мембранных каналов посылают сигналы, обеспечивающие чувствительность и сознание. Представьте себе, сколько различных конструкций можно построить с помощью тысячи кубиков лего разной формы.

Можно сформулировать ответ иначе – в эволюционном ключе. Вспомним, что одноклеточные организмы дали начало многоклеточным не единовременно, а независимым образом много раз. Мы считаем, что движущей силой этой эволюции была возможность лучше скрываться от хищников, эффективнее конкурировать за доступ к ограниченным ресурсам и запасать энергию путем специализации и диверсификации. Отдельные блоки – клетки – нашли способы достичь этой специализации и диверсификации за счет сочетания общей программы (метаболизм, синтез белка, удаление отходов) со специализированной (сократимость в случае мышечных клеток или секреция инсулина в случае бета-клеток поджелудочной железы). Клетки объединялись, перепрограммировали свое назначение, модифицировались – и побеждали.

Но какой бы мощной ни выглядела гипотеза атомизма, она имеет ограничения. Мы можем объяснить многие аспекты физического, химического и биологического мира эволюционным объединением атомистических единиц, но это натянутая гипотеза. Гены как таковые не могут полностью объяснить сложность и разнообразие организмов; чтобы описать физиологию и судьбу организма, необходимо учесть взаимодействия между генами и между генами и окружающей средой. На десятилетия опередив свое время, генетик Барбара Макклинток называла геном “чувствительным органом клетки”3. Слова “орган” и “чувствительный” полностью противоречат представлениям генетиков пятидесятых и шестидесятых годов. Возражая против атомистического подхода к генетике, сводившего свойства клеток к функции конкретных генов, Макклинток полагала, что геном можно интерпретировать только как целое, как “чувствительный орган”, реагирующий на окружение.

Исходя из той же логики, мы не можем объяснить сложность организмов только через описание клеток как таковых. Мы должны учитывать связи между клетками и между клетками и окружающей средой, вводя в клеточную биологию элемент холизма. Для описания этих связей у нас есть рудиментарные термины (“экология”, “социология”, “интерактом”), но все еще нет моделей, уравнений и механизмов. Я часто возвращаюсь к представлению о болезни как о нарушении социальных договоренностей между клетками.

Отчасти проблема заключается в том, что термин “холизм” в научном понимании теперь дискредитирован. Он стал синонимом смешения всех существующих представлений в одном плохо функционирующем блендере с затупившимися лезвиями. Перефразируя Оруэлла, скажем так: одно уравнение – хорошо, четыре – плохо[157].

Дальше – хуже. Постмодернистская научная мысль выбросила на помойку все уравнения вместе с доской, на которой они были написаны; ребеночка выплеснули вместе с водой. Но ведь это тоже бессмыслица: ньютоновский шар в ньютоновском пространстве подчиняется законам Ньютона. Законы, управляющие движением шара, остаются такими же реальными и ощутимыми, как и в момент зарождения Вселенной. И клетки, и гены тоже реальны. “Нереальны” они только в изоляции. По своей сути это кооперирующие интегративные единицы, которые совместно создают, поддерживают и восстанавливают организм. Я не могу помочь вам научиться удерживать в голове обе эти идеи одновременно. Вероятно, помочь может опыт незападной философии: идеи “кооперации” и “независимости” (самоотречение и самоуважение) не являются взаимоисключающими. Они существуют параллельно.

Нам нравятся универсальные принципы (одно уравнение – хорошо), поскольку они удовлетворяют нашим представлениям об упорядоченности вселенной. Но разве порядок обязательно должен быть армейским, единственно возможным, разве он должен быть “унифестом” (в противоположность манифесту)? Возможно, одним из манифестов будущего клеточной биологии должно стать объединение понятий атомизма и холизма. Многоклеточные организмы возникали вновь и вновь по той причине, что клетки, хотя и сохраняли собственные границы, находили много преимуществ в гражданском сосуществовании. Может быть, нам тоже следует переходить от понятия единицы к понятию множества. И в этом заключается одно из главных преимуществ понимания клеточных систем и даже экосистем. Нам нужно знать всех, кто живет в этом доме.

В январе 1902 года, когда над головой Рудольфа Вирхова в пляске смерти закружились идеи немецкого сектантства, основанные на псевдонаучных расистских и антропологических представлениях, и он вынужден был менять одно место работы на другое, он споткнулся, выходя из трамвая на Лейпцигской улице в Берлине, упал и повредил бедро.

Бедренная кость была сломана. К тому времени он и так уже ослаб и обессилел. “Маленький, угрюмый, желтокожий человечек в очках, – писал его ассистент, – с удивительно пронзительными, хотя и слегка помутневшими глазами, лишенными ресниц. Его веки были тонкими, как пергамент. <… > Когда мы вошли, он ел булочку с маслом, а рядом с тарелкой стояла кружка кофе с молоком. Это был его обед, единственный перекус между завтраком и ужином”4.

Запустился патологический каскад. Вероятно, перелом бедра стал результатом нарушения остеогенеза, а хрупкость костей – результатом старения костных клеток, потерявших способность поддерживать и восстанавливать структурную целостность бедренной кости.

Все лето он выздоравливал, но потом его состояние вновь ухудшилось: инфекция на фоне ослабления иммунитета (еще одно клеточное изменение) привела в итоге к болезни сердца (дисфункция клеток сердечной мышцы). Одна за другой распадались системы клеток, поддерживающие здоровье человека. Вирхов скончался 5 сентября 1902 года.

До самой смерти он работал над изучением клеточной физиологии и ее противоположности – клеточной патологии. Его работа на протяжении нескольких десятилетий разжигала искры многих важных идей, оставила богатое наследие и определила выводы данной книги. Я могу назвать не менее десяти выдвинутых им главных постулатов клеточной биологии, но по мере углубления нашего понимания клеток мы найдем и другие.

1. Все клетки происходят от других клеток.

2. Первая человеческая клетка дает начало всем человеческим тканям. Таким образом, теоретически каждую клетку человеческого тела можно получить из эмбриональной клетки (или стволовой клетки).

3. Хотя клетки сильно разнятся по форме и функции, между ними существует глубокое физиологическое сходство.

4. Клетки могут перенастраивать эти сходные физиологические способности для выполнения специализированных функций. Иммунная клетка использует свой молекулярный аппарат для переваривания микробов, а клетка глии использует аналогичный механизм для удаления лишних синапсов в мозге.

5. Системы клеток со специализированными функциями, сообщающиеся между собой на коротких и дальних расстояниях с помощью специальных сигналов, могут играть важную физиологическую роль, которую индивидуальные клетки играть не в состоянии, например залечивать раны, сообщать о метаболическом статусе, обеспечивать чувствительность, сознание, гомеостаз, иммунитет. Человеческое тело функционирует как гражданский союз кооперирующих клеток. Разрушение этого союза выводит нас из нормального состояния и подталкивает к болезни.

6. Таким образом, клеточная физиология является основой человеческой физиологии, а клеточная патология – основой человеческих патологий.

7. Процессы распада, восстановления и обновления органов тела являются специфическими для этих органов. Специализированные клетки некоторых органов постоянно обеспечивают возможность восстановления и омоложения (человеческая кровь омолаживается даже во взрослом возрасте, хотя скорость этого процесса снижается), а в других органах таких клеток нет (нервные клетки восстанавливаются редко). Соотношение между повреждением/распадом и восстановлением/омоложением в конечном итоге обеспечивает целостность органа или вызывает его вырождение.

8. Нам нужно понять не только принципы функционирования отдельных клеток, но и внутренние законы клеточного взаимодействия – толерантности, коммуникации, специализации, разнообразия, установления границ, кооперации, локализации, экологических связей, что в конечном итоге позволит развивать клеточную медицину нового типа.

9. Современная медицина уже способна создать нового человека из отдельных составных частей, т. е. клеток; клеточная инженерия может исправить или даже обратить вспять клеточную патологию.

10. Клеточная инженерия позволяет нам перестраивать части человеческого тела. По мере углубления наших познаний в этой области будут возникать новые медицинские и этические вопросы, требующие уточнения основных признаков человеческого существа: кто мы такие и в какой степени хотим себя изменять.

Эти постулаты продолжают воодушевлять, направлять и удивлять нас даже сегодня. Как врачи – мы анализируем эти принципы. Как пациенты – живем в соответствии с ними. По мере того как человек входит в царство новой медицины, нам нужно осознать эти принципы, обдумать их и интегрировать в нашу культуру, в наше общество и в нас самих.

Эпилог. “Лучшая версия меня”

Если бы мы могли быть чуточку меньше людьми.

Если бы мы могли уйти

От катаракты данности

И не ходить с раздутыми от мелочи карманами,

Мы не стали бы грабить,

Хотя и должны были, кто бы не стал?1

Кей Райан, “Проверяя самих себя”, 2010

Но я тоже делал такое,

Что в один прекрасный день

Сможет стать лучшей версией меня^1.

Вальтер Шрэнк, “Боевой клич любой силы”, 2021

За несколько недель до кончины Пола Грингарда мы прогуливались с ним по скользким мраморным дорожкам Рокфеллеровского университета. Мы прошли мимо здания, где Джордж Паладе начинал обустраивать свою полуподвальную лабораторию и анализировал фрагменты и субфрагменты клеток методами биохимии и электронной микроскопии. Часть территории была огорожена и заставлена лесами; здесь строили новое лабораторное здание. Мне хотелось поговорить с Грингардом о создании людей нового типа.

“Ты имеешь в виду в генетическом плане?” – спросил он^3.

Он подразумевал новые технологии, в том числе редактирование генома, которые позволяют таким исследователям, как Хэ Цзянькуй, вносить прицельные изменения в человеческий геном.

Но я имел в виду не генетические изменения – по крайней мере, не только генетические. Вспомните об Эмили Уайтхед, чью иммунную систему удалось восстановить с помощью Т-клеток, обученных убивать ее раковые клетки. Или о Луизе Браун – первом ребенке, рожденном благодаря методу искусственного оплодотворения. Или о больном СПИДом Тимоти Брауне, которому Пересадили костный мозг донора с невосприимчивыми к ВИЧ клетками. Его тоже “перестроили” с помощью новых клеток. Вспомните о Нэнси Лоури, живущей с кровью сестры. О первых пациентах Хелен Мейберг с крохотными встроенными электростимуляторами – с электродами и электрическими разрядами, пробегающими через нейроны головного мозга.

Почему бы не развить эти возможности для построения других клеточных систем? Почему бы не перестроить неработающую поджелудочную железу при диабете первого типа при помощи клеток, продуцирующих инсулин, или не заменить истертые суставные ткани новым хрящом? Я рассказал Полу о компании Verve Therapeutics и о том, как она пытается создать человека с клетками печени, которые должны непрерывно понижать уровень холестерина.

Грингард кивнул. Он только что был на семинаре по нейронным органоидам – крохотным кластерам нервных клеток, которые в лабораторных условиях в среде, имитирующей матрикс, самоорганизуются в сферические структуры. Исследователи называют их “мини-мозгом”, что, безусловно, преувеличение, но невозможно не испытывать волнения, глядя, как эти крохотные шарики с человеческими нейронами возбуждаются и общаются друг с другом. Проскользнула ли хоть однажды в таком органоиде какая-нибудь мысль, пусть самая отрывочная? Почувствуют ли они что-нибудь, если их ткнуть?

Однажды утром Тогрул Джафаров показал мне культуру с многочисленными клетками мыши, синтезирующими белок Gremlin. Они светились зеленоватым светом, поскольку в их геном был встроен ген флуоресцентного белка медузы (GFP).

Поначалу ничего не происходило; клетки спокойно сидели в колбе. Но потом они начали делиться – сначала медленно, потом буквально изо всех сил. И стали образовывать вокруг себя крохотные завитки хрящевой ткани.

Когда в колбе накопились миллионы клеток, Джафаров собрал их крохотной иглой толщиной в два человеческих волоса и ввел в коленные суставы мышам. Он отрабатывал эту процедуру несколько месяцев и постепенно ее усовершенствовал: нужно было ввести иглу в сустав, не вызвав повреждения, как первоклассный ныряльщик проскальзывает в воду, не поднимая брызг.

Через несколько недель он показал мне мышиное колено. Клетки образовали тоненький слой хрящевой ткани в месте сустава. Мы создали химерное колено – с белком медузы в клетках, легонько светящихся в теле мыши. Это не было идеальным решением (прижилось всего несколько клеток), но совершенно очевидно, что это был первый шаг к созданию нового клеточного сустава.

В самом странном романе Кадзуо Исигуро “Не отпускай меня” мы попадаем в будущее, где легализовано клонирование человека^4. И знакомимся с группой школьников. Они живут в интернате Хейлшем (возможно, это намек на имитацию школы[158]). Постепенно они узнают, что их единственное предназначение – стать донорами органов для взрослых людей, от которых они были клонированы. Один за другим у них изымают органы и пересаживают старшим клонам. А после изъятия органов ребенок неизбежно умирает.

Однажды одна из учениц, Кэти, видит рисунки Тома – друга, а потом возлюбленного. “Меня ошеломила, – рассказывает она, – детальность каждого изображения. Не сразу даже понятно было, что это живые существа. Первое впечатление – как если убрать заднюю стенку у радиоприемника: крохотные канальцы, переплетающиеся сухожильица, миниатюрные «винтики и колесики» были вырисованы с тщательностью, доходящей до одержимости, и, только отодвинув страницу подальше, можно было увидеть, что это, скажем, птица или подобие броненосца. <… > В каждом из них при всем обилии деятельных, словно бы металлических элементиков была какая-то нежность, даже хрупкость”5.

Вероятно, эти “крохотные канальцы”6 являются метафорическим отображением анатомии органов и клеток, представленных в виде подвижных модулей, которые можно извлечь, собрать и перенести, как кирпичики, из одного человека в другого. Как писал литературный критик Луис Менанд в еженедельнике New Yorker, “мрачным основанием книги «Не отпускай меня» является генная инженерия и связанные с ней технологии”7. Но это не совсем верно. Основанием книги является клеточная инженерия.

Я читал роман Исигуро в то время, когда Джафаров выращивал клетки хрящевой ткани одной мыши, чтобы пересадить их другой. Первая мышь была принесена в жертву. Это была не напрасная жертва: ученый искал лечение от артрита – уродующего и калечащего заболевания, которое лишает подвижности сотни тысяч людей. Но я не могу писать и думать об этом эксперименте, не ощущая страха и неизбежного беспокойства по поводу того, какое будущее это может ознаменовать.

На страницах этой книги мы встретили людей “нового типа”. И услышали о создании частей “новых людей” с помощью клеток. Некоторые из этих идей, вероятно, относятся к отдаленному будущему. Но какие-то реализуются уже сейчас, пока я пишу эту книгу. Как я упомянул выше, группа исследователей с участием Джеффа Карпа и Дуга Мелтона занята созданием искусственной поджелудочной железы для пересадки этого нового органа людям с диабетом первого типа. Компании Vertex и ViaCyte уже подбирают пациентов, чтобы ввести им производящие инсулин клетки, полученные путем превращения стволовых клеток в клетки поджелудочной железы. В клинике Мейо ученые создают из клеток печени искусственную печень^8. Раньше сердца для пересадки брали от трупов, но сейчас идет работа над амбициозным проектом по созданию искусственного сердца из клеток сердечной мышцы, выращенных из стволовых клеток на коллагеновой матрице в форме сердца.

Роман Исигуро относят к жанру научной фантастики. Это и есть фантастика: я не могу представить себе, что мы будем разводить клонов людей на органы. Но что можно сказать о клеточной инженерии в качестве средства для усиления человеческих возможностей? Один эксперимент, который пытается осуществить Тогрул Джафаров, заключается в том, чтобы ввести стволовые клетки костно-хрящевой ткани в конечности и суставы очень молодой мыши. Будут ли они длиннее: ноги зайца на мышином теле? “Мышь-заяц”? Опять-таки это не бессмысленный эксперимент. Бывают люди очень маленького роста, которые хотели бы стать повыше. Но не все. Некоторые невысокие люди утверждают, что у них все хорошо. Они здоровы и счастливы. И заявляют, что, указывая на малый рост как на недостаток, мы подчеркиваем наличие “достатка” у остальных (можно ли вообще считать рост “достатком”?).

Ну а если люди “нормального” роста захотят стать повыше с помощью клеточной терапии? Это уже не кажется научной фантастикой – мы вполне можем вообразить такую возможность в ближайшем будущем. Станем ли мы останавливать этих людей? И если станем, то почему?

Этот вопрос обдумывал философ Майкл Сэндел^9. Несколько лет назад я встретился с ним в Аспене, в Колорадо, после его семинара, посвященного генетической инженерии и клонированию для усовершенствования человека. Нас окружали холмы и осины с трепещущими листьями, погода стояла изумительная. Сэндел в синем пиджаке и галстуке походил на ухоженного профессора (на самом деле он и есть профессор философского факультета Гарварда). Доклад был провокационным. Он ставил под сомнение смысл наших стремлений “улучшить” человека, основывая свои доводы на принципе, который покойный теолог Уильям Мэй называл “открытостью к неожиданностям”10.

Сэндел утверждает, что “неожиданности” (превратности или подарки судьбы) необходимы человеку. Наши дети делают нам подарки благодаря своей одаренности, но эти сюрпризы и наша реакция на них исчезнут, если мы кинемся в погоню за улучшением, за идеалом. Это противоречит важнейшему элементу человеческого духа, который позволяет нам справляться с “нежелательными подарками”. Лучше бороться с превратностями и извлекать из этого пользу.

В 2004 году Сэндел сформулировал свои идеи в эссе “Аргументы против совершенства”, которое вскоре превратил в книгу. В рецензии на эту книгу в журнале Times специалист в области этики Уильям Сейлтен писал: “Больше всего [Сэндел] беспокоится о том, что некоторые типы усовершенствований нарушают нормы, установившиеся в человеческой практике. Например, считается, что бейсбол развивает и подчеркивает ряд способностей.

А стероиды уничтожают игру. Родители воспитывают детей посредством безусловной и обусловленной любви. А выбор пола ребенка подрывает эту связь”11.

Чтобы приводить доводы против усовершенствования человека, продолжает Сейлтен, “Сэнделу нужны более глубокие общие основания различных норм в области спорта, искусства и воспитания. Он считает, что нашел их в концепции одаренности. В какой-то степени быть хорошим родителем, спортсменом или деятелем искусства означает принимать и ценить сырой материал, с которым вам приходится работать. Тренируй свое тело, но уважай его. Давай задания своему ребенку, но люби его. Цени природу. Не пытайся все контролировать. <… > Почему мы должны воспринимать нашу участь как подарок? По той причине, что потеря этого уважения изменит наш моральный облик”.

Я считал доводы Сэндела убедительными, но по мере того, как генетика и клеточная инженерия совместными усилиями расширяют возможности проникновения в глубины человеческого тела и личности, этот “моральный облик” значительно изменяется: размываются границы между борьбой с болезнями (чрезвычайно малый рост или мышечное истощение) и усилением человеческих способностей (увеличение роста или накачивание мускулов). Усовершенствование становится новым типом эмансипации. И чем сильнее стираются границы между оздоровлением и усилением, тем с большей вероятностью мы воспринимаем “сырой” материал, о котором говорит Сейлтен, в буквальном смысле “сырым” материалом, требующим превращения во что-то другое – в нового человека, выстроенного заново. Слово “приготовленный” в противоположность слову “сырой” имеет оттенок улучшения, но также и некоторого жульничества. Является ли улучшение жульничеством? Что, если оно используется для предотвращения заболевания, которое может возникнуть, а может и не возникнуть? Следует ли вводить в стареющее колено стволовые клетки хрящевой и костной ткани еще до возникновения остеоартрита, т. е. в стадии до развития заболевания?

В Кремниевой долине, недалеко от госпиталя Стэнфорда, где больные лейкозом дети ожидают пересадки костного мозга для производства новой крови, действует стартап “Амброзия”, который продает переливание плазмы молодой крови, “полученной от молодых людей в возрасте от шестнадцати до двадцати пяти лет”12, для “омоложения” поскрипывающих и увядающих, но чрезвычайно хорошо обеспеченных тел стареющих миллиардеров. Вместо того чтобы откачивать старую кровь из мертвых тел, мы вливаем молодую кровь в стареющие тела – процесс, обратный мумифицированию (мне хотелось провести аналогию с вампирами, но, возможно, мы найдем новые слова для описания этого отвратительного типа клеточного омоложения, скажем “разбальзамирование” или “демумификация”). Один литр такой “молодой крови” стоит восемь тысяч долларов, два литра продаются со скидкой за двенадцать тысяч. В 2019 году FDA вынесло по этому поводу суровое предупреждение, указывая на отсутствие положительных результатов, однако компания утверждает, что метод работает.

“Принимать и ценить сырой материал, с которым вам приходится работать”. Какой сырой материал? Рассуждения Сэн-дела и Сейлтена касаются генов, и генная терапия, редактирование генома и генетический отбор действительно занимают умы специалистов в области этики, врачей и философов на протяжении последнего десятилетия. Но гены без клеток мертвы. Истинный “сырой материал” для построения человеческого тела – это не информация, а способ оживления, расшифровки, трансформации и интеграции этой информации, а именно – клетки. “Геномная революция индуцировала своего рода моральное головокружение”, – пишет Сэндел^13. Но проявится это моральное головокружение в результате клеточной революции.

Молодого человека с древним как мир заболеванием звали Уильям К. Я тогда работал над диссертацией по гематологии в Бостоне и увидел его сначала в больничной палате, а потом в нашей клинике. Ему был двадцать один год, и он был болен серповидноклеточной анемией. Он попадал в больницу примерно раз в месяц в состоянии “криза”: боли в костях и в груди были такими сильными, что погасить их удавалось только с помощью длительных внутривенных инъекций морфия.

Мы понимаем суть серповидноклеточной анемии на клеточном и молекулярном уровнях. Это заболевание связано с гемоглобином – эта молекула, переносящая кислород, содержится в эритроцитах крови и, возможно, является одной из самых сложных молекулярных машин, созданных эволюцией. Гемоглобин представляет собой комплекс из четырех белков и по форме напоминает четырехлистный клевер. Два “листа” образованы альфа-цепями белка глобина, два других – бета-цепями глобина.

В центре каждого из этих белков расположена другая химическая структура – гем. А в центре гема находится атом железа. Этакая матрешка. Эритроциты содержат молекулы гемоглобина, в которых есть гем, а гем удерживает атом железа. Именно этот атом железа связывает и высвобождает кислород.

Сложный молекулярный аппарат, основанный на этих четырех атомах железа в молекуле гемоглобина, имеет строго определенное назначение. Нельзя, чтобы эритроциты просто связывали кислород и удерживали его – они должны его высвобождать. Эритроциты забирают свой груз – кислород – в капиллярах легких и разносят его по кровотоку. Когда они попадают в обедненные кислородом ткани (благодаря сердцу, которое проталкивает их по телу каждую минуту), гемоглобин в буквальном смысле скручивается и высвобождает кислород, связанный атомами железа. В гемоглобине кроется секрет крови: этот белковый комплекс настолько важен для нашего существования, что в ходе эволюции появились клетки, главная задача которых состоит в переносе этого комплекса по организму.

Но система доставки крови не работает, если переносчик кислорода гемоглобин оказывается неправильно сформирован. При серповидноклеточной анемии человек наследует мутацию в обеих копиях гена бета-цепей глобина. Это едва заметная мутация, заключающаяся в замене одной-единственной аминокислоты в последовательности белковой цепи. Но результаты мутации ужасны: эта маленькая замена приводит к образованию белка, который в среде с низким содержанием кислорода вместо сферической формы образует волокнистые кластеры. Волокнистые кластеры деформируют эритроциты. Это уже не подвижные клетки в форме монеток. Кластеры гемоглобина налипают на клеточную мембрану, и клетки съеживаются, принимая форму полумесяца. Таким серповидным клеткам трудно перемещаться с током крови, они образуют агрегаты и забивают кровеносные сосуды, особенно в тканях с низким содержанием кислорода: в глубинах костного мозга и кишечника, в кончиках пальцев рук и ног. Закупорка капилляров сопровождается такой болью, как будто в кости ввинчивают штопор (Уильям говорил про свои приступы, что его словно помещали в камеру пыток, “а потом запирали все двери”). Получается своего рода инфаркт костного мозга или кишечника. Врачи называют данный синдром серповидноклеточным кризом.

У Уильяма К. такие эпизоды происходили каждый месяц. Его доставляли в больницу в состоянии агонии. Когда боль слегка затихала, его отпускали домой, выписав таблетки. Но над ним (и надо мной) кружились два демона – боязнь заработать зависимость от опиоидных препаратов и страх перед очередным кризом. Я занимался его лечением в больнице, и моя задача заключалась в том, чтобы усмирять этих демонов, давая ему столько лекарства, чтобы ослабить боль, но не переборщить.

В период между 2019 и 2021 годами несколько независимых исследовательских групп заявили о проведении испытаний генной терапии для борьбы с серповидноклеточной анемией^14. Одна стратегия заключается в отборе стволовых клеток крови пациента, как при стандартной пересадке. Далее с помощью вируса в стволовые клетки вводят нормальную копию гена бета-цепей. А потом эти клетки, теперь уже содержащие правильную копию гена, пересаживают обратно пациенту, и из них образуются клетки с нормальным геном. (У нескольких пациентов после проведения этой процедуры наблюдались улучшения, но испытания были остановлены, поскольку у двух участников возникло состояние, подобное лейкозу. Пока неизвестно, было ли это результатом действия вируса или химиотерапии, которая требуется при пересадке клеток^15.)

Вторая, весьма хитроумная стратегия основана на особенностях человеческой физиологии. Гемоглобин в эритроцитах плода отличается от гемоглобина в эритроцитах взрослого человека. Плод в матке окружен жидкостью с очень низким содержанием кислорода и вынужден активно добывать кислород из материнских клеток крови, поступающих через пуповину (позднее, когда у плода формируются легкие, происходит переключение на “взрослую” форму гемоглобина). По этой причине в клетках крови плода содержится особая форма гемоглобина (фетальный гемоглобин), специфическим образом предназначенная для извлечения кислорода из околоплодной среды. Фетальный гемоглобин, как и взрослая форма, тоже состоит из четырех субъединиц, но других: он образован из двух альфа-цепей и двух гамма-цепей. Поскольку ни одна из них не кодируется геном бета-глобина (мутантного при серповидноклеточной анемии), нет и мутации, вызывающей болезнь. Это совершенно нормальный гемоглобин, который не деформирует клетки крови и, более того, прекрасно функционирует в среде с низким содержанием кислорода.

Стюарт Оркин и Дэвид Уильямс в сотрудничестве с группой других исследователей и компанией, занимающейся клеточной терапией, нашли способ постоянно активировать экспрессию фетального гемоглобина в стволовых клетках крови, тем самым преодолевая влияние деформированного гемоглобина взрослого человека^16. У пациентов с серповидноклеточной анемией отбирают стволовые клетки крови, производят редактирование генома, так чтобы запустилась экспрессия фетального гемоглобина, и вводят обратно в тело. По сути, эритроциты взрослого превращаются в эритроциты плода и больше не съеживаются, приобретая форму полумесяца. Старая кровь становится молодой.

В 2021 году был опубликован отчет об испытаниях этого метода для лечения тридцатитрехлетней женщины с серповидноклеточной анемией^17. За пятнадцать месяцев после процедуры уровень гемоглобина у нее в крови повысился почти в два раза. За два года до испытаний у нее ежегодно случалось от семи до девяти тяжелых болевых кризов. За полтора года после лечения не было ни одного. До сих пор в этом исследовании не было обнаружено проявлений лейкоза. Пока еще слишком рано говорить о возможных негативных эффектах, но с некоторой вероятностью эта женщина излечилась от серповидноклеточной анемии. Другая группа исследователей под руководством Мэтта Портеуса в Стэнфорде осуществляет редактирование генома для исправления мутации гена бета-цепи гемоглобина^18 (данная стратегия направлена не на активацию фетального гемоглобина, а на исправление мутации гена, вызвавшей заболевание). Эта технология тоже находится на стадии испытаний, но первые результаты кажутся обнадеживающими^19.

Я не знаю, захочет ли Уильям К. прибегнуть к одному из этих новых способов лечения. Я уже не являюсь его лечащим врачом.

Но я близко знал его на протяжении десяти лет и с учетом его смелости, чудовищной частоты болевых кризов и пугающего риска развития наркотической зависимости готов предположить, что он не откажется принять участие в одном из таких испытаний.

Когда ему пересадят клетки, он тоже пересечет границу. Он станет новым человеком, восстановленным с помощью его же собственных измененных клеток. Он станет новой суммой новых частей.

Благодарности

За помощь в создании этой книги я благодарен очень многим людям. Прежде всего, это мои читатели: Сара Сзе, Суджой Бахаттчария, Рану Бахаттчария, Нелл Брейер, Лила Мукерджи-Сзе, Ария Мукерджи-Сзе и Лайза Юскейведж.

В научном плане мне очень помогли Шон Моррисон (стволовые клетки), Кори Бергманн (развитие), Ник Лейн и Мартин Кемп (эволюция), Марк Флажоле (мозг), Берри Коллер (тромбоциты), Лаура Оутис (история), Пол Нёрс (клеточный цикл), Ирвинг Вейссман (иммунология), Хелен Мейберг (неврология), Том Уайтхед, Карл Джун, Брюс Левайн и Стивен Грапп (терапия CAR-Т), Харольд Вармус (рак), Рон Леви (терапевтические антитела) и Фред Аппельбаум (трансплантация). Неоценима роль бесед с Лаурой Оутис, Полом Грингардом, Энцо Черундоло и Франсиско Марти. Медсестры из Онкологического центра Фреда Хатчинсона воссоздали чрезвычайно волнующую картину становления новых методов лечения.

Я выражаю огромную благодарность моим издателям: Нэну Грэхему из издательства Scribner, Стюарту Уильямсу из Bodley Head, а также Меру Гохале из Random House. Сильнейшую поддержку мне оказали Рана Дасгупта и мой агент Сара Челфант из Wylie Agency. Джерри Маршалл и Александра Труитт снабдили книгу замечательными фотографиями.

Сабрина Пьюн строго соблюдала график выпуска книги, а Рашель Роджи осуществила героическую работу по оформлению примечаний и списка литературы. Филип Баш мастерски отредактировал текст, не пропустив ни одной запятой и ни одной сноски.

И я благодарю Кики Смит, создавшую завораживающие изображения “клеток”, которые украсили книгу. Спасибо. Спасибо. Спасибо.

Список литературы

Ackerknecht Е. Н. Rudolf Virchow: Doctor, Statesman, Anthropologist. Madison: University of Wisconsin Press, 1953.

Ackerman M. E., Nimmerjahn F. Antibody Fc: Linking Adaptive and Innate Immunity. Amsterdam: Elsevier, 2014.

Addison W Experimental and Practical Researches on Inflammation and on the Origin and Nature of Tubercles of the Lung. London: J. Churchill, 1843.

Aktipis A. The Cheating Cell: How Evolution Helps Us Understand and Treat Cancer. Princeton, NJ: Princeton University Press, 2020.

Alberts B. et al. Molecular Biology of the Cell. 5th ed. New York: Garland Science, 2002.

Alberts B. et al. Essential Cell Biology. 4th ed. New York: Garland Science, 2013.

Appelbaum F. R. E. Donnall Thomas, 192(^2012. Biographical Memoirs. National Academy of Sciences, 2021.

Aristotle. De Anima. New York: Cosimo Classics, 2008.

Aristotle. On the Soul, Parva Naturalia, On Breath. London: William Heinemann, 1964.

Aubrey J. Aubrey 5 Brief Lives. London: Penguin Random House UK, 2016.

Barton H. B., Whitaker R. J., eds. Women in Microbiology. Washington, DC: American Society for Microbiology Press, 2018.

Bazell R. Her-2: The Making of Herceptin, a Revolutionary Treatment for Breast Cancer. New York: Random House, 1998.

Biss E. On Immunity: An Inoculation. Minneapolis: Graywolf Press, 2014.

Black B. The Character of the Self in Ancient India: Priests, Kings, and Women in the Early Upanishads. Albany: State University of New York Press, 2007.

Bliss М. Banting: A Biography. Toronto: University of Toronto Press, 1992.

Bliss M. The Discovery of Insulin. Toronto: McClelland & Stewart, 2021.

Boccaccio G. The Decameron of Giovanni Boccaccio. Frankfurt, Ger.: Outlook Verlag GmbH, 2020. [Боккаччо Дж. Декамерон. M.: Художественная литература, 1988.]

Boyd В. A. Rudolf Virchow: The Scientist as Citizen. New York: Garland, 1991.

Bradbury S. The Evolution of the Microscope. Oxford, UK: Pergamon Press, 1967.

Bras i er M. Secret Chambers: The Inside Story of Cells and Complex Life. Oxford, UK: Oxford University Press, 2012.

Brivanlou A. H., ed. Human Embryonic Stem Cells in Development. Cambridge, MA: Academic Press, 2018.

Burnet M. Self and Not-Self. London: Cambridge University Press, 1969.

Cajal S. R. Recollections of My Life. Cambridge, MA: MIT Press, 1996.

Camara N. O. S., Braga T. T., eds. Macrophages in the Human Body: A Tissue Level Approach. London: Elsevier Science, 2022.

Campbell A. M. Monoclonal Antibody Technology: The Production and Characterization of Rodent and Human Hybridomas. Amsterdam: Elsevier, 1984.

Canetti E. Crowds and Power. New York: Continuum, Farrar, Straus and Giroux, 1981. [Канетти Э. Масса и власть. М.: ACT, 2014.]

Carey N. The Epigenetics Revolution: How Modern Biology Is Rewriting Our Understanding of Genetics, Disease and Inheritance. London: Icon Books, 2011.

Caron G. R., Meares С. E. Fire of a Thousand Suns: The George R. “Bob” Caron Story: Tail Gunner of the Enola Gay. Westminster, CO: Web, 1995.

Carroll L. Alice in Wonderland. London: Penguin Books, 1998.

[Кэрролл Л. Приключения Алисы в Стране Чудес. М.: Лабиринт, 2020.]

Chapman A. England's Leonardo: Robert Hooke and the Seventeenth-Century Scientific Revolution. Bristol, UK: Institute of Physics Publishing, 2005.

Conner C. D. A People's History of Science: Miners, Midwives, and “Low Mechanicks.” New York: Nation Books, 2005.

Copernicus N. On the Revolutions of Heavenly Spheres. New York: Prometheus Books, 1995. [Коперник H. О вращениях небесных сфер. M.: Наука, 1964.]

Crawford D. Н. The Invisible Enemy: A Natural History of Viruses. Oxford, UK: Oxford University Press, 2002.

Danquah М. К., Mahato R. L, eds. Emerging Trends in Cell and Gene Therapy. New York: Springer, 2013.

Darwin C. On the Origin of Species. Oxford, UK: Oxford University

Press, 2008. [Дарвин 4. Сочинения. M.: Изд. АН СССР, 1959.]

Davis D. М. The Compatibility Gene: How Our Bodies Fight Disease, Attract Others, and Define Our Selves. Oxford, UK: Oxford University Press, 2014.

Dawkins R. The Selfish Gene. Oxford, UK: Oxford University Press, 1989. [Докинз P. Эгоистичный ген. Corpus, 2022.]

Dettmer P. Immune: A Journey into the Mysterious System That Keeps You Alive. New York: Random House, 2021.

DeVita V. et al. Cancer: Principles & Practice of Oncology. Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins, 1985.

Dickinson E. The Complete Poems of Emily Dickinson. Boston: Little, Brown, 1960. [Дикинсон Э. Я умерла за красоту. М.: Азбука, 2022.]

Dobson М. The Story of Medicine: From Leeches to Gene Therapy. New York: Quercus, 2013.

Dollinger I. Was ist Absonderung und wie geschieht sie? Eine akademische Abhandlungvon Dr. Ignaz Dollinger. Wurzburg, Ger.: Nitribitt, 1819.

Doyle A. C. The Adventures of Sherlock Holmes. Hertfordshire, UK: Wordsworth, 1996. [Дойл А. К. Полное собрание повестей и рассказов о Шерлоке Холмсе. М.: Эксмо, 2013.]

Dunn L. Rudolf Virchow: Four Lives in One. Self-published, 2016.

Dunn L. C. A Short History of Genetics: The Development of Some of the Main Lines of Thought, 1864–1939. Ames: Iowa State University Press, 1991.

Dyer B. D., Obar R. A. Tracing the History of Eukaryotic Cells: The Enigmatic Smile. New York: Columbia University Press, 1994.

Edwards R. G., Steptoe P. C. A Matter of Life: The Story of a Medical Breakthrough. New York: William Morrow, 1980.

Ehrlich P. R. The Collected Papers of Paul Ehrlich. London: Elsevier Science & Technology, 1956.

Ehrlich P. R. Collected Studies on Immunity. New York: John Wiley & Sons, 1906.

Florkin M. Papers About Theodor Schwann. Paris: Liege, 1957.

Frank L. The Pleasure Shock: The Rise of Deep Brain Stimulation and Its Forgotten Inventor. New York: Penguin Random House, 2018.

Friedman M., Friedland G. W. Medicine's 10 Greatest Discoveries. New Haven, CT: Yale University Press, 1998.

Galen. On the Usefulness of the Parts of the Body. Ithaca, NY: Cornell University Press, 1968.

Geison G. L. The Private Science of Louis Pasteur. Princeton, NJ: Princeton University Press, 1995.

Ghosh A. The Nutmegs Curse: Parables for a Planet in Crisis. Chicago: University of Chicago Press, 2021.

Glover J. Choosing Children: Genes, Disability, and Design. Oxford, UK: Oxford University Press, 2006.

Godfrey E. L. B. Dr. Edward Jenner’s Discovery of Vaccination. Philadelphia: Hoeflich & Senseman, 1881.

Goetz T. The Remedy: Robert Koch, Arthur Conan Doyle, and the Quest to Cure Tuberculosis. New York: Gotham Books, 2014.

Goodsell D. S. The Machinery of Life. New York: Springer, 2009.

G re ely H. T. CRISPR People: The Science and Ethics of Editing Humans. Cambridge, MA: MIT Press, 2022.

Grmek M. D. History of AIDS: Emergence and Origin of a Modern Pandemic. Princeton, NJ: Princeton University Press, 1993.

Gupta A. Understanding Insulin and Insulin Resistance. Oxford, UK: Elsevier, 2022.

Hakim N. S., Papalois V. E., eds. History of Organ and Cell Transplantation. London: Imperial College Press, 2003.

Harold F. M. In Search of Cell History: The Evolution of Life’s Building Blocks. Chicago: University of Chicago Press, 2014.

Harris H. The Birth of the Cell. New Haven, CT: Yale University Press, 2000.

Harvey W On the Motion of the Heart and Blood in Animals. Eugene, OR: Resource, 2016.

Harvey W. The Circulation of the Blood: Two Anatomical Essays. Oxford, UK: Blackwell Scientific, 1958.

Henig R. M. Pandora’s Baby: How the First Test Tube Babies Sparked the Reproductive Revolution. Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2006.

Hirst L. F. The Conquest of Plague: A Study of the Evolution of Epidemiology. Oxford, UK: Clarendon Press, 1953.

Ho A. D., Champlin R. E., eds. Hematopoietic Stem Cell Transplantation. New York: Marcel Dekker, 2000.

Ho M.-W. The Rainbow and the Worm: The Physics of Organisms. 3rd ed. Hackensack, NJ: World Scientific, 2008.

Hofer E., Hescheler J., eds. Adult and Pluripotent Stem Cells: Potential for Regenerative Medicine of the Cardiovascular System. Dordrecht, Neth.: Springer, 2014.

Hooke R. Micrographia: Or Some Physiological Description of Minute Bodies Made by Magnifying Glasses with Observations and Inquiries Thereupon. London: Royal Society, 1665.

Howard J. М., Hess W. History of the Pancreas: Mysteries of a Hidden Organ. New York: Springer Science + Business Media, 2002.

Ishiguro K. Never Let Me Go. London: Faber & Faber, 2009.

Jaggi О. P. Medicine in India: Modern Period. Oxford, UK: Oxford University Press, 2000.

Janeway C. A., et al. Immunobiology: The Immune System in Health and Disease. 5th ed. New York: Garland Science, 2001.

Jauhar S. Heart: A History. New York: Farrar, Straus and Giroux, 2018.

Jenner E. On the Origin of the Vaccine Inoculation. London: G. Elsick, 1863.

Joffe S. N. Andreas Vesalius: The Making, the Madman, and the Myth. Bloomington, IN: AuthorHouse, 2014.

Kaufmann S. H. E. et al., eds. The Immune Response to Infection. Washington, DC: ASM Press, 2011.

Kemp W. L. et al. The Big Picture: Pathology. New York: McGraw-Hill, 2008.

Kenny A. Ancient Philosophy. Oxford, UK: Clarendon Press, 2006.

Kettenmann H., Ransom B. R., eds. Neuroglia. 3rd ed. Oxford, UK: Oxford University Press, 2013.

Kirksey E. The Mutant Project: Inside the Global Race to Genetically Modify Humans. Bristol, UK: Bristol University Press, 2021.

Kitamura D., ed. How the Immune System Recognizes Self and Nonself: Immunoreceptors and Their Signaling. Tokyo: Springer, 2008.

Kitta A. Vaccinations and Public Concern in History: Legend, Rumor and Risk Perception. New York: Routledge, 2012.

Koch K. One Train. New York: Alfred A. Knopf, 1994.

Koch R. Essays of Robert Koch. New York: Greenwood Press, 1987.

Kulstad R. AIDS: Papers from Science, 1982–1985. New York: Avalon Books, 1986.

Kushner R. The Hard Crowd: Essays, 2000–2020. New York: Scribner, 2021.

Lagerkvist U. Pioneers of Microbiology and the Nobel Prize. Singapore: World Scientific, 2003.

Lal P. Invisible Empire: The Natural History of Viruses. Haryana, Ind.: Penguin/Viking, 2021.

Landecker H. Culturing Life: How Cells Became Technologies. Cambridge, MA: Harvard University Press, 2007.

Lane N. Power, Sex, Suicide: Mitochondria and the Meaning of Life. Oxford, UK: Oxford University Press, 2005.

Lane N. The Vital Question: Energy, Evolution, and the Origins of Complex Life. New York: WW Norton, 2015. [Лейн H. Вопрос жизни. M.: Corpus, 2018.]

Lee D. W., Shah N. N., eds. Chimeric Antigen Receptor T-Cell Therapies for Cancer. Amsterdam: Elsevier, 2020.

Le Fanu J. The Rise and Fall of Modern Medicine. London: Abacus, 2000.

Lewis J. L., ed. Gene Therapy and Cancer Research Progress. New York: Nova Biomedical, 2008.

Lostroh P. Molecular and Cellular Biology of Viruses. New York: Garland Science, 2019.

Lyons S. L. From Cells to Organisms: Re-Envisioning Cell Theory. Toronto: University of Toronto Press, 2020.

Marquardt M. Paul Ehrlich. New York: Schuman, 1951.

Maxwell R. A., Eckhardt S. B. Drug Discovery: A Casehook and Analysis. New York: Springer Science + Business Media, 1990.

McCulloch E. A. The Ontario Cancer Institute: Successes and Reverses at Sherhourne Street. Montreal: McGill-Queen’s University Press, 2003.

McMahon L., Curdy A., eds. The Longman Anthology of Poetry.

New York: Pearson/Longman, 2006.

Mickle S. F. Borrowing Life: How Scientists, Surgeons, and a War Hero Made the First Successful Organ Transplant. Watertown, MA: Imagine, 2020.

Milo R., Philips R. Cell Biology by the Numbers. New York: Taylor & Francis, 2016.

Monod J. Chance and Necessity: An Essay on the Natural Philosophy of Modern Biology. New York: Alfred A. Knopf, 1971.

Morris T. The Matter of the Heart: A History of the Heart in Eleven Operations. London: Bodley Head, 2017.

Mukherjee S. The Emperor of All Maladies: A Biography of Cancer.

New York: Scribner, 2011. [Мукерджи С. Царь всех болезней.

M.: ACT, 2013.]

Mukherjee S. The Gene: An Intimate History. New York: Scribner, 2016. [Мукерджи С.Ген. M.: Corpus, 2023.]

Needham J. History of Embryology. Cambridge, UK: University of Cambridge Press, 1934.

Neel J. V., Schull W. J., eds. The Children of Atomic Bomb Survivors: A Genetic Study. Washington, DC: National Academy Press, 1991.

Newton I. The Principia: Mathematical Principles of Natural Philosophy. Oakland: University of California Press, 1999.

Nuland S. B. Doctors: The Biography of Medicine. New York: Random House, 2011.

Nurse P. What Is Life? Understand Biology in Five Steps. London: David Fickling Books, 2020.

O’Malley C. D. Andreas Vesalius of Brussels, 1314–1364. Berkeley: University of California Press, 1964.

O’Malley C., Saunders J. В., eds. The Illustrations from the Works of Andreas Vesalius of Brussels. New York: Dover, 2013.

Ogawa Y The Memory Police. New York: Pantheon Books, 2019.

Otis L. Muller s Lab. Oxford, UK: Oxford University Press, 2007.

Oughterson A. W., Warren S. Medical Effects of the Atomic Bomb in Japan. New York: McGraw-Hill, 1956.

Ozick C. Metaphor & Memory. New York: Random House, 1991.

Perin E. C. et al., eds. Stem Cell and Gene Therapy for Cardiovascular Disease. Amsterdam: Elsevier, 2016.

Pelayo R., ed. Advances in Hematopoietic Stem Cell Research. London: Intech Open, 2012.

Pepys S. The Diary of Samuel Pepys. London: George Bell and Sons, 1893.

Pfennig D. W, ed. Phenotypic Plasticity and Evolution: Causes, Consequences, Controversies. Boca Raton, FL: CRC Press, 2021.

Playfair J., Bancroft G. Infection and Immunity. Oxford, UK: Oxford University Press, 2013.

Ponder B. A. J., Waring M. J. The Genetics of Cancer. Amsterdam: Springer Science + Business Media, 1995.

Porter R., ed. The Cambridge History of Medicine. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2006.

Porter R. Greatest Benefit to Mankind. A Medical History of Humanity from Antiquity to the Present. London: HarperCollins, 1999.

Power D’Arcy. William Harvey: Masters of Medicine. London: T. Fisher Unwin, 1897.

Prakash S., ed. Artificial Cells, Cell Engineering and Therapy. Boca Raton, FL: CRC Press, 2007.

Rasko J., Power C. Flesh Made New: The Unnatural History and Broken Promise of Stem Cells. California: ABC Books, 2021.

Raza A. The First Cell: And the Human Costs of Pursuing Cancer to the Last. New York: Basic Books, 2019. [Раза А. Первая клетка. M.: Corpus, 2022.]

Re aven G., Laws A., eds. Insulin Resistance: The Metabolic Syndrome X. Totowa, NJ: Humana Press, 1999.

Redi F. Experiments on the Generation of Insects. Chicago: Open Court, 1909.

Rees A. R. The Antibody Molecule: From Antitoxins to Therapeutic Antibodies. Oxford, UK: Oxford University Press, 2015.

Reynolds A. S. The Third Lens: Metaphor and the Creation of Modern Cell Biology. Chicago: University of Chicago Press, 2018.

Ridley M. Genome: The Autobiography of a Species in 2j Chapters. London: HarperCollins, 2017.

Robbin I. Giants of Medicine. New York: Grosset & Dunlap, 1962.

Robbins L. E. Louis Pasteur: And the Hidden World of Microbes. New York: Oxford University Press, 2001.

Rogers K., ed. Blood: Physiology and Circulation. New York: Britannica Educational, 2011.

Rose H., Rose S. Genes, Cells and Brains: The Promethean Promise of the New Biology. London: Verso, 2014.

Roth P. Everyman. London: Penguin Random House, 2016.

Rudisill V B. Born with a Bomb: Suddenly Blind from Leber's Hereditary Optic Neuropathy. Bloomington, IN: AuthorHouse, 2012.

Rushdie S. Midnight's Children. Toronto: Alfred A. Knopf, 2010.

Ryan K. The Best of It: New and Selected Poems. New York: Grove Press, 2010.

Sandburg C. Chicago Poems. New York: Henry Holt, 1916.

Sand el M. J. The Case Against Perfection: Ethics in the Age of Genetic Engineering. Cambridge, MA: Harvard University Press, 2007.

Schneider D. The Invention of Surgery. New York: Pegasus Books, 2020.

Schwann T. Microscopical Researches into the Accordance in the Structure and Growth of Animals and Plants. London: Sydenham Society, 1847.

Sell S., Reisfeld R., eds. Monoclonal Antibodies in Cancer. Clifton, NJ: Humana Press, 1985.

Semmelweis I. The Etiology, Concept, and Prophylaxis of Childbed Fever. Madison: University of Wisconsin Press, 1983.

Shah S. Pandemic: Tracking Contagions, from Cholera to Coronaviruses and Beyond. New York: Sarah Crichton Books, 2016.

Shapin S. The Scientific Revolution. Chicago: University of Chicago Press, 2018. [Шейнин С. Научная революция как событие. М.: НЛО, 2015.]

Shapin S. A Social History of Truth: Civility and Science in the Seventeenth Century. Chicago: University of Chicago Press, 2011.

Shorter E. Partnership for Excellence: Medicine at the University of Toronto and Academic Hospitals. Toronto: University of Toronto Press, 2013.

Simmons J. G. Doctors & Discoveries: Lives That Created Today's Medicine. Boston: Houghton Mifflin, 2002.

Simmons J. G. The Scientific 100: A Ranking of the Most Influential Scientists, Past and Present. New York: Kensington, 2000.

Skloot R. The Immortal Life of Henrietta Lacks. London: Macmillan, 2010.

Snow J. On the Mode of Communication of Cholera. London: John Churchill, 1849.

Solomon A. Far from the Tree: Parents, Children and the Search for Identity. New York: Scribner, 2013. [Соломон Э. Далеко от яблони. М.: ACT, 2022.]

Solomon A. The Noonday Demon: An Atlas of Depression. New York: Scribner, 2001. [Соломон Э. Полуденный бес. M.: ACT, 2021.]

Sornberger J. Dreams and Due Diligence: Till and McCulloch's Stem Cell Discovery and Legacy. Toronto: University of Toronto Press, 2011.

Spiegelhalter D., Masters A. Covid by Numbers: Making Sense of the Pandemic with Data. London: Penguin Books, 2022.

Stephens T., Brynner R. Dark Remedy: The Impact of Thalidomide and Its Revival as a Vital Medicine. New York: Basic Books, 2009.

Stevens W. Selected Poems: A New Collection. New York: Alfred A. Knopf, 2009.

Styron W Darkness Visible: A Memoir of Madness. New York: Open Road, 2010.

Swanson L. W. et al. The Beautiful Brain: The Drawings of Santiago Ramon у Cajal. New York: Abrams, 2017.

Tesarik J., ed. 40 Years After In Vitro Fertilisation: State of the Art and New Challenges. Newcastle, UK: Cambridge Scholars, 2019.

Thomas L. A Long Line of Cells: Collected Essays. New York: Book of the Month Club, 1990.

Thomas L. The Medusa and the Snail: More Notes of a Biology Watcher. New York: Penguin Books, 1995.

Vallery-Radot R. The Life of Pasteur. Vol. 1. New York: Doubleday, Page, 1920.

Van den Tweel J. G., ed. Pioneers in Pathology. New York: Springer, 2017.

Vesalius A. The Fabric of the Human Body. 7 Vols. Vol. 1. Book I. The Bones and Cartilages. San Francisco: Norman, 1998.

Virchow R. Cellular Pathology as Based upon Physiological and Pathological Histology: Twenty Lectures Delivered in the Pathological Institute of Berlin During the Months of February, March, and April, 1838. London: John Churchill, 1860.

Virchow R. Disease, Life and Man: Selected Essays. Stanford, CA: Stanford University Press, 1938.

Wadman M. The Vaccine Race: How Scientists Used Human Cells to Combat Killer Viruses. London: Black Swan, 2017.

Wapner J. The Philadelphia Chromosome: A Genetic Mystery, a Lethal Cancer, and the Improbable Invention of Life-Saving Treatment. New York: The Experiment, 2014.

Wassenaar T. M. Bacteria: The Benign, the Bad, and the Beautiful. Hoboken, NJ: Wiley-Blackwell, 2012.

Watson J. D. et al. DNA: The Secret of Life. London: Arrow Books, 2017.

Watson R. R., Zibadi S., eds. Lifestyle in Heart Health and Disease. London: Elsevier, 2018.

Wellmann J. The Form of Becoming: Embryology and the Epistemology of Rhythm, 1760–1830. New York: Zone Books, 2017.

Whitman W Leaves of Grass: Comprising All the Poems Written by Walt Whitman. New York: Modern Library, 1892.

Wiestler O. D. et al., eds. Cancer Stem Cells: Novel Concepts and Prospects for Tumor Therapy. New York: Springer, 2007.

Wilson E. The Cell in Development and Inheritance. New York: Macmillan, 1897.

Wilson E. O. Letters to a Young Scientist. New York: Liveright, 2013.

Wolpert L. How We Live and Why We Die: The Secret Lives of Cells.

London: Faber and Faber, 2009.

Wurtzel E. Prozac Nation. New York: Houghton Mifflin, 1994.

Yong E. I Contain Multitudes: The Microbes Within Us and a Grander View of Life. London: Bodley Head, 2016.

Yount L. Antoni van Leeuwenhoek: Genius Discoverer of Microscopic Life. Berkeley, CA: Enslow, 2015.

Zernicka-Goetz M., Highfield R. The Dance of Life: Symmetry, Cells and How We Become Human. London: Penguin Books, 2020.

Zhe-Sheng C. et al., eds. Targeted Cancer Therapies, from Small Molecules to Antibodies. Lausanne, Switz.: Frontiers Media, 2020.

Zimmer C. Life’s Edge: The Search for What It Means to Be Alive. New York: Penguin Random House, 2021. [Циммер К. Живое и неживое. M.: АНФ, 2022.]

Zimmer С. A Planet of Viruses. Chicago: University of Chicago Press, 2015. [Циммер К. Планета вирусов. M.: АНФ, 2023.]

Zizek S. Pandemic! COVID-19 Shakes the World. London: Polity Books, 2020.

Источники иллюстраций

В тексте

С. 45: © Королевская академия искусств, Лондон; фотограф Джон Хаммонд

С. 53 a: Sarin Images I The Granger Collection

C. 53 б: Отделение медицины и науки, Национальный музей американской истории, Смитсоновский институт

С. 56 вверху: Любезно предоставлено Лесли Робертсон, Дельфтская школа микробиологии, Дельфтский технологический университет

С. 56 внизу: Архивы всемирной истории / Getty Images

С. 59, 60: Гук, “Микрография”. Wellcome Collection, СС BY 4.0

С. 82: Archiv fur Pathologische Anatomie und Physiologic, 1847.

Wikimedia Commons, CC BY 1.0

C. 91: Wellcome Collection, CC BY 4.0

C. 97: Wellcome Collection. Public Domain Mark

C. 115, 127 а: Дон Фосетт I научный источник

С. 125, 127 б, 193, 248 внизу, 439: С любезного разрешения автора

С. 141: Из трудов Уолтера Флемминга с модификациями, ССо.

Anderson et al. eLife 8 (2019)

С. 183: С любезного разрешения Майкла Травизано. Ratcliff W С.

et al. PNAS 109, no. 5 (2012)

С. 222: Bizzozero J. Archiv f pathol Anat 90, no. 2 (1882)

C. 248 вверху: Proceedings of the Royal Society of London. Wellcome Collection, CC BY 4.0

C. 341: Wellcome Collection. Public Domain Mark

C. 356: Любезно предоставлено Институтом Кахаля Академии наук Испании, Мадрид; © 2022 CSIC

С. 376: С любезного разрешения Ки Суенг Чоя. Choi К. S. et al.

JAMA Neurology 72, no. 11 (2015)

C. 385: Ed Reschke I Getty Images

C. 39, 109, 201, 315, 331, 399: Кики Смит

Во кладке

1. Фонд Эмили Уайтхед

2. Национальная медицинская библиотека

3. Рейксмузеум; http://hdl.handle.net/10934/RM0001.

COLLECT.46995

4. GL Archive / Alamy Stock Photo

5. AND / picture alliance via Getty Images

6. С любезного разрешения Архивного центра Рокфеллера

7. Central Press / Hulton Archive / Getty Images

8. Фото Энтони Уолласа / AFP via Getty Images

9. Научный источник

10. Леонард Маккомбе / The LIFE Picture Collection / Shutterstock

11. AP Photo / Боб Шульц

12. Национальные архивы (111-SC-192575-S)

13. Wellcome Collection, СС BY 4.0

14. Фото Жерара Жульена / AFP via Getty Images

15. Любезно предоставлено Институтом Кахаля Академии наук Испании, Мадрид; © 2022 CSIC

16. Библиотека редких книг Томаса Фишера, Университет Торонто

17. Питер Фоули / ЕРА / Shutterstock

18. REUTERS / Энтони Боланте / Alamy Stock Photo

Примечания

Эпиграфы

1 Stevens W On the Road Home 11 Selected Poems: A New Collection. New York: Alfred A. Knopf, 2009.

2 Nietzsche F. Rhythmische Untersuchungen. Berlin: de Gruyter, 1993-

Прелюдия. “Элементарные частицы организмов”

1 Doyle А. С. The Adventures of Sherlock Holmes. Hertfordshire: Wordsworth, 1996.

2 Воспоминания Шванна об этом ужине были пересказаны в его речи, с которой он выступил в 1878 году, а затем записаны в: Schwann Т. Microscopical Researches into the Accordance in the Structure and Growth of Animals and Plants. London: Sydenham Society, 1847. Также см.: Otis L. Muller s Lab. New York: Oxford University Press, 2007; Florkin M. Naissance et deviation de la theorie cellulaire dans I’oeuvre de Theodore Schwann. Paris: Hermann, 1960.

3 Charpa U. Matthias Jakob Schleiden (1804–1881): The History ofJewish Interest in Science and the Methodology of Microscopic Botany II Aleph: Historical Studies in Science and Judaism. Vol. 3. Bloomington: Indiana University Press, 2003.

4 Подробнее об этой коллекции: Schleiden М. J. Beitrage zur Phytogenesis. Archiv Fur Anatomie, Physiologic und Wissenschaftli-che Medicin (1838): 137-76.

5 Schleiden M. J. Contributions to Our Knowledge of Phytogenesis // Scientific Memoirs. Vol. 2. London: Richard and John E. Taylor, 1841.

6 Florkin M. Naissance et deviation de la theorie cellulaire.

7 Schleiden M. J. Beitrage zur Phytogenesis.

8 Schwann T Microscopical Researches.

9 Там же.

10 Parker S. Matthias Jacob Schleiden (1804–1881). Embryo Project Encyclopedia.

11 Otis L. Milller s Lab.

12 Mukherjee S. The Promise and Price of Cellular Therapies. New Yorker, 2019; Cancer's Invasion Equation. New Yorker, 2017; How Does the Coronavirus Behave Inside a Patient? New Yorker, 2020.

13 Porter R. The Greatest Benefit to Mankind: A Medical History of Humanity from Antiquity to the Present. London: Harper Collins, 1999.

14 Harris H. The Birth of the Cell. New Haven, CT: Yale University Press, 2000.

Вступление. “Мы всегда будем возвращаться к клетке”

1 Virchow R. Disease, Life and Man: Selected Essays. Stanford, CA: Stanford University Press, 1958.

2 Подробности истории Сэма П. описаны в соответствии с моими личными наблюдениями и сообщениями его лечащего врача в 2016 году. Имена и некоторые детали изменены для сохранения анонимности.

3 Подробности случая Эмили Уайтхед изложены на основании моего личного общения с ней, ее родителями и ее врачами в 2019 году; взято из статьи Mukherjee S. The Promise and Price.

4 Leeuwenhoek A. Observations, Communicated to the Publisher by Mr. Antony van Leeuwenhoek, in a Dutch Letter of the 9th Octob. 1676. Concerning Little Animals by Him Observed in Rain-Well- Sea-and Snow Water; as Also in Water Wherein Pepper Had Lain Infused. Phil Trans R Soc 12, no. 133 (1677): 821-31.

5 CAR T-cell Therapy. National Cancer Institute Dictionary.

6 Tsokolov S. A. Why Is the Definition of Life So Elusive? Epistemological Considerations. Astrobiology 9, no. 4 (2009): 401-12.

7 Интервью с Акико Ивасаки, февраль 2020 года; см. также: SARS-C0V-2 Variant Classifications and Definitions. Centers for Disease Control and Prevention; Severe Acute Respiratory Syndrome (SARS). World Health Organization.

8 Там же; см. также: Simmons J. The Scientific 100: A Ranking of the Most Influential Scientists, Past and Present. New York: Kensington, 2000; Silver G. A. Virchow, The Heroic Model in Medicine: Health Policy by Accolade. American Journal of Public Health 77, no. 1 (1987): 82-8.

9 Virchow R. Disease, Life and Man.

Часть первая. Открытие

Исходная клетка. Невидимый мир

1 Virchow R. Letters of 1842 // Letters to His Parents, 1839–1864.

USA: Science History Publications, 1990.

2 Weisenberg E. Rudolf Virchow, Pathologist, Anthropologist, and Social Thinker. Hektoen International 1, no. 2 (2009).

3 O’Malley C. D. Andreas Vesalius of Brussels 1314–1364. Berkeley: University of California Press, 1964; см. также: Schneider D.

The Invention of Surgery: A History of Modern Medicine – from the Renaissance to the Implant Revolution. New York: Pegasus Books, 2020.

4 Vesalius A. On the Fabric of the Human Body. San Francisco: Norman, 1998.

5 Vesalius A. The Illustrations from the Works of Andreas Vesalius of Brussels. New York: Dover, 2013.

6 Vesalius A. On the Fabric of the Human Body.

7 Copernicus N. On the Revolutions of Heavenly Spheres. New York: Prometheus Books, 1995.

8 Semmelweis I. The Etiology, Concept, and Prophylaxis of Childbed Fever. Madison: University of Wisconsin Press, 1983.

9 Masic I. The Most Influential Scientists in the Development of Public Health (2): Rudolf Ludwig Virchow (1821–1902). Materia Socio-medica 31, no. 2 (2019): 151-2.

10 Virchow R. Der Briefwechsel mit den Eltern 1839–1864. Germany: Blackwell Wissenschafts, 2001.

11 Там же.

12 Там же (письмо от 4 июля 1844).

13 Sturzbecher М. Die Prosektur der Berliner Charite im Briefwechsel zwischen Robert Froriep und Rudolf Virchow. Beitrage zur Berliner Medizingeschichte. (Письмо Вирхова Фрорипу, 2 марта 1847.)

Видимая клетка. “Вымышленные истории о маленьких животных”

1 Mendel G. Experiments in Plant Hybridization. Genetics 204, no. 2 (2016): 407-22.

2 Vavilov N. The Origin, Variation, Immunity and Breeding of Cultivated Plants. Chronica Botanica 13, no. 1/6 (1951).

3 Darwin C. On the Origin of Species. Oxford, UK: Oxford University Press, 2008.

4 Lens Crafters Circa 1390: Invention of the Microscope. APS Physics 13, no. 3 (March 2004): 2.

5 Harreld D. J. The Dutch Economy in the Golden Age (16th – 17th Centuries). EH.Net Encyclopedia of Economic and Business History; см. также: Wilson C. Cloth Production and International Competition in the Seventeenth Century. Economic History Review 13, no. 2 (1960): 209-21.

6 Leeuwenhoek A. Observations, Communicated to the Publisher; cm. также'. Porter J. R. Antony van Leeuwenhoek: Tercentenary of His Discovery of Bacteria. Bacteriological Reviews 40, no. 2 (1976): 260-9.

7 Leeuwenhoek A. Observations, Communicated to the Publisher.

8 Там же.

9 Там же.

10 Karamanou М. et al. Anton van Leeuwenhoek (1632–1723): Father of Micromorphology and Discoverer of Spermatozoa. Revista Argentina de Microbiologia 42, no. 4 (2010): 311-4; см. также: Howards S. S. Antonie van Leeuwenhoek and the Discovery of Sperm. Fertility and Sterility 67, no. 1 (1997): 16-7.

11 Yount L. Antoni van Leeuwenhoek: Genius Discoverer of Microscopic Life. Berkeley, CA: Enslow, 2015.

12 Lane N. The Unseen World: Reflections on Leeuwenhoek (1677) ‘Concerning Little Animals’. Phil Trans R Soc В 370, no. 1666 (2О15)

13 Shapin S. A Social History of Truth: Civility and Science in the Seventeenth Century. Chicago: University of Chicago Press, 2011; см. также: Leeuwenhoek A. Antony van Leeuwenhoek and His Little Animals: Being Some Account of the Father of Protozoology & Bacteriology and His Multifarious Discoveries in These Disciplines. New York: Russell and Russell, 1958. (Письмо Роберта Гука Антони ван Левенгуку, 1 декабря 1677.)

14 Lane N. The Unseen World.

15 Gaither С. C., Cavazos-Gaither A. E., eds. Gaither’s Dictionary of Scientific Quotations. New York: Springer, 2008. (Левенгук в письме неизвестному лицу, 12 июня 1763.)

16 Chapman A. England’s Leonardo: Robert Hooke and the Seventeenth-Century Scientific Revolution. Bristol, UK: Institute of Physics, 2005.

17 Johnson B. The Great Fire of London. Historic UK, 2020.

18 Hooke R. Micrographia: Or Some Physiological Descriptions of Minute Bodies Made by Magnifying Glasses with Observations and Inquiries Thereupon. London: Royal Society, 1665.

19 Pepys S. The Diary of Samuel Pepys. London: George Bell and Sons, 1893.

20 Kemp M. Hooke's Housefly. Nature 393 (1998): 745.

21 Hooke R. Micrographia.

22 Там же.

23 Там же.

24 Там же.

25 Birch Т., ed. The History of the Royal Society of London, for Improving the Knowledge, from its First Rise. London: A. Millar, 1757.

26 Антони ван Левенгук Роберту Гуку, 12 ноября 1680. Letter jj of Alle de brieven: 1679–1685. Vol. 3. De Digitale Bibliotheek voor de Nederlandse Letteren (DBNL), 333.

27 Leeuwenhoek A. The Select Works of Antony van Leeuwenhoek, Containing His Microscopal Discoveries in Many of the Works of Nature. London: G. Sidney, 1800.

28 Harris H. The Birth of the Cell.

29 Там же.

30 Newton I. The Principia: Mathematical Principles of Natural Philosophy. Oakland: University of California Press, 1999.

Универсальная клетка. “Мельчайшие частицы этого маленького мира”

1 Hooke R. Micrographia.

2 Schwann Т. Microscopical Researches.

3 Dunn L. С. Л Short History of Genetics: The Development of Some of the Main Lines of Thought, 1864–1959. Ames: Iowa State University Press, 1991.

4 Hirst L. F. The Conquest of Plague: A Study of the Evolution of Epidemiology. Oxford, UK: Clarendon Press, 1953.

5 Там же.

6 Bichat X. Traite Des Membranes en General et De Diverses Membranes en Particulier. Paris: Chez Richard, Caille et Ravier, 1816; см. также: Harris H. The Birth of the Cell.

7 Weiner D. B. Raspail: Scientist and Reformer. New York: Columbia University Press, 1968.

8 Fouquier P. E., Orfila M. J. B. Proces et defense de F. V. Raspail poursuivi le 19mai 1846, en exercice illegal de la medicine. Paris: Schneider et Langrand, 1846.

9 Weiner D.B. Raspail. Подробности см.: Weiner D. Frangois-Vin-cent Raspail: Doctor and Champion of the Poor. French Historical Studies 1, no. 2 (1959): 149-71.

10 Подробнее см.: Harris Н. The Birth of the Cell.

11 Coleridge S. T. The Eolian Harp // The Poetical Works of Samuel Taylor Coleridge. London: George Routledge and Sons, 1873.

12 Schleiden M. J. Contributions to Our Knowledge of Phytogenesis. Подробности также приводятся в книге: Andrault R. Nicolas Hartsoeker, Essai de dioptrique, 1694 // Andrault R. et al. eds. Medecine etphilosophic de la nature bumaine de Page classique aux Lumieres: Anthologie. Paris: Classiques Garnier, 2014.

13 Schleiden M. J. Beitrage zur Phytogenesis.

14 Schwann T. Microscopical Researches.

15 Там же.

16 Из интервью с Лаурой Оутис, ее родственниками и врачами, 2022.

17 Schwann Т. Microscopical Researches.

18 Harris Н. The Birth of the Cell.

19 Virchow R. Weisses Blut, 18431/ Virchow R., ed. Gesammelte Abhandlungen zur Wissenschaftlichen Medicin. Frankfurt: Meidinger Sohn, 1856.

20 Bennett J. H. Case of Hypertrophy of the Spleen and Liver, Which Death Took Place from Suppuration of the Blood. Edinburgh Medical and Surgical Journal 64 (1845): 413-23.

21 Bennett J. H. On the Discovery of Leucocythemia. Monthly Journal of Medical Science 10, no. 58 (1854): 374-81.

22 Boyd B. A. Rudolf Virchow: The Scientist as Citizen. New York: Garland, 1991.

23 Virchow R. Er inner ungsblatter. Archiv f pathol Anat 4, no.

4 (1852): 541-8; см. также: Brown T. M., Fee E. Rudolf Carl Virchow: Medical Scientist, Social Reformer, Role Model. American Journal of Public Health 96, no. 12 (2006): 2104-5.

24 Schulz K. Rudolf Virchow und die Oberschlesische Typhusepidemie von 1848. Jahrbuch der Schlesischen Friedrich-Wilhelms-Universitat zu Breslau. Vol. 19. Gottingen Working Group, 1978.

25 Weisenberg E. Rudolf Virchow, Pathologist, Anthropologist, and Social Thinker

26 Raspail F. Classification Generale des Graminees // Annales des Sciences Naturelles. Vol. 6. Paris: Libraire de lAcademie Royale de Medicine, 1825; см. также: Silver G. A. Virchow, The Heroic Model in Medicine.

27 Rather L. J. A Commentary on the Medical Writings of Rudolf Virchow: Based on Schwalbe's Virchow-Bibliographic, 1843–1901. San Francisco: Norman, 1990.

28 Virchow R. Cellular Pathology as Based upon Physiological and Pathological Histology: Twenty Lectures Delivered in the Pathological Institute of Berlin During the Months of February, March, and April, 1858. London: John Churchill, 1860.

29 Rather L. J. A Commentary on the Medical Writings of Rudolf Virchow.

30 О реакции Вирхова на проявления расизма: Virchow R. Descen-denz und Pathologic. Archiv f pathol Anat 103, no. 3 (1886): 413-36.

31 Rather L. J. A Commentary on the Medical Writings of Rudolf Virchow. yi Там же; см. также: Eine Antwort an Herrn Spiess. Virch. Arch. XIII.

A Reply to Mr. Spiess. VA 13 (1858): 481-90.

33 Подробности случая M. К. приводятся по результатам моего личного с ним общения в 2002 году. Имена и некоторые детали изменены из соображений конфиденциальности.

34 См. сайт Национального института аллергических и инфекционных заболеваний (National Institute of Allergy and Infectious Diseases, NIAID).

35 Virchow R. Cellular Pathology.

Патогенная клетка. Микробы, инфекции и революция антибиотиков

1 Pennisi Е. The Power of Many. Science 360, no. 6396 (2018): 1388-91.

2 Redi F. Experiments on the Generation of Insects. Chicago: Open Court, 1909.

3 Там же; см. также: Nurse Р. The Incredible Life and Times of Biological Cells. Science 289, no. 5485 (2000): 1711-6.

4 Vallery-Radot R. The Life of Pasteur. Vol. 1. New York: Doubleday, Page, 1920.

5 Brock T. D. Robert Koch: A Life in Medicine and Bacteriology. Madison, WI: Science Tech, 1988.

6 Koch R. The Etiology of Anthrax, Founded on the Course of Development of Bacillus Anthracis (1876) // Essays of Robert Koch. New York: Greenwood Press, 1987.

7 Goetz T. The Remedy: Robert Koch, Arthur Conan Doyle, and the Quest to Cure Tuberculosis. New York: Gotham Books, 2014; см. также: Blevins S. M., Bronze M. Robert Koch and the ‘Golden Age’ of Bacteriology. International Journal of Infectious Diseases 14, no. 9 (2010): 6744-51.

8 Koch R. Uber die Milzbrandimpfung. Leipzig, Ger.: Verlag von Georg Thieme, 1912.

9 Там же; см. также: Коен R. On the Anthrax Inoculation // Essays of Robert Koch. New York: Greenwood Press, 1987.

10 Semmelweis I. The Etiology, Concept, and Prophylaxis of Childbed Fever.

11 Там же.

12 Там же.

13 Snow J. On the Mode of Communication of Cholera. London: John Churchill, 1849.

14 Snow J. The Cholera Near Golden-Square, and at Deptford. Medical Times and Gazette 9 (1854): 321-2.

15 Snow J. On the Mode of Communication of Cholera.

16 Pitt D., Aubin J.-M. Joseph Lister: Father of Modern Surgery. Canadian Journal of Surgery 55, no. 5 (2012): e8~9.

17 Bosch F., Rosich L. The Contributions of Paul Ehrlich to Pharmacology: A Tribute on the Occasion of the Centenary of His Nobel Prize. Pharmacology 82, no. 3 (2008): 171-9.

18 Tan S. Y, Tatsumura Y. Alexander Fleming (1881–1955): Discoverer of Penicillin. Singapore Medical Journal 56, no. 7 (2015): 366-7.

19 Woodruff H. B. Selman A. Waksman, Winner of the 1952Nobel Prize for Physiology or Medicine. Applied and Environmental Microbiology 80, no. 1 (2014): 2–8.

20 Yong E. I Contain Multitudes: The Microbes Within Us and a Grander View of Life. New York: Ecco, 2016. [Йонг Э. Как микробы управляют нами. М.: Кладезь, 2017.]

21 Из интервью с Франсиско Марти, февраль 2018.

22 WoeseC.R., Fox G.E. Phylogenetic Structure of the Prokaryotic Domain: The Primary Kingdoms. PNAS 74, no. 11 (1977): 5088-90.

23 Woese C. R. et al. Towards a Natural System of Organisms: Proposal for the Domains Archaea, Bacteria, and Eucarya. PNAS 87, no. 12 (1990): 4576-9.

24 Mayr E. Two Empires or Three? PNAS 95, no. 17 (1998): 9720-3.

25 Morell V. Microbiology's Scarred Revolutionary. Science 276, no. 5313 (1997): 699–702.

26 Lane N. The Vital Question: Energy, Evolution, and the Origins of Complex Life. New York: WW Norton, 2015. [Лейн H. Вопрос жизни. M.: Corpus, 2018.]

27 Szostak J. et al. Synthesizing Life. Nature 409 (2001): 387-90.

28 Zhu T. F., Szostak J. W Coupled Growth and Division of Model Protocell Membranes. Journal of the American Chemical Society 131, no. 15 (2009): 5705-13.

29 Lane N. The Vital Question.

30 Staley J. T., Caetano-Anolles G. Archaea-First and the Co-Evolutionary Diversification of Domains of Life. BioEssays 40, no. 8 (2018): 61800036; см. также: BioEsssays: Archaea-First and the Co-Evolutionary Diversification of the Domains of Life. YouTube, 8:52, WBLifeSciences.

31 Lane N. The Vital Question.

Часть вторая. Одна и много

Организованная клетка. Внутренняя анатомия клетки

1 Wolpert L. How We Live and Why We Die: The Secret Lives of Cells. New York: WW Norton, 2009.

2 Речь Джорджа Паладе на нобелевском банкете ю декабря 1974. Nobelprize.org.

3 Rather L. J. A Commentary on the Medical Writings of Rudolf Virchow.

4 Overton E. Uber die osmotischen Eigenschaften derleben-den Pflanzen-und Tierzelle. Zurich: Fasi & Beer, 1895; см. также: Overton E. Uber die allgemeinen osmotischen Eigenschaften der Zelle, ihre vermutlichen Ursachen und ihre Bedeutungfiir die Physiologic. Zurich: Fasi & Beer, 1899; Overton E. The Probable Origin and Physiological Significance of Cellular Osmotic Properties // Papers on Biological Membrane Structure. Boston: Little, Brown, 1968; Lombard J. Once upon a Time the Cell Membranes: i/j Years of Cell Boundary Research. Biology Direct 9, no. 32 (2014).

5 Gorter E., Grendel F. On В imolecular Layers of Lipoids on the Chromocytes of the Blood. Journal of Experimental Medicine 41, no. 4 (1925): 439-43.

6 Singer S., Nicols on G. The Fluid Mosaic Model of the Structure of Cell Membranes. Science 175, no. 4023 (1972): 720-31.

7 Weiner O. D. et al. Spatial Control of Actin Polymerization During Neutrophil Chemotaxis. Nature Cell Biology 1, no. 2 (1999): 75–81.

8 Jamieson J. D. A Tribute to George E. Palade. Journal of Clinical Investigation 118, no. 11 (2008): 3517-8.

9 Altmann R. Die Elementarorganismen und ihre Beziehungen zu den Zellen. Leipzig, Ger.: Verlag von Veit, 1890.

10 Sagan L. On the Origin of Mitosing Cells. Journal of Theoretical Biology 14, no. 3 (1967): 225-74.

11 Lane N. The Vital Question.

12 Rabinowitch E. I. Photosynthesis – Historical Development of Scientific Interpretation and Significance of the Process // The Physical and Economic Foundation of Natural Resources: I. Photosynthesis – Basic Features of the Process. Washington, DC: Interior and Insular Affairs Committee, House of Representatives, United States Congress, 1952.

13 Pollack A. George Palade, Nobel Winner for Work Inspiring Modern Cell Biology, Dies at 93. New York Times, 2008.

14 Из личной беседы с Полом Грингардом в феврале 2019 года.

15 Там же; см. также: Palade G. Intracellular Aspects of the Process of Protein Secretion. Nobel Lecture, Stockholm, December 12, 1974.

16 Palade G. E. Keith Roberts Porter and the Development of Contemporary Cell Biology. Journal of Cell Biology 75, no. 1 (1977): D3-10.

17 Нобелевская лекция Джорджа Паладе 12 декабря 1974.

18 Palade G.E. Intracellular Aspects of the Process of Protein Synthesis. Science 189, no. 4200 (1975): 347-58.

19 Sabatini D. D., Adesnik M. Christian de Duve: Explorer of the Cell Who Discovered New Organelles by Using a Centrifuge. PNAS 110, no. 33 (2013): 13234-5.

20 Starr B. A Long and Winding DNA. KQED, 2009.

21 Pederson T. The Nucleus Introduced. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology 3, no. 5 (2011): aooo52i.

22 Bernard C. Lectures on the Phenomena of Life Common to Animals and Plants. Springfield, IL: Charles C. Thomas, 1974.

23 Rudisill V. B. Born with a Bomb: Suddenly Blind from Leber’s Hereditary Optic Neuropathy. Bloomington, IN: AuthorHouse, 2012.

24 Подробнее об этом заболевании: Leber Hereditary Optic Neuropathy (Sudden Vision Loss). Cleveland Clinic, 2021.

25 Wallace D. C. et al. Mitochondrial DNA Mutation Associated with Leber’s Hereditary Optic Neuropathy. Science 242, no. 4884 (1988): 1427-30.

26 Rudisill V. B. Born with a Bomb.

27 Там же.

28 Lam В. et al. Trial End Points and Natural History in Patients with G11778A Leber Hereditary Optic Neuropathy. JAMA Ophthalmology 132, no. 4 (2014): 428-36.

29 Yang S. et al. Long-term Outcomes of Gene Therapy for the Treatment of Leber’s Hereditary Optic Neuropathy. eBioMedicine (2016): 258-68.

30 Newman N.J. et al. Efficacy and Safety of Intravitreal Gene Therapy for Leber Hereditary Optic Neuropathy Treated Within 6 Months of Disease Onset. Ophthalmology 128, no. 5 (2021): 649-60.

Делящаяся клетка. Воспроизведение клеток и зарождение ЭКО

1 Solomon A. Far from the Tree: Parents, Children and the Search for Identity. New York: Scribner, 2013. [Соломон Э. Далеко от яблони. М.: ACT, 2022.]

2 Monod J. Chance and Necessity: An Essay on the Natural Philosophy of Modern Biology. New York: Alfred A. Knopf, 1971.

3 Paweletz N. Walther Flemming: Pioneer of Mitosis Research. Nature Reviews Molecular Cell Biology 2, no. 1 (2001): 72-5.

4 Flemming W. Contributions to the Knowledge of the Cell and Its Vital Processes: Part 2. Journal of Cell Biology 25, no. 1 (1965): 1-69.

5 Там же.

6 The p 53 Tumor Suppressor Protein // Genes and Disease. Bethesda, MD: National Center for Biotechnology Information, 2021.

7 Из беседы с Полом Нёрсом в марте 2017 года; Sir Paul Nurse:

I Looked at My Birth Certificate. That Was Not My Mother s Name. Guardian (International edition), 2014.

8 Hunt T. Biographical. Nobelprize.org.

9 Hunt T. Protein Synthesis, Proteolysis, and Cell Cycle Transitions. Nobel Lecture, Stockholm, December 9, 2021.

10 Из беседы с Полом Нёрсом в марте 2017 года.

11 Lavietes S. Dr. L. В. Shettles, 93, Pioneer in Human Fertility. New York Times, 2003. Подробности эксперимента Шеттлса: Fowled ge T. M. A Report from the Del Zio Trial. Hastings Center Report 8, no. 5 (1978): 15-7.

12 Test Tube Babies: Landrum Shettles. PBS American Experience, 2022. Подробнее о работе Эдвардса и Стептоу: Johnson М. Н. Robert Edwards: The Path to IVF. Reproductive Biomedicine Online

23, no. 2 (2011): 245-62; см. также: Fanu J. L. The Rise and Fall of Modern Medicine. New York: Carroll & Graf, 2000.

13 Edwards R. G., Steptoe P. C. A Matter of Life: The Story of a Medical Breakthrough. New York: William Morrow, 1980.

14 Rock J., Menkin M. F. In Vitro Fertilization and Cleavage of Human Ovarian Eggs. Science 100, no. 2588 (1944): 105-7.

15 Chang M. C. Fertilizing Capacity of Spermatozoa Deposited into the Fallopian Tubes. Nature 168, no. 4277 (1951): 697-8.

16 Edwards R. G., Steptoe P. C. A Matter of Life.

17 Там же.

18 Там же.

19 Там же.

20 Там же.

21 Recipient of the 20191ETS Pioneer Award: Dr. Barry Bavister. Reproduction, Fertility and Development 31, no. 3 (2019): vii – viii.

22 Там же.

23 Edwards R. G. et al. Early Stages of Fertilization In Vitro of Human Oocytes Matured In Vitro. Nature 221, no. 5181 (1969): 632-5.

24 Johnson M. H. Robert Edwards: The Path to IVF.

25 Johnson M. H. et al. 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): 2157-74.

26 Henig R. M. Pandora's Baby: How the First Test Tube Babies Sparked the Reproductive Revolution. Boston: Houghton Mifflin, 2004.

27 Hutchinson M. I Helped Deliver Louise. BBC News, 2003.

28 Там же.

29 Derbyshire V First IVF Birth: ‘It Makes Me Feel Really Special'. BBC News Two, 2015.

30 Nugent C. What It Was Like to Grow Up as the World's First ‘Test-Tube Baby'. Time, 2018.

31 Обложка журнала Time от 31 июля 1978:

http://content, time, com / time / magazine / o, 9263,7601780731, oo.html.

32 Derbyshire V First IVF Birth', см. также: Woo E. and Los Angeles Times. Lesley Brown, British Mother of First In Vitro Baby, Dies at 64. Health & Science. Washington Post, 2012.

33 Edwards R. G. Meiosis in Ovarian Oocytes of Adult Mammals. Nature 196 (1962): 446-50.

34 Adhikari D. et al. Inhibitory Phosphorylation of Cdki Mediates Prolonged Prophase I Arrest in Female Germ Cells and Is Essential for Female Reproductive Lifespan. Cell Research 26 (2016): 1212-25.

35 Conger K. Earlier, More Accurate Prediction of Embryo Survival Enabled by Research. Stanford Medicine News Center, 2010.

36 Там же.

Поддельная клетка. Лулу, Нана и злоупотребление доверием

1 Cohen J. The Untold Story of the ‘Circle of Trust' Behind the World's First Gene-Edited Baby. Asia/Pacific News. Science, 2019.

2 Там же.

3 Gardner R., Edwards R. Control of the Sex Ratio at Full Term in the Rabbit by Transferring Sexed Blastocysts. Nature 218 (1968): 346-8.

4 Там же.

5 Meyer L. et al. Early Protective Effect of CCR-3 Delta 32 Heterozygosity on HIV-i Disease Progression: Relationship with Viral Load. The SEROCO Study Group, AIDS, no. 11 (1997): F73-78.

6 28 Nov 2018— International Summit on Human Genome Editing. He J iankui presentation and QUA. YouTube, 1:04.28, WCSethics.

7 Belluck P. Gene-Edited Babies: What a Chinese Scientist Told an American Mentor. New York Times, 2019.

8 Cohen J. Untold Story of the ‘Circle of Trust. ’

9 Там же.

10 Lovell-Badge R. 28 Nov 2018— International Summit. YouTube.

11 Cyrano ski D. First CRISPR Babies: Six Questions That Remain. News, Nature, 2018.

12 Terry M. Reviewers of Chinese CRISPR Research: ‘Ludicrous’ and ‘Dubious at Best’. BioSpace, 2019.

13 Lovell-Badge R. 28 Nov 2018 – International Summit. YouTube; см. также: Second International Summit on Human Genome Editing: Continuing the Global Discussion, November, 2.7-29, University of Hong Kong, China. Washington, DC: National Academies Press, 2018.

14 Cohen J. Untold Story of the ‘Circle of Trust.’

15 Cyranoski D. CRISPR-baby Scientist Fails to Satisfy Critics. News, Nature, 2018.

16 Cyranoski D. Russian ‘CRISPR baby’ Scientist Has Started Editing Genes in Human Eggs with Goal of Altering Deaf Gene. News, Nature, 2019.

17 Из беседы с Ником Лейном в январе 2022 года.

18 Pennisi Е. The Power of Many.

19 Grosberg R. K., Strathmann R. R. The Evolution ofMul-ticellularity: A Minor Major Transition? Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics 38 (2007): 621-54.

20 Там же.

21 Ratcliff W C. et al. Experimental Evolution of Multicellularity. PNAS 109, no. 5 (2012): 1595-600.

22 Из беседы с Уильямом Рэтклифом в декабре 2021 года.

23 Там же.

24 Pennisi Е. Evolutionary Time Travel. Science 334, no. 6058 (2011): 893-5.

25 Colizzi E. S. et al. Evolution of Multicellularity by Collective Integration of Spatial Information. eLife 9 (2020): 656349; см. также: Herron M. D. et al. De Novo Origins of Multicellularity in Response to Predation. Scientific Reports 9 (2019).

Развивающаяся клетка. Клетка становится организмом

1 Wellmann J. The Form of Becoming: Embryology and the Epistemology of Rhythm, 1760–1830. New York: Zone Books, 2017.

2 Wolff C. F. Theoria Generationis (dissertation). Halle: U H, 1759.

3 Goethe J. W. Letter to Frau von Stein, The Metamorphosis of Plants. Cambridge, MA: MIT Press, 2009.

4 Needham J. History of Embryology. Cambridge, UK: University of Cambridge Press, 1934. Подробно о развитии трофобласта: Knofler М. et al. Human Placenta and Trophoblast Development: Key Molecular Mechanisms and Model Systems. Cellular and Molecular Life Sciences 76, no. 18 (2019): 3479-96.

5 Thomas L. The Medusa and the Snail: More Notes of a Biology Watcher. New York: Penguin Books, 1995.

6 De Robertis E. M. Spemanns Organizer and Self-Regulation in Amphibian Embryos. Nature Reviews Molecular Cell Biology 7, no.

4 (2006): 296–302.

7 Gilbert S. F. Development Biology. Vol. 2. Sunderland, UK: Sinauer Associates, 2010; см. также: Harland R. Induction into the Hall of Fame: Tracing the Lineage of Spemanns Organizer. Development 135, no. 20 (2008): 3321-3, fig. 1; King R. C. et al. Heteroplastic Transplantation // A Dictionary of Genetics. New York: Oxford University Press, 2007; Hans Spemann, the Nobel Prize in Physiology or Medicine 1935. Nobelprize.org; Philbrick S., O’Neil E. Spemann-Mangold Organizer. The Embryo Project Encyclopedia, 2012; Spemann H., Mangold H. Induction of Embryonic Primordia by Implantation of Organizers from a Different Species. International Journal of Developmental Biology 45, no. 1 (2001): 13–38.

8 Thomas K. The Story of Thalidomide in the U. S., Told Through Documents. New York Times, 2020; см. также: Kim J. H., Scialli A. R. Thalidomide: The Tragedy of Birth Defects and the Effective Treatment of Disease. Toxicological Sciences 122, no. (2011): 1–6.

9 Interagency Coordination in Drug Research and Regulations. US Senate, 87th Congress. 93 (1961). (Письмо Фрэнсис Келси.)

10 Там же.

11 Thomas К. The Story of Thalidomide in the U. S.

12 Там же.

13 Asatsuma-Okumura T. et al. Molecular Mechanisms of the Teratogenic Effects of Thalidomide. Pharmaceuticals 13, no. 5 (2020): 95.

14 McFadden R. D. Frances Oldham Kelsey, Who Saved U. S. Babies from Thalidomide, Dies at 101. New York Times, 2015.

Часть третья. Кровь

Беспокойные клетки. Кровообращение

1 O’Malley М. A., Muller-Wille S. The Celias Nexus: Connections Between the History, Philosophy and Science of Cell Biology. Studies in History and Philosophy of Science Part C 41, no. 3 (2010): 169-71.

2 Virchow R. Letters of 1842, 26January 1843, Letters to his Parents, 1839 to 1864. United States of America: Science History, 1990.

3 Hajar R. The Air of History: Early Medicine to Galen (Part 1). Heart Views 13, no. 3 (2012): 120-8.

4 Harvey W. On the Motion of the Heart and Blood in Animals. London: George Bell and Sons, 1889.

5 Там же.

6 Harvey W. An Anatomical Study on the Motion of the Heart and the Blood in Animals // Medicine and Western Civilisation. New Brunswick, NJ: Rutgers University Press, 1995.

7 Leeuwenhoek A.Mr. H. Oldenburg. 14 August 1673. Letter 18of Alle de brieven: 1673–1676. De Digitale Bibliotheek voor de Neder-landse Letteren (DBNL). 301.

8 Malpighi M. De Polypo Cordis Dissertatio. Italy, 1666.

9 Hewson W. On the Figure and Composition of the Red Particles of the Blood, Commonly Called Red Globules. Phil Trans R Soc 63 (1773): 303-23

10 Hunefeld F. Der Chemismus in der thierischen Organisation. Leipzig, Ger.: Brockhaus, 1840.

11 Sahlins P. The Beast Within: Animals in the First Xenotransfusion Experiments in France, ca. 1667-68. Representations 129, no. 1 (2015): 25-55-

12 Landsteiner K. On Individual Differences in Human Blood. Nobel Lecture, Stockholm, December 11, 1930.

13 Там же.

14 Ottenberg R., Kaliski D. J. Accidents in Transfusion: Their Prevention by Preliminary Blood Examination – Based on an Experience of One Hundred Twentyeight Transfusions. JAMA 61, no. 24 (1913): 2138-40.

15 Keynes G. Blood Transfusion. Oxford, UK: Oxford Medical, 1922.

16 Rossi E. C., Simon T. L. Transfusions in the New Millennium // Rossi's Principles of Transfusion Medicine. Oxford, UK: Wiley Black-well, 2016.

17 А. К. Тейлор в письме Брюсу Робертсону от 14 августа 1917.

L. Bruce Robertson Fonds, Archives of Ontario, Toronto.

18 History of Blood Transfusion. American Red Cross Blood Services.

19 Blood Program in World War II. Annals of Internal Medicine 62, no. 5 (May 1, 1965): 1102.

Лечащие клетки. Тромбоциты, кровяные сгустки и “современная эпидемия”

1 Shakespeare W. Hamlet. New York: Bantam Books, 1980.

2 Brewer D. B. Max Schultze (186y), G. Bizzozero (1882) and the Discovery of the Platelet. British Journal of Haematology 133, no. 3 (2006): 251-8.

3 Schultze M. Ein heizharer Objecttisch und seine Verwendung bei Untersuchungen des В lutes. Archiv fur mikroskopische Anatomie 1 (1865): 1-14.

4 Там же.

5 Bizzozero G. Su di un nuovo elemento morfologico del sangue dei mammiferi e sulla sua importanza nella trombosi e nella coagulazione. Osservatore Gazetta delle Cliniche 17 (1881): 785—7.

6 Там же.

7 Nilsson I. M. The History of von Willebrand Disease. Haemophilia 5, supp. no. 2 (2002): 7-11.

8 Osler W. The Principles and Practice of Medicine. New York:

D. Appleton, 1899; см. также: Osler W. Lecture HI: Abstracts of the Cartwright Lectures: On Certain Problems in the Physiology of the Blood Corpuscles. Lecture, Association of the Alumni of the College of Physicians and Surgeons, New York, March 23, 1886.

9 Le Fanu J. The Rise and Fall of Modern Medicine. London: Abacus, 2000.

10 Tsoucalas G. et al. Travelling Through Time with Aspirin, a Healing Comanion. European Journal of Inflammation 9, no. 1 (2011): 13-6.

11 Craven L. L. Coronary Thrombosis Can Be Prevented. Journal of Insurance Medicine 5, no. 4 (1950): 47-8.

12 Sabatine M. S., Braunwald E. Thrombolysis in Myocardial Infarction (TIMI) Study Group: J ACC Focus Seminar 2/8. American Journal of Cardiology 77, no. 22 (2021): 2822-45; см. также: Xu X. R. et al. The Impact of Different Doses of Atorvastatin on Plasma Endothelin and Platelet Function in Acute ST-segment Elevation Myocardial Infarction After Emergency Percutaneous Coronary Intervention. Zhonghua nei ke za zhi 55, no. 12 (2016): 932-6.

Клетки-стражники. Нейтрофилы их Kampf против патогенов

1 Franklin В. Autobiography of Benjamin Franklin. New York: John B. Alden, 1892.

2 Andral G. Essai D'Hematologie Pathologique. Paris: Fortin, Masson et Cie Libraires, 1843.

3 Addison W. Experimental and Practical Researches on Inflammation and on the Origin and Nature of Tubercles of the Lung. London: J. Churchill, 1843.

4 Там же.

5 Там же.

6 Там же.

7 Mukherjee S. Before Virus, After Virus: A Reckoning. Cell 183 (2020): 308-14.

8 Mechnikov I. On the Present State of the Question of Immunity in Infectious Diseases. Nobel Lecture, Stockholm, December 11, 1908.

9 Там же.

10 Metchnikoff E. Uber eine Sprosspilzkrankheit der Daphnien. Archiv f pathol Anat 96 (1884): 177-95.

11 Mechnikov I. On the Present State of the Question of Immunity.

12 Filippo K. D., Rankin S. M. The Secretive Life of Neutrophils Revealed by Intravital Microscopy. Frontiers in Cell and Developmental Biology 8, no. 1236 (2020); см. также: Liew P. X., Kubes P. The Neutrophil's Role During Health and Disease. Physiological Reviews 99, no. 2 (2019): 1223-48.

13 Jaggi О. P. Medicine in India. Oxford, UK: Oxford University Press, 2000.

14 Boylston A. The Origins of Inoculation. Journal of the Royal Society of Medicine 105, no. 7 (2012): 309-13.

15 Koon W. K. Powdered Pus up the Nose and Other Chinese Precursors to Vaccinations, Opinion. South China Morning Post, 2020.

16 Bayoumi A. The History and Traditional Treatment of Smallpox in the Sudan. Journal of Eastern African Research & Development 6, no. 1 (1976): 1-10.

17 Montagu M. W. Letters of the Right Honourable Lady M-y W-y M-e. London: S. Payne, A. Cook, and H. Hill, 1767.

18 Moulin A. M. Le dernier langage de la medecine: Histoire de I'immu-nologie de Pasteur au Sida. Paris: Presses univers it aires de France, 1991.

19 Riedel S. Edward Jenner and the History of Smallpox and Vaccination. Baylor University Medical Center Proceedings 18, no. 1 (2005): 21-5; см. также: Brink S. What's the Real Story About the Milk-maid and the Smallpox Vaccine? History, National Public Radio, 2018.

20 Jenner E. An Inquiry into the Causes and Effects of the Variole Vaccine, or Cowpox, 1798II The Three Original Publications on Vaccination Against Smallpox by Edward Jenner. Louisiana State University, Law Center.

21 Hammarsten J. F. et al. Who Discovered Smallpox Vaccination? Edward Jenner or Benjamin Jesty? Trans Am Clin Climatol Assoc 90 (1979): 44–55.

22 Naranjo-Gomez M. et al. Neutrophils Are Essential for Induction of Vaccine-like Effects by Antiviral Monoclonal Antibody Immunotherapies. JCI Insight 3, no. 9 (2018): 697339; см. также: Palgen J. L. et al. Prime and Boost Vaccination Elicit a Distinct Innate Myeloid Cell Immune Response. Scientific Reports 8, no. 3087 (2018).

Защитные клетки. Когда тело встречается с телом

1 Burns R. Comin Thro' the Rye (1782) //Johnson J., ed. The Scottish Musical Museum. Vol. 5. Edinburgh: William Blackwood and Sons, 1839.

2 Prull C. – R. Part of a Scientific Master Plan? Paul Ehrlich and the Origins of his Receptor Concept. Medical History 47, no. 3 (2003): 332-56.

3 Ehrlich P. Experimentelle Untersuchungen uber Immunitat.I. Uber Ricin. Deutsche Medizinische Wochenschrift 17, no. 32 (1891): 976-9.

4 Behring E., Kitasato S. Uber das Zustandekommen der Diph-therie-1mmunitat und der Tetanus-Immunitat bei Thieren. Deutsche Medizinische Wochenschrift 49 (1890): 1113-4.

5 Lindenmann J. Origin of the Terms Antibody' and Antigen. Scandinavian Journal of Immunology 19, no. 4 (1984): 281-5.

6 Behring E. Untersuchungen uber das Zustandekommen der Diphtheric-I mmunitat bei Thieren. Deutsche Medizinische Wochenschrift 50 (1890): 1145-8; см. также: Bulloch W. The History of Bacteriology. London: Oxford University Press, 1938; Brieger L. et al. Uber Immunitat und Giftfestigung. Zeitschrift fur Hygiene und Infektionskrankheiten 12 (1892): 254-5; Deutsch L. Contribution а Г etude de I'origine des anticorps typhiques. Annales de 1’Institut Pasteur 13 (1899): 689–727; Ehrlich P. Experimentelle Unter-suchungen uber Immunitat. II. Ueber Abrin. Deutsche Medizinische Wochenschrift 17 (1891): 1218-9; Ehrlich P. Uber Immunitat durch Vererbung und Saugung. Zeitschrift fur Hygiene und Infektionskrankheiten, medizinische Mikrobiologie, Immunologie und Virologie 12 (1892): 183–203.

7 Lindenmann J. Origin of the Terms Antibody' and Antigen.

8 Porter R. R. Structural Studies of Immunoglobulins. Nobel Lecture, Stockholm, December 12, 1972.

9 Edelman G. M. Antibody Structure and Molecular Immunology. Nobel Lecture, Stockholm, December 12, 1972.

10 Pauling L. A Theory of the Structure and Process of Formation of Antibodies. Journal of the American Chemical Society 62, no.

10 (1940): 2643-57.

11 Lederberg J. Genes and Antibodies. Science 129, no. 3364 (1959): 1649-53.

12 Burnet F. M. A Modification ofJerne’s Theory of Antibody Production Using the Concept of Clonal Selection. CA Cancer J Clin 26, no. 2 (1976): 119-21; см. также: Burnet F.M. Immunological Recognition of Self. Nobel Lecture, Stockholm, December 12, 1960.

13 Thomas L. The Lives of a Cell: Notes of a Biology Watcher. New York: Penguin Books, 1978.

14 Tonegawa S. Somatic Generation of Antibody Diversity. Nature 302 (1983): 575-81.

15 Kohler G., Milstein C. Continuous Cultures of Fused Cells Secreting Antibody of Predefined Specificity. Nature 256 (1975): 495-7.

16 Nadler L. et al. Serotherapy of a Patient with a Monoclonal Antibody Directed Against a Human Lymphoma-Associated Antigen. Cancer Research 40, no. 9 (1980): 3147-54.

17 Из беседы с Роном Леви в декабре 2021 года.

Распознающие клетки. Гибкий разум Т-клеток

1 Miller J. Revisiting Thymus Function. Frontiers in Immunology 5 (2014): 411.

2 Miller J. F. Discovering the Origins of Immunological Competence. Annual Review of Immunology 17 (1999): 1-17.

3 Там же.

4 Townsend A. Vincenzo Cerundolo 1939–2020. Nature Immunology 21, no. 3 (2020): 243.

5 Zinkernagel R. M., Doherty P. C. Immunological Surveillance Against Altered Self Components by Sensitised T Lymphocytes in Lymphocytes Choriomeningitis. Nature 251, no. 5475 (1974): 547-8.

6 Из беседы с Аленом Таунсендом в 2019 году.

7 Bjorkman Р, Parham Р. Structure, Function, and Diversity of Class I Major Histocompatibility Complex Molecules. Annual Review of Biochemistry 59 (1990): 253-88.

8 Townsend A., Michael A. M. MHC Protein Structure: Those Images That Yet Fresh Images Beget. Nature 329, no. 6139 (1987): 482-3.

9 Yeats W. B. Byzantium // The Collected Poems ofW. B. Yeats. Hertfordshire, UK: Wordsworth Editions, 1994.

10 Allison J. et al. Tumor-Specific Antigen of Murine T-Lymphoma Defined with Monoclonal Antibody. Journal of Immunology 129, no.

5 (1982): 2293-З^00; см также: Yanagi Y et al. Л Human T Cell-Specific cDNA Clone Encodes a Protein Having Extensive Homology to Immunoglobulin Chains. Nature 308 (1984): 145-9; Hedrick S. M. et al. Isolation of cDNA Clones Encoding T Cell-Specific Membrane-Associated Proteins. Nature 308 (1984): 149-53.

11 Carrero J. A., Unanue E. R. Lymphocyte Apoptosis as an Immune Subversion Strategy of Microbial Pathogens. Trends in Immunology 27, no. 11 (2006): 497–503.

12 Janeway C. A. et al. Immunobiology: The Immune System in Health and Disease. New York: Garland Science, 2001.

13 Thomas L. A Long Line of Cells: Collected Essays. New York: Book of the Month Club, 1990.

14 Grmek M. D. History of AIDS: Emergence and Origin of a Modern Pandemic. Princeton, NJ: Princeton University Press, 1993.

15 Там же.

16 Pneumocystis Pneumonia – Los Angeles. US Centers for Disease Control and Prevention. MMWR 30, no. 21 (1981): 1–3.

17 Там же.

18 Там же.

19 Hymes К. В. et al. Kaposi's Sarcoma in Homosexual Men – A Report of Eight Cases. Lancet 318, no. 8247 (1981): 598–600.

20 Brennan R. O., Durack D. T. Gay Compromise Syndrome, Letters to the Editor. Lancet 318, no. 8259 (1981): 1338-9.

21 Grmek M. D. History of AIDS.

22 Acquired Immuno-Deficiency Syndrome – AIDS. US Centers for Disease Control. MMWR 31, no. 37 (1982): 507-8, 513-4.

23 Gottlieb M.S. et al. Pneumocystis Carinii Pneumonia and Mucosal Candidiasis in Previously Healthy Homosexual Men. N Engl J Med 305, no. 24 (1981): 1425-31; Masur H. et al. An Outbreak of Community-Acquired Pneumocystis Carinii Pneumonia. N Engl J Med 305, no. 24 (1981): 1431-8; Siegal F. P. et al. Severe Acquired Immunodeficiency in Male Homosexuals, Manifested by Chronic Perianal Ulcerative Herpes Simplex Lesions. N Engl J Med 305, no. 24 (1981): 1439-44.

24 Kagan J. M. et al. A Brief Chronicle of CD4 as a Biomarker for HIV/AIDS: A Tribute to the Memory ofJohn L. Fahey. Forum on Immunopathological Diseases and Therapeutics 6, no. 1/2 (2015): 55–64.

25 Barre-Sinoussi F. et al. Isolation of a T-Lymphotropic Retrovirus from a Patient at Risk for Acquired Immune Deficiency Syndrome (AIDS). Science 220, no. 4599 (1983): 868-71.

26 Schupbach J. et al. Serological Analysis of a Subgroup of Human T-Lymphotropic Retroviruses (HTLV–III) Associated with AIDS. Science 224, no. 4648 (1984): 503-5; Gallo R. C. et al. Frequent Detection and Isolation of Cytopathic Retroviruses (HTLV–III) from Patients with AIDS and at Risk for AIDS. Science 224, no. 4648 (1984): 500-3; Sarngadharan M. G. et A. Antibodies Reactive with Human T-Lymphotropic Retroviruses (HTLV–III) in the Serum of Patients with AIDS. Science 224, no. 4648 (1984): 506-8;

Popovic M. et al. Detection, Isolation, and Continuous Production of Cytopathic Retroviruses (HTLV-HI) from Patients with AIDS and Pre-AIDS. Science 224, no. 4648 (1984): 497–500.

27 Gallo R. C. The Early Years of HIV/AIDS. Science 298, no. 5599 (2002): 1728-30. Полное собрание статей на эту тему: Kulstad R., ed. AIDS: Papers from Science, 1982–1983. Washington DC: American Association for the Advancement of Science, 1986.

28 Rushdie S. Midnight’s Children. Toronto: Alfred A. Knopf, 2010.

[Рушди С. Дети полуночи. M.: Corpus, 2023.]

29 Gyuay L. et al. Intrapartum and Neonatal Single-Dose Nevirapine Compared with Zidovudine for Prevention of Mother-to-Child Transmission of HIV-1 in Kampala, Uganda: HIVNET 012 Randomised Trial. Lancet 354, no. 9181 (1999): 795–802.

30 Brown T. R. I Am the Berlin Patient: A Personal Reflection. AIDS Research and Human Retroviruses 31, no. 1 (2015): 2–3; Russell S. Timothy Ray Brown, Who Inspired Millions Living with HIV, Dies of Leukemia. Hutch News Stories, Fred Hutchinson Cancer Research Center.

31 Brown T R. I Am the Berlin Patient.

Клетки толерантности. “Свое”, ужас самоотравления и иммунотерапия

1 Whitman W. Song of Myself // Leaves of Grass: Comprising All the Poems Written by Walt Whitman. New York: Modern Library, 1892.

2 Carroll L. Alice in Wonderland. Auckland, NZ: Floating Press, 2009.

3 Gaino E. et al. Self/N on-self recognition in Sponges. Italian Journal of Zoology 66, no. 4 (1999): 299–315.

4 Aristotle. De Anima. New York: Cosimo Classics, 2008.

5 Black B. The Character of the Self in Ancient India: Priests, Kings, and Women in the Early Upanishads. Albany: State University of New York Press, 2007.

6 Loukas M. et al. Anatomy in Ancient India: A Focus on Susruta Samhita. Journal of Anatomy 217, no. 6 (2010): 646-50.

7 George J. F., Pinderski L. J. Peter Medawar and the Science of Transplantation: A Parable. Journal of Heart and Lung Transplantation 29, no. 9 (2001): 927.

8 Там же.

9 Snell G. D. Studies in Histocompatibility. Nobel Lecture, Stockholm, December 8, 1980.

10 Owen R. D. Immunogenetic Consequences of Vascular Anastomoses Between Bovine Twins. Science 102, no. 2651 (1945): 400-1.

11 Burnet M. Self and Not-Self London: Cambridge University Press, 1969.

12 Kappler J. W. et al. T Cell Tolerance by Clonal Elimination in the Thymus. Cell 49, no. 2 (1987): 273-80.

13 Daniel C. et al. Mechanisms of Self-Nonself Discrimination and Possible Clinical Relevance. Immunotherapy 1, no. 4 (2009): 631-44.

14 Ehrlich P. Collected Studies on Immunity. New York: John Wiley & Sons, 1906.

15 Shakespeare W. When Icicles Hang by the Wall // Love's Labour's Lost. London Sunday Times, 2012.

16 Coley W. B. The Treatment of Inoperable Sarcoma with the Mixed Toxins of Erysipelas and Bacillus Prodigiosus: Immediate and Final Results in One Hundred Forty Cases. JAMA 31, no. 9 (1898): 456-65; Coley W. B. The Treatment of Malignant Tumors by Repeated Inoculation of Erysipelas. JAMA 20, no. 22 (1893): 615-6; Coley W. B. II. Contribution to the Knowledge of Sarcoma. Annals of Surgery 14, no. 3 (1891): 199–200.

17 Rosenberg S. A., Restifo N. P. Adoptive Cell Transfer as Personalized Immunotherapy for Human Cancer. Science 348, no. 6230 (2015): 62-8.

18 Allison J. P. Immune Checkpoint Blockade in Cancer Therapy. Nobel Lecture, Stockholm, December 7, 2018.

19 Honjo T. Serendipities of Acquired Immunity. Nobel Lecture, Stockholm, December 7, 2018.

20 Brahmer J. R. et al. Safety and Activity of anti-PD-Li Antibody in Patients with Advanced Cancer. N Engl J Med 366, no. 26 (2012): 2.455— 65; Hamid O. et al. Safety and Tumor Responses with Lambrolizumab (anti-PD-i) in Melanoma. N Engl J Med 369, no. 2 (2013): 134-44.

Часть четвертая. Знания

Пандемия

1 Boccaccio G. The Decameron of Giovanni Boccaccio. Frankfurt, Ger.: Outlook Verlag, 2020.

2 Holshue M. L. et al. First Case of 2019Novel Coronavirus in the United States. N Engl J Med 382, no. 10 (2020): 929-36.

3 As Delta Tore Through India, Deaths Skyrocketed in Eastern UP, Analysis Finds. The Wire, 2022.

4 Aggarwal M. Indian Journalist Live-Tweeting Wait for Hospital Bed Dies from Covid. Independent, 2021.

5 Из беседы с Акико Ивасаки в апреле 2020 года.

6 Rothe С. et al. Transmission of 2019-nCoV Infection from an Asymptomatic Contact in Germany. N Engl J Med 328 (2020): 970-1.

7 Van der Made С. I. et al. Presence of Genetic Variants Among Young Men with Severe COVID-19. JAMA 324, no. 7 (2020): 663-73.

8 Blanco-Melo D. et al. Imbalanced Host Response to SARS-C0V-2 Drives Development of COVID-19. Cell 181, no. 5 (2020): 1036-45.

9 Из беседы с Беном Теноэвером в январе 2020 года.

10 Zhang Q. et al. Inborn Errors of Type IIFN Immunity in Patients with Life-Threatening COVID-19. Science 370, no. 6515 (2020): eabd457o; Bastard P. et al. Autoantibodies Against Type I IFNs in Patients with Life-Threatening COVID-19. Science 370, no. 6515 (2020): eabd4585.

11 Somers J. How the Coronavirus Hacks the Immune System. New Yorker, 2020.

12 Из беседы с Акико Ивасаки в апреле 2020 года.

13 Smith Z. Fascinated to Presume: In Defense of Fiction. New York Review of Books, 2019.

Часть пятая.Органы

Клетки-граждане. Преимущества общности

1 Canetti Е. Crowds and Power. New York: Continuum, Farrar, Straus and Giroux, 1981.

2 H arvey W. The Circulation of the Blood: Two Anatomical Essays. Oxford, UK: Blackwell Scientific Publications, 1958.

3 Mukherjee S. What the Coronavirus Crisis Reveals about American Medicine. New Yorker, 2020.

4 Aristotle. On the Soul, Parva Naturalia, On Breath. London: William Heinemann, 1964.

5 Galen. On the Usefulness of the Parts of the Body, May. New York: Cornell University Press, 1968.

6 Masic I. Thousand- Year Anniversary of the Historical Book: Kitab al-Qanun fit-Tibb— The Canon of Medicine, Written by Abdullah ibn Sina. Journal of Research in Medical Sciences 17, no. 11 (2012): 993-1000.

7 Power D. William Harvey: Masters of Medicine. London: T. Fisher Unwin, 1897; см. также: Aird W. C. Discovery of the Cardiovascular System: From Galen to William Harvey. Journal of Thrombosis and Hemostasis 9, no. 1 (2011): 118-29.

8 Mauer E. F. Harvey in London. Bulletin of the History of Medicine 33, no. 1 (1959): 21–36.

9 Harvey W. On the Motion of the Heart and Blood in Animals. Eugene, OR: Resource Publications, 2016.

10 Landecker H. Culturing Life: How Cells Became Technologies. Cambridge: Harvard University Press, 2007.

11 Carrel A. On the Permanent Life of Tissue Outside of the Organism. Journal of Experimental Medicine 15, no. 5 (1912): 516-30.

12 Porter W. T. Coordination of Heart Muscle Without Nerve Cells. Journal of the Boston Society of Medical Sciences 3, no. 2 (1898).

13 Wiggers C.J. Some Significant Advances in Cardiac Physiology During the Nineteenth Century. Bulletin of the History of Medicine 34, no. 1 (1960): 1-15.

14 Bugyi B., Kellermayer M. The Discovery of Actin: ‘To See What Everyone Else Has Seen, and to Think What Nobody Has Thought’. Journal of Muscle Research and Cell Motility 41 (2020): 3–9; Grzybowski A., Pietrzak K. Albert Szent Gyorrgi (1893–1986): The Scientist who Discovered Vitamin C. Clinics in Dermatology 31 (2013): 327-31; Szent-Gyorgyi A. Contraction in the Heart Muscle Fibre. Bulletin of the New York Academy of Medicine 28, no. 1 (1952): 3-10.

15 Там же.

Мыслящие клетки. Разумный нейрон

1 Dickinson Е. The Brain Is Wider than the Sky // The Complete Poems of Emily Dickinson. Boston: Little, Brown, 1960.

2 Golgi C. The Neuron Doctrine – Theory and Facts. Nobel Lecture, Stockholm, December 11, 1906.

3 Pannese E. The Golgi Stain: Invention, Diffusion and Impact on Neurosciences. Journal of the History of the Neurosciences 8, no. 2 (1999): 132-40.

4 Swanson L. W. et al. The Beautiful Brain: The Drawings of Santiago Ramon у Cajal. New York: Abrams, 2017.

5 Bentivoglio M. Life and Discoveries of Santiago Ramon у Cajal. Nobelprize.org; см. также: Cajal L. R. Cajal, as Seen by His Son. Cajal Club, 1984; Cajal S.R. The Structure and Connections of Neurons. Nobel Lecture, Stockholm, December 12, 1906.

6 Cajal S. R. Recollections of My Life. Cambridge: MIT Press, 1996.

7 The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1906. Nobelprize.org.

8 Garcia-Lopez P. et al. The Histological Slides and Drawings of Cajal. Frontiers in Neuroanatomy 4, no. 9 (2010).

9 Schmidt H. Frogs and Animal Electricity. Whipple Museum of the History of Science, University of Cambridge.

to Schwiening C. J. A Brief Historical Perspective: Hodgkin and Huxley. Journal of Physiology 590, no. 11 (2012): 2571-5.

11 Hodgkin A., Huxley A. Action Potentials Recorded from Inside a Nerve Fibre. Nature 144, no. 3651 (1939): 710-1.

12 Ryan K. Leaving Spaces // The Best of It: New and Selected Poems. New York: Grove Press, 2010.

13 Fulton J. F. Physiology of the Nervous System. New York: Oxford University Press, 1949.

14 Dale H. Some Recent Extensions of the Chemical Transmission of the Effects of Nerve Impulses. Nobel Lecture, Stockholm, December 12,!936.

15 Report of the Wellcome Research Laboratories at the Gordon Memorial College, Khartoum. Vol. 3. Khartoum: Wellcome Research Laboratories, 1908.

16 Loewi O. The Chemical Transmission of Nerve Action. Nobel Lecture, Stockholm, December 12, 1936; см. также: McCoy A. N., Tan Y S. Otto Loewi (1873–1961): Dreamer and Nobel Laureate. Singapore Medical Journal 55, no. 1 (2014): 3–4.

17 Loewi O. An Autobiographical Sketch. Perspectives in Biology and Medicine 4, no. 1 (1960): 3-25.

18 Todman D. Henry Dale and the Discovery of Chemical Synaptic Transmission. European Neurology 60 (2008): 162-4.

19 Uppala A. et al. Impact of Neurotransmitters on Health through Emotions. International Journal of Recent Scientific Research 6, no. 10 (2015): 6632-6.

20 Wilson E. O. Letters to a Young Scientist. New York: Liveright, 2013.

21 Bartheld C. S. et al. The Search for True Numbers of Neurons and Glial Cells in the Human Brain: A Review of 130 Years of Cell Counting. Journal of Comparative Neurology 524, no. 18 (2016): 3865-95.

22 JAkel S., Dimou L. Glial Cells and Their Function in the Adult Brain: A Journey through the History of Their Ablation. Frontiers in Cellular Neuroscience 11 (2017).

23 Schafer D. P. et al. Microglia Sculpt Postnatal Neural Circuits in an Activity and Complement-Dep endent Manner. Neuron 74, no. 4 (2012): 691–705.

24 Shatz C. J. The Developing Brain. Scientific American 267, no. 3 (1992): 60-7.

25 Из беседы с Хансом Аграволом в октябре 2015 года.

26 Stevens В. et al. The Classical Complement Cascade Mediates CNS Synapse Elimination. Cell 131, no. 6 (2007): 1164-78.

27 Из беседы с Бет Стивенс в октябре 2015 года.

28 Hughes V. Microglia: The Constant Gardeners. Nature 485 (2012): 570-2.

29 Dietz A. et al. Glial Cells in Schizophrenia: A Unified Hypothesis. Lancet Psychiatry 7, no. 3 (2019): 272-81.

30 Koch K. One Train May Hide Another // One Train. New York: Alfred A. Knopf, 1994.

31 Styron W. Darkness Visible: A Memoir of Madness. New York: Open Road, 2010.

32 Там же; см. также: Ahn J.-H. et al. The B''/PR?2 Subunit Mediates Ca2+-dependent Dephosphorylation of DARPP-32 by Protein Phosphatase 2A. PNAS 104, no. 23 (2007): 9876-81.

33 Sandburg C. Fog // Chicago Poems. New York: Henry Holt, 1916.

34 Solomon A. The Noonday Demon: An Atlas of Depression. New York: Scribner, 2001.

35 Maxwell R. A., Eckhardt S. B. Drug Discovery: A Casebook and Analysis. New York: Springer Science + Business Media, 1990; см. также: Mukherjee S. Post-Prozac Nation. New York Times, 2012; Wnuk A. Rethinking Serotonin's Role in Depression. Brain-Facts, 2019.

36 ТВ Milestone: Two New Drugs Give Real Hope of Defeating the Dread Disease. Life 32, no. 9 (1952): 20-1.

37 Carlsson A. A Half-Century of Neurotransmitter Research: Impact on Neurology and Psychiatry. Nobel Lecture, Stockholm, December 8, 2000.

38 Wurtzel E. Prozac Nation. New York: Houghton Mifflin, 1994.

39 Там же.

40 Svenningsson P. et al. P11 and Its Role in Depression and Therapeutic Responses to Antidepressants. Nature Reviews Neuroscience 14 (2013): 673-80. Исходная классическая статья Грингарда о дофамине: Kebabian J. W. et al. Dopamine-Sensitive Adenylate Cyclase in Caudate Nucleus of Rat Brain, and Its Similarity to the Dopamine Receptor. PNAS 69, no. 8 (1972): 2145-9.

41 Mayberg H. S. Targeted Electrode-Based Modulation of Neural Circuits for Depression. Journal of Clinical Investigation 119, no. 4 (2009): 717-25-

42 Dobbs D. Why a Lifesaving' Depression Treatment Didn't Pass Clinical Trials. Atlantic, 2018.

43 Из беседы с Хелен Мейберг в ноябре 2021 года.

44 Mayberg Н. S. et al. Deep Brain Stimulation for Treatment-Resistant Depression. Neuron 45 (2005): 651-60; см. также: Johansen-Berg H. et al. Anatomical Connectivity of the Subgenual Cingulate Region Targeted with Deep Brain Stimulation for Treatment-Resistant Depression. Cerebral Cortex 18, no. 6 (2008): 1374-83.

45 Dobbs D. Why a ‘Lifesaving Depression Treatment Didn't Pass Clinical Trials.

46 Tarr P. A Cloud Has Been Lifted': What Deep-Brain Stimulation Tells Us About Depression and Depression Treatments. Brain and Behavior Research Foundation, 2018.

47 BROADEN Trial of DBS for Treatment-Resistant Depression Halted by the FDA. The Neurocritic, 2014.

48 Holtz he im er P. E. et al. Subcallosal Cingulate Deep Brain Stimulation for Treatment-Resistant Depression: A Multisite, Randomised, Sham-Controlled Trial. Lancet Psychiatry 4, no. 11 (2017): 839-49.

Клетки-дирижеры. Гомеостаз, постоянство и равновесие

1 Virchow R. Cellular Pathology.

2 Neruda P. Keeping Still. Literary Imagination 8, no. 3 (2016): 512.

3 Navarro S. A Brief History of the Anatomy and Physiology of

a Mysterious and Hidden Gland Called the Pancreas. Gastroenter-ologia у hepatologia 37, no. 9 (2014): 527-34.

4 Howard J. M., Hess W. History of the Pancreas: Mysteries of a Hidden Organ. New York: Springer Science + Business Media, 2002.

5 Там же.

6 Там же.

7 Там же.

8 Там же.

9 Pai S. A. Death and the Doctor. Canadian Medical Association Journal 167, no. 12 (2002): 1377-8.

10 Bernard C. Sur L'usage du sue pancreatique. Bulletin de la Societe Philomatique (1848): 34-6; см. также: Bernard C. Memoire sur le pancreas. Paris: Kessinger Publishing, 2010.

11 Bliss M. Banting: A Biography. Toronto: University of Toronto Press, 1992.

12 Ryden L., Linds ten J. The History of the Nobel Prize for the Discovery of Insulin. Diabetes Research and Clinical Practice 175 (2021).

13 Whitford I. et al. The Discovery of Insulin: Is There Glory Enough for All? Einstein Journal of Biology and Medicine 28, no. 1 (2016): 12-7.

14 Tan S. Y, Merchant J. Frederick Banting (1891–1941): Discoverer of Insulin. Singapore Medical Journal 58, no. 1 (2017): 2–3.

15 Banting & Best: Progress and Uncertainty in the Lab. Defining Moments Canada.

16 Bliss M. The Discovery of Insulin. Toronto: McClelland & Stewart, 2021.

17 Gregory J. M. et al. Type 1 Diabetes Mellitus. Pediatrics in Review 34, no. 5 (2013): 203-15.

18 Melton D. The Promise of Stem Cell-Derived Islet Replacement Therapy. Diabetologia 64 (2021): 1030-6.

19 Duncan D. E. Doug Melton: Crossing Boundaries. Discover, 2005.

20 Weintraub K. The Quest to Cure Diabetes: From Insulin to the Body’s Own Cells. WBUR, 2019.

21 Kolata G. A Cure for Type 1 Diabetes? For One Man, It Seems to Have Worked. New York Times, 2021.

22 Pagliuca F. W. et al. Generation of Functional Human Pancreatic p Cells in Vitro. Cell 159, no. 2 (2014): 428-39.

23 Kolata G. A Cure for Type 1 Diabetes?

24 Chiang J. Y. L. Liver Physiology: Metabolism and Detoxification, Pathobiology of Human Disease. San Diego: Elsevier, 2014.

25 Zimmer C. Life’s Edge: The Search for What It Means to Be Alive. New York: Penguin Random House, 2021.

Часть шестая. Перерождение

1 Roth P. Everyman. London: Penguin Random House, 2016.

Обновляющиеся клетки. Стволовые клетки и зарождение трансплантации

1 Kushner R. The Hard Crowd. New York: Scribner, 2021.

2 Sornberger J. Dreams and Due Diligence: Till and McCulloch’s Stem Cell Discovery and Legacy. Toronto: University of Toronto Press, 2011.

3 Kratz J. Little Boy: The First Atomic Bomb. National Archives, 2020; см. также: Serena K. See the Eerie Shadows of Hiroshima That Were Burned into the Ground by the Atomic Bomb. All That’s Interesting, 2018.

4 Caron G. R., Meares С. E. Fire of a Thousand Suns. Littleton, CO: Web Publishing, 1995.

5 Lifton R. J. On Death and Death Symbolism. American Scholar 34, no. 2 (1965): 257-72.

6 Weissman I. L., Shizuru J. A. The Origins of the Identification and Isolation of Hematopoietic Stem Cells, and Their Capability to Induce Donor-Specific Transplantation Tolerance and Treat Autoimmune Diseases. Blood 112, no. 9 (2008): 3543-53.

7 Ozick C. Metaphor and Memory. London: Atlantic Books, 2017.

8 Haeckel E. Natiirliche Schopfungsgeschichte. Berlin: Berlag von Georg Reimer, 1868; см. также: Ramalho-Santos M., Wil-lenbring H. On the Origin of the Term Stem Cell. Cell 1, no. 1 (2007): 35-8.

9 Hacker V. Die Kerntheilungsvorgdnge bei der Mesoderm-und Entodermbildung von Cyclops. Archiv fur mikroskopische Anatomie (1892): 556-81.

10 Pappenheim A. Ueber Entwickelung und Ausbildung der Erythro-blasten. Archiv fur mikroskopische Anatomie (1896): 587–643.

11 Wilson E. The Cell in Development and Inheritance. New York: Macmillan, 1897.

12 Zakrzewski W. et al. Stem Cells: Past, Present and Future. Stem Cell Research and Therapy 10, no. 68 (2019). О жизни и работе Эрнеста Маккалоха и Джеймса Тилла: Altman L. К. Ernest McCulloch, Crucial Figure in Stem Cell Research, Dies at 84. New York Times, 2011.

13 Sornberger J. Dreams and Due Diligence; см. также:

Shorter E. Partnership for Excellence: Medicine at the University of Toronto and Academic Hospitals. Toronto: University of Toronto Press, 2013.

14 Till J. E., McCulloch E. A Direct Measurement of the Radiation Sensitivity of Normal Mouse Bone Marrow Cells. Radiation Research 14, no. 2 (1961): 213-22.

15 Sornberger J. Dreams and Due Diligence.

16 Там же.

17 Там же.

18 Из беседы с Ирвингом Вейссманом в 2019 году.

19 Spangrude G. J. et al. Purification and Characterization of Mouse Hematopoietic Stem Cells. Science 241, no. 4861 (1988): 58–62; cm. также: Ema H. et al. Quantification of Self-Renewal Capacity in Single Hematopoietic Stem Cells from Normal and Lnk-Deficient Mice. Developmental Cell 8, no. 6 (2006): 907-14.

20 Spangrude G.J. et al. Purification and Characterization of Mouse Hematopoietic Stem Cells; см. также: Baum С. M. et al. Isolation of a Candidate Human Hematopoietic Stem-Cell Population. PNAS 89, no. 7 (1992): 2804-8; Peault B. et al. Analysis of Candidate Human Blood Stem Cells in “Humanized” Immune-Deficiency SCID Mice. Leukemia 7, suppl. 2 (1993): S98-101.

21 Robinson W et al. Stimulation by Normal and Leukemic Mouse Sera of Colony Formation in Vitro by Mouse Bone Marrow Cells. Journal of Cellular Therapy 69, no. 1 (1967): 83–91; см. также: Stanley E. R., Metcalf D. Partial Purification and Some Properties of the Factor in Normal and Leukaemic Human Urine Stimulating Mouse Bone Marrow Colony Growth in Vitro. Australian Journal of Experimental Biology and Medical Science 47, no. 4 (1969): 467-83.

22 Madren C. First Successful Bone Marrow Transplant Patient Surviving and Thriving at 60. AAAS, 2014; см. также: Mukherjee S. The Promise and Price of Cellular Therapies. New Yorker, 2019.

23 Appelbaum F. R. Edward Donnall Thomas (1920–2012). The Hematologist 10, no. 1 (2013).

24 Henig I., Zuckerman T. Hematopoietic Stem Cell Transplantation – 30 Years of Evolution and Future Perspectives. Rambam Mai-monides Medical Journal 5, no. 4 (2014).

25 Watts G. Georges Mathe. Lancet 376, no. 9753 (2010): 1640; см. также: Martin Id. Dr. Georges Mathe, Transplant Pioneer, Dies at 88. New York Times, 2010.

26 Doughton S.Dr. Alex Fefer, 72, Whose Research Led to First Cancer Vaccine, Dies. Seattle Times, 2010; см. также: Campanario G. At 79, Noted Scientist Still Rows to Work and for Play. Seattle Times, 2014; Keown S. Inspiring a New Generation of Researchers: Beverly Torok-Storb, Transplant Biologist and Mentor. Fred Hutchinson Cancer Research Center, 2014.

27 Mielcarek M. et al. CD34 Cell Dose and Chronic Graft-Versus-Host Disease after Human Leukocyte Antigen-Matched Sibling Hematopoietic Stem Cell Transplantation. Leukemia Lymphoma 45, no. 1 (2004): 27–34.

28 Appelbaum F. R. Haematopoietic Cell Transplantation as Immunotherapy. Nature 411 (2001): 385-9.

29 Из беседы с Фредериком Аппельбаумом в июне 2019 года.

30 Anatoly Grishchenko, Pilot at Chernobyl, 33. New York Times, 1990; см. также: Klass T Chernobyl Helicopter Pilot Getting Bone-Marrow Transplant in Seattle. AP News, 1990.

31 Shim oni A. et al. Long-Term Survival and Late Events after Allogeneic Stem Cell Transplantation from HLA-Matched Siblings for Acute Myeloid Leukemia with Myeloablative Compared to Reduced-Intensity Conditioning. Journal of Hematology & Oncology 9 (2016); см. также: Acute Myeloid Leukemia (AML) – Adult. Disease-Specific Indications and Outcomes. National Marrow Donor Program.

32 Kolata G. Man Who Helped Start Stem Cell War May End It. New York Times, 2007.

33 Thomson J. A. et al. Embryonic Stem Cell Lines Derived from Human Blastocysts. Science 282, no. 5391 (1998): 1145-7.

34 Cyrano ski D. How Human Embryonic Stem Cells Sparked a Revolution. Nature, 2018.

35 Murugan V. Embryonic Stem Cell Research: A Decade of Debate from Bush to Obama. Yale Journal of Biology and Medicine 82, no. 3 (2009): 101-3.

36 Takahashi K., Yamanaka S. Induction of Pluripotent Stem Cells from Mouse Embryonic and Adult Fibroblast Cultures by Defined Factors. Cell 126, no. 4 (2006): 663-76; см. также: Yamanaka S. The Winding Road to Pluripotency. Nobel Lecture, Stockholm, December 7, 2012.

37 Scudellari M. A Decade of iPS Cells. Nature 534 (2016): 310-2.

38 Evans M. J., Kaufman M. H. Establishment in Culture of Pluripotential Cells from Mouse Embryos. Nature 292 (1981): 154-6.

39 Takahashi K. et al. Induction of Pluripotent Stem Cells from Adult Human Fibroblasts by Defined Factors. Cell 131, no. 5 (2007): 861-72.

Восстанавливающие клетки. Повреждения, распад и постоянство

1 Ryan К. Tenderness and Rot // The Best of It.

2 Service R. Bonehead Bill. Canadian Poets, Best Poems Encyclopedia.

3 Worthley D. L. et al. Gremlin 1 Identifies a Skeletal Stem Cell with Bone, Cartilage, and Reticular Stromal Potential. Cell 160, no. 1–2 (2015): 269-84.

4 Chan С. K. F. et al. Identification of the Human Skeletal Stem Cell. Cell 175, no. 1 (2018): 43–56.e2i.

5 Zhou B. O. et al. Leptin-Receptor-Expressing Mesenchymal Stromal Cells Represent the Main Source of Bone Formed by Adult Bone Marrow. Stem Cell 15, no. 2 (2014): 154-68.

6 Folsing A. Albert Einstein: A Biography. New York: Penguin Books, 1998.

7 Larkin P. The Old Fools, High Windows. London: Faber & Faber, 2012.

Эгоистичные клетки. Экологическое равновесие и рак

1 Woglom W. Н. General Review of Cancer Therapy, Approaches to Tumor Chemotherapy. Washington, DC: American Association for the Advancement of Sciences, 1947. Общая информация о раке: De-

Vita V et al. Cancer: Principles & Practice of Oncology. Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins, 2012; см. также: Mukherjee S.

The Emperor of All Maladies: A Biography of Cancer. London: Harper Collins, 2011. О мутациях генов-драйверов и генов-пассажиров: Anderson К. et al. Genetic Variegation of Clonal Architecture and Propagating Cells in Leukaemia. Nature 469 (2011): 356-61; And or N. et al. PanCancer Analysis of the Extent and Consequences of Intratumor Heterogeneity. Nature Medicine 22 (2016): 105-13;

Vandin F. Computational Methods for Characterizing Cancer Mutational Heterogeneity. Frontiers in Genetics 8, no. 83 (2017).

2 Krivstov A. V et al. Transformation from Committed Progenitor to Leukaemia Stem Cell Initiated by MLL-AF9. Nature 442, no. 7104 (2006): 818-22.

3 Bachoo R. M. et al. Epidermal Growth Factor Receptor and Ink4a/Arf. Cancer Cell 1, no. 3 (2002): 269-77; Holland E. C. Gliomagenesis: Genetic Alterations and Mouse Models. Nature Reviews Genetics 2, no. 2 (2001): 120-9.

4 Dick J. E., Lapid от T. Biology of Normal and Acute Myeloid Leukemia Stem Cells. International Journal of Hematology 82, no. 5 (2005): 389-96.

5 Quintana E. et al. Efficient Tumor Formation by Single Human Melanoma Cells. Nature 456 (2008): 593-8.

6 Collins L, Workman P. New Approaches to Molecular Cancer Therapeutics. Nature Chemical Biology 2 (2006): 689–700.

7 Park J. J. H. et al. An Overview of Precision Oncology Basket and Umbrella Trials for Clinicians. CA Cancer J Clin 70, no. 2 (2020): 125"37-

8 Hyman D. M. et al. Vemurafenib in Multiple Nonmelanoma Cancers with BRAF V600 Mutations. N Engl J Med 373 (2015): 726-36.

9 Kim C., Giaccone G. Lessons Learned from BATTLE-2 in the War on Cancer: The Use of Bayesian Method in Clinical Trial Design. Annals of Translational Medicine 4, no. 23 (2016): 466.

10 Rashdan S., Gerber D. E. Going into BATTLE: Umbrella and Basket Clinical Trials to Accelerate the Study of В iomarker-Based Therapies. Annals of Translational Medicine 4, no. 24 (2016): 529.

11 Yaffe M. B. The Scientific Drunk and the Lamppost: Massive Sequencing Efforts in Cancer Discovery and Treatment. Science Signaling 6, no. 269 (2013): pei3.

12 Smithers D.W, Cantab M.D. Cancer: An Attack on Cytolo-gism. Lancet 279, no. 7228 (1962): 493-9.

13 Warburg O. et al. The Metabolism of Cancer Cells. Biochemische Zeitschrift 152 (1924): 319-44.

Песни клетки

1 Stevens W. Thirteen Ways of Looking at a Blackbird, The Collected Poems of Wallace Stevens. New York: Alfred A. Knopf, 1971.

2 Ghosh A. The Nutmegs Curse: Parables for a Planet in Crisis. Chicago: University of Chicago Press, 2021.

3 McClintock B. The Significance of Responses of the Genome to Challenge. Nobel Lecture, Stockholm, December 8, 1983.

4 Schleich C. L. Those Were Good Days: Reminiscences. London: George Allen & Unwin, 1935.

Эпилог. “Лучшая версия меня”

1 Ryan К. The Test We Set Ourselves // The Best of It.

2 Shrank W. Battle Cries of Every Size. Blurb, 2021.

3 Из беседы с Полом Грингардом в феврале 2019 года.

4 Ishiguro К. Never Let Me Go. London: Faber & Faber, 2009. [Исигуро К. He отпускай меня. M.: Эксмо, 2020.]

5 Там же.

6 Там же.

7 Menand L. Something About Kathy. New Yorker, 2005.

8 Taylor D. A. et al. Building a Total Bioartificial Heart: Harnessing Nature to Overcome the Current Hurdles. Artificial Organs 42, no. 10 (2018): 970-82.

9 Sandel M.J. The Case Against Perfection. Atlantic, 2004.

10 Там же.

н Saletan W. Tinkering with Humans. New York Times, 2007.

12 Darby L. Silicon Valley Doofs Are Spending $ 8,000 to Inject Themselves with the Blood of Young People. GQ, 2019.

13 Sandel M.J. The Case Against Perfection.

14 Alam O. Sickle-Cell Anemia Gene Therapy. Nature Genetics 53, no. 8 (2021): 1119; Bank A. On the Road to Gene Therapy for Beta-Thalassemia and Sickle Cell Anemia. Pediatric Hematology and Oncology 25, no. 1 (2008): 1–4; Lucarelli G. et al. Allogeneic Cellular Gene Therapy in Hemoglobinopathies – Evaluation of Hematopoietic SCT in Sickle Cell Anemia. Bone Marrow Transplantation 47, no. 2 (2012): 227-30; Alami R. et al. Anti-Beta S-Ribozyme Reduces Beta S mRNA Levels in Transgenic Mice. Blood Cells, Molecules and Diseases 25, no. 2 (1999): 110-9; Larochelle A. et al.

Engraftment of Immune-Deficient Mice with Primitive Hematopoietic Cells from Beta-Thalassemia and Sickle Cell Anemia Patients. Human Molecular Genetics 4, no. 2 (1995): 163-72; Misaki W. Bone Marrow Transplantation (BMT) and Gene Replacement Therapy (GRT) in Sickle Cell Anemia. Nigerian Journal of Medicine 17, no. 3 (2008): 251-6; Kanter J. et al. Biologic and Clinical Efficacy of LentiGlo-hin for Sickle Cell Disease. N Engl J Med 10, no. 1056 (2021).

15 Goyal S. et al. Acute Myeloid Leukemia Case after Gene Therapy for Sickle Cell Disease. N Engl J Med 386 (2022): 138-47; см. также: Taylor N. P. Bluebird Stops Gene Therapy Trials after 2 Sickle Cell Patients Develop Cancer. Fierce Biotech, 2021.

16 Brendel C. et al. Lineage-Specific BCL11A Knockdown Circumvents Toxicities and Reverses Sickle Phenotype. Journal of Clinical Investigation 126, no. 10 (2016): 3868-78.

17 Esrick E. B. et al. Post-Transcriptional Genetic Silencing of BCL11A to Treat Sickle Cell Disease. N Engl J Med 384 (2021): 205-15.

18 Wilkinson A. C. et al. Casy-AAV6 Gene Correction of Beta-Glo-bin in Autologous HSCs Improves Sickle Cell Disease Erythropoiesis in Mice. Nature Communications 12, no. 1 (2021): 686.

19 Eisenstein M. Graphite Bio: Gene Editing Blood Stem Cells for Sickle Cell Disease. Nat Biotechnol (2021).

Эмили Уайтхед – первый ребенок с прогрессирующим острым лимфобластным лейкозом, которого вылечили в Детском госпитале Филадельфии.

В отсутствие экспериментальных методов лечения и без пересадки костного мозга эта форма болезни была летальной. T-клетки девочки были выделены, генетически модифицированы, чтобы вооружить их против ее раковых клеток, и введены обратно в тело.

Эти модифицированные клетки назвали T-клетками с химерным антигенным рецептором (CAR-T-клетки). Девочку лечили в 2012 году, когда ей было семь. На сегодняшний день она здорова.

Рудольф Вирхов в своей патологоанатомической лаборатории. В молодости, работая в Вюрцбурге и Берлине в 1840-е и 1850-е годы, Вирхов произвел революцию в представлениях о медицине и физиологии. Он утверждал, что клетки являются основополагающими единицами живого организма, а нарушения функции клеток – ключ к пониманию болезней человека. Его книга “Целлюлярная патология” перевернула наше представление о человеческих заболеваниях.

Портрет Антони ван Левенгука.

Скрытный и темпераментный торговец тканями из Делфта в Голландии в 1670-е годы одним из первых увидел клетки с помощью микроскопа с единственной линзой. Он назвал обнаруженные им клетки “анималькулями” (вероятно, то были простейшие, одноклеточные грибы, человеческие сперматозоиды).

Левенгук изготовил более пяти сотен микроскопов, и каждый из них был чудом изобретательности и мастерства.

Английский эрудит Роберт Гук увидел клетки в срезах древесной коры лет на десять раньше, но известных портретов Гука не сохранилось.

В 1880-е годы

Луи Пастер выдвинул смелое предположение, что первопричиной инфекций и гниения являются бактериальные клетки (микробы).

С помощью хитроумных экспериментов он опроверг миазматическую теорию гниения и человеческих заболеваний. Представление о том, что причиной болезней могут быть независимые самовоспроизводящиеся патогенные клетки, усилило клеточную теорию и обеспечило ее теснейший контакт с медициной.

Немецкий микробиолог Роберт Кох (1843–1910) наряду с Пастером отстаивал микробную теорию заболеваний.

Главная заслуга Коха заключается в формулировке причинно-следственных связей в возникновении заболеваний. Сформулировав критерии для определения причины заболеваний, Кох ввел в медицину строгие научные принципы.

Джордж Паладе (справа) и Филип Сикевиц рядом с микроскопом в Институте Рокфеллера в 1960-е годы. Клеточные биологи и биохимики из группы Паладе совместно с Кейтом Портером и Альбером Клодом одними из первых определили внутреннюю анатомию и функцию клеточных компартментов – органелл.

Британская медсестра и эмбриолог Джин Парди (1945–1985) и физиолог Роберт Эдвардс (1925–2013) в лаборатории Кембриджа 28 февраля 1968 года. Парди достает из инкубатора и протягивает Эдвардсу чашку с человеческими яйцеклетками, оплодотворенными вне человеческого тела. Парди, Эдвардс и акушер-гинеколог Патрик Стептоу работали над созданием метода экстракорпорального оплодотворения, благодаря которому через девять лет, в 1978 году, родилась Луиза Браун – первый “ребенок из пробирки”. Парди умерла от рака в 1985 году, и ее вклад в развитие репродуктивной биологии и разработку технологии оплодотворения in vitro так и не был оценен по заслугам.

Китайский исследователь Хэ Цзянькуй (также известный как J K) выступает на Втором международном симпозиуме по редактированию человеческого генома в Гонконге 28 ноября 2018 года. JK удивил и шокировал ученых и специалистов по этике, объявив, что произвел генетические манипуляции с двумя человеческими эмбрионами. Скрытный и честолюбивый JK надеялся получить признание за свою работу, но вместо этого был осужден научным сообществом, поскольку его исследования не контролировались должным образом и не имели под собой достаточных оснований.

Хильда Мангольд (1898–1924) с сыном в 1924 году. Мангольд и Ханс Шпеман осуществили чрезвычайно важные эксперименты, продемонстрировав, как оплодотворенная яйцеклетка превращается в многоклеточный организм.

Английские дети, изуродованные талидомидом, который назначали их матерям во время беременности в качестве средства от “нервозности” и тошноты. Эти дети родились с множественными нарушениями, вызванными лекарством, которое, как мы теперь знаем, действует на разные клетки тела, включая клетки сердца и хрящевой ткани. На фотографии 1967 года мальчик учится писать с помощью специального устройства, помогающего ему держать ручку. История с талидомидом продемонстрировала производителям лекарств, что внедрение в сферу клеточной биологии может приводить к чудовищным последствиям, особенно для репродуктивной функции.

Фрэнсис Келси (1914–2015) в своем офисе в Управлении по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных средств у стола с отчетами об испытаниях новых лекарственных препаратов, Вашингтон, 31 июля 1962 года. Келси отказалась выдать лицензию на выпуск в США немецкого препарата талидомида. Этот препарат, продававшийся в других странах под другими названиями, вызывал врожденные патологии у новорожденных, если их матери принимали его на ранних сроках беременности.

Вьервиль-сюр-Мер, 6 июня 1944 года. В Нормандии на берегу моря в секторе “Омаха-бич” армейские врачи переливают кровь раненому солдату. Во время этой войны переливание крови (вариант клеточной терапии) спасло жизнь многих тысяч мужчин и женщин.

Пауль Эрлих (слева) и его коллега Сахатиро Хата, около 1913 года. Биохимики Эрлих и Хата создали новые лекарственные препараты для борьбы с такими инфекционными заболеваниями, как сифилис и трипаносомоз. В 1930-е годы теория Эрлиха о выработке антител B-клетками вызвала ожесточенную дискуссию. В итоге было доказано, что его теория ошибочна, но идея о том, что антитело синтезируется специально для связывания и уничтожения чужеродного материала, стала фундаментом теории приобретенного иммунитета.

Тимоти Рэй Браун (известный как “берлинский пациент”), один из первых мужчин, вылечившихся от СПИДа, во время Международного симпозиума по ВИЧ и новым инфекционным заболеваниям (ISHEID) 23 мая 2012 года в Марселе, на юге Франции. Брауна, заразившегося ВИЧ десятью годами ранее, лечили по экспериментальному протоколу – пересадкой костного мозга с донорскими клетками, имевшими необычный природный вариант клеточного рецептора CCR5 дельта-32, который, как было доказано, делает клетку непроницаемой для ВИЧ. Пересадку костного мозга осуществил немецкий гематолог Геро Хюттер с коллегами. В конечном итоге Браун скончался от лейкоза, но оставался нечувствительным к ВИЧ-инфекции, по-видимому, благодаря естественной защищенности донорских клеток, что указывает на потенциальную возможность создания вакцин против ВИЧ.

Сантьяго Рамон-и-Кахаль в 1876 году. Рисунки нервных клеток, выполненные Кахалем с помощью окрашивания тканей по методу, изобретенному Камилло Гольджи, в корне изменили наши представления о работе мозга и нервной системы. Его рисунки считаются одними из самых красивых и информативных в истории науки.

Фредерик Бантинг и Чарльз Бест с собакой на крыше здания медицинского факультета Университета Торонто в августе 1921 года. Бантинг и Бест придумали хитроумный эксперимент, позволивший идентифицировать и выделить гормон инсулин – главный регулятор уровня глюкозы в организме.

Джеймс Тилл (слева) и Эрнест Маккалох были награждены премией Ласкера за фундаментальные научные достижения в сентябре 2005 года в Нью-Йорке. Так были отмечены их заслуги в идентификации кроветворных стволовых клеток.

Лиланд (Ли) Хартвелл (слева), удостоенный Нобелевской премии по физиологии и медицине в 2001 году, беседует с лауреатом Нобелевской премии за 1990 год Донналлом Томасом после пресс-конференции в Сиэтле 8 октября 2001 года. Хартвелл, который является президентом и почетным директором Онкологического центра Фреда Хатчинсона и профессором генетики в Вашингтонском университете, был награжден за новаторские исследования процесса клеточного деления. Томас был награжден за исследования в области пересадки костного мозга.

Эти два столь разные на первый взгляд направления клеточной биологии теперь имеют много точек соприкосновения (например, как заставить делиться пересаженные стволовые клетки крови с образованием новых кровяных клеток).

Примечания

1

Уоллес Стивенс (1879–1955) – американский поэт, один из самых значительных представителей модернистской поэзии XX века. – Прим. перев.

2

Интерес Шванна к построению животных и растений из одинаковых строительных кирпичиков, клеток, подогревался идеей о том, что, если эти организмы построены из независимых самостоятельных живых единиц, не нужно прибегать к понятию о “жизненных флюидах”, отвечающих за жизнь или зарождение клеток (эту идею горячо отстаивал Иоганнес Мюллер). Шлейден был учеником Мюллера и верил в существование “жизненных флюидов”, но имел собственную теорию происхождения клеток (по аналогии с образованием кристаллов), которая, как было доказано впоследствии, совершенно неправильна. Забавно, что история зарождения клеточной теории рассказывает не об ошибочном понимании того, откуда все произошло, а об ошибочном понимании того, как все произошло. Общность между растениями и животными, которую подметили Шванн и Шлейден (в частности, тот факт, что все живые существа состоят из клеток), абсолютно реальна, но теория Шлейдена (которую Шванн поначалу принял, но все больше и больше в ней сомневался) о зарождении клеток, как мы вскоре увидим, оказалась ошибочной, что было в значительной степени доказано Рудольфом Вирховом.

Трудно установить, понял ли Шлейден, что ткани всех растений состоят из клеточных единиц, еще до разговора со Шванном или этот разговор заставил его рассмотреть (или пересмотреть) его образцы, чтобы оценить универсальность их клеточной структуры в новом свете. Поэтому я написал “возможно, тем самым вечером”, поскольку не уверен в том, какие заключения сделал Шлейден до ужина со Шванном, а к каким пришел после. Однако время той встречи (1837 год), выход статьи Шлейдена вскоре после этого (1838 год) и его задокументированный визит в лабораторию Шванна для наблюдения сходства между растительными и животными клетками говорят о том, что взаимодействие со Шванном было важным катализатором в размышлениях Шлейдена об основах и универсальности клеточной теории. Тот факт, что и Шлейден, и Шванн с легкостью признали роль друг друга в качестве соавтора современной клеточной теории, а не соперника, также подтверждает, что их взаимодействие (скажем, беседа за ужином) должно было усилить убежденность Шлейдена в том, что все растительные ткани состоят из клеток. Шванн, в отличие от Шлейдена, яснее выражается относительно важности этой вечерней беседы в 1837 году: она изменила основное направление его исследований. В произнесенной в 1878 году речи он признает, что наблюдения Шлейдена о развитии растений сыграли ведущую роль в его собственном последующем открытии клеточной структуры животных тканей.

3

In situ (лат.) – в естественной среде, дословно “на месте”. – Прим. ред.

4

Одна тема, которую я затронул лишь слегка (но не затронуть не мог), касается стоимости и доступности новых методов. Эти вопросы в какой-то степени освещены в заключительных главах книги, но они требуют гораздо более глубокого обсуждения, чем позволяет этот труд. Книга по истории клеток не может одновременно являться и приемлемым вводным курсом на тему законодательных стратегий, общественного здравоохранения, а также вопросов стоимости и доступности процедур.

5

В фильме “Матрица” синяя таблетка позволяет жить в виртуальной реальности, красная – оказаться в реальном мире; Киану Ривз – исполнитель главной роли в этом фильме. – Прим. перев.

6

Эмерджентное свойство – это свойство, присущее той или иной системе за счет взаимодействия ее компонентов, но не присущее этим компонентам по отдельности. – Прим. ред.

7

Следует пояснить: эти “эмерджентные” свойства не являются определяющими признаками жизни. Скорее это свойства, которые эволюционировали в многоклеточных организмах из систем живых клеток.

8

Не все клетки обладают всеми этими свойствами. В частности, клетки многоклеточных организмов специализированы: например, за накопление питательных веществ отвечают одни клетки, а за утилизацию отходов – другие. Одноклеточные организмы, такие как бактерии и дрожжи, имеют специализированные внутриклеточные структуры, которые отвечают за эти функции, но у многоклеточных организмов, в том числе у человека, для реализации этих функций появились специализированные органы со специализированными клетками.

9

Гены обеспечивают матрицу для синтеза рибонуклеиновых кислот (РНК), а те, в свою очередь, расшифровываются и служат матрицей для синтеза белков. Кроме функции матрицы для построения белков некоторые молекулы РНК выполняют в клетке и другие функции, причем не все они уже известны. Также в некоторых биологических реакциях РНК регулируют активность генов и действуют совместно с белками.

10

Между 1996 и 1999 годами я даже немного занимался нейробиологией, когда работал с профессором Конни Чепко в Медицинской школе Гарварда и исследовал развитие сетчатки. Я изучал глиальные клетки задолго до того, как они стали популярным объектом исследований в нейробиологии. Чепко – специалист в области биологии развития и генетики, он обучал меня науке и искусству отслеживания линий, о чем мы поговорим позже.

11

Некоторые историки утверждают, что конкуренты Янсенов – мастера по изготовлению очков Ханс Липперсгей и Корнелиус Дреббел – тоже изобрели сложный микроскоп. Точные даты этих изобретений остаются предметом спора, но все это происходило в период между 1590 и 1620 годами.

12

Левенгук обнаружил микроскопические одноклеточные организмы еще в 1674 году, но его письмо в Королевское общество, датированное 1676 годом, содержит наиболее живое описание живых существ в отстоявшейся дождевой воде.

13

Сэмюэл Пипс (1633–1703) – английский чиновник морского ведомства, автор популярного дневника о повседневной жизни Лондона. – Прим. перев.

14

Такое увеличение можно получить только с помощью электронного микроскопа, но никак не с помощью примитивного светового микроскопа, которым пользовался Гук. Вероятно, это преувеличение отражает энтузиазм первых исследователей микромира и их современников. – Прим. науч. ред.

15

В 1671 году Королевское общество получило еще два сообщения – одно от итальянского ученого Марчелло Мальпиги и другое от секретаря общества Неемии Грю: оба описывали клеточные формы в разных тканях, особенно в растительном материале. Хотя и Левенгук, и Гук признали эти работы, наблюдения Мальпиги и Грю по клеточной анатомии в XVII веке оставались почти неизвестными. Рисунки клеток в стеблях растений, выполненные Грю, были забыты, но Мальпиги, занявшийся микроскопическим изучением анатомии тканей животных, остался жить в названиях многочисленных клеточных структур: среди них мальпигиев слой в коже и мальпигиевы тельца в почках.

16

Это было не первое столкновение между Гуком и Ньютоном. В 1670-е годы Ньютон представил Королевскому обществу эксперимент с призмой, показав, что проходящий через нее белый свет расщепляется на непрерывный радужный спектр разных цветов. Соберите их с помощью другой призмы, и вы вновь восстановите белый свет. Гук, который в то время был куратором общества, не согласился с Ньютоном и написал язвительный отзыв на эту статью, чем привел Ньютона, который и так уже сходил с ума из-за разглашения его трудов, в негодование. Два английских гения XVII века, оба с чрезмерным самомнением, продолжали препираться на протяжении нескольких десятилетий; кульминацией этих споров стало заявление Гука о его первенстве в открытии закона всемирного тяготения.

17

В 2019 году профессор биологии из Техаса Ларри Гриффинг изучал портрет неизвестного ученого работы Мэри Бил, выполненный примерно в 1680 году. Гриффинг считает, что это портрет Гука. См.: Portraits. RobertHooke.org.

18

Требуется некоторое уточнение: в 1846 году Распай был осужден и оштрафован за незаконную медицинскую деятельность, а к тюремному заключению приговорен в 1849-м за участие в революционных событиях 1848 года. В ссылку в Бельгию Распай отправился после освобождения из тюремного заключения в 1853 году. – Прим. перев.

В середине 1840-х годов Распай изменил направление интеллектуальных поисков и посвятил себя изучению антисептики, санитарии и общественного здравоохранения, особенно в среде заключенных и бедноты. Он был убежден, что большинство болезней вызваны паразитами и червями, но никогда не думал о бактериях в качестве причины заражения. В 1843 году он опубликовал две книги: Histoire naturelle de la sante et de la maladie и Manuel annuaire de la sante. Обе имели огромный успех и предназначались для специалистов по санитарии и гигиене, там содержались комментарии относительно питания, физических упражнений, мыслительной нагрузки и пользы свежего воздуха. В более поздние годы Распай занялся политической деятельностью и был избран в палату депутатов, где продолжал проводить медицинские реформы для заключенных и бедноты, а также бороться за чистоту городов, повторяя работу лондонского врача-крестоносца Джона Сноу. След этого человека, почти полностью исчезнувшего из медицинской литературы, можно найти на картине Винсента Ван Гога “Натюрморт с тарелкой с луком”, где на столе рядом с тарелкой лука изображен Manuel Распая. Возможно, ипохондрик Ван Гог просто купил книгу на улице, но соседство классического труда язвительного человека со слезоточивыми овощами кажется вполне уместным.

19

Перевод В. Рогова. – Прим. перев.

20

Немецкий ботаник Гуго фон Моль тоже наблюдал рождение клетки из клетки в меристеме растений. И Ремак, и Вирхов знали о работе фон Моля, которая позднее была расширена Теодором Бовери, Вальтером Флеммингом и другими учеными, описавшими стадии деления клеток растений и морских ежей.

21

Когда историки науки углубились в изучение ранних этапов развития клеточной биологии, роль Шванна и Шлейдена в качестве основателей клеточной теории стала менее очевидной. В частности, революционные работы натуралиста Яна Пуркине (или Пуркинье) и некоторых его учеников, в том числе Габриэля Густава Валентина, прежде оставались малоизвестными. Отчасти это могло быть проявлением национализма в науке: Шванн, Шлейден и Вирхов работали в Германии и писали на немецком языке, который считался главным языком науки, тогда как Пуркинье и его ученики работали во Вроцлаве. Формально город располагался на территории Пруссии, но оставался провинциальным и по большей части был населен поляками. В 1834 году, обзаведясь новым микроскопом, Пуркинье и Валентин сделали несколько наблюдений и послали в Институт Франции статью, в которой утверждали, что некоторые ткани растений и животных построены из единообразных элементов. Однако, в отличие от Шлейдена и Шванна, они не утверждали, что это всеобъемлющий и универсальный признак, распространяющийся на всю живую материю.

22

Внутренний конфликт Мюллера по вопросу о витализме проявляется во многих его трудах. Например, во вступлении к знаменитой книге “Элементы физиологии” отразилась его неуверенность относительно возникновения жизни из флюидов или же из “обычного” неорганического материала: “Однако обязательно следует признать, что манера, в которой конечные элементы соединяются в органических телах, а также энергии, влияющие на это соединение, являются совершенно особенными [и] не могут создаваться каким-либо химическим процессом”.

23

Необходимо уточнить: Беннет считал, что при лейкемии в сосудах содержатся не клетки, а гной. Только в 1847 году Вирхов установил, что на самом деле в сосудах выявляются клетки, накопление которых и ведет к развитию лейкоза. – Прим. науч. ред.

24

Вирхов упомянул работу двух шотландских хирургов – Джона Хантера и его брата Уильяма, а также работу патологоанатома из Падуи Джованни Морганьи. Вскрытия, произведенные Хантерами, Морганьи и многими другими анатомами и хирургами, показывали, что при болезни какого-то органа в анатомии поврежденной ткани неизбежно обнаруживаются признаки патологического процесса. Например, при туберкулезе в легких появляются белые гнойные узелки, называемые гранулемами. При сердечной недостаточности мышечные стенки сердца обычно выглядят тонкими и изношенными. Вирхов утверждал, что в каждом из этих случаев истинная причина заболевания кроется в клеточной дисфункции. На микроскопическом уровне сердечная недостаточность – следствие дисфункции клеток сердца. Гнойные гранулемы при туберкулезе легкого – следствие реакций клеток на микобактериальную инфекцию.

25

Строго говоря, в крови циркулируют не макрофаги, а их предшественники – моноциты, которые дифференцируются в макрофаги после попадания в ткани. – Прим. науч. ред.

26

Машина Голдберга (Робинсона – Голдберга, или заумная машина) – вымышленное устройство, выполняющее очень простое действие чрезвычайно сложным образом, обычно по цепной реакции; названа по имени своих изобретателей – американского карикатуриста Руба Голдберга и английского художника Уильяма Робинсона, изображавших такие машины. – Прим. перев.

27

Эксперименту Пастера предшествовали работы Ладзаро Спалланцани (1729–1799), который показал, что если сосуд с сенным отваром запаять и затем тщательно прокипятить, то раствор не мутнеет со временем и в нем не развиваются микроорганизмы, т. е. самозарождения жизни не происходит. Против экспериментов Спалланцани было выдвинуто возражение: он якобы уничтожил некую “жизненную силу”. Эксперимент Пастера как раз позволил снять это возражение, поскольку в колбу с длинным горлышком мог беспрепятственно проникать воздух, в котором должна была содержаться “жизненная сила”. – Прим. науч. ред.

28

Постулаты Коха для установления причинности заболеваний применимы к большинству инфекционных болезней, но не учитывают роль хозяйского организма и с трудом применимы к неинфекционным заболеваниям. Например, курение вызывает рак легкого, но не у всех курильщиков возникает рак легкого. Нельзя выделить из больного раком сигаретный дым и передать болезнь другому человеку, хотя пассивное курение совершенно определенно может вызвать рак легкого. Очевидно, что ВИЧ вызывает СПИД, но не каждый человек, контактирующий с ВИЧ, заражается и заболевает СПИДом, поскольку генетика хозяйского организма определяет возможность проникновения вируса в клетки. Нельзя выделить микроба или болезнетворный агент из пациента с таким нейродегенеративным заболеванием, как рассеянный склероз, или передать эту болезнь другому человеку. Со временем эпидемиологи создали более широкие критерии для определения причинности неинфекционных заболеваний.

29

Французский ученый Казимир Давен тоже обнаружил палочковидные микроорганизмы в тканях, зараженных сибирской язвой, и назвал их бактеридиями. Он использовал термин Пастера, отдавая дань французскому коллеге и в пику немцам.

30

В 1952 году Зельман Ваксман был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине “за открытие стрептомицина, первого антибиотика, эффективного при лечении туберкулеза”. – Прим. перев.

31

В данной книге мы не обсуждаем эту особую, третью группу существ (архей), а только кратко упоминаем о них. Некоторые биологи утверждают, что свойства современных клеток можно объяснить с учетом некоей кооперативной организации бактерий и архей, однако все еще нет единого мнения о том, в какой степени эволюция архей или какого-то общего предшественника повлияла на эволюцию ядерных клеток, т. е. наших современных клеток. Эти вопросы чрезвычайно важны для эволюционных биологов, изучающих раннюю историю жизни, но выходят за рамки данной книги.

32

Когда речь идет об одноклеточных организмах, под “развитием” подразумевается созревание организма. Процесс созревания одноклеточных микробных организмов уже хорошо изучен. В многоклеточных организмах развитие происходит сложнее. Этот процесс включает в себя увеличение числа клеток, их созревание, их перемещение в разные места назначения, взаимодействие с другими клетками и образование специализированных структур со специализированными функциями для формирования органов и тканей.

33

Позднее компоненты мембраны были классифицированы подробнее. Больше всего в мембране липидов определенного типа с “головкой” из заряженных частиц (фосфатов) и с длинным углеродным “хвостом”. Кроме того, в липидную мембрану встроены дополнительные молекулы, такие как холестерин.

34

Уточним: цитозоль – это жидкое содержимое клетки, а цитоплазма – это все внутреннее содержимое клетки, включая цитозоль, но за исключением ядра. Протоплазма – это все внутреннее содержимое клетки, включая ядро. – Прим. перев.

35

Протоплазма играет столь важную роль, что в 1850-е годы разгорелись горячие споры относительно того, не стоит ли считать единицей жизни не клетку, а именно протоплазму, тогда как клетка всего лишь служит сосудом, в который та заключена. Немецкий клеточный биолог Роберт Ремак был одним из наиболее известных сторонников этой идеи. В конце концов зародилась клеточная теория, и сторонники главенства протоплазмы согласились на компромисс, приняв главенство клетки, но с условием, что каждая клетка содержит “жизненный флюид”. Открытие многих других органелл в клеточной протоплазме дополнительно приглушило идею о том, что протоплазма является единственным необходимым и достаточным строительным элементом организма.

36

В последнее время активно исследуются вариации физических свойств протоплазмы (является ли она водянистой, полужидкой или гелеобразной). Маленькие капли химических веществ, накапливающихся в клетках и находящихся во взвешенном состоянии, могут быть центрами локализации тех или иных химических реакций. Уже установлено, какую важную роль эти “фазы”, как их называют, играют в осуществлении многих химических реакций, и такие исследования продолжаются.

37

в ^04 году биолог Николай Кольцов одним из первых предположил, что протоплазма имеет внутреннюю организацию. Справедливость идеи Кольцова была доказана, когда с помощью мощных микроскопов удалось увидеть разные элементы цитоскелета.

38

В построении цитоскелета задействованы и другие белки. В некоторых клетках в составе цитоскелета есть третий тип белков, образующих так называемые промежуточные филаменты. В составе различных промежуточных филаментов обнаружено более семидесяти белков.

39

РНК выполняет много функций, в том числе регулирует включение и выключение генов, а также участвует в синтезе белка, однако мы сконцентрируем внимание на кодирующей функции этой молекулы.

40

Французский цитолог Шарль Гарнье был первым, кто увидел эндоплазматический ретикулум с помощью светового микроскопа в 1897 году, но он не приписал этой структуре никакой конкретной функции.

41

“Путешествие Пилигрима в Небесную Страну” (1678–1688) – роман английского писателя и проповедника Джона Баньяна. – Прим. перев.

42

К сожалению, Клод покинул Институт Рокфеллера в 1949 году и вернулся на родину в Бельгию. В 1974 году он разделил Нобелевскую премию с Паладе и другим клеточным биологом, Кристианом де Дювом.

43

В 1961 году Кейт Портер вышел из группы, начав собственную работу в Гарварде, а Клод еще раньше перешел в Католический университет Лёвена в Бельгии. Но к Паладе присоединились другие специалисты по фракционированию клеток: Филип Сикевиц, Льюис Грин, Колвин Редман, Дэвид Д. Сабатини и Ютака Тасиро, а также два специалиста по электронной микроскопии – Люсьен Каро и Джеймс Джеймисон. Объединив усилия этих двух групп, Паладе отслеживал продвижение белков по эндоплазматическому ретикулуму.

44

После открытия Паладе Дэвид Сабатини и иммигрант из Германии Гюнтер Блобел совершили одно из важнейших открытий, объяснявших, почему белки направляются либо в ЭПР для выведения из клетки, либо встраиваются в клеточную мембрану. Если говорить коротко, сигнальная последовательность, направляющая белок на выход из клетки или в мембрану, исходно включена в белок, как почтовый штамп. Специфические клеточные механизмы распознают этот штамп и направляют белок к месту назначения. Более подробное объяснение следующее. Сабатини и Блобел обнаружили, что секретируемые и мембранные белки несут в своих последовательностях специфический сигнал – определенную последовательность аминокислот. Когда рибосома расшифровывает РНК и синтезирует белок, молекулярный комплекс, называемый частицей распознавания сигнала (SRP), идентифицирует этот сигнал и направляет белок в ЭПР. Доставка белка в ЭПР происходит по специализированной клеточной поре.

45

В 1974 году Кристиан де Дюв, Альбер Клод и Джордж Паладе были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине “за открытия, касающиеся структурной и функциональной организации клетки”. – Прим. перев.

46

Роберт Браун также известен как автор одного из первых описаний неупорядоченного движения твердых тел в жидкости или газе, вызываемого тепловым движением окружающих молекул. В русском языке это явление принято называть броуновским движением (закрепилось написание фамилии ученого через букву “о”). – Прим. науч. ред.

47

Представления о существовании в ядре своеобразного скелета, организующего внутриядерные процессы, в значительной степени устарели. – Прим. науч. ред.

48

Особенность митохондриальных мутаций заключается в том, что они наследуются только по материнской линии, тогда как большинство других мутаций могут передаваться от обоих родителей. Митохондрии не существуют независимо; они могут жить только внутри клетки. Они делятся, когда делится клетка, а затем расходятся по двум дочерним клеткам. Яйцеклетка формируется в организме матери, и все митохондрии происходят из ее клеток. При оплодотворении сперматозоид внедряет в яйцеклетку свою ДНК, но не приносит ни одной митохондрии. Следовательно, каждая митохондрия, с которой мы рождаемся, дана нам от матери. Мутация в гене mtND4 у Джареда досталась ему от матери. Вероятно, она возникла случайно в процессе закладывания яйцеклетки, поскольку его мать не была больна.

49

В настоящее время клинические испытания Lumevoq продолжаются. Через четыре года после их начала (в 2024-м) улучшение остроты зрения после однократного введения сохраняется. В испытаниях теперь принимают участие и пациенты, которым была сделана инъекция Lumevoq в оба глаза. Исследования еще не завершены, предполагается, что пациенты будут находиться под наблюдением в течение пяти лет после инъекции. Только после этого можно будет сделать вывод об эффективности или неэффективности предложенного метода терапии наследственной оптической нейропатии Лебера. – Прим. науч. ред.

50

Теодор Бовери и Уолтер Саттон сделали следующий логический шаг, связав хромосомы с наследованием (см. Sutton W. The Chromosomes in Heredity. Biological Bulletin 4, no. 5 (1903): 231-51; Boveri T. Ergehnisse iiher die Konstitution der chromatischen Suhstanz des Zellkerns. Jena, Ger.: Verlag von Gustav Fischer, 1904). Если говорить коротко, они связали генетическое наследование с анатомическим и физическим наследованием хромосом и тем самым соотнесли гены (и наследование) с хромосомами. Грегор Мендель в опытах с горохом идентифицировал гены лишь как абстрактные “факторы”, которые могут передаваться из поколения в поколение и передавать признаки, или черты, от родителей детям; у него не было возможности установить физическую локализацию этих факторов. Саттон и Бовери среди прочих представили первые доказательства, что наследование признаков (т. е. генов) происходит через наследование хромосом. Томас Морган и другие ученые, работавшие с дрозофилами, основывались на этой теории и окончательно установили, что локусы генов расположены на хромосомах. Через несколько десятилетий благодаря исследованиям Фредерика Гриффита, Освальда Эвери, Джеймса Уотсона, Фрэнсиса Крика, Розалинд Франклин и других ученых удалось идентифицировать ДНК – молекулу в центре хромосом – в качестве носителя генетической информации. В последующих исследованиях Маршалла Ниренберга и его коллег в Национальных институтах здоровья США было показано, как гены расшифровываются и превращаются в белки, что и определяет форму и свойства организма.

51

Ботаник Карл Вильгельм фон Негели считал эксперименты Флемминга аномалией, но затем он и работу Менделя объявил чудачеством. Лишь через несколько десятилетий принципы деления клеток во всех организмах были признаны универсальными.

52

Два других цитолога, Эдуард Страсбургер и Эдуард ван Бенеден, тоже наблюдали расхождение хромосом и разделение клеточной мембраны с образованием двух дочерних клеток (митоз).

53

G – от английского слова gap, “промежуток”. – Прим. перев.

54

Проведение проверки в фазе G2 кажется прекрасным и простым решением, пока вы не осознаете, что для осуществления этой проверки требуется соблюдать весьма тонкое равновесие. Остановка в фазе G2 в значительной степени предназначена для выявления катастрофических мутаций. Мутации возникают в фазе S. Как любой копировальный аппарат, неизбежно совершающий какое-то количество ошибок, молекулярные системы, создающие новые копии ДНК в процессе синтеза, тоже делают ошибки. Некоторые из них немедленно исправляются, но некоторые остаются. Если бы задача фазы G2 заключалась в выявлении всех мутаций, идентификации и исправлении всех ошибок, стало бы невозможным появление мутантов – и не было бы эволюции. Поэтому фаза G2 должна служить очень разборчивым контролером, который знает, что нужно отслеживать, а что не нужно.

55

Бильбо Бэггинс – хоббит, персонаж произведений Дж. Р. Р. Толкина. – Прим. перев.

56

Английское слово cycling (“циклирование”) происходит от слова cycle и переводится в том числе как “езда на велосипеде” и “велоспорт”. – Прим. перев.

57

Сначала гены назвали cdc (от cell division cycle}, но позднее терминология изменилась на cdc/cdk, а затем окончательно на cdk. Буква к указывает на ферментативную активность белков, кодируемых этими генами: это киназы, которые присоединяют к белку-мишени фосфатную группу и тем самым его активируют. Для простоты я использую обозначение cdk для генов и CDK (заглавными буквами) для белков. То же самое справедливо для семейства циклинов: названия генов пишут строчными буквами, названия белков начинаются с заглавной буквы (Cyclin).

58

Интересно, что, несмотря на центральную роль белков Cyclin и CDK в делении клетки, создано совсем немного удачных противораковых препаратов, блокирующих их действие. Главным образом это связано с тем, что деление клетки – важнейший для жизни универсальный процесс, его трудно сделать мишенью противораковой терапии: вы убиваете делящуюся раковую клетку, но одновременно уничтожаете делящуюся нормальную клетку, вызывая непереносимое накопление токсинов. В конце 1990-х годов было найдено семейство лекарственных препаратов, ингибирующих действие двух конкретных представителей семейства CDK – киназ CDK 4/6. Почти два десятилетия спустя клинические испытания показали, что использование низких доз подобных препаратов нового поколения в сочетании с другими лекарствами, такими как герцептин (лекарство против рака молочной железы на основе антител), может увеличивать продолжительность жизни некоторых пациентов с раком молочной железы. Поиски специфических ингибиторов белков Cyclin и CDK продолжаются, хотя их применение по-прежнему ограниченно из-за их токсичности.

59

Под “репродуктивной медициной” я понимаю направление медицины, задача которого – помогать в рождении ребенка за счет применения лекарств, гормонов, хирургического вмешательства и манипуляций с человеческими клетками ex vivo (вне тела). Спектр методов широк. К ним относится активация выработки сперматозоидов и яйцеклеток и их последующее извлечение и хранение. К ним относится оплодотворение яйцеклеток вне тела или выращивание человеческих эмбрионов с их последующей имплантацией в матку для вынашивания ребенка. К этому списку можно добавить новые технологии, которые быстро идут навстречу репродуктивным технологиям: генетическая инженерия человеческих сперматозоидов, яйцеклеток и эмбрионов для получения новых типов клеток и – в перспективе – новых типов людей.

60

Невозможно перечислить всех, кто участвовал в развитии данной технологии, таких ученых очень много, но некоторые выделяются на общем фоне. В 1990-е годы испанец Франсиско Мохика первым обнаружил, что в бактериальном геноме закодирована система защиты от вирусов. В период между 2007 и 2011 годами Филипп Хорват из французской компании по производству йогуртов Danisco и Виргиниюс Шикшнис из Вильнюса в Литве углубили понимание этого механизма иммунитета. А между 2011 и 2013 годами Дженнифер Даудна, Эммануэль Шарпантье и Фэн Чжан внесли в механизм генетические изменения, позволяющие производить в ДНК программируемые модификации. Это краткий список; более полную историю метода можно прочесть в интернете: CRISPR Timeline, Broad Institute online.

61

Чтобы понять суть мутаций, введенных в геном детей по методике JK, нужно сначала разобраться в строении генов. Гены “записаны” в ДНК, которая представляет собой цепочку из четырех субъединиц: А, С, Т и G. Такой ген, как CCR5, состоит из последовательности этих субъединиц, например ACTGGGTCCCGGGG и так далее. Большинство генов содержат несколько тысяч субъединиц. В середине гена CCR5 с природной мутацией дельта-32 отсутствует фрагмент из тридцати двух последовательных субъединиц, и поэтому ген неактивен. Однако JK не смог удалить именно этот фрагмент из тридцати двух знаков. Метод редактирования генома позволяет сравнительно легко найти ген и стереть его часть. Однако в точности воспроизвести мутацию технически гораздо сложнее. И JK пошел более простым путем. В результате у одного ребенка в одной копии гена CCR5 отсутствовало пятнадцать субъединиц (а не тридцать две), тогда как вторая копия осталась без изменений. У второго ребенка в одной копии не хватало четырех субъединиц, а во второй копии появилась одна дополнительная субъединица. И ни у одного из близнецов не было мутации дельта-32, которая встречается в человеческой популяции.

62

Хэ Цзянькуй не ответил на несколько фундаментальных научных вопросов, которые так и остаются без ответа по сей день. Были ли в результате применения системы CRISPR изменены все клетки эмбрионов или только некоторые? И если лишь некоторые, то какие? Наличие генетических изменений лишь в некоторых клетках организма называют мозаичностью. Являются ли Лулу и Нана генетически мозаиками? Вторая группа вопросов касается непреднамеренных эффектов генетических манипуляций. Произошли ли изменения в других генах? Было ли проведено секвенирование отдельных клеток для выявления других изменений, вне гена ССА75? Если да, то сколько клеток было проанализировано? Мы этого не знаем.

63

Ребриков Денис Владимирович – директор института трансляционной медицины Национального медицинского исследовательского центра акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В. И. Кулакова (с 2022 года). – Прим. перев.

64

Сперматозоид движется главным образом с помощью длинного извивающегося хвоста, называемого жгутиком. В его основании расположено несколько белков, которые взаимодействуют друг с другом, как крохотный, но мощный мотор, создающий постоянные движения жгутика, как движения хлыста. Вокруг молекулярного мотора располагается кольцо митохондрий, обеспечивающих необходимую энергию для неистового продвижения сперматозоида навстречу яйцеклетке. Кроме большого подвижного жгутика, похожие белки формируют гораздо более мелкие подвижные отростки, или волоски, называемые ресничками, которые играют важнейшую роль в клеточной биологии. Реснички позволяют перемещаться многим типам клеток за счет непрерывного и часто однонаправленного движения. Вот несколько примеров. Реснички клеток, выстилающих кишечник, обеспечивают продвижение пищи, а реснички белых клеток крови позволяют им перемещаться по кровеносным сосудам, чтобы защищать тело от инфекций. Считается, что реснички клеток фаллопиевых труб проталкивают только что высвобожденную яйцеклетку к месту оплодотворения. А реснички клеток выстилки дыхательных путей постоянно движутся, изгоняя слизь и посторонние частицы. Реснички способствуют перемещению клеток эмбриона в процессе развития организма. Воспроизводство, развитие и выздоровление человеческого организма были бы невозможны без нормального функционирования ресничек. Иногда дети рождаются с редким генетическим заболеванием – цилиарной дискинезией, – при котором реснички утрачивают способность участвовать в основных и вспомогательных механизмах функционирования тела. Это приводит к многочисленным нарушениям, таким как хроническая заложенность носа и частые респираторные заболевания, связанные с накоплением мокроты и чужеродных частиц в дыхательных путях. У половины больных картина усложняется врожденным смещением органов из-за нарушения клеточной функции в процессе развития, в частности, сердце может оказаться не в левой, а в правой стороне тела. Женщины с этим синдромом часто бесплодны, поскольку клетки репродуктивной системы не могут перемещать яйцеклетки к месту оплодотворения.

65

Конечно, это упрощенная схема, и я старался не использовать специфические эмбриологические термины. Для тех, кого интересуют подробности: из стенки бластоцисты, называемой трофобластом, возникают оболочки, ограждающие ранний эмбрион (хорион и амнион), а также желточный мешок, обеспечивающий питание зародыша. Когда хорион внедряется в матку, формируя плаценту, желточный мешок рассасывается – и плацента становится для зародыша главным источником питательных веществ. Пупочный канатик (пуповина), содержащий кровеносные сосуды и другие протоки, соединяет эмбрион с материнской системой циркуляции крови и обеспечивает обмен газами и питательными веществами. Для более подробного ознакомления с развитием трофобласта я советую прочесть эту статью: Knofler М. et al. Human Placenta and Trophoblast Development: Key Molecular Mechanisms and Model Systems. Cell Mol Life Sci 76, no. 18 (2019): 3479-96.

66

Точнее говоря, у человека, как и у других млекопитающих, остатки хорды образуют студенистое ядро межпозвоночных дисков. – Прим. науч. ред.

67

В этом случае были пересажены клетки из передней части хорды, и поэтому у головастика появились две головы и две нервные системы. По анатомическим причинам вырастить заднюю часть эмбриона лягушки из заднего конца нотохорда и мезодермы гораздо сложнее.

68

Хильда Мангольд трагически погибла в 1924 году в двадцать шесть лет. В 1935 году Ханс Шпеман был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине за открытие эмбриональных организаторов и эмбриональной индукции. – Прим. перев.

69

Встает еще один вопрос: откуда клетки организатора узнают собственное предназначение? Ответ: благодаря сигналам, посланным клетками, которые возникли на еще более ранних этапах, – и так в ретроспективе до единственной оплодотворенной яйцеклетки. Оплодотворенная яйцеклетка уже имеет белковые факторы, распределенные по градиенту. По мере ее деления градиенты белков начинают посылать сигналы и диктовать будущее клеток в разных частях эмбриона.

70

Некоторым читателям тезис об “участии в публичном обсуждении” изменений человеческих клеток может показаться расплывчатым или высокопарным. Кто и как может получить право голоса? Как сделать так, чтобы этот голос был услышан? Что можно сказать о стоимости и доступности методов? Вот несколько комментариев. Для начала я намеренно избегал обсуждения конкретных законодательных мер. Но на последующих страницах книги мы обязательно вернемся к этическим вопросам, возникающим в области генной и клеточной терапии. Однако замечу, что конференция в Асиломаре, посвященная использованию рекомбинантной ДНК, предоставила именно такую возможность для открытой дискуссии об этических аспектах генетических манипуляций и, несмотря на первичную критику за расплывчатость и формализм, в конечном итоге разожгла чрезвычайно активное общественное обсуждение, отразившееся в эффективной законодательной политике. Возможно, и сейчас необходимы такие же глобальные усилия, и они уже предпринимаются.

71

Но почему для переноса кислорода нужны именно клетки? Почему гемоглобин не может перемещаться по телу в плазме в виде свободного белка? Эта загадка все еще остается неразгаданной и имеет отношение к структуре гемоглобина – мы вернемся к этому увлекательнейшему сюжету на последних страницах книги.

72

Согласно распространенной версии, мальчик страдал от потери крови, и Дени влил ему овечью кровь, отсосанную пиявками. – Прим. перев.

73

Уточним: плазма – это жидкая часть крови, лишенная клеточных элементов (но клетки в ней перемещаются), а сыворотка – это плазма после удаления белка фибриногена, являющегося важнейшим элементом системы свертывания крови. – Прим. перев.

74

Впоследствии было установлено, что антитело реагирует на специфический набор сахаров на поверхности эритроцитов.

75

Поначалу Ландштейнер обнаружил три группы крови, которые обозначил буквами А, В и С. Но в статье, опубликованной в 1936 году, он выделил уже четыре независимые группы крови, названные им А, В, АВ и 0.

76

Перевод Б. Пастернака. – Прим. перев.

77

Открытие метаболизма холестерина, его связи с болезнями сердца и создание новых лекарств для поддержания оптимального уровня холестерина служат замечательным примером того, как клинические наблюдения, клеточная биология, генетика и биохимия могут объединяться для решения загадочных клинических проблем. Эта история началась с клинических данных о нескольких семьях с необычными симптомами, связанными с чрезвычайно высокой концентрацией холестерина в крови. В 1964 году в Чикаго трехлетнего мальчика Джона Деспоту привели на прием к лечащему врачу. Кожа мальчика была покрыта желто-коричневыми холестериновыми наростами. Содержание холестерина в крови превышало норму в шесть раз. К двенадцати годам появились признаки образования холестериновых бляшек на стенках артерий и частые боли в груди. Очевидно, что у Джона была наследственная предрасположенность к патологическому накоплению холестерина (в двенадцать лет у него уже случались сердечные приступы), так что врачи взяли биопсию его кожи и отправили двум ученым, занимавшимся изучением метаболизма холестерина. В последующие десять лет, анализируя такие случаи, как случай Джона, Майкл Браун и Джозеф Голдстайн установили, что на поверхности нормальных клеток есть рецепторы для связывания некоторых видов циркулирующих в крови частиц, богатых холестерином и называемых липопротеинами низкой плотности (LDL, low-density lipoprotein}. В норме клетки захватывают и расщепляют холестерин, выводя его из кровотока и понижая уровень циркулирующего LDL. У таких пациентов, как Джон Деспота, механизм захвата и метаболизма холестерина нарушен из-за генетических мутаций. В результате в крови сохраняется высокая концентрация LDL, что приводит к образованию аморфных отложений на стенках артерий, включая сердечные артерии, и вызывает боли в груди и сердечные приступы. В последующие годы Браун и Голдстайн выявили десятки редких генетических мутаций, нарушающих метаболизм холестерина. Но при дальнейшем обширном анализе этих результатов кардиологи начали понимать, что повышенный уровень LDL способствует отложению холестериновых бляшек не только у некоторых людей с генетическими мутациями, но и у значительной части населения, приводя к повышенному риску заболеваний сердца. Эти наблюдения стали основанием для разработки липитора и других препаратов для снижения уровня холестерина, которые помогают бороться с сердечно-сосудистыми заболеваниями. В 1985 году Браун и Голдстайн были удостоены Нобелевской премии; благодаря их исследованиям были спасены жизни миллионов людей. В 1980-е годы Хелен Хоббс и Джонатан Коэн, работавшие в лаборатории Брауна и Голдстайна, открыли другие гены, отвечающие за захват и метаболизм LDL, что стимулировало разработку следующего поколения препаратов для снижения уровня LDL и предотвращения сердечных приступов.

78

Классификация белых клеток крови по характеру окрашивания – еще один очень важный вклад в биологию Пауля Эрлиха. Работая с тысячами красителей, он установил, что некоторые из них обладают замечательной способностью связываться с клетками или внутриклеточными структурами. Поначалу Эрлих использовал это характерное связывание, чтобы видеть разные клетки: так, нейтрофилы окрашиваются нейтральными красителями, а базофилы, еще один вид клеток крови, связываются с основными красителями. Эрлих назвал эту способность специфическим сродством и задумался, нельзя ли использовать это специфическое сродство химического вещества к клеткам определенного типа не только для окрашивания, но и для уничтожения клеток. Эта идея позволила ему в 1910 году открыть антибиотик сальварсан и подстегнула желание обнаружить “волшебную пулю” против рака – химическое вещество со специфическим сродством и токсическим действием по отношению к злокачественным клеткам.

79

В механизме врожденного иммунитета задействованы многие другие клетки, в том числе тучные клетки, естественные клетки-киллеры (NK-клетки) и дендритные клетки. У каждой из этих групп клеток есть свои функции на ранних этапах реакции на внедрение патогена. Их объединяет отсутствие способности учиться или адаптироваться для нападения на какой-либо специфический патоген. Они не могут запомнить конкретного врага (хотя недавние исследования показали, что определенные подгруппы клеток-киллеров обладают ограниченной способностью помнить некоторые виды патогенов). Эти клетки первой линии защиты активируются общими сигналами, вызванными инфекцией, воспалением или повреждением, и имеют механизмы, позволяющие атаковать, убивать и заглатывать клетки, одновременно стимулируя и активируя В-клеточный и Т-клеточный ответ.

80

Значительная часть наших знаний о врожденном иммунитете и о генах, ответственных за эту составляющую иммунного ответа, получена в ходе экспериментов, проведенных в 1990-е годы Чарльзом Джейнуэем, Русланом Меджитовым, Брюсом Бётлером и Жюлем Офманом.

81

Известный перевод Самуила Маршака достаточно вольный. Дословный перевод такой: “Если тело встречает тело, / Пробираясь через рожь, / Если тело целует тело, / Нужно ли звать на помощь?” – Прим. перев.

82

Эмиль Адольф фон Беринг стал первым лауреатом Нобелевской премии по физиологии и медицине (1901 года) “за работу по сывороточной терапии, главным образом за ее применение при лечении дифтерии, что открыло новые пути в медицинской науке и дало в руки врачей победоносное оружие против болезни и смерти”. – Прим. перев.

83

Пауль Эрлих был удостоен Нобелевской премии за работы в области иммунологии в 1908 году (совместно с Ильей Мечниковым). – Прим. перев.

84

Лорел и Харди – англо-американские комические актеры, одна из наиболее популярных комедийных пар в истории кино. – Прим. перев.

85

Джеральд Эдельман и Родни Портер разделили Нобелевскую премию по физиологии и медицине за 1972 год. – Прим. перев.

86

Лайнус Полинг – дважды нобелевский лауреат. В 1954 году он был удостоен Нобелевской премии по химии “за изучение природы химической связи и его применение к объяснению строения сложных молекул”, а в 1962 году – Нобелевской премии мира за деятельность, направленную на запрещение ядерных испытаний в атмосфере. – Прим. перев.

87

Джошуа Ледерберг был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1958 году совместно с Джорджем Бидлом и Эдуардом Тейтемом за исследования в области генетики микроорганизмов; Фрэнк Бёрнет был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1960 году совместно с Питером Медаваром за открытие приобретенной иммунной толерантности. – Прим. перев.

88

Я слегка упростил картину, но отразил общую схему производства антител. Основные этапы процесса следующие: активация В-клеточного рецептора антигеном, секреция этих рецепторов в кровоток, постепенное уточнение структуры антител, непрерывное производство антител плазматическими клетками и превращение некоторых активированных В-клеток в В-клетки памяти. Как мы вскоре увидим, некоторые клетки, секретирующие антитела, – плазматические клетки – также являются долгоживущими. И оба типа участвуют в сохранении памяти о предыдущей инфекции. В этом процессе важную роль играют Т-клетки, о которых мы поговорим в следующих главах.

89

Судзуми Тонегава был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1987 году за открытие генетического механизма, объясняющего разнообразие антител. – Прим. перев.

90

Данный процесс называют созреванием аффинности. Он продолжается до тех пор, пока не достигается чрезвычайно высокое сродство антитела к антигену.

91

В 1984 году Сезар Милыптейн и Жорж Кёлер были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине “за разработку теорий специфичности и развития иммунной системы и открытие принципов выработки моноклональных антител с помощью гибридом”. —Прим. перев.

92

Теперь это Институт раковых исследований Даны – Фарбера.

93

Теперь это Институт молекулярной медицины Уизералла.

94

Теперь мы знаем, что каждый из этих вирусов приобрел специфический механизм, позволяющий оставаться незаметным для иммунной системы. Это явление называют уклонением вирусов от иммунитета. В отношении вируса Эпштейна – Барр данные иммунолога Марии Мазуччи и моя собственная работа позволили получить один и тот же ответ. Геном этого вируса содержит много генов. Но как только вирус проникает в В-клетку, он отключает большинство из них, за исключением двух: EBNA1 и LMP2. Вообще говоря, белок EBNA1 – идеальная мишень для Т-клеток, но, как это ни странно, он остается для них невидимым. Отчасти причина в том, что EBNA1 внутри клетки не распадается на фрагменты. Как мы вскоре обсудим, Ален Таунсенд обнаружил, что Т-клетки могут распознавать только части вирусных белков (пептиды), связанные с молекулами, которые называются молекулами главного комплекса гистосовместимости (ГКГС). A EBNA1, как выясняется, не образует никаких пептидов. Белок LMP2, вероятно, имеет другие механизмы уклонения от иммунитета, но они пока неизвестны. Вирус простого герпеса использует иной подход, нарушая механизм транспорта пептидов для загрузки на молекулы ГКГС. Цитомегаловирус использует третий маневр: он производит белок, способный разрушать молекулы ГКГС – те самые молекулы, что позволяют Т-клеткам обнаруживать инфицированные этим вирусом клетки.

95

В 1996 году австралиец Питер Доэрти и швейцарец Рольф Цинкернагель были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине за открытие механизмов распознавания иммунной системой чужеродных микроорганизмов и собственных молекул. – Прим. перев.

96

Если Т-клетка и клетка-мишень “не совпадают” (т. е. происходят из разных организмов и несут на поверхности разные белковые маркеры), иммунная система все равно их убьет, вне зависимости от того, инфицированы они или нет. В этом суть отторжения пересаженных тканей: если встроить в ваше тело чужеродные клетки, они будут отторгнуты. Мы вернемся к распознаванию “чужого” на последующих страницах.

97

Белки ГКГС класса I существуют в тысячах вариантов. У каждого из нас своя уникальная комбинация генов ГКГС класса I. Т-клетки анализируют в первую очередь именно эти собственные белки. Если инфицированная клетка и CD8 + Т-клетка принадлежат одному человеку (с одними и теми же молекулами ГКГС класса I), происходит узнавание – и инфицированная клетка уничтожается.

98

По-видимому, за этим кроется глубокая эволюционная логика. Пептидные фрагменты, представляемые макрофагами или моноцитами, указывают на “правильную” инфекцию. Свободно плавающие частицы (без рамки, обеспеченной фагоцитирующей клеткой, и не представленные должным образом) могут быть случайными обломками или, что хуже, фрагментами человеческих клеток. Иммунный ответ против фрагментов собственных клеток (аутоиммунная реакция) – катастрофическое проявление Т-клеточного иммунитета.

99

Нуклеопротеин – это белок вируса гриппа, который синтезируется внутри клетки. Далее он упаковывается в вирусную частицу. Этот белок не имеет сигнальных последовательностей, которые помогали бы ему добраться до поверхности клетки, поэтому Ален Таунсенд раздумывал над тем, как Т-клетка может его находить.

100

Отсылка к книге “Наш человек в Гаване” английского писателя Грэма Грина. – Прим. перев.

101

Заметим, что некоторые внутриклеточные пептиды (обычно отходы жизнедеятельности) тоже направляются для расщепления в лизосомы и представляются на молекулах ГКГС класса II.

102

Наша борьба с патогенами настолько отчаянна и непрерывна, что помощь требуется даже клеткам-помощникам. Многие типы клеток, включая моноциты, макрофаги и нейтрофилы, о которых мы уже упоминали, выставляют на своей поверхности комплексы пептидов с молекулами ГКГС, нагружая молекулярные “подносы” своим внутренним содержимым и тем самым привлекая Т-киллеров и Т-хелперов. Это часть общей системы наблюдения за клетками, инфицированными вирусами. Однако существуют специализированные клетки, которые так тонко настроены на привлечение Т-клеток (они специализируются именно на презентации антигенов), что их главная и единственная функция заключается в выявлении патогенов и стимуляции иммунного ответа. Эти клетки, обнаруженные Ральфом Штейнманом, живут главным образом в селезенке и выпускают десятки отростков, привлекающих Т-клетки приблизиться и осмотреться. Штейнман обнаружил их под микроскопом в 1970-е годы и почти сорок лет исследовал их функцию. Они обладают одним из самых мощных механизмов для захвата вирусов и бактерий, одной из самых эффективных систем презентации комплексов молекул ГКГС с пептидами, самым плотным набором поверхностных молекул для активации Т-клеток и одним из самых мощных механизмов производства молекулярных сигналов для активации как врожденного, так и приобретенного иммунитета. Их называют дендритными клетками, от греческого слова “дендрит” – “отросток”, поскольку они обладают многочисленными отходящими от тела отростками (возможно, отростки эволюционировали для создания отдельных посадочных мест для Т-клеток). Но и в метафорическом смысле это клетки со многими возможностями, способные координировать все аспекты действия многофункциональной иммунной системы и активировать ее для ответа на инфекцию. Возможно, дендритная клетка самой первой встречает патоген на передней линии защиты и запускает иммунный ответ. Ральф Штейнман умер в Нью-Йорке 30 сентября 2011 года, за несколько дней до того, как Нобелевский комитет вручил ему премию за его открытие (трагическая ситуация, когда премия была, а лауреата не было; Нобелевскую премию не присуждают посмертно, но решение о награждении Штейнмана приняли задолго до его смерти, так что честь все же была ему оказана). Ученые, врачи и ученики Штейнмана выражали соболезнования и отдавали дань его заслугам. Одно из таких посвящений, написанное иммунологом из Сиэтла Филом Гринбергом, я нахожу наиболее символичным: его заголовок возвращает нас к истокам клеточной биологии – к Левенгуку, Гуку и Вирхову, которые смотрели в микроскоп и открывали новый биологический мир. Статья называется “Ральф М. Штейнман. Человек, микроскоп, клетка и многое другое”. История почти любого исследователя, упомянутого в моей книге, описывается этими тремя словами. Ученый. Микроскоп. Клетка.

103

В 2008 году Люк Монтанье и Франсуаза Барре-Синусси были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине (совместно с Харальдом цур Хаузеном, открывшим роль папилломавирусов в развитии рака шейки матки). – Прим. перев.

104

Резервуарами для ВИЧ также служат глиальные клетки головного мозга (астроциты) и резидентные макрофаги мозга (микроглиальные клетки). Сопровождающие инфекцию изменения нервной ткани могут приводить к развитию ВИЧ-ассоциированных нейрокогнитивных расстройств. – Прим. науч. ред.

105

В клеточной биологии разграничение между “своим” и “чужим” касается не только поведения Т-клеток. Мать, которая вынашивает дитя, несет в теле “чужое”. Почему ее организм не отторгает чужеродное тело? В нашем кишечнике обитают сотни миллионов микробов, пользующихся иммунной неприкосновенностью. Почему мы толерантны к этим бактериям, но атакуем патогенные организмы? Клеточные биологи до сих пор ищут ответы на эти вопросы. Быть может, в следующем издании книги мы сумеем на них ответить, поскольку наши знания постоянно углубляются. Пока в клеточной биологии лучше всего изучены механизмы Т-клеточной толерантности, и именно об этом мы будем говорить на следующих страницах.

106

Литтл широко признан в качестве видной фигуры в области пересадки органов, но его критиковали за сотрудничество с производителями сигарет в 1950-е годы, когда он работал в Исследовательском институте табака, пропагандировавшем безопасность курения.

107

В 1980 году Джордж Снелл был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине совместно с Барухом Бенасеррафом и Жаном Доссе за открытие главного комплекса гистосовместимости. – Прим. перев.

108

Существует еще и третья тема исследований, касающаяся способности рака ускользать от действия лекарств и природных защитных сил организма, и ее значение постоянно возрастает. Раковые клетки научились создавать вокруг себя уникальную среду (обычно из нормальных клеток), которая непроницаема для лекарств или активным образом создает лекарственную устойчивость. Аналогичным образом эта клеточная среда помогает раковым клеткам ускользать от иммунной системы, блокируя действие Т-клеток, клеток-киллеров и других иммунных клеток, поскольку не позволяет им близко подобраться к раковым клеткам или создает кровеносные сосуды, снабжающие опухоль питательными веществами. До настоящего времени попытки нарушить кровоснабжение опухолей с помощью лекарств приносили весьма скромные результаты. Такая же ситуация наблюдается с попытками заставить иммунные клетки сохранять активность в “микроокружении” опухоли. Одно из самых страшных изображений, виденных мной за последнее время, – опухоль в окружении оболочки из нормальных клеток, не подпускающих активированные Т-клетки. Т-клетки образуют кольцо вокруг клеточного каркаса, которым окружили себя раковые клетки, но не могут сквозь него пройти. Иммунолог Руслан Меджитов называет это “моделью клиентских клеток”: раковые клетки притворяются клетками того органа, в котором растут (точнее, эволюционируют таким образом, чтобы быть на них похожими), как грабитель притворяется клиентом магазина, пока полиция (иммунная система) повсюду рыщет.

109

Я пытался по возможности не использовать специальные иммунологические термины. На самом деле В 7 представляет собой комплекс двух молекул – CD80 и CD86. Существуют и другие системы защиты, предотвращающие аномальную активацию Т-клеток. Например, белок CD28, впервые обнаруженный иммунологом Крейгом Томпсоном, сейчас активно изучается в нашей и других лабораториях.

110

Со временем ученые установили, что у Т-клеток есть несколько контрольных точек и что все они служат для предотвращения нападок сорвавшихся с цепи Т-клеток на собственный организм.

111

На самом деле PD-L1 – это больше, чем жилет безопасности. Этот белок индуцирует гибель Т-клеток, полностью предотвращая их атаку.

112

Почему и как – почему, почему, почему, как, как — раковая клетка может обманывать Т-клетки, специально предназначенные для ее уничтожения? Этот вопрос назойливо звучит в современной иммунотерапии. Какие-то элементы солидных опухолей (возможно, среда, которую они создают вокруг себя) обманывают и ингибируют даже самые мощные механизмы активации Т-клеток. Но что это за “элементы”? Наиболее солидные доказательства (и это не игра слов) сводятся к тому, что атака иммунной системы на раковые клетки происходит лишь в том случае, если в солидной опухоли может возникнуть полностью функциональный лимфоидный орган, содержащий нейтрофилы, макрофаги, Т-хелперы, клетки-киллеры и организованную клеточную структуру. Этот вторичный лимфоидный орган аналогичен лимфатическому узлу, который обычно возникает при нападении Т-клеток на вирусы или патогенные организмы, только в этом случае он возникает для борьбы с опухолью. Опухоли, которые не позволяют формироваться таким вторичным лимфоидным органам, не поддаются иммунотерапии, а те, в которых такие органы образуются, обычно чувствительны к лечению. Но это корреляция. Причинно-следственная связь и механизмы, позволяющие или не позволяющие формироваться таким органам, пока неизвестны. Когда мы их найдем, возможно, появится новое поколение препаратов для иммунотерапии или новые сочетания препаратов для борьбы с раком.

113

Перевод Н. Любимова. – Прим. перев.

114

На юге Индии бытует иная версия этой легенды – в ней Бали предстает щедрым царем трех мирозданий, а Вишну по просьбе богов, которым Бали был неугоден, обманом отбирает у него престол.

115

Я не имею в виду обсуждение технических или “технократических” решений в отношении пандемии. В значительной степени ответственность за поиски решений в таких ситуациях, как с пандемией ковида (а также за снижение общей заболеваемости), ложится на систему общественного здравоохранения, с учетом качества и доступности гигиенических мер и изменения поведения и образа жизни людей. Но эта книга о клеточной биологии, так что я сконцентрируюсь на клеточной биологии и иммунологии вирусных инфекций и отмечу, что понимание и решение иммунологических загадок эпидемий вирусных инфекций играет немаловажную роль в их предотвращении.

116

Перевод Л. Ионина. – Прим. перев.

117

Алексис Каррель был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1912 году “за признание работы по сосудистому шву и трансплантации кровеносных сосудов и органов”. – Прим. перев.

118

В человеческом теле есть три основных типа мышечных клеток: сердечная мышца, о которой в основном идет речь в данной главе, скелетная мышца, позволяющая по команде двигаться вашей руке, и гладкая мышца, обеспечивающая непреднамеренные, но постоянные движения, например продвижение жидкости в кишечнике. В сокращениях этих трех типов мышц задействованы разные варианты системы актин/миозин, а также несколько других белков.

119

Перевод В. Постникова. – Прим. перев.

120

Точнее говоря, синапсом называется контакт между двумя клетками, через который осуществляется передача сигнала. Пространство между клетками называется синаптической щелью. – Прим. науч. ред.

121

В 1963 году Эндрю Хаксли и Алан Ходжкин были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине (совместно с Джоном Экклсом) “за открытия, касающиеся ионных механизмов возбуждения и торможения в периферических и центральных участках нервных клеток”. – Прим. перев.

122

Такой механизм нейронной проводимости с открытием натриевых каналов и вхождением ионов натрия реализуется не во всех нейронах. Некоторые нейроны для передачи сигнала используют другие ионы, например ионы кальция.

123

Большинство нейронов покрыты оболочкой, напоминающей пластиковый изолятор провода. Это изоляционное покрытие прерывается через каждые несколько микрометров по всей длине аксона. Именно в этих “неизолированных” участках мембраны нейрона локализованы ионные каналы. Здесь возникает спайк электричества. Далее спайк смещается на несколько микрометров вдоль аксона к следующему неизолированному участку, где создает следующий спайк.

124

Речь об эпизоде из жития апостола Павла (Савла). – Прим. ред.

125

Некоторые нейроны животных все же передают импульсы исключительно с помощью электрических сигналов. Они не выделяют нейромедиаторы, а напрямую соединяются друг с другом через специализированные поры, называемые щелевыми контактами, которые аналогичны соединительным порам клеток сердца. Такие нейроны подходят друг к другу еще ближе: расстояние между ними в десять раз меньше, чем в случае химического синапса. Но “электрические синапсы” редки. Их главное преимущество заключается в скорости (электрический сигнал быстрее передается от одной клетки к другой), и поэтому они встречаются в таких клеточных системах, где особенно важна быстрота. Морской слизняк (точнее, морской заяц) Aplysia использует такую электрическую систему для выделения чернил, чтобы спрятаться от хищника в случае бегства.

126

Возникает вопрос философского и биологического плана: почему нейронные сети не полностью электрические? Зачем создавать не полностью проводную систему для переноса электричества, как предполагал Экклс, а систему, которая в бесконечных циклах переходит от использования электричества к использованию химических сигналов? Вероятно, ответ (как обычно) кроется в эволюции и развитии нервной системы. Нервная система – не просто провода для передачи сигналов от мозга к остальным частям тела. Как я писал выше, нервная система – это физиологический “интегратор”. Бывают ситуации, когда сердце должно биться чаще или реже. Или на еще более сложном уровне: бывает, требуется повышение или понижение эмоционального настроя или мотивации. Если бы нейронные сети были запаяны в “замкнутую электрическую коробку”, было бы сложно или даже невозможно связать их с физиологией остальных систем организма. Более того, помимо обеспечения интеграции химические синапсы позволяют как усиливать, так и подавлять сигнал, что необходимо для построения нейронных сетей в сложной нервной системе. Представьте себе свой ноутбук: закрытая коробка с внутренней проводной сетью. Он не может знать, расстроены вы, или раздражены, или должны работать быстрее либо, наоборот, замедлиться; это коробка с электрическими проводами и сетями, не имеющая синапсов с вашим эмоциональным или ментальным состоянием. Органы не могут быть герметичными системами. Сигналы, передаваемые между нейронами, гормоны и медиаторы, переносимые кровью или другими нейронами, должны иметь возможность пересекаться с другими сигналами, чтобы модулировать и изменять их функцию, соотнося физиологию нервной системы с физиологией других систем организма. И растворимый химический медиатор является идеальным решением. Он может активировать или замедлить действие сети. Это “разумный” ноутбук – сложный и способный к взаимодействию: сообщите ему, что у вас плохое настроение, и он ответит тем, что перестанет отсылать злобные письма, о которых вы впоследствии пожалели бы. Сообщите ему, что у вас горит дедлайн, и он ускорится.

127

Термин “нейроглия” ввел в 1846 году Рудольф Вирхов. – Прим. науч. ред.

128

Первые строчки стихотворения Эмили Дикинсон “Я слышала, жужжала Муха”, перевод Е. Ю. Амелиной. – Прим. перев.

129

Лягушка в кипятке – научный анекдот и реальный эксперимент, построенный на предположении, что, если лягушку бросить в кипящую воду, она выпрыгнет, а если в холодную, которая медленно нагревается, она не почувствует опасность и медленно погибнет. Эксперимент был проведен в 1869 году на лягушках с поврежденным мозгом. По современным данным, эксперимент со здоровыми животными дает противоположный результат: лягушка, брошенная в кипяток, не может выпрыгнуть и гибнет, а лягушка в медленно нагревающейся воде пытается выбраться. – Прим. перев.

130

Перевод А. Ситницкого. – Прим. перев.

131

В 2000 году Пол Грингард, Эрик Кандель и Арвид Карлссон были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине за открытия, связанные с передачей сигналов в нервной системе. – Прим. перев.

132

Карлссон также известен своими более ранними исследованиями нейромедиатора дофамина и его влияния на развитие болезни Паркинсона. Его работа по изучению предшественника дофамина L-DOPA позволила внедрить это новое лекарство для сглаживания двигательных нарушений у людей с болезнью Паркинсона.

133

Островковые клетки выделяют целый ряд гормонов, в том числе глюкагон, соматостатин и грелин.

134

От англ, islet — “островок”. – Прим. перев.

135

Ахав – герой романа Германа Мелвилла “Моби Дик”, на протяжении всей жизни охотившийся на белого кита. – Прим. перев.

136

От лат. insula — “остров”. – Прим. науч. ред.

137

Имеется в виду базальная мембрана – тонкий белковый слой, окружающий капилляры. Эта структура по составу и строению не имеет отношения к мембранам, окружающим клетки и образующим внутриклеточные мембранные органеллы. – Прим. науч. ред.

138

Заметьте, я написал “главных”. Каждая клетка каждого органа тела имеет свою собственную форму гомеостаза. Какие-то формы уникальны, какие-то являются общими для всех клеток, как мы обсуждали в первой части книги.

139

Водяными блохами аквариумисты называют небольших ветвистоусых ракообразных – циклопов и дафний. – Прим. науч. ред.

140

Необходимо уточнить, что первые эксперименты по пересадке костного мозга облученным животным были проведены несколькими лабораториями незадолго до начала работ Тилла и Маккалоха, которые для своих исследований использовали уже разработанный метод. – Прим. науч. ред.

141

Я намеренно не привожу имена медсестер. Не чтобы приуменьшить их огромный вклад в развитие пересадки костного мозга, а чтобы защитить их право на конфиденциальность.

142

Позднее облучение стали проводить в несколько приемов, что значительно ослабило тошноту. Кроме того, появились новые противорвотные средства, такие как зофран и китрил, которые сильно гасят волну тошноты, вызванную облучением.

143

Техническое замечание: полученные Томсоном ЭСК происходят из внутренних клеток бластоцисты (которые впоследствии превращаются в эмбрион), а не из клеток внешней оболочки (из которых формируется плацента, пупочный канатик и другие внешние по отношению к эмбриону структуры). Эти клетки не являются тотипотентными, поскольку, например, плацента происходит из клеток оболочки, а не из внутренних клеток. Недавние исследования показали, что при культивировании в определенных условиях некоторые ЭСК могут оставаться тотипотентными, иными словами, производить также внеэмбриональные ткани. Однако большинство исследователей считают ЭСК плюрипотентными, а не тотипотентными клетками, поскольку они дают начало всем тканям, за исключением тканей, поддерживающих развитие эмбриона.

144

Теперь мы знаем, что геномы разных клеток тела могут слегка различаться в результате мутаций, накапливающихся по мере взросления организма. Можно сказать, что человек – это химера из генетически неидентичных клеток. Биологическое значение этих различий еще только предстоит установить.

145

Непереводимая игра слов: в оригинале использовано общеупотребимое в значении “тупица” слово bonehead (дословно “костноголовый”). – Прим. ред.

146

Джерард Карсенти и его коллеги из Колумбийского университета обнаружили, что кости не только реагируют на гормоны, но и производят гормоны. Первые эксперименты показали, что один продукт костных клеток, названный остеокальцином, по-видимому, участвует в регуляции метаболизма сахаров, в формировании мозга и развитии репродуктивной системы у мужчин, хотя некоторые из этих данных все еще ожидают подтверждения.

147

Я перечислил только клетки костной ткани. Список клеток костного мозга гораздо длиннее. Там есть стволовые клетки крови и предшественники клеток крови. Там есть стромальные клетки, которые, возможно, поддерживают стволовые клетки крови. Там есть нейроны и адипоциты, запасающие жиры, а также эндотелиальные клетки кровеносных сосудов, которые доставляют кровь к костному мозгу и выводят ее оттуда.

148

См. статью: Ng J. Q. et al. Loss of Gremi-lineage chondrogenic progenitor cells causes osteoarthritis. Nat Commun 14, 6909 (2023). – Прим. перев.

149

Как я уже говорил, внутренняя клеточная масса эмбриона расщепляется на три слоя, после чего начинают формироваться хорда и структуры нервной трубки. В эмбрионе появляется несколько отделов, и вдоль оси тела закладываются органы; этот процесс направляется внешними сигналами, определяющими назначение клеток, и внутренними клеточными факторами, воспринимающими эти сигналы.

150

Описаны редкие случаи восстановления нейронов у животных и человека.

К сожалению, по большей части нейроны не делятся и не восстанавливаются после повреждения.

151

В недавней статье Генри Кроненберга и его коллег выдвигается предположение, что некоторые зрелые хрящевые клетки в определенных условиях “пробуждаются” и начинают делиться. Остается выяснить, не те ли это клетки, которые обнаружили Дэн, Джиа и Тогрул.

152

Конечно, не существует никакой особой “раковой клетки”. Рак – это группа разнородных заболеваний, и даже в опухоли определенного типа задействовано несколько типов клеток. Здесь я хочу выделить некоторые общие принципы, характеризующие большинство раковых клеток. На следующих страницах мы подробнее обсудим, чем раковые клетки различаются между собой даже в организме одного пациента.

153

Стоит пояснить: у раковых клеток нет чувствительности или мозга, которые заставляли бы их включать и выключать гены. Это эволюция отбирает клетки, в которых включены какие-то гены, позволяющие им непрерывно расти.

154

Мы не знаем, почему раковые клетки предпочитают этот быстрый и дешевый (но очень неэффективный) механизм производства энергии. В процессе кислородного (аэробного) дыхания образуется тридцать шесть молекул АТФ, тогда как при бескислородном брожении (анаэробном дыхании) выделяются лишь две такие молекулы – в восемнадцать раз меньше. Почему раковая клетка использует неэффективную систему производства энергии, если существует способ получить гораздо больше энергии, а ресурсы неограниченны (например, лейкозные клетки в буквальном смысле купаются в крови, где достаточно питательных веществ и кислорода для аэробного дыхания)? Возможно, отчасти ответ заключается в том, что при получении энергии в реакциях с участием кислорода выделяются токсичные продукты – очень активные и опасные для клеток химические молекулы, которые нужно уничтожать и удалять. Некоторые токсичные побочные продукты кислородного дыхания вызывают мутации ДНК, что, в свою очередь, активирует клеточный аппарат, останавливающий деление (вспомните о контрольной точке G2 клеточного цикла, когда клетка проверяет качество своей ДНК). Возможно, раковые клетки эволюционируют “оптимальным” образом, жертвуя эффективностью получения энергии, чтобы держаться подальше от этих опасных продуктов. Но это лишь одна из многих гипотез; другие исследователи предлагают иные варианты объяснения, почему раковые клетки предпочитают процесс брожения. В некоторых недавних исследованиях, в частности в работе Ральфа Деберардиниса, было показано, что значение эффекта Варбурга (немитохондриального пути производства энергии раковыми клетками), возможно, преувеличено и является артефактом искусственных условий выращивания опухолевых клеток в лаборатории по сравнению с реальными условиями их роста в организме. Когда мы выращиваем раковые клетки в лаборатории, мы обычно добавляем в питательную среду большое количество глюкозы, что может сдвигать метаболизм в сторону немитохондриального пути. При этом эффект Варбурга остается реальностью: некоторые “реальные” виды рака в человеческом организме, а не в лаборатории действительно используют немитохондриальный путь в качестве основного способа производства энергии, но мы, вероятно, преувеличили масштаб этого явления.

155

В данной главе я уделил особое внимание поведению, миграции и метаболизму опухолевых клеток, но сознательно не останавливался на вопросах предотвращения и раннего обнаружения рака. Некоторые из этих тем обсуждались в моей предыдущей книге “Царь всех болезней. Биография рака” (2016), а новейшие достижения в этих областях исследования будут освещены в ее следующем издании.

156

Перевод Е. Дюринга. – Прим. перев.

157

Речь идет о фразе “Четыре ноги – хорошо, две ноги – плохо” из романа Джорджа Оруэлла “Скотный двор”. – Прим. перев.

158

Английское слово sham переводится как “жульничество” или “притворство”. – Прим. перев.

Content

Сиддхартха Мукерджи
Песнь клетки. Медицинские исследования и новый человек

Прелюдия ‘‘Элементарные частицы организмов”

Вступление “Мы всегда будем возвращаться к клетке”

Часть первая Открытие

Исходная клетка. Невидимый мир

Видимая клетка. “Вымышленные истории о маленьких животных”

Универсальная клетка. “Мельчайшие частицы этого маленького мира”

Патогенная клетка. Микробы, инфекции и революция антибиотиков

Часть вторая Одна и много

Организованная клетка. Внутренняя анатомия клетки

Делящаяся клетка. Воспроизведение клеток и зарождение ЭКО

Поддельная клетка. Лулу, Нана и злоупотребление доверием

Развивающаяся клетка. Клетка становится организмом

Часть третья Кровь

Беспокойные клетки. Кровообращение

Лечащие клетки. Тромбоциты, кровяные сгустки и “современная эпидемия”

Клетки-стражники. Нейтрофилы и их Kampf против патогенов

Защитные клетки. Когда тело встречается с телом

Распознающие клетки. Гибкий разум Т-клеток

Клетки толерантности. “Свое”, ужас самоотравления и иммунотерапия

Часть четвертая Знания

Пандемия

Часть пятая Органы

Клетки-граждане. Преимущества общности

Мыслящие клетки. Разумный нейрон

Клетки-дирижеры. Гомеостаз, постоянство и равновесие

Часть шестая Перерождение

Обновляющиеся клетки. Стволовые клетки и зарождение трансплантации

Восстанавливающие клетки. Повреждения, распад и постоянство

Эгоистичные клетки. Экологическое равновесие и рак

Песни клетки

Эпилог. “Лучшая версия меня”

Благодарности

Список литературы

Источники иллюстраций

Примечания

Эпиграфы

Прелюдия. “Элементарные частицы организмов”

Вступление. “Мы всегда будем возвращаться к клетке”

Часть первая. Открытие

Часть вторая. Одна и много

Часть третья. Кровь

Часть четвертая. Знания

Часть пятая.Органы

Часть шестая. Перерождение

Примечания