Эпигенетика. Как современная биология переписывает наши представления о генетике, заболеваниях и наследственности

В работе, о которой пойдет речь, Джон Гердон использовал неоплодотворенные яйцеклетки лягушек. Любой из нас, кто когда-либо был счастливым обладателем аквариума, полного лягушачьей икры, и наблюдал, как из ее желеобразной массы появляются головастики, а затем превращаются в крошечных лягушат, имел дело с оплодотворенными яйцеклетками, то есть с теми, в которые проникли сперматозоиды и создали новое полноценное ядро. Яйцеклетки, с которыми работал ученый, были практически такими же, но с единственным отличием — они не имели контактов со сперматозоидами.

У Джона Гердона были веские причины, чтобы использовать для экспериментов именно яйцеклетки лягушек. Икринки земноводных обычно очень крупные, они откладываются в больших количествах, развиваются вне материнского организма и, наконец, прозрачны. Благодаря всем этим особенностям земноводные представляют собой очень удобный экспериментальный материал для ученых, занимающихся биологией развития, поскольку обращаться с их яйцеклетками довольно просто. Вне всяких сомнений, проще, чем с человеческой яйцеклеткой — трудно достижимой, чрезвычайно хрупкой для манипулирования, непрозрачной и настолько маленькой, что нам потребовался бы микроскоп только для того, чтобы увидеть ее.

Джон Гердон работал с африканской шпорцевой лягушкой (Xenopus laevis, если представить ее официально), с одной из тех, ярым почитателем которых является Джон Малкович, пытаясь выяснить, что происходит с клетками по мере их развития, дифференциации и взросления. Он хотел узнать, по-прежнему ли клетка ткани взрослой лягушки содержит в себе весь генетический материал, которым она обладала когда-то, или он утрачен, или же его какая-то часть была необратимо репрессирована в процессе специализации клетки. Способ, которым он решил это выяснить, заключался в том, чтобы извлечь ядро из клетки взрослой лягушки и поместить его в неоплодотворенную яйцеклетку, из которой было предварительно удалено ее собственное ядро. Эта техника, с которой мы постоянно будем сталкиваться на протяжении всей книги, называется «перенос ядра соматической клетки» (ПЯСК). Термин «соматический» происходит от греческого слова, означающего «тело».

Осуществив ПЯСК, Джон Гердон поместил яйцеклетки в подходящую среду (совсем как тот малыш с полным лягушачьей икры аквариумом) и стал ждать, когда из этих обработанных икринок вылупятся маленькие головастики.

Этому эксперименту предстояло проверить следующую гипотезу: «По мере того как клетки становятся все более специфическими (дифференцированными), они претерпевают необратимую утрату/репрессию генетического материала». Итогом эксперимента должен был стать один из двух возможных результатов:

1. Гипотеза была верна, и «взрослое» ядро утратило часть изначального плана создания нового индивидуума. В этом случае взрослое ядро ни при каких обстоятельствах не будет способно заменить ядро яйцеклетки и не произведет новую здоровую лягушку со всеми присущими ей разнообразными и дифференцированными тканями.

2. Гипотеза была ошибочна, и новые лягушки могут быть созданы при удалении ядра из яйцеклетки и замене его ядром из взрослой ткани.

Другие исследователи пытались проделать нечто подобное еще до того, как Джон Гердон взялся за решение этой проблемы. Двое ученых, Бриггс и Кинг, проводили эксперименты с другим представителем земноводных — лягушкой Rana pipiens. В 1952 году они пересадили ядра из клеток на очень ранней стадии развития в яйцеклетки, из которых были удалены собственные ядра, и в итоге получили жизнеспособных лягушек. Тем самым, они продемонстрировали существование технической возможности переноса ядра из одной клетки в «пустую» яйцеклетку, при котором клетка не погибала. Однако затем Бриггс и Кинг опубликовали результаты следующего эксперимента, в ходе которого они прибегли к той же процедуре, но перенесли ядро более развитого клеточного типа, и на этот раз не получили ожидаемого результата — лягушки не вылупились. Разница между клетками, использовавшимися для переноса ядер в двух экспериментах, казалась ничтожно малой — всего лишь на какой-то день старше, а лягушат уже и нет. Это служило подтверждением гипотезы о том, что в процессе дифференциации клеток имеет место некая необратимая репрессия. Человека менее целеустремленного, чем Джон Гердон, такое известие, возможно, выбило бы из седла, однако он более десяти лет посвятил решению этой проблемы.