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

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

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

Введение Концепция

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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