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

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

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

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

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

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

Глава 1 Белое платье

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

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

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

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

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

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

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