Читаем The Epigenetics Revolution полностью

So, by the early years of the 21st century scientists had found a way of maintaining pluripotent ES cells in culture dishes and they knew quite a lot about their biology. They had also worked out how to change the culture conditions so that the ES cells would differentiate into various cell types including liver cells, heart cells, neurons etc. But how does this help with the dream we laid out earlier? Could the labs use this information to create new ways of driving cells backwards, to the top of Waddington’s landscape? Would it be possible to take a fully differentiated cell and treat it in a lab so that it would become just like an ES cell, with all the potential that implies? Whilst scientists had good reason to believe this would be theoretically possible, that’s a long way from actually being able to do it. But it was a wonderfully tantalising prospect for scientists interested in using stem cells to treat human diseases.

By the middle of the first decade of this century, over twenty genes had been identified that seemed to be critical to ES cells. It wasn’t necessarily clear how they worked together and there was every reason to think that there was still plenty we didn’t understand about the biology of ES cells. It was assumed that it would be almost inconceivably difficult to take a mature cell and essentially recreate the vastly complex intracellular conditions that are found in an ES cell.

The triumph of optimism

Sometimes the greatest scientific breakthroughs happen because someone ignores the prevailing pessimism. In this case, the optimist who decided to test what everyone else had assumed was impossible was the aforementioned Shinya Yamanaka, with his postdoctoral research associate Kazutoshi Takahashi.

Professor Yamanaka is one of the youngest luminaries in the stem cell and pluripotency field. He was born in Osaka in the early 1960s and rather unusually he has held successful academic positions in high profile institutions in both Japan and the USA. He originally trained as a clinician and became an orthopaedic surgeon. Specialists in this discipline are sometimes dismissed by other surgeons as ‘the hammer and chisel brigade’. This is unfair, but it is true that orthopaedic surgical practice is about as far away from elegant molecular biology and stem cell science as it’s possible to get.

Perhaps more than any of the other researchers working in the stem cell field, Professor Yamanaka had been driven by a desire to find a way of creating pluripotent cells from differentiated cells in a lab. He started this stage of his work with a list of 24 genes which were vitally important in ES cells. These were all genes called ‘pluripotency genes’ – they have to be switched on if ES cells are to remain pluripotent. If you use various experimental techniques to switch these genes off, the ES cells start to differentiate, just like those beating heart cells in the culture dish, and they never revert to being ES cells again. Indeed, that is partly what happens quite naturally during mammalian development, when cells differentiate and become specialised – they switch off these pluripotency genes.

Shinya Yamanaka decided to test if combinations of these genes would drive differentiated cells backwards to a more primitive developmental stage. It seemed a long shot and there was always the worry that if the results were negative – i.e. if none of the cells went ‘backwards’ – he wouldn’t know if it was because it just wasn’t possible or if he just hadn’t got the experimental conditions right. This was a risk for an established scientist like Yamanaka, but it was an even bigger gamble for a relatively junior associate like Takahashi, because of the way that the scientific career ladder works.

When faced with the exposure of damaging personal love letters, the Duke of Wellington famously responded, ‘Publish and be damned!’ The mantra for scientists is almost the same but differs in one critical respect. For us, it’s ‘publish or be damned’ – if you don’t publish papers, you can’t get research funding and you can’t get jobs in universities. And it is rare indeed to get a paper into a good journal if the message of your years of effort boils down to, ‘I tried and I tried but it didn’t work.’ So to take on a project with relatively little likelihood of positive results is a huge leap of faith and we have to admire Takahashi’s courage, in particular.

Yamanaka and Takahashi chose their 24 genes and decided to test them in a cell type known as MEFs – mouse embryonic fibroblasts. Fibroblasts are the main cells in connective tissue and are found in all sorts of organs including skin. They’re really easy to extract and they grow very easily in culture, so are a great source of cells for experiments. Because the ones known as MEFs are from embryos the hope was that they would still retain a bit of capacity to revert to very early cell types under the right conditions.

Перейти на страницу:

Похожие книги

Происхождение мозга
Происхождение мозга

Описаны принципы строения и физиологии мозга животных. На основе морфофункционального анализа реконструированы основные этапы эволюции нервной системы. Сформулированы причины, механизмы и условия появления нервных клеток, простых нервных сетей и нервных систем беспозвоночных. Представлена эволюционная теория переходных сред как основа для разработки нейробиологических моделей происхождения хордовых, первичноводных позвоночных, амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих. Изложены причины возникновения нервных систем различных архетипов и их роль в определении стратегий поведения животных. Приведены примеры использования нейробиологических законов для реконструкции путей эволюции позвоночных и беспозвоночных животных, а также основные принципы адаптивной эволюции нервной системы и поведения.Монография предназначена для зоологов, психологов, студентов биологических специальностей и всех, кто интересуется проблемами эволюции нервной системы и поведения животных.

Сергей Вячеславович Савельев , Сергей Савельев

Биология, биофизика, биохимия / Зоология / Биология / Образование и наука
Энергия, секс, самоубийство. Митохондрии и смысл жизни
Энергия, секс, самоубийство. Митохондрии и смысл жизни

Испокон веков люди обращали взоры к звездам и размышляли, почему мы здесь и одни ли мы во Вселенной. Нам свойственно задумываться о том, почему существуют растения и животные, откуда мы пришли, кто были наши предки и что ждет нас впереди. Пусть ответ на главный вопрос жизни, Вселенной и вообще всего не 42, как утверждал когда-то Дуглас Адамс, но он не менее краток и загадочен — митохондрии.Они показывают нам, как возникла жизнь на нашей планете. Они объясняют, почему бактерии так долго царили на ней и почему эволюция, скорее всего, не поднялась выше уровня бактериальной слизи нигде во Вселенной. Они позволяют понять, как возникли первые сложные клетки и как земная жизнь взошла по лестнице восходящей сложности к вершинам славы. Они показывают нам, почему возникли теплокровные существа, стряхнувшие оковы окружающей среды; почему существуют мужчины и женщины, почему мы влюбляемся и заводим детей. Они говорят нам, почему наши дни в этом мире сочтены, почему мы стареем и умираем. Они могут подсказать нам лучший способ провести закатные годы жизни, избежав старости как обузы и проклятия. Может быть, митохондрии и не объясняют смысл жизни, но, по крайней мере, показывают, что она собой представляет. А разве можно понять смысл жизни, не зная, как она устроена?16+

Ник Лэйн

Биология, биофизика, биохимия / Биология / Образование и наука
Взаимопомощь как фактор эволюции
Взаимопомощь как фактор эволюции

Труд известного теоретика и организатора анархизма Петра Алексеевича Кропоткина. После 1917 года печатался лишь фрагментарно в нескольких сборниках, в частности, в книге "Анархия".В области биологии идеи Кропоткина о взаимопомощи как факторе эволюции, об отсутствии внутривидовой борьбы представляли собой развитие одного из важных направлений дарвинизма. Свое учение о взаимной помощи и поддержке, об отсутствии внутривидовой борьбы Кропоткин перенес и на общественную жизнь. Наряду с этим он признавал, что как биологическая, так и социальная жизнь проникнута началом борьбы. Но социальная борьба плодотворна и прогрессивна только тогда, когда она помогает возникновению новых форм, основанных на принципах справедливости и солидарности. Сформулированный ученым закон взаимной помощи лег в основу его этического учения, которое он развил в своем незавершенном труде "Этика".

Петр Алексеевич Кропоткин

Культурология / Биология, биофизика, биохимия / Политика / Биология / Образование и наука
Основы психофизиологии
Основы психофизиологии

В учебнике «Основы психофизиологии» раскрыты все темы, составляющие в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования содержание курса по психофизиологии, и дополнительно те вопросы, которые представляют собой «точки роста» и привлекают значительное внимание исследователей. В учебнике описаны основные методологические подходы и методы, разработанные как в отечественной, так и в зарубежной психофизиологии, последние достижения этой науки.Настоящий учебник, который отражает современное состояние психофизиологии во всей её полноте, предназначен студентам, аспирантам, научным сотрудникам, а также всем тем, кто интересуется методологией науки, психологией, психофизиологией, нейронауками, методами и результатами объективного изучения психики.

Игорь Сергеевич Дикий , Людмила Александровна Дикая , Юрий Александров , Юрий Иосифович Александров

Детская образовательная литература / Биология, биофизика, биохимия / Биология / Книги Для Детей / Образование и наука