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

И пока Джон сидел на официальном ужине с коллегами, я рассматривала его лягушачьи эмбрионы под конфокальным микроскопом, который увеличивал разрешение, собирая на специальной фокальной плоскости свет от изучаемых образцов. Здесь это был первый и единственный такой микроскоп, поэтому он находился в постоянном использовании, и я резервировала его на вечернее время. После ужина Джон заходил посмотреть на наши результаты. Иногда он был в красном костюме с черным галстуком или огромной красной бабочкой. Учитывая его рыжеватую шевелюру, в таком наряде он был похож на инопланетянина.
Так мы сотрудничали многие месяцы. Мы хорошо ладили, хотя наши жизненные истории сильно отличались. Джон Гёрдон получил образование в Итоне и был родом из привилегированной семьи. Ну а я, хотя и происходила из благородной польской семьи (так называемой шляхты), мои родные все потеряли во время войны, я училась в государственной школе коммунистической страны, где все должны были быть одинаковыми, без всяких богатств или привилегий. Джон был не только добрым и мыслящим, но и авантюрным. Однажды утром он повез меня на красном спортивном автомобиле любоваться природными красотами весенней Англии, и я внезапно обнаружила себя в дендрарии, гуляющей по чудесному ковру из колокольчиков. В другой раз я уговорила Джона сходить на понравившийся мне фильм, который посмотрела предыдущим вечером. Думаю, он согласился просто из вежливости. Позже он признался, что это был его первый поход в кинотеатр. Мы посмеялись над этим случаем, который был еще одним примером того, насколько мы были разными. Но мы интересовались жизнью друг друга и поэтому подружились. Вспоминая те годы, я осознаю, что Джон был моим наставником. Он несколько раз по-отечески вмешивался, спасая меня от ошибок и помогая принять многие трудные решения, не только научные, но и личные. Я очень эмоциональный человек (как говорится, нельзя покорить поляка силой, только сердцем), в то время как Джон был довольно рациональным [7]. Порой мы бесконечно дискутировали, пытаясь понять друг друга.
Хотя моей основной работой было использование GFP для изучения развития эмбрионов мышей, своим первым реальным прогрессом в Кембридже я обязана подработкам с лягушачьими эмбрионами. В рамках нашего соглашения Джон показал мне, как имплантировать GFP путем введения в лягушачьи клетки синтетических посланников для соответствующих генов. Его персональное попечительство было чрезвычайно полезным. В работе эмбриолога много искусства и ловкости. Наблюдать выполнение технического приема (и на гораздо более крупных лягушачьих клетках) намного полезнее, чем попытки представить весь процесс по сухим книжным указаниям, зачастую лишенным важных подробностей.
В конце концов нам удалось получить зеленый флуоресцентный маркер и применить его для визуализации развития мышц лягушки. Джон увлекся этой работой (к тому же проложившей путь к успешному использованию GFP у млекопитающих) и прямо во время службы в университетской часовне набросал карандашом подробный план научной статьи, описывающей наши результаты.
Думаю, это был подходящий фон для наших откровений о сотворении лягушки, наполненных ранее неизвестными деталями онтогенетического развития. Привычная к неспешному ритму описания научных результатов в Польше, я удивилась тому нетерпению, с которым Джон хотел опубликовать статью раньше всех. Как он сказал, «когда речь идет об открытии, нет никакой второй статьи, только первая». Статья, словно подарок, появилась на страницах журнала Development на Рождество 1996 года [8]. Она ознаменовала конец наших совместных экспериментов, но не нашей дружбы.
Затем я успешно применила GFP в исследовании мышиных эмбрионов, хотя к тому времени другие ученые без моего ведома успели опробовать этот маркер на клетках млекопитающих [9]. Наверное, из-за того, что они не использовали GFP для изучения яйцеклеток или эмбрионов, я и Мартин ничего не знали об их работах.
Джон Пайнз первым показал мне, как улучшить текст моих научных работ. Наша первая совместная статья описывала применение MmGFP для отслеживания клеток в живых эмбрионах мышей и была опубликована в 1997 году в Development — там же, где вышла наша с Джоном Гёрдоном статья о лягушачьих эмбрионах [10]. Неудивительно, что Development стал моим любимым журналом.
 
Но статья не рассказывала обо всем, что мы обнаружили. Эта первая работа по отслеживанию клеток в живом эмбрионе вызвала не только изумление, но и тревогу. Когда я маркировала в случайном порядке клетки эмбрионов на двух- или четырехклеточной стадиях, я видела, что клетки не вели себя как идентичные друг другу. Они противоречили общепринятому представлению о том, что «разум» первых клеток эмбриона совершенно одинаков и чист. Я предусмотрительно не включила свое открытие в статью для Development и сосредоточилась на описании новой технологии отслеживания.
Но я не могла забыть об этих неожиданных результатах и обсудила их с Джоном. Если обе клетки в эмбрионе двухклеточной стадии и все четыре клетки в эмбрионе четырехклеточной стадии являются идентичными, они должны случайным образом вносить вклад в создание разных частей эмбриона на последующих стадиях. Именно так мой наставник Тарковский интерпретировал результаты новаторского эксперимента 1959 года. Однако это никак не вязалось с моими результатами.
А потом я нашла зацепку, факт, которым пренебрегали при объяснении более ранней работы. Если разделить двухклеточный эмбрион на две отдельные клетки, только одна будет развиваться в целую мышь. Многие пытались превратить две половинки двухклеточного эмбриона в двух мышей, включая ведущих онтогенетиков Энн Макларен и Джинни Папайоану, к которым я вернусь позже. Их эксперименты либо провалились, либо имели крайне низкие показатели успеха. Мы все думали, что проблема была в технике выполнения, а не в различиях между этими ранними клетками. Но что, если мы упустили нечто большее? Что, если в двухклеточном эмбрионе только одна клетка является действительно тотипотентной и поэтому, в отличие от второй клетки, может создать как плаценту, так и сам эмбрион? Если все правда, то изучение этих клеток позволит понять саму тотипотентность и то, когда и как она утрачивается в первый раз.
Подчеркну, что этот эффект не детерминирован — ни в коем случае, ведь эмбрион пластичен: мои эксперименты по отслеживанию «родословной» клеток эмбриона выявили уклон, толчок в определенном направлении развития, а недетерминированный процесс. Что еще проблематичнее — не в каждом эмбрионе этот уклон был таким очевидным. Но тот факт, что это происходило у подавляющего большинства эмбрионов, говорил о наличии закономерности. Как и мой герой-ученый Алан Тьюринг, я была очарована так называемым нарушением симметрии в раннем эмбрионе. Встретив меня в то время, вы бы поняли, что мысли о нарушении симметрии захватили меня целиком и полностью.
 Полярные тельца 
Существовавшее в те годы сопротивление идее о том, что эмбрион утрачивает идеальную симметрию на ранней стадии развития, вызывало недоумение еще и потому, что оплодотворенная яйцеклетка уже содержит намек на асимметрию. Все дело в истории ее созревания. К каждой оплодотворенной яйцеклетке прикреплены две маленькие клетки, одна из которых создана до, а вторая после слияния яйцеклетки и сперматозоида. Эти клетки появляются в результате особого вида клеточных делений — мейоза. По этим маленьким клеткам традиционно различают два конца яйцеклетки: так называемые анимальный и вегетативный полюса, где первый содержит ядро с ДНК, а второй наполнен желтком. Крошечную клетку анимального полюса когда-то называли направительным тельцем за то, что она обозначает место, где в дальнейшем произойдет первое дробление. Сегодня эти скромные клеточки именуют полярными тельцами [11].
Они нужны для того, чтобы положить начало созданию нового индивидуума, позаимствовав в равной степени ДНК матери и отца. В каждом из нас есть генетическая смесь из ДНК обоих родителей, упакованная в клетках в виде двадцати трех пар хромосом. Как отражение этой избыточности, наши клетки называются диплоидными и ежедневно размножаются путем клеточного деления митоза, при котором их хромосомы копируются и с помощью белковых «двигателей» распределяются между двумя дочерними клетками. Но чтобы сперматозоид и яйцеклетка скомбинировали свою ДНК для создания новой жизни, им нужен противоположный процесс, где каждому достается только половина хромосомного набора, в сумме дающая норму из сорока шести (двадцати трех пар) хромосом в оплодотворенной яйцеклетке.