Книга Эпигенетика. Как современная биология переписывает наши представления о генетике, заболеваниях и наследственности - Несса Кэри

План проведения экспериментов следовало продумать самым тщательным образом. Представьте, что мы начали читать детективные повести Агаты Кристи. Прочитав первые три произведения, мы выдвигаем следующую гипотезу: «Убийцей в книгах Агаты Кристи всегда является доктор». Читаем следующие три повести и обнаруживаем, что в каждой из них действительно свирепствует врач. Подтвердили ли мы нашу гипотезу? Нет. Нас обязательно будет преследовать мысль, что, может быть, стоит прочесть хотя бы еще одно произведение, просто чтобы удостовериться. А что если какая-то из ее книг не напечатана? А вдруг мы не смогли ее отыскать? Сколько бы книг мы ни прочли, мы никогда не можем быть абсолютно уверены, что изучили все собрание сочинений. Но в этом-то и заключается вся прелесть опровержения гипотез. Все, что нам для этого требуется, это обнаружить одно-единственное произведение, в котором Пуаро или мисс Марпл убеждаются, что доктор является образцом законопослушания, а убийство совершил викарий, и тогда наша гипотеза разобьется вдребезги. Именно так строятся самые образцовые научные эксперименты — чтобы опровергнуть, а не подтвердить идею.

И здесь в полной мере проявила себя гениальность Джона Гердона. В то время, когда он проводил свои эксперименты, то, чего он пытался достичь, находилось на грани или даже за гранью возможностей современных ему технологий. Если бы ему не удалось произвести лягушат из ядер взрослой особи, это просто можно было бы списать на недостаточно высокое качество оборудования. Сколько бы раз он ни ставил эксперимент, который не приводил бы к появлению лягушат, это отнюдь не означало бы, что он подтвердил гипотезу. А вот если бы жизнеспособные лягушки действительно появились из яйцеклеток, собственные ядра которых были заменены взрослыми ядрами, тогда бы он опроверг эту гипотезу. Он бы со всей убедительностью продемонстрировал, что при дифференциации клеток их генетический материал не утрачивается необратимо и не меняется. Красота этого подхода заключалась в том, что единственная лягушка способна была перевернуть с ног на голову всю теорию — что она и сделала.

Джон Гердон всегда был и остается чрезвычайно щедр на благодарности в адрес своих коллег по научному сообществу, отмечая их вклад в проделанную им работу и говоря о прекрасных условиях, предоставленных ему лабораториями и университетами. Ему посчастливилось начать эксперименты в идеально оснащенной лаборатории, оборудованной новейшим инструментарием и установкой ультрафиолетового света. Благодаря этому он получил возможность убивать собственные ядра яйцеклеток-реципиентов, не нанося последним вреда, а также «размягчать» клетку, чтобы затем тончайшими стеклянными иглами для подкожных инъекций вводить в них донорские ядра. Другим исследователям, работавшим в той же лаборатории над собственными проектами, удалось вывести лягушек с явно выраженной, но не угрожавшей их жизни мутацией. Как почти все мутации, она возникла в ядре, а не в цитоплазме. Цитоплазма — это густая жидкость внутри клеток, в которой располагается ядро. Джон Гердон брал яйцеклетки лягушек одной группы и донорские ядра мутировавшей группы. Таким образом, он мог бы неоспоримо продемонстрировать, что все вылупившиеся в результате эксперимента лягушки несут в себе информацию донорского ядра и не являются продуктом экспериментальной ошибки, что могло бы иметь место, если бы несколько ядер реципиентов были оставлены в яйцеклетках после их обработки.

Джон Гердон занимался этими исследованиями, которые он начал в конце 1950-х годов, около пятнадцати лет, продемонстрировав в итоге, что ядра из специфических клеток действительно способны развиваться в полноценное живое существо, если их поместить в соответствующую среду, то есть в неоплодотворенную яйцеклетку[6]. Чем более дифференцированной (специфичной) была донорская клетка, тем менее успешным оказывался результат, если говорить о количестве животных, но в этом и состоит красота опровержения гипотез. Для начала эксперимента нам может потребоваться очень много лягушачьих икринок, но, чтобы наш эксперимент считался успешным, мы отнюдь не обязаны получить в итоге столь же много живых лягушек. Всего лишь одного врача, оказавшегося не убийцей, будет вполне достаточно, помните?

Тем самым Джон Гердон показал, что, несмотря на присутствие в клетках некоего механизма, способного поддерживать определенные гены в активированном или репрессированном состоянии в разных типах клеток, этот механизм, как бы он не действовал, не приводил к утрате или необратимой репрессии генетического материала. Когда Гердон помещал взрослое ядро в соответствующую среду — в данном случае, в «пустую» неоплодотворенную яйцеклетку, то это ядро напрочь «забывало», к какому клеточному типу принадлежало раньше. Оно вновь становилось наивным ядром эмбриона, чтобы опять с нуля начать собственный процесс развития.

На вопрос о том, чем же является этот механизм, и отвечает эпигенетика. Предмет исследований этой отрасли биологии развития заключается в изучении того, как ведут себя гены в ДНК, иногда на протяжении многих сотен циклов клеточных делений, и каким образом клетки наследуют определенные особенности своих «родителей». Эпигенетические модификации программы развития не оказывают влияния на генетический код, они не затрагивают его ни с какой стороны и программируют клетки на десятилетия вперед. Но при определенных обстоятельствах этот слой эпигенетической информации может быть удален, и под ним обнаружится все та же «белая и пушистая» последовательность ДНК, которая никуда и не девалась. Именно это и происходило, когда Джон Гердон помещал ядра полностью дифференцированных клеток в неоплодотворенные яйцеклетки.

Знал ли Джон Гердон механизм этого процесса, создавая новых лягушат? Нет. Становится ли от этого его открытие менее значимым? Нисколько. Дарвину абсолютно ничего не было известно о генах, когда он разрабатывал теорию эволюции, основываясь на изучении законов естественного отбора. Мендель ничего не знал о ДНК, когда в саду одного из австрийских монастырей развивал идею о наследственных факторах, передающих «истину» от одного поколения горошка другому. Это не имеет никакого значения. Они увидели то, что прежде не удавалось увидеть никому, и благодаря им мы вдруг получили возможность совершенно иначе взглянуть на окружающий мир.

Эпигенетический ландшафт

Как это ни удивительно, но, когда Джон Гердон занимался этой работой, уже существовала некая концептуальная основа эпигенетики. Отправьтесь на любую конференцию, в названии которой присутствует слово «эпигенетика», и рано или поздно кто-либо из докладчиков непременно сошлется в своем выступлении на так называемый «эпигенетический ландшафт Уоддингтона». Он представит на ваше обозрение крупнозернистый рисунок, показанный на рисунке 1.1.

Рис. 1.1. Графическое изображение эпигенетического ландшафта, выполненное Конрадом Уоддингтоном. Положение шарика отражает вероятные судьбы различных клеток