Исследования Марка Китинга, или чем люди хуже тритонов

Доктора Марка Китинга (Mark Keating) ждала блестящая карьера профессора кардиологии. Но у многих в жизни вдруг находится дело, которое получается лучше привычной работы. Поворот от кардиологии к эволюционной биологии для коллег Китинга выглядел, по меньшей мере, странно...

Китинг вот-вот должен был сменить престижный пост исследователя в Университете штата Юта (University of Utah) на ещё более престижную должность профессора Гарварда (Harvard University). За свои работы на тему генетического наследования сердечной аритмии он только что получил весьма солидные награды...

Но он вдруг резко развернулся и направил все свои силы на исследования «каких-то там амфибий».

Почему? Как оказалось, профессора Китинга интересовал один простой по формулировке, и совершенно неразрешимый до сих пор вопрос: почему амфибии, в частности, тритоны, способны отращивать себе утраченные конечности, а млекопитающие и, в частности, люди — нет?

То, что это так, знает любой ученик средней школы. У человека есть способности к регенерации, но они в буквальном смысле ничтожны, по сравнению со способностями лягушек и тритонов, у которых сращивается даже сломанный позвоночник.

Так стоит ли удивляться, что крупный учёный обратился к этой области? Оказывается, всё-таки стоит, поскольку даже среди биологов исследования на тему восстановления тканей котируются довольно низко. Поскольку немало уважаемых учёных поломало ноги на этом поле.

Хотя кое-какие существенные результаты были: выяснилось, например, что третиноиновая кислота (кислота витамина А), настолько сильно подхлёстывает регенеративные способности у лягушек, что те отращивают три ноги вместо одной утраченной.

Большинство биологов с неохотой признали: человеку и вообще млекопитающим такие способности не свойственны. Их организмы не настолько изменчивы, как организмы холоднокровных.

Однако у Китинга были свои соображения на этот счёт. Не нужно быть учёным с мировым именем, чтобы однажды не удивиться загадке: чем выше стоит тот или иной вид на эволюционной лестнице, тем меньшими регенеративными способностями он обладает, хотя, по Дарвину, регенерация — это явное эволюционное преимущество. Китинг решил во что бы то ни стало разобраться в причинах этого загадки и, если получится, понять, как можно изменить ситуацию.

Главная проблема состоит в том, что регенерация тканей у человека происходит очень медленно. Слишком медленно, чтобы произошло восстановление действительно значительного повреждения. Если бы этот процесс удалось хоть немного ускорить, то результат оказался бы куда как значительным.

Например, по словам коллеги Китинга, Дина Ли (Dean Li), людям, у которых отказывают почки, необходимо вернуть к жизни всего 10% почечных клеток, чтобы перестать зависеть от диализной машины.

И при сердечных приступах очень многое зависит от того, какое количество ткани сердечной мышцы оказывается отмершей — 20 или 40%.

Китинг, Ли, и основанная ими компания Hydra Biosciences, занимается исследованиями также и кожи, центральной нервной и кровеносной систем, суставов и глаз. Последний пункт особо интересует Китинга, поскольку в его семье по наследству передаётся заболевание, в результате которого деградирует центральная часть сетчатки глаза. Китинг лично наблюдал, как одна его родственница постепенно теряла из-за этого недуга зрение.

Исследования Китинга уже дали некоторые результаты. Например, он выделил ген у рыбки Данио (Brachydanio rerio), при подавлении которого рыба теряла способность выращивать новые плавники и органы. Вместо этого, раны рубцевались, так же как это происходит у млекопитающих (в том числе людей).

Китинг считает, что подавить или активировать этот ген, возможно, даже проще, чем кто-либо мог подумать.

Ещё один интересный факт: исследования, проведённые ещё в 1991 году показали, что зародыши овцы возрастом не более шести месяцев восстанавливаются от серьёзных повреждений безо всяких проблем. Но если возраст зародыша хотя бы на несколько недель больше, можно быть уверенным: рубец останется навсегда.

«Вопрос состоит не в том, осталась ли эта программа [программа регенерации целых органов] в наших генах, — говорит Китинг. — Вопрос в том, почему эта программа отключена».

И паче того, можно ли её вновь задействовать?

Ещё в Юте Китинг провёл, по его собственному признанию, довольно грубый эксперимент, целью которого было выяснить, могут ли клетки мышей вести себя так же, как и клетки тритонов.

Как известно, повреждённая ткань млекопитающих начинает производить плотные и волокнистые рубцевые клетки, которые затягивают открытую рану.

Ткань тритонов реагирует совершенно иным образом: на месте повреждения или ампутации образуется губчатое покрытие, под которым начинается совершенно иной, нежели у млекопитающих, процесс. Что-то — по мнению Китинга, это могут быть определённые белки, — инициирует генетическую программу «де-дифференциации» клеток.

Взрослые клетки снова возвращаются в состояние стволовых клеток — базового «строительного материала» для всех биологических тканей. Иными словами, биологические часы этих клеток начинают идти в обратную сторону! Затем эти стволовые клетки, в свою очередь, начинают снова дифференцироваться в нужные типы тканей, тем самым, полностью восстанавливая повреждённые места на теле амфибии.

Никто из учёных не мог добиться того же от тканей млекопитающих. Однако осенью 1998 года Китинг и его коллеги произвели странный опыт, имевший совершенно неожиданные даже для них последствия.

Мышечные клетки, взятые у мышей, подвергли обработке сжиженным экстрактом, взятым из-под регенерационного покрытия амфибии.

В отличие от клеток тритонов, взрослеющие клетки тканей млекопитающих очень сильном изменяются. Заставить их вернуться в исходное — младенческое — состояние, это то же самое, что ждать от древней глиняной вазы, что она снова превратится в сырую глину и сухую краску...

Однако именно это с мышиными клетками и произошло. Клетки «де-дифференцировались» обратно в состояние стволовых клеток, а затем учёным удалось спровоцировать их повторную дифференциацию и превращение в жировые клетки, а также клетки костной и мышечной ткани.

Пока до конца не ясно, как заставить этот процесс начаться вообще. Впрочем, сейчас Китинг всё более уверен, что этого можно добиться, доставив к повреждённой части тела ключевой белок. Он должен дать клеткам ряд генетических инструкций, которые заставят клетки начать де-дифференцироваться обратно в стволовое состояние. Частичная де-дифференциация клеток происходит, когда начинается образование рубцевой ткани. Так что, возможно, нужен лишь какой-то дополнительный импульс, чтобы произошла полная дедифференциация этих клеток.

У млекопитающих раны рубцуются, у амфибий запускается процесс «де-дифференциации» клеток в стволовое состояние, а затем новая дифференциация и восстановление утраченных конечностей. Никаких шрамов. Кстати, гормон эритропоиетин, используемый для лечения лейкемии, ускоряет производство красных кровяных телец организмом. Китинг считает, что ему удастся найти нечто похожее на эритропоиетин, что будет восстанавливать и другие ткани.

Что это будет значить для человечества, объяснять, кажется, излишне.

Остаётся, однако, загадкой, почему эта программа регенерации оказалась подавленной у теплокровных. Объяснений может быть несколько.

Первое сводится к тому, что у теплокровных несколько иные приоритеты к выживанию, нежели у холоднокровных. Рубцевание ран стало важнее тотальной регенерации, поскольку снижало шансы фатального истекания кровью при ранении и занесения смертоносной инфекции.

Но может быть и другое объяснение, куда более мрачное.

Рак.

Быстрое восстановление обширного участка поврежденной ткани подразумевает возникновение одинаковых быстро делящихся клеток в определённом месте. То же самое наблюдается при возникновении и росте злокачественной опухоли. В связи с этим, полагают учёные, для организма стало жизненно важным уничтожать быстро делящиеся клетки, а следовательно, возможности к быстрой регенерации оказались подавленными.

Но это не более, чем одна из теорий.