Как создать химеру?
Когда ученые смогут создать смесь бульдога с носорогом
Зачем ученые создают крыс, мышей и свиней с клетками человека, рассказал генетик Сергей Киселев.
Естественный путь
В греческой мифологии химерой называли животное, у которого части тела принадлежали разным видам: голова льва, туловище козы, хвост змеи. Уже по представлению древних организм формировался таким с самого начала – как иначе могут быть сформированы отдельные части тела и органы? В современной биологии это представление осталось: химеризм, то есть смесь клеток двух или более разных организмов, формируется с первых часов или дней индивидуального развития. Представим кентавра: из клеток одного типа, человека, формируется одна часть тела, а второй тип клеток формирует часть тела лошади.
Такое действительно может происходить в природе, когда после независимого оплодотворения двух яйцеклеток обе вдруг объединяются, после чего развиваются в один организм. Но изначально это две различные, независимо оплодотворенные яйцеклетки (зиготы), благодаря которым эмбрион с самого начала имеет клетки и ткани с двумя различными геномами. Этим химеры отличаются от гибридов. В гибридном организме нет клеток с двумя различными геномами. В каждой клетке мула есть геном лошади и осла, поэтому мул – гибрид. Вот если бы у него часть клеток имели только геном лошади, а часть – только осла, тогда мула можно было бы назвать химерой.
На многочисленных примерах известно, что химерный организм может развиться во взрослую особь и нормально существовать, а для некоторых видов, например маленьких обезьянок мармозеток, это чуть ли не норма. Описан ряд случаев химеризма у человека, например с американкой Лидией Фэйрчайлд: по ее ДНК выходило, что она не мать своих рожденных ею при свидетелях детей. Такое возможно, если на ранних этапах формирования химерного организма клетки одного сформировали клетки яичников, а клетки другого, с другой генетикой, – кровь, которую и брали на анализ ДНК. Уверен, что среди людей химер может быть достаточно много, только нет повода и необходимости это выявлять. Однако эти примеры существуют в рамках одного вида. Как будут жить химеры с генами далеких видов, совершенно непонятно, потому что клетки этих видов могут жить с разной скоростью. К примеру, мышь живет два года, а крыса – пять лет. И мы пока не знаем, сколько проживет химера мыши и крысы. У них различные молекулярные пути на уровне молекул, разный метаболизм, разная работа генома – из-за этого эмбрионы химер могут погибать еще до своего рождения.
Лабораторный путь
В ВОЗ отмечают, что сейчас во всем мире проводят более 130000 трансплантаций органов, это составляет менее 10% от общемировой потребности. В организации ситуацию называют острой, и межвидовые химеры – один из способов решить проблему нехватки органов. Если ученые научатся выращивать недостающие органы человека в животных, это будет большой прорыв в трансплантологии.
Профессор Стэнфордского и Токийского университетов Хиромитсу Накаучи опубликовал итоги своей работы над мышино-крысиной химерой в журнале Nature в январе 2017 года. Он ввел клетки мыши в эмбрион крысы, в итоге в крысином эмбрионе образовалась поджелудочная железа, состоящая только из клеток мыши. Затем Накаучи имплантировал эту железу мыши, больной диабетом, и поджелудочная контролировала уровень сахара в крови грызуна.
Еще один лидер в создании межвидовых химер – испано-американский биолог Хуан Бельмонте. В том же январе 2017 года он опубликовал исследование в журнале Cell о том, что вырастил эмбрионов-химер, состоящих из клеток человека и свиньи. Кстати, одна из сложностей, с которой они столкнулись, – гены этих видов слишком далеки друг от друга, из-за чего происходила ранняя гибель эмбрионов. Бельмонте объяснял это долгой эволюцией, за время которой между видами накопились различия. К примеру, развитие плода свиньи происходит намного быстрее, чем у человека: четыре месяца против девяти.
Также Бельмонте в 2019 году заявил об эксперименте по созданию химеры человека и обезьяны. Правда, описание проекта тогда было куцым и вышло в газете El Pais, а не в рецензируемом научном журнале. Статья в Cell об этих экспериментах вышла только в апреле 2021 года.
Сергей Киселев, доктор биологических наук, профессор, заведующий лабораторией эпигенетики Института общей генетики им. Н. И. Вавилова РАН:
– Я считаю, что пока мы вообще не умеем создавать межвидовых химер. Пока это умеет делать один человек на Земле – профессор Хиромитсу Накаучи, который вырастил мышь с крысиной печенью. Других подобных примеров не существует. Когда нам покажут первых кентавров, которые еще и сыграют на лютне, вот тогда мы скажем: «Мы умеем создавать химер»!
Политические и этические запреты
Чтобы успешно выращивать и изучать межвидовых химер, необходимы соответствующие политические решения, а с ними пока непросто. Лидирующие позиции занимает Япония, которая еще летом 2019 года одобрила первые эксперименты по созданию химер человека и животного, правда до 70-го дня развития. И, конечно же, Хиромитсу Накаучи тут же подал заявку на государственную поддержку по созданию химер – животных с клетками человека.
В негласной иерархии сразу после Японии идет Китай, однако там соответствующие эксперименты не разрешены, скорее они существуют в серой зоне права. Группа Бельмонте, которая работала над химерой человека и обезьяны, делала это именно в Китае: там есть необходимая инфраструктура и не задают ученым неудобных вопросов. Хорошее и гибкое законодательство в Англии: там в последнее время наука хорошо контактирует с законодательной сферой. Буквально недавно в Англии разрешили выращивать химерные организмы со сроком до 21 дня. Раньше срок составлял 14 дней, и новое решение – настоящий шаг вперед.
В США исследования разрешены до стадии 14-дневного эмбриона, но фактически в Национальных институтах здравоохранения на их финансирование с 2015 года действует мораторий. Правда, когда в августе 2016 года институты изучили общественное мнение США по поводу работы с химерами, оказалось, что мнение американцев за последние годы существенно изменилось: теперь гораздо большее количество высказалось за разрешение таких исследований. Хотя большинство все еще продолжает считать, что ученые не должны «играть в Бога» и «дергать за нити развития», создавая химер человека и животного.
Об авторе: Сергей Киселев – доктор биологических наук, профессор, заведующий лабораторией эпигенетики Института общей генетики им. Н. И. Вавилова РАН.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru