Жизнь бессмертных клеток

Сумерки генетики Предыстория открытия «бессмертных клеток» могла бы лечь в основу триллера: сороковые годы ХХ века, в разных уголках земного шара по фермам и бойням в сумерках рыщут странные незнакомцы. Их цель – добыть свежую кровь домашней птицы или скота, коровьи эмбрионы… Завладев «добычей», призрачные фигуры удаляются, но спустя несколько дней история повторяется – они возвращаются снова и снова, а по округе расползаются жуткие слухи о колдовстве. Объяснялось все просто: странными незнакомцами были биологи, работавшие над культивированием живых тканей в условиях лаборатории. Первая сложность с культивацией клеток заключалась в подборе подходящего субстрата. Ученые опытным путем пытались получить идеальную питательную смесь для жизни клеток вне организма, in vitro (в стекле). Фрагмент ткани донора помещался в различные питательные среды, для приготовления которых нужна была свежая кровь или ее производные. Когда клетки делились в субстрате, казалось, что рецепт найден, но тогда возникала вторая сложность – всякий раз со временем культуры в пробирках погибали. Приходилось все начинать заново: для нового образца клеток готовилась новая питательная смесь. И биологи возвращались на фермы. Первое изображение клеток HeLa, сделанное доктором Джорджем Гаем в 1951 году В 1943 году исследователям удалось доказать, что выращивание «бессмертных клеток» – реальность. Научному сообществу были продемонстрированы непрерывно делящиеся in vitro клетки мыши. Линия клеток происходила от единственного исходного образца, выращенные в пробирке клетки постоянно воспроизводили себя и не погибали с течением времени. Одним из тех, кто загорелся идеей развить успех, получив линию «бессмертных человеческих клеток», был доктор Джордж Гай (George Guy), руководивший исследованиями в области клеточных культур в больнице Джона Хопкинса в Балтиморе, штат Мериленд, США. Для опытов он брал любые человеческие клетки, которые удавалось достать, называя себя «стервятником, питающимся человечиной». Ему удалось заручиться поддержкой заведующего гинекологическим отделением больницы – доктора Ричарда Телинда (Richard Wesley TeLinde), который организовал поставки в лабораторию Гая образцов раковых опухолей пациенток. В тот день, когда Джордж Гай получил клетки Лакс, все изменилось. Фото: Alan Mason Chesney Medical Archives. www.pages.jh.edu О лаборатории Джорджа Гая стоит рассказать отдельно. Практически все испытательные установки, включая биореакторы, в которых проводились опыты по культивации клеток, ученый сделал своими руками из подручного «бросового» материала, причем на собственные средства. Супруга Гая, Маргарет, была далеко не в восторге от его подхода к распределению семейного бюджета, но они были коллегами, так что она разделяла научный азарт мужа и терпела, когда его побочным эффектом становилось безденежье. Гаю удалось соорудить установку, в которой пробирки с клеточными культурами находились, во-первых, в постоянном движении, во-вторых – в условиях строгой санитарии, в-третьих – при оптимальных температурах. Технология была отработана до мелочей, но… все человеческие клетки, участвующие в опытах, с удручающим постоянством погибали. Неудачи преследовали Гая до тех пор, пока в начале февраля 1951 года в установку не поместили пробирки с пометкой «HeLa». Так в лаборатории маркировали опытные образцы: по первым слогам имени и фамилии донора ткани. Этот принадлежал Генриетте Лакс (Henrietta Lacks). Бессмертный испытуемый То, что происходило с раковыми клетками Генриетты, было похоже на чудо: они не просто выжили – их число удваивалось каждые 24 часа, в 20 раз быстрее обычных клеток. Агрессивно растущая масса заполняла все свободное пространство новых и новых пробирок. Вдохновленный успехом, Джордж Гай разослал образцы полученной линии бессмертных клеток HeLa своим ближайшим коллегам-биологам. Обычная здоровая клетка человеческого организма способна делиться всего около 50 раз. Отвечает за такое положение вещей особый «часовой механизм»: на концах хромосом имеются особые участки – теломеры, которые укорачиваются с каждым делением. Когда теломера заканчивается, клетка утрачивает способность делиться, стареет и умирает. Бессмертной, то есть способной делиться бесконечное количество раз, клетку делает особое вещество – фермент теломераза, восстанавливающий длину теломер. Теломераза не вырабатывается в здоровых клетках, за исключением стволовых, зато его активно продуцируют раковые клетки. Получить бессмертные клетки ученые пытались, конечно, не из спортивного интереса. Линия стабильно делящихся в пробирке человеческих клеток – это «бесконечная» модель человеческого организма. Ведь несмотря на то, что HeLa были раковыми, они обладали характеристиками обычных человеческих клеток: делились, сообщались друг с другом, синтезировали белки, вырабатывали энергию, проявляли чувствительность к инфекциям. В распоряжении биологов оказался «испытуемый», стоящий за этическими рамками: его можно было замораживать, взрывать, облучать, заражать смертельными болезнями, травить любыми препаратами, клонировать и запускать в космос. Первым глобальным научным достижением, испытанным на клетках HeLa, стала разработка вакцины против вируса полиомиелита, которая остановила крупнейшую мировую эпидемию в середине ХХ века. Вместо дорогостоящих испытаний на обезьянах ученые впервые смогли использовать культуры человеческих клеток, для производства которых организовали целое предприятие – Центр распространения HeLa в Университете Таскиги. Финансировал проект Национальный фонд детского паралича США (NFIP). Теперь дешевые и простые в производстве HeLa были «впереди планеты всей»: они полетели в космос раньше Юрия Гагарина – в 1960-м на борту второго советского спутника. Они были клонированы раньше овечки Долли, еще в 70-х. Благодаря HeLa увидели свет и многие успешные разработки – новые методы изучения генных функций генов, лечения сифилиса, рака и СПИДа. Клетки Х Кроме триумфальных страниц в истории «бессмертных клеток» были и те, что повергали научный мир в шок. К примеру, спустя целое десятилетие успехов в культивации различных клеток ученые обратили внимание на два обстоятельства: все здоровые клетки, независимо от того, какая ткань бралась для исходного образца, в культуре либо погибали, либо превращались в раковые, затем все раковые клетки начинали вести себя одинаково – уподобляться HeLa: продуцировать свойственные именно ей ферменты и белки. Клетки HeLa под электронным микроскопом. Фото: National Institutes of Health (NIH) Исследования показали, что дело было не в «скрытых природных механизмах», а в банальном загрязнении культур, причем в качестве загрязнителя выступали все те же клетки HeLa. Они проникали в биореакторы через вентиляцию, выживали на лабораторной посуде, путешествовали вместе с частичками пыли на одежде персонала. Пришлось ставить под сомнение результаты тысяч научных экспериментов и заново начинать уже завершенные и опубликованные исследования. Клетки HeLa окрестили «лабораторными сорняками» и серьезно ужесточили меры для обеспечения стерильности при работе с клеточными культурами. Кризис был преодолен. Постепенно все встало на свои места. Опыт, полученный учеными всего мира при работе с HeLa, позволил разработать стандарты для культивирования клеточных культур и добиться успешного выращивания в пробирках здоровых клеток человека. Появилась ясность и в вопросах клеточного «бессмертия»: продолжительность жизни нормальных человеческих клеток запрограммирована природой, причем этот механизм исправно работает как в человеческом организме, так и в культуре и не зависит от техники выращивания. Бессмертными клетки становятся лишь под воздействием генной мутации или в результате взаимодействий с вирусами. Фото: www.schafferrogers.com Благодаря исследованиям HeLa Харальд Цур Хаузен (Harald zur Hausen) в 2008 году был удостоен Нобелевской премии за установление связи между вирусом папилломы человека и раком шейки матки, а Элизабет Элен Блэкберн (Elizabeth Helen Blackburn) и Джек Шостак (Jack Szostak) в 2011 году получили Нобелевскую премию за исследование роли теломеразы в предотвращении деградации хромосом. Семейный вопрос Если бы в начале 50-х годов ХХ века правила медицинской этики, законы в области медицины и охраны персональных данных уже достигли современного уровня, о самой Генриетте мы не узнали бы больше ничего. Однако описываемые события датируются серединой ХХ века, а местом действия стал американский Мериленд – штат «Старого Юга» в период бурного расцвета расовой сегрегации. Жизнерадостная афроамериканка Генриетта Лакс прожила короткую жизнь – всего 31 год. В четыре года она осталась без матери, подростком за скудный заработок трудилась на табачных плантациях, в школе дотянула лишь до 6-го класса, а в 14 лет сама родила первого из пятерых своих детей, отцом которых стал ее двоюродный брат Дэй. Условия, в которых проживала многодетная семья, нельзя было назвать даже сносными, к тому же Дэй не был примерным семьянином. В один злосчастный день у Генриетты в анамнезе вместе со злокачественной опухолью (аденокарциномой) шейки матки и вирусом папилломы человека (Human Papillome Virus) оказался сифилис. Его способность подавлять иммунную систему, вероятно, сыграла не последнюю роль в том, что от появления первых болезненных симптомов рака до последнего вздоха Генриетты прошло всего восемь месяцев. Генриетта с мужем. www.trbimg.com Медицинское обслуживание в больнице Джона Хопкинса, куда Генриетта обратилась за помощью, было организовано в соответствии с правилами сегрегации: отдельный вход для «цветных», отдельные смотровые, операционные и палаты. Об оплате лечения в семье Лаксов не могло быть и речи: как и подавляющая часть родственников и соседей, Генриетта лечилась бесплатно. Однако у медали была и другая сторона, которую отлично характеризует цитата из статьи Говарда Джонса (Howard Jones) – гинеколога, лечащего врача Генриетты: «Больница Хопкинса, в которой было много бедных черных пациентов, никогда не имела недостатка в клиническом материале». Врачам просто не пришло в голову просить у Генриетты, кроме согласия на оперативное вмешательство, согласия на какие-либо действия с тканями, вырезанными из ее организма. Не позаботились они и о сохранении конфиденциальности. Когда спустя десятки лет история со все еще живыми клетками Генриетты Лакс получила широкую огласку, ее взрослые дети, получившие лишь начальное образование и выросшие в афроамериканской религиозной традиции, попросту не смогли принять эту новую действительность: «их вездесущая живая мать», спасающая мир от разных заболеваний, и нежелание мира признавать ее «научные заслуги» и выплачивать какие-либо дивиденды семье, постоянное внимание журналистов, ученых и жуликов всех мастей, желающих нажиться на чужой беде. Жизнь Лаксов разделилась на «до» и «после». Из-за исключительной научной и биоэтической значимости клеток HeLa в августе 2013 года было заключено соглашение между Национальным институтом здоровья США (NIH) и членами семьи Генриетты. Некоторые последовательности генома поместили «в базы данных с контролируемым доступом». Клетки Генриетты Лакс продолжают делиться, ученые все еще используют их в своих исследованиях. Сегодня известно, что механизм «бессмертия» в клетках HeLa запущен в результате гибридизации клетки шейки матки человека и вируса папилломы человека 18 (HPV18), спровоцировавшего выработку фермента теломеразы. Активация теломеразы считается одним из самых перспективных способов потенциального продления молодости – проще говоря, бессмертия. Фото: SCIENCE SOURCE