В 2012 г. Яманака получил Нобелевскую премию. Эта награда была признанием не только практического значения его работ, но и необычного взгляда на роль времени в развитии событий. Август Вейсман представлял себе тело как ветвящееся генеалогическое древо клеток, на котором ветви расходились в определенные моменты времени. Мы могли бы разделить наше развитие на ключевые этапы: день 1 – оплодотворение, день 2 – две тотипотентных клетки и т. д. по всему жизненному календарю. Каждый этап зависит от предыдущего и поэтому наступает строго после него. Сердце не может сформироваться раньше, чем образуется три зародышевых слоя. С течением времени наша внутренняя наследственность становится все более жесткой, навязывая каждой линии клеток неизменную судьбу до самой смерти.
Яманака показал, что на самом деле разницу между эмбриональной клеткой и клеткой желчного пузыря или волосковой клеткой внутреннего уха определяет не время. Наши предки эволюционировали таким образом, чтобы в определенные периоды в клетках происходили определенные биохимические реакции. Зато мы можем просто перебросить клетку из одного состояния в другое.
Своими исследованиями Яманака не просто подорвал власть времени, он также разрушил устоявшиеся представления о зародышевой линии. Ее рассматривали как важнейшую связующую нить – единственную, по которой наследственность передается от одного поколения к другому. Но это оказалось просто удобным заблуждением. Когда яйцеклетка и сперматозоид соединяются, образуется эмбрион, у которого нет ни одной отдельной клетки зародышевой линии. На ранних этапах любая клетка может дать начало новым половым клеткам (как и клеткам других типов). Иными словами, зародышевая линия прерывается и восстанавливается только на более поздних этапах развития эмбриона. Превратив соматические клетки в зародышевые, Яманака обошел вейсмановский барьер.
Индуцированные плюрипотентные клетки ведут себя почти так же, как клетки эмбриона в начале развития, пока не восстановится зародышевая линия. Получив правильные сигналы, они могут стать половыми клетками – равно как и клетками других типов. В 2007 г. Яманака с коллегами ввел индуцированные плюрипотентные клетки в эмбрион самца мыши и обнаружил, что некоторые из этих клеток развились в сперматозоиды. Эти химерные мыши могли даже стать отцами с помощью сперматозоидов, полученных от клеток другой мыши.
Чтобы индуцированные плюрипотентные клетки превратились в сперматозоиды, организм мыши направлял их развитие, посылая определенные химические сигналы. Эксперименты Яманаки побудили других ученых выяснить, что произойдет, если те же сигналы получат клетки, находящиеся в пробирке, а не в живой мыши. В 2012 г. японскому биологу Кацухико Хаяси удалось заставить индуцированные стволовые клетки развиться в предшественники яйцеклеток
[1149]. Когда он имплантировал их в яичники мыши, эти клетки обычно полностью созревали. За несколько следующих лет Хаяси усовершенствовал процедуру превращения клеток кожи мыши в яйцеклетки так, что весь процесс происходил полностью в пробирке
[1150]. После оплодотворения этих яйцеклеток из некоторых сформировывались здоровые мышата. Другие исследователи выяснили, как клетку кожи взрослой мыши превратить в сперматозоид.
Повторить эти результаты на клетках человека довольно сложно. Некоторым специалистам удалось преобразовать клетки кожи мужчины в сперматоциты – клетки-предшественницы сперматозоидов. Однако у этих трансформированных клеток не очень легко начинается мейоз – деление клетки, которое перетасовывает ДНК.
Тем не менее успех Яманаки и других исследователей в опытах с животными уже дает достаточно поводов для оптимизма… Или беспокойства – в зависимости от того, что вы думаете об использовании этой технологии. Вполне возможно, что скоро ученые сумеют взять мазок с внутренней стороны щеки человека и превратить ее клетки в сперматозоиды или яйцеклетки, годящиеся для экстракорпорального оплодотворения.
Если ученые смогут усовершенствовать этот процесс, который называется «искусственный гаметогенез», скорее всего, его приберут к рукам врачи-репродуктологи. Взятие зрелой яйцеклетки у женщины остается болезненной и сложной процедурой. Было бы намного проще перепрограммировать в яйцеклетку одну из клеток кожи. Этот способ поможет и в том случае, если мужчина или женщина не способны производить свои половые клетки, – теперь им не понадобится донор, чтобы завести ребенка. Мужчина, ставший бесплодным, например после химиотерапии, сможет использовать сперматозоиды, полученные из клетки его кожи.
Некоторые исследователи считают, что искусственный гаметогенез запустит стремительное развитие бизнеса в сфере создания детей из пробирки
[1151]. Специалист по биоэтике из юридической школы Стэнфордского университета Генри Грили исследовал такую вероятность в 2016 г. в своей книге «Конец секса и будущее человеческого размножения»
[1152]. Грили размышлял о мире будущего, «где большинство беременностей у людей с хорошей медицинской страховкой начнется не в постели, а в пробирке, и где большинство детей будут выбраны родителями из нескольких возможных эмбрионов»
[1153].
Сегодня родители, использующие искусственное оплодотворение, могут выбирать в среднем из шести эмбрионов. С помощью искусственного гаметогенеза окажется возможным выбор из более чем сотни эмбрионов. Из такого разнообразия комбинаций генов вытекает намного больше возможностей.
Даже после исключения эмбрионов с мутациями, вызывающими болезни, родителям еще останется много из чего выбирать. Они смогут предпочесть эмбрионы с аллелями, определяющими конкретный цвет глаз. Или последовать рекомендациям Стивена Хсу и выбрать эмбрионы с аллелями, связанными с более высоким уровнем интеллекта.
Герману Мёллеру такие варианты даже в голову не могли бы прийти, однако возможности использования искусственного гаметогенеза намного шире. Индуцированные плюрипотентные клетки обладают удивительными свойствами, которые ученые только-только начали исследовать. Мужчины, например, окажутся в состоянии производить яйцеклетки. Гомосексуальные пары однажды смогут объединить свои гаметы и получить ребенка, который унаследует ДНК обоих партнеров. И яйцеклетки, и сперматозоиды будут производиться одним человеком, и станет возможным объединять их для создания детей, причем результатом окажется не семья клонов: у каждого ребенка будет своя отличительная комбинация аллелей. Понятие одинокий родитель приобретет новый смысл.
Диапазон подобных возможностей продолжит расширяться. Вместо ребенка трех родителей теперь представьте ребенка четырех. В один прекрасный день можно будет взять у четырех человек клетки с внутренней поверхности щеки и сделать из них индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. Затем ученые превратят их в яйцеклетки и сперматозоиды, из которых получат эмбрионы. Одна пара людей произведет один набор эмбрионов, а другая – второй.
