Four Earlier News Items: A Unique Case of Symbiogenesis, Cloning, Fighting Warming, and Artificial Organs

{
"title": "Дбайливий злодій",
"summary": "Статті про клонування, фотосинтез та інші біологічні відкриття",
"body": "Кожен з нас, як і інші населяючі планету істоти, є щось самостійне, відмежоване від решти світу. Ми розвиваємося як єдине ціле під впливом генетичної програми, успадкованої від предків. Ця програма повторюється в безлічі клітин, кожна з яких - відносно незалежна структурна одиниця наших тіл. Різні організми розвиваються під впливом відмінних спадкових програм; поступове накопичення змін таких програм в кожному з видів і пояснює різноманіття життя… Верно? Да! Даже в школі цьому вчать. Але «є багато чого на світі, друже Горацио, що і не снилося нашим мудрецям». У журналі Національної академії наук США колектив американських і південнокорейських вчених опублікував статтю, яка додала кілька нових деталей до однієї з головоломок сучасної біології. Освітляючи цю новину, ми не будемо слідувати логіці самої статті, а обрисуємо картину в цілому. Клітини грибів, тварин і рослин мають симбіотичне походження. Вони виникли з клітин різних бактерій і архебактерій, одна з яких стала оболонкою, господарем для решти. Мітохондрії наших клітин (а також клітин інших тварин, рослин і грибів) колись вели окреме життя. Подібне походження мають хлоропласти (органели фотосинтезу) рослин: в свій час вони були самостійними фотосинтезуючими організмами. Впрочем, опинившись в інших клітинах, мітохондрії і хлоропласти втратили самостійність: вони синтезують лише невелику частину набору білків, необхідного для їх життєдіяльності. Біохімічні потреби внутрішніх симбіонтів задовольняють гени ядра клітини. Можливо, частина з них - «переехавші» гени внутрішніх сожителів. Ітак, клітина рослини - це комплекс колись незалежних організмів, що складаються з декількох різних груп. Клітина - відносно самостійна одиниця, але це не означає, що вона не може відмовитися від самостійності. Тіло (таллом) сифонових і деяких інших водоростей складається з злитої воєдино або розділеної на відсіки неклітинної маси, в якій розкидані ядра, хлоропласти, мітохондрії і інші компоненти клітин. В частині, таке будова характерно для нитевидної морської водорості вошерії (Vaucheria litorea), що досягає одного-двох сантиметрів у довжину. Вошеріями живляться брюхоногі молюски (тобто далекі родичі відомих всім равликів) з ряду мешкоязичних. Виворачуючи назовні скоблячий орган, спрятаний у мешкообразному заглибленні, зеленоуха елізія (Elysia chlorotica) протикає оболочку вошерії і висасує її «внутрішності». Велика частина вмісту таллома засвоюється, а хлоропласти переміщуються у печеночні вирости, що пронизують усе тіло елізії, де стають її власними органами фотосинтезу. Наповнивши складки свого тіла хлоропластами, елізія відмовляється від тваринного харчування і переходить до «рослинного» життя, в якому їй не потрібно нічого, крім світла, вуглекислого газу і морської води. Після того, як елізії прожили майже рік, в їхньому геномі активується вірус, який викликає їхню загибель. З відкладених яєць виходять нові молюски… Але як хлоропласти вдається так довго жити в тканинах елізії? А ось як: необхідні гени вошерії увійшли до геному елізій. Новорожденний молюск, який відправляється на полювання за хлоропластами, вже має набір генів водорості, необхідних для догляду за ними! Признайтесь, навіть якщо б ви захотіли придумати щось подібне, у вас вистачило б фантазії впоратися з задачею, яку блискуче розв'язала еволюція? Клон з морозилки Складно скласти вичерпний перелік факторів, що визначають роль тієї чи іншої країни в міжнародному розподілі праці і прогресі технологій. Але якими б вони ні були, Японії раз за разом вдавалося добиватися успіху не стільки в розв'язанні фундаментальних наукових проблем, скільки в доведенні до ума наявних розробок і створенні на їхній основі конкурентоспроможних продуктів. За наукові революції і сенсаційні відкриття з часом можна отримати престижну премію, але гроші текуть туди, де ці відкриття вміють толково використовувати. Останні тижні принесли дві новини, що стосуються вирізного застосування клітинних технологій фахівцями з Центру біології розвитку в Кобе (RIKEN Center for Developmental Biology). Наукова група під керівництвом Терухіко Вакаями (Teruhiko Wakayama) змогла клонувати мишей, які померли і були заморожені шістнадцять років тому. Найважливіше, що гризунів-донорів не обробляли криоконсервантами і не морозили з використанням спеціальних режимів для забезпечення збереження клітин: тварин просто поклали у морозильник, в якому підтримувалася температура –20 °C. Єстественно, їхні клітини виявилися пошкодженими. Щоб клонувати таких мишей, ядра помістили у неоплодотворені яйцеклітки, а коли ті почали розвиватися - здійснили вторинну пересадку ядер отриманих ембріональних клітин. Завдяки цим ухищрениям, із сорока шести ліній ембріональних клітин вдалося отримати тринадцять клонів! Коментуючи цю новину, зазвичай згадують про клонування мамонтів. Очевидно, можливість їхнього оживлення ще під питанням. І справа не тільки в тому, що вічна мерзлота гірша за японські морозильники. При клонуванні ядра пересаджують у яйцеклітки того ж виду, а яйцекліток мамонтів у дослідників якраз і немає. Для цих цілей можна спробувати використовувати яйцеклітки слона як найбільш близького родича мамонта з нині живих, але ймовірність отримання повноцінного клона в цьому випадку невелика. І все ж значення успіху японських біологів не варто недооцінювати. Навіть якщо зараз неясно, де можуть «вистрелити» такі технології, розширення меж можливого іноді здатне приносити плоди в самих неочікуваних областях. А де застосовувати результати іншого дослідження, не потрібно і гадати. Група Йосікі Сасаї (Yoshiki Sasai), що трудиться в тому ж Центрі біології розвитку, змогла виростити з окремих клітин ділянки мозкової тканини. Учені використовували як ембріональні стовбурові клітини, так і індуцировані плюрипотентні клітини з тканин дорослого людини. Ясно, що використання другої категорії клітин набагато переважніше. Краще «омолодити» клітини дорослого людини, ніж використовувати матеріал з абортованих зародків. Але в обидвох випадках, направляючи рост і розмноження делящихся нервових клітин, вченим вдавалося виростити фрагменти нервової тканини. Нейрони розташовувалися в них закономірним чином, встановлювали контакти один з одним і навіть обмінювалися сигналами. Хоча метод поки рано використовувати у медичній практиці, вирощені фрагменти тканини вже годяться, наприклад, для тестування ліків. І «конці» у Землю? Що ні день, надходять тривожні новини про глобальне потепління. Спори про те, чи справді воно викликане діями людства, то стихають, то розгораються з новою силою. Наприклад, існує суттєва частина відповідальності на нас усіх-таки лежить. Впрочем, зв'язків всередині біосфери, що впливають на склад атмосфери і температурний баланс, ми так до кінця і не зрозуміли. Періодично з'являються попередження про небезпеки: наприклад, потепління може викликати викид метану, що знаходиться на дні океанів і в сибірських болотах. Метан - набагато сильніший парниковий газ, ніж вуглекислота, і як буде виручитуватися людство, якщо в атмосферу поступить його значна кількість, ніхто не знає. PNAS (журнал Національної академії наук США) опублікував статтю, автори якої стверджують, що вуглекислий газ з атмосфери можна зв'язувати в залежах перидотитів - гірських порід, характерних для верхньої мантиї. Перидотити - суміш декількох мінералів (олівіна і піроксенів), що має темно-зелений або сіро-зелений колір. Огромні їхні запаси залягають досить глибоко під земною корою, але десь вони виходять на поверхню. Наприклад, потужні виходи знаходяться на території Оману. Дослідники показують, що перидотити здатні зв'язувати значну кількість вуглекислоти, утворюючи при цьому карбонати. Такі гірські породи зв'язують вуглекислий газ і без участі людини, але процес поховання парникового газу можна прискорити у сотню тисяч раз, для чого в шари перидотитів треба закачати гарячу воду, збагачену CO2, давши поштовх самопідтримуючій реакції. Розрахунки показують, що тільки на території Оману таким чином можна зв'язати значну частину (до 15%) вуглекислоти, викинутої в атмосферу людством. Допоможуть ли відкриті можливості планетарної інженерії у боротьбі з глобальним потеплінням? Про повне розв'язання проблеми, очевидно, мова не йде. Окрім того, неясно, у яку суму обійдеться сама процедура і як її виконавець повинен бути пов'язаний з тими, хто отруює атмосферу вуглекислотою. І все ж таки ретельніше розглянути пропонований американськими вченими варіант, безумовно, варто. Орган з власного городу Новина, що отримала широкий розголос у середині листопада, стала щасливим завершенням подій, що відбувалися близько п'яти місяців тому. Стільки часу потребувалося, щоб упевнитися в успіху операції з використанням по-справжньому піонерської технології. Тридцятирічна іспанка Клаудія Кастильо (Claudia Castillo) страждала туберкульозом. Хвороба викликала сильне ушкодження лівого бронха - «повітряводу», що веде до легені. Через це пацієнтка не могла повноцінно використовувати своє ліве легене, і при звичайному лікуванні потребувалося б його видалення. Така операція суттєво обмежує трудоспроможність - проблемою стає навіть швидка ходьба. Ситуацію могла частково полегшити пересадка донорської трахеї. Однак люди, яким пересадили донорські органи, до кінця своїх днів змушені приймати ліки, що придушують імунітет, і бояться відторгнення пересаджених органів. Все наше тіло - клон з мільярдів клітин, у які розвинулася (у типовому випадку) одна-єдина оплодотворена яйцеклітина. У ході нормального розвитку ці клітини розмножуються, взаємодіють одна з одною і формують кожного з нас. По закінченню очередного етапу розвитку включаються механізми, що захищають тіло від аномалій росту - наприклад, пухлин. Спроможність більшості клітин до розмноження і спеціалізації знижується до межі, допустимої з точки зору безпеки організму. Лише небагато клітин - стовбурові - зберігають спроможність до багаторазових ділення, так як у їхній функції полягає виробництво швидко зношуваних клітин-потомків, таких як клітини крові. І після цього травми і хвороби починають виривати з наших тіл шматок за шматком. Для Клаудії все закінчилося благополучно: лікарі змогли виростити для неї нову трахею. Спочатку все ж таки потрібно було використовувати донорський матеріал (трахею померлої людини). Однак донорські клітини були знищені, а сама трахея промита і очищена настільки, що від неї залишилася лише колагенова основа. Колаген - білок, що є основою сполучної тканини. Усім відомий желатин - це частково розварений колаген. Так ось, на колагенову основу донорської тканини були висаджені стовбурові клітини кісткового мозку самої хворої. За кілька днів вони заселили відведене їм простір, сформувавши живий орган. Ця трахея була пересаджена Клаудії і на диво швидко прижилася. Незабаром лікарі вже не могли провести границю між природними тканинами і пересадженим фрагментом. За оцінками експертів, до масового вирощування органів зі стовбурових клітин самих хворих пройде ще років двадцять. Ймовірно, з часом можна буде синтезувати основу для розмноження клітин штучним шляхом (наприклад, з допомогою друку на тривимірному принтері), обходячись без донорського матеріалу. Очевидно, трахея - орган досить простий, а, скажімо, вирощування нирки представляє набагато складнішу задачу. І все ж таки перший крок зроблено! Д. Шабанов. Турботливий злодій // Комп'ютерра, М., 2008. – № 47–48 (763–764) Д. Шабанов. Клон з морозилки // Комп'ютерра, М., 2008. – № 43 (759) Д. Шабанов. І «кінці» в Землю? // Комп'ютерра, М., 2008. – № 44 (760) Д. Шабанов. Орган з власного городу // Комп'ютерра, М., 2008. – № 45 (761)
}