Карл Циммер - Она смеется, как мать [Могущество и причуды наследственности] [litres]

Поскольку подобные соматические мутации оказались широко распространены, исследователи предположили, что они возникли на ранних этапах развития. Чтобы проверить это предположение, они секвенировали геномы клеток из других тканей этих женщин. Большинство таких мутаций нашлось также в других клетках. Исходя из этого, ученые Института Сенгера подсчитали, что в эмбрионе возникает две-три новые мутации каждый раз, когда какая-то его клетка удваивается. Раз возникнув, эти мутации передаются потомкам клетки, в итоге получается мозаицизм [841] См.: Frank 2014; Ju 2017. .

Кристофер Уолш, гарвардский генетик, изучающий проявления мозаицизма в мозге, заинтересовался, насколько широко он распространен в наших нейронах. Чтобы это выяснить, он с коллегами раздобыл образцы тканей мозга трех человек, которым проводили нейрохирургические операции. Из каждого образца он выделил по дюжине нейронов и секвенировал геном каждого из них. Затем исследователи занялись поиском соматических мутаций, которые отличали бы этот нейрон от других клеток мозга и от остального организма.

Уолш обнаружил, что все нейроны мозаичны. Каждый был уникален и отличался от клеток других частей тела примерно на 1500 однонуклеотидных замен. Эти мутации накапливались постепенно в процессе деления многих поколений клеток. Недавние мутации были лишь у небольшого количества нейронов, возникшие давно наблюдались сразу у многих.

Исследователь быстро осознал, что сможет использовать эти мутации для определения происхождения клеток в мозге [842] См.: Evrony 2016; Linnarsson 2015; Lodato et al. 2015. . В отличие от Конклина, который наблюдал за ростом линий клеток, Уолш предпочел действовать как генеалог и прослеживать судьбу клеток в обратном направлении – назад в утробу.

Чтобы проделать этот путь, Уолш с коллегами изучил 17-летнего подростка, погибшего в автомобильной катастрофе. Семья мальчика не возражала, чтобы его тело использовали для научных исследований. Уолш получил замороженные кусочки мозга, и его группа выделила 136 нейронов из этой ткани. Затем они выполнили полногеномное секвенирование каждой клетки. Чтобы получить материал для сравнения, они также секвенировали ДНК из других органов – сердца, печени и легких.

Проверив триллионы оснований, определенных в результате секвенирования, ученые обнаружили сотни соматических мутаций в каждом нейроне. Многие мутации имелись сразу в нескольких – но не все. Некоторые обнаруживались лишь в небольшом количестве нейронов, а были и уникальные, характерные лишь для конкретной клетки. Исследователи использовали эти сведения, чтобы нарисовать генеалогическое древо мозга, соединив каждый нейрон сначала с его ближайшими родственниками, а затем с более дальними. Уолш с коллегами обнаружил пять разных клеточных линий, внутри которых клетки имели схожие мозаичные особенности.

Общие мутации, должно быть, возникли на стадии эмбрионального развития, когда нервные клетки в мозге могли быстро делиться. Но Уолш узнал еще больше о развитии мозга мальчика, сравнив нейроны с клетками из других органов. Одна линия нейронов имела общие мутации с клетками сердца. Другие – с клетками других органов.

На основе этих результатов Уолш с коллегами восстановил биографию мозга погибшего. Когда этот человек представлял собой всего лишь шарообразный эмбрион, возникло пять линий клеток, у каждой из которых был свой особенный набор соматических мутаций. Клетки из этих линий мигрировали в разных направлениях, превратившись в разные органы – и в том числе в мозг.

Клетки, которые объединились, чтобы стать мозгом, дали начало нейронам. И эти новые нейроны перемещались по всему мозгу, прежде чем осесть и разделиться еще несколько раз. Поэтому Уолш с коллегами обнаружил рядом друг с другом нейроны из разных линий. В итоге в мозге мальчика оказались миллионы маленьких кусочков, образованных родственными клетками.

Когда-то проявления мозаицизма служили пищей для суеверий или дорогой в цирк уродов. Затем его признали заболеванием – сначала редким, потом частым. Сейчас мы можем видеть ее повсюду. Один геном более не может характеризовать нас полностью, поскольку наследственность внутри нас играет с ДНК, изменяя почти каждый кусочек полученного генетического материала. Даже внутри нашего черепа растет ведьмина метла.

В 1779 г. Джон Хантер отправил в Королевское общество письмо. Он описывал в нем необычных коров. Если у самки рождаются близнецы разного пола, писал Хантер, «бычок, вырастая, становится самым что ни на есть бычком» [843] Hunter 1779, p. 279. . А телочки при этом получаются совсем неправильными. «Известно, что они не размножаются: они не проявляют никакой расположенности к быку, и бык ими даже не интересуется», – пояснял Хантер.

«Такая телка здесь называется фримартином , – писал он, – и эта разновидность знакома фермерам не хуже, чем быки и коровы».

К 1779 г. фримартины были уже давно известны. Римляне называли их taura . Фермеры знали, что на фримартинах не удастся заработать, если ждать от них телят или молока. Но это не значит, что они бесполезны. Фримартин мог работать почти так же хорошо, как бык, и его мясо дорого стоило. В «Трактате о скотоводстве» (1776) было написано, что «за фунт мяса откормленного фримартина можно получить на полпенни больше, чем за любую другую говядину» [844] Mills 1776, p. 262. .

За несколько лет до того как прославиться вскрытием «ирландского гиганта» Чарльза Бирна, Хантер изучал фримартинов. Когда анатом разрезал теленка фримартина, животное выглядело как обычная телочка. Но, когда Хантеру представилась возможность изучить только что забитого взрослого фримартина, он увидел у животного странные изменения. Снаружи оно все еще походило на обычную корову. Но при вскрытии у этой коровы не обнаружилось яичников. На их месте выросло то, что показалось Хантеру семенниками. Он пришел к выводу, что фримартины – это «противоестественные гермафродиты».

Но и следующие поколения анатомов не знали, что именно делает фримартинов непохожими на остальных коров. Кто-то предполагал, будто они развиваются из той же оплодотворенной яйцеклетки, что и их братья. Другие думали, что фримартины и их братья были разнояйцовыми близнецами и развивались из двух яйцеклеток. Некоторые специалисты утверждали, что фримартин – это корова, которая «обычилась», или бык, который «окоровился».

Истинная суть фримартинов оказалась намного более странной, чем анатомы прошлых времен могли себе даже вообразить, но она оставалась неизвестной вплоть до XX в. Это открытие противоречило, похоже, всем представлениям о передаче детям наследственной информации от родителей.