Знание-сила, 2008 № 06 (972)

Стволовые клетки

Вторым по важности Science назвал работы японских и американских ученых по созданию плюрипотентных стволовых клеток из обычных телесных. Напомним, что стволовыми называются клетки, которые уже в процессе эмбрионального развития откладываются в организме, так сказать, «про запас». Они не специализируются в ходе роста эмбриона, то есть не превращаются в клетки разных органов и тканей, а сохраняют потенциальную способность в будущем развиться в любую нужную (для замены) клетку; поэтому они и называются плюри- (или много-) потентными. Строго говоря, плюрипотентными являются лишь те эмбриональные стволовые клетки (ЭСК), которые образуются на ранних стадиях развития плода, потому что потом отдельные группы этих клеток расходятся по разным тканям и органам и там немного продвигаются в сторону соответствующей специализации. Все же остальные телесные клетки уже полностью специализированы, так как у них остаются работать только те гены, которые нужны для выполнения характерных для этого органа или вида ткани процессов и функций.

Мечта многих ученых — научиться управлять стволовыми клетками, направляя их развитие по своему желанию в сторону той или иной специализации, чтобы, став полностью специализированными, они составили фонд запасных клеток, которыми можно было бы при нужде заменять больные клетки любых органов или тканей организма. Для этого, понятно, нужен запас плюрипотентных стволовых клеток. Взять их можно только у эмбриона. Но на пути такого использования эмбрионов встает общественное мнение. В Соединенных Штатах и некоторых других странах такие исследования не субсидируются. Нужно искать другие пути. И первым долгом приходит в голову мысль — нельзя ли превратить телесную клетку обратно в стволовую? Иными словами, обратить вспять тот процесс специализации, который эта клетка прошла?

В 2006 году японские исследователи сообщили, что, добавив всего лишь 4 гена к геному клетки из мышиного хвоста (они ввели эти гены в клетку с помощью ослабленного вируса), они создали нечто, что они назвали «индуцированной плюрипотентной стволовой клеткой (и-ПСК), которая выглядит и ведет себя, как настоящая ЭСК. Это был крупный шаг в решении намеченной выше задачи, но решающим в этом деле стал год 2007-й. В июне та же японская группа и одновременно две американские сообщили, что их и-ПСК (из клеток мышиной кожи) обнаружили способность превращаться в самые разные специализированные клетки мыши, включая яйцеклетки и сперматозоиды. В ноябре этот же эксперимент (с тем же результатом) был повторен на человеческих взрослых клетках. А в декабре было показано, что мышиные и-ПСК, введенные в организм мыши, страдающей так называемой серповидно-клеточной анемией, успешно превратились там в здоровые красные кровяные тельца, заменив больные эритроциты, и мышка благополучно выздоровела. Казалось бы, чего еще желать? Сами президент Буш поздравил ученых с их успехом. Однако они пока еще не потирают руки. Все это нужно еще тысячу раз проверить. Но шаг уже сделан, шаг гигантский, и он заслуженно назван вторым по важности научным достижением года.

Об остальных достижениях расскажем лишь бегло. Третье место в списке Science занял эксперимент по выявлению источника сверхэнергичных космических лучей — приходят они из нашей галактики или из черных дыр в центрах других галактик; эксперимент показал, что из других, но у исследователей сразу нашлись оппоненты, и теперь готовится еще более обширный эксперимент для решения заново воспламенившегося спора.

Завершились 20-летние рентгенографические исследования структуры одного из важнейших рецепторов на поверхности наших клеток. Он относится к огромной группе рецепторов того типа, что воспринимают извне и передают в клетку сигналы от гормонов, а также реагируют на свет, вкус и запах. В 2007 году ученым удалось наконец расшифровать структуру первого из рецепторов этого важного семейства, и это открыло путь к более быстрой расшифровке всех остальных. А поскольку эти рецепторы являются мишенью множества лекарств, то практическое значение открытия очевидно.

Пятыми в списке важнейших достижений названы работы по замене обычных полупроводников новым типом материалов — окислами переходных металлов (то есть металлов переходной группы таблицы Менделеева). Эти поразительные материалы прославились уже в 1986 году, когда в них была обнаружена сверхпроводимость при высоких (далеких от абсолютного нуля) температурах; теперь оказалось, что тонкие слои таких окислов, соединенные в пакеты, могут вести себя и как проводники, и как сверхпроводники, и как вещества с огромной магниторезистентностью (что необходимо для чтения информации с компьютерных дисков), а возможно — и как полупроводники, что может привести к революции во всей сегодняшней электронике.

Оставим в стороне исследования сложных квантовых эффектов и компьютерный анализ игры в шашки (который показал, что при правильном — как у самого компьютера — расчете ходов она всегда должна кончаться вничью, а заодно позволил понять кое-какую разницу между компьютерным и человеческим мышлением), упомянем лишь еще о двух интересных достижениях. Первое из них касается иммунных клеток. Один из их видов Т-клетки давно известен как «многостаночник»: после контакта с преподнесенным ей («на блюдечке» фагоцита) белком чужеродного вируса или бактерии Т-клетка может превращаться в «клетку-убийцу», все свойства которой подчинены задаче уничтожать носителей этого белка, либо в «клетку памяти», запоминающую вид этого врага на будущее, чтобы при его последующем появлении немедленно выбрасывать против него целую армию уже знающих его убийц. Теперь ученым впервые удалось понять, как происходит «выбор профессии» у Т-клетки. Оказалось, что после того, как она какое-то время «протанцует в обнимку» с чужеродным белком, на ее поверхности происходит перераспределение рецепторов, так что потом, когда эта клетка делится, каждая дочерняя клетка получает разный набор рецепторов, и это определяет, станет она «убийцей» или «запоминающей».

Еще одно место в списке досталось работе британских нейрологов, показавших, что люди с поврежденным гиппокампусом (это тот участок мозга, который «заведует» долговременной памятью) неспособны также живо представлять себе какие-либо будущие события — например, поход на пляж. Иными словами, наше воображение, или способность представлять себе будущее, неразрывно связано с памятью, — что вообще-то очевидно (ведь мы предвидим, строя возможные комбинации того, что уже было), но лишь вот теперь показано в прямых экспериментах по визуализации мозговых процессов, как у мышей, так и у людей.