Свинья с человеческой ДНК

Эту новость пересказывают двумя способами. Вариант попроще — ученые скрестили человека и свинью. Вариант посложнее — генетики научились выращивать органы для пересадки людям в организме свиньи. И то и другое — неправда

Однако кое-что похожее на революцию в медицинской науке действительно произошло. В конце января научный журнал Cell напечатал статью молекулярного биолога Хуана Карлоса Исписуа Бельмонте, который руководит лабораторией в калифорнийском Институте Солка (США), и 38 его соавторов. Статья рассказывает, как ученым удалось создать жизнеспособные эмбрионы, состоящие из смеси свиных и человеческих клеток.

Кто они

Если бы этим существам дали родиться (а биологи не стали так делать не в последнюю очередь по этическим причинам), их нельзя было бы формально приписать ни к одному биологическому виду. Такие организмы называют химерами. У химер, которых мы знаем по средневековым миниатюрам, к телу льва прилагаются орлиные крылья, а к козлиным копытам змеиное жало. Кто помнит мышь с человеческой ушной раковиной на спине — результат громкого эксперимента 20-летней давности, легко допустит, что от биологов можно ждать и не такого. Но в этом смысле новые существа из лаборатории Бельмонте вряд ли имели шанс хоть кого-нибудь удивить: после рождения они выглядели бы самыми обычными поросятами. Просто некоторые клетки их тела — примерно одна тысячная доля процента — содержала бы чистую человеческую ДНК. И этим поросята выгодно отличались бы от ушастой мыши 1997 года, которая была скорее экспериментом по пластической хирургии и ни одной человеческой клетки не имела.

По свежим оценкам, всего у человека 30–40 трлн клеток, и примерно столько же у свиньи. Тысячная доля процента от такой астрономической цифры — это много или мало? Чтобы зачать ребенка, достаточно всего одной клетки. Поэтому в теории свинья-химера могла бы стать родителем человеческому младенцу.

---

Донор без мотоцикла

Врачи видят в свиньях не потенциальных родственников, а потенциальных доноров — для трансплантации их органов людям. Только в США за год пересаживают 27 тыс. почек, легких, сердец и кишечников. И во всех 27 тыс. случаев хирурги имеют дело с органами живых или мертвых людей. Но кто в здравом уме решится попросить, чтобы ему на место собственного отказывающего сердца пересадили взятое у свиньи, когда процедура с обычным, человеческим, отлажена и отлично работает? Те, до кого не дойдет очередь на пересадку: 118 тыс. человек записаны в США в так называемый лист ожидания. По статистике, примерно 22 из них умрут сегодня (и столько же — завтра, и столько же — в ближайшее воскресенье), не дождавшись своей трансплантации.

Доноров-людей слишком мало — и дело даже не в том, что добровольцы большая редкость. (В отличие от США в России по закону потенциальным донором считается всякий, кто не запретил изымать свои органы явно. Спрашивать согласия у родственников закон не требует.) Всего три человека из тысячи, приводит британские данные журнал New Scientist, умирают в обстоятельствах, которые делают их органы годными для пересадки. Цифры, очевидно, меняются от страны к стране — они зависят и от того, как быстро приезжает скорая на место ДТП или перестрелки, в результате которых появляются самые многообещающие доноры, и от того, как много поблизости центров трансплантологии, где органами сумеют распорядиться правильно. Наконец, нужно еще за несколько часов найти и подготовить к операции пациента из «листа ожидания» — тут действуют намного более жесткие правила совместимости, чем для переливания крови с ее четырьмя разными группами.

Животные-доноры могли бы внести в этот хаос немного предсказуемости. Французский хирург Матье Жабуле пробовал вшивать безнадежным больным почки коз, овец и обезьян еще в 1906 году — за полвека до первой успешной трансплантации почки от человека человеку. Пациенты умирали в тот же день. В 1932 году почку ягненка пересадили пациенту с острым отравлением ртутью — и он прожил рекордные девять суток. С приматами, ближайшими родственниками человека, тоже как-то не задалось. Стефани Фэй Боклэр Трафаган родилась в 1984 году с фатальным дефектом сердца, которое хирурги решили заменить сердцем бабуина. Оно подарило новорожденной 21 дополнительный день жизни — но итог был тот же, что и во всех остальных случаях трансплантации от животных людям. Сердцу или почке недостаточно иметь ту же форму и те же мышцы: с точки зрения иммунной системы, клетки органа, пересаженного от животного, — такое же инородное тело, как дизентерийная амеба или червь-паразит. А их полагается немедленно атаковать.

Клетки, которые меньше всего подвержены отторжению, — наши собственные. Что если использовать животных как инкубаторы для почек и поджелудочных желез, выращенных из человеческих клеток (а в идеале — из клеток ровно того пациента, которому орган пересадят)? Решить задачу в лоб мешает все та же проблема с отторжением: для готовой иммунной системы взрослой свиньи клетки человека не менее чужие, чем для нас — свиные.

Значит, действовать надо как-то иначе.

Рассечь и склеить

Представьте, что у вас на глазах двух человек одновременно рассекли напополам — скажем, боевым лазером из плохого фантастического кино. Потом соединили половинку одного с половинкой другого, и склеенные половинки прожили бы потом целую жизнь как ни в чем не бывало. Вариант еще парадоксальней: взяли двух худых, прижали друг к другу — и получили одного толстяка. Если обоим людям еще не исполнилось четыре дня с момента зачатия, ничего невозможного тут нет. На этой стадии будущий организм представляет собой шар из одинаковых клеток. «Удаляете внешний защитный слой из неживой материи и физически соединяете эмбрионы», — объясняла в одном из интервью профессор Колумбийского университета (США) Вирджиния Папаиоанну, как ученые с 1960-х производят на свет мышей-химер с полным набором генов двух особей одновременно. Соприкоснувшись, два эмбриона просто образуют новый шар побольше — почти как встретившиеся в воздухе мыльные пузыри. Иммунной системы, которая могла бы этому помешать, у шара из клеток еще нет — как, впрочем, и всех других систем: они разовьются намного позже.

Более тонкое вмешательство — добавить в зародыш чужой биоматериал, когда его клетки уже разделятся на разные сорта. На стадии бластоцисты зародыш — что у мыши, что у человека — представляет собой полый шар с небольшой порцией клеток, запертой внутри. Только этой внутренней порции предстоит стать будущими легкими, печенью, почками, мозгом, кожей и другими деталями взрослого организма, а вся внешняя превратится в плаценту, которая не переживет роды. Биологи предпочитают внедрять чужие клетки именно на этой стадии.

Нельзя сказать, чтобы этот сценарий в чистом виде открывал захватывающие возможности для трансплантологов. Необходимость в донорских органах возникает обычно позже — когда человек из возраста зародыша уже вышел. Как скрестить его с другим зародышем? Взять такие клетки взрослого организма, которые не обзавелись четкой миссией (как клетки мозга или печени) и не потеряли свойственную клеткам зародыша способность превращаться во что угодно. Их называют стволовыми клетками, но в организме они большая редкость. В 2012 году Нобелевскую премию по медицине присудили японскому ученому Синъе Яманаке за то, что он придумал способ превращать обычные клетки организма в стволовые — забывать свою предысторию и «впадать в детство». Полное название — индуцированные (потому что это их заставили поменяться) плюрипотентные (то есть «способные на все» — на любое превращение) стволовые клетки. Ими исследователи химер и пользуются.

Можно ли так скомбинировать зародыши разных видов — например, крысы и мыши? Именно это впервые сделала при помощи стволовых клеток в 2010 году команда Тосихиро Кобаяси из университета Токио — а американская группа, опубликовавшая свои результаты через семь лет, довела метод до совершенства. Как убедиться, что вы на самом деле вывели химеру? Взять за основу обреченные на смерть эмбрионы со специально испорченной ДНК. С помощью недавно изобретенного «генного скальпеля» CRISPR-Cas9, метода точечной редактуры ДНК, ученые выводили из строя гены, ответственные за рост поджелудочной железы или сердца. С таким дефектом шансов выжить (и даже родиться живым) нет. Но потом в эмбрион внедряли стволовые клетки крысы. И если мышонок-химера все-таки появлялся на свет — ученые могли быть уверены, что внутри у него бьется крысиное сердце.

Но самый удивительный результат касался желчного пузыря. У крыс его нет, а у мышей есть. Но химеры, у которых ответственные за этот орган мышиные гены были выведены из строя, все равно рождались с исправным желчным пузырем — из крысиных клеток. Мышиные клетки каким-то образом подсказывали крысиным правильный контекст, и те, поддавшись влиянию, образовывали орган, невозможный у крысы.

Ближе к свиньям, чем к крысам

Скрестить таким образом свинью и крысу не получилось — потому что эти организмы слишком сильно непохожи друг на друга. Разная длительность беременности и разные размеры органов предполагают, что клетки запрограммированы делиться в разном темпе. Наконец, сможет ли крошечное крысиное сердце у химеры гонять кровь через огромную свиную печень?

А вот с людьми такой трудности нет: мы к свиньям намного ближе — прежде всего по размеру органов. Поэтому свиньи (и мини-пиги как отдельный вариант) всегда были кандидатами № 1 для ксенотрансплантации. Параллельно с выращиванием человеческих клеток в свином теле биологи рассматривают и другие возможности — например, просто взять и скрыть от человеческого иммунитета те белки на поверхности свиных клеток, которые вызывают самую острую реакцию. Такие исследования ведутся давно, поэтому свинья как кандидат на пересадку органов — не новость.

Новый эксперимент показал, что возможность есть, и она никакая не умозрительная — и даже не невероятная случайность. 2075 эмбрионов подсадили свиньям, и 186 из них достигли достаточной, по мнению ученых, зрелости. Человеческие клетки метили специальной меткой в ДНК, которая заставляет их вырабатывать флуоресцентный белок — и 17 зрелых, здоровых эмбрионов уверенно светились в ультрафиолете, доказывая ученым, что они совершенно точно химеры.

От этого момента до органов в живом инкубаторе — годы, говорят исследователи. И дело не только в том, что доля человеческих клеток в организме химеры слишком маленькая. Увидеть, как они растут и что происходит с клетками во взрослом организме, ученым было бы сложно в любом случае.

Мы к свиньям намного ближе — прежде всего по размеру органов. Поэтому свиньи всегда были кандидатами № 1 для ксенотрансплантации

Химеры мыши и крысы, выведенные раньше, прожили полноценную мышиную жизнь в два года. Нет поводов думать, что у химер человека и свиньи были бы серьезные проблемы со здоровьем, мешающие достигнуть зрелости. Родиться на свет им помешали не биологические проблемы, а этические. Причем настолько серьезные, что команда из Института Солка вынуждена была проводить исследование на частные деньги, потому что правила Национального института здоровья США — аналога Минздрава, который финансирует бóльшую часть биомедицинских исследований в стране, — запрещают тратить деньги на любые опыты с внедрением стволовых клеток человека в эмбрионы животных.

Что неэтичного в появлении на свет свиньи с человеческой селезенкой? Наша неуверенность в результатах такого эксперимента. Пропорции клеток во взрослом эмбрионе — не те, какие были у зародыша. И если свиные клетки будут преобладать в соотношении миллион к одному — это не так страшно, как если человеческие возьмут верх. И на свет появится существо, больше похожее на человека, чем на поросенка, с человеческим мозгом, но с уродствами, вызванными обстоятельствами эксперимента. Чтобы медики могли спасать людей, нужно, похоже, в том числе более точное определение человека — и более точный ответ на вопрос, откуда люди берутся.