Как формируются органы
«Ещё со времён Гиппократа учёные были потрясены загадкой: как всего лишь одна клетка превращается во взрослый организм со множеством органов, состоящий из миллиардов клеток?», — так начинает свою статью Science. Сам Гиппократ предполагал, что младенец в утробе растёт и формируется благодаря дыханию матери. Лишь в ХХ веке биологи открыли важнейшую роль ДНК — эта молекула не только «отвечает» за хранение и передачу генетической информации, но и управляет процессами деления клеток и получения ими определённой специализации. К примеру, если активируется одна группа генов, то клетка эмбриона станет нейроном головного мозга, а если другая — превратится в клетку сердца. Клетки со схожими функциями объединяются в ткани, а ткани — в органы.
Постепенно исследователи научились отслеживать развитие организма в целом и отдельных его органов в мельчайших деталях, клетка за клеткой. А в последние годы биология совершила невероятный скачок. Учёные по всему миру создали методы выделения тысяч неповреждённых клеток из живых организмов с целью пометить их и выяснить, какие гены и в какой момент в них «включаются» или «выключаются». По словам Николауса Раевского из Центра молекулярной медицины Макса Дельбрюка в Берлине, эти технологии в следующем десятилетии совершат переворот в исследованиях.
Важное событие произошло в 2017 году: тогда две исследовательские группы показали, что эти методы (они получили название «секвенирование РНК единичной клетки») применимы в достаточно большом масштабе и позволяют отслеживать раннее развитие организма. Первая группа измеряла активность генов в 8 тыс. клеток, выделенных из эмбрионов плодовой мушки. Вторая — в 50 тыс. клеток личинки круглого червя. Учёные выясняли, какие именно белки определяют тот или иной тип клетки.
В прошлом году те же самые исследователи провели более обширный анализ эмбрионов позвоночных. В течение 2018 года был опубликован ряд научных статей, где детально описано, как формируются органы у червей, рыб и лягушек.
Нейрон из лаборатории
В перспективе методы секвенирования РНК помогут контролировать поведение определённых клеток и влиять на развитие всего организма, в том числе предотвращать появление пороков и заболеваний. Несомненно, это приведёт к ещё большему прогрессу в медицине. Понятно, что непосредственно вмешиваться в человеческий эмбрион учёные не могут по этическим соображениям, но прорывную технологию уже используют для изучения наших клеток: биологам важно знать, как они ведут себя в течение жизни и как меняются при различных болезнях.
Два года назад был запущен международный научный проект Human Cell Atlas («Атлас человеческих клеток»), который по масштабу и значимости сравнивают с проектом «Геном человека». Он непосредственно связан с описанными исследованиями. Группа учёных из разных стран задалась целью — систематизировать информацию обо всех клетках, существующих в организме, об их типах и особенностях. А их, между прочим, 35 триллионов!
Биологи воодушевлены: «Атлас клеток человека» поможет решить множество проблем в медицине. Например, он даст подробное описание всех иммунных клеток нашего организма, а значит, учёные найдут способы лечения аутоиммунных заболеваний. Отторжение имплантированных органов тоже останется в прошлом.
Вообще, медики смогут понять природу многих болезней и разработать необходимую клеточную терапию. Скажем, болезнь Паркинсона развивается из-за гибели нейронов, производящих нейромедиатор дофамин. Настанет время, когда учёные будут выращивать эти нейроны в лабораториях, а затем вводить их больным пациентам.
Очевидно, что методы секвенирования РНК единичной клетки — это революция в биологии. Будет странно, если Нобелевский комитет обойдёт их своим вниманием.