Весь этот ажиотаж, связанный со стволовыми клетками, побуждает нас исследовать вопрос о том, как происходит развитие оплодотворенной яйцеклетки. Пока нет ясности в вопросе о развитии яйцеклетки, невозможно квалифицированно судить о том, порождают стволовые клетки и клонирование этические проблемы или нет. Я также постараюсь развеять некоторые заблуждения, из-за которых эти вопросы стали настолько спорными.
Когда выяснилось, что радиоактивное облучение помогает излечивать некоторые виды рака, а трансплантация костного мозга способствует восстановлению клеток крови, уничтоженных радиацией, ученые взялись за изучение механизмов этих процессов. Двое канадцев, Джеймс Тилл и Эрнест Мак-Каллох, провели серию экспериментов, делая различные объемы инъекций клеток костного мозга мышам после того, как они получали смертельную дозу радиации. Джеймс Тилл вспоминает: «Чем больше костного мозга мы вводили, тем выше был процент выживших мышей». Объектом исследования ученых стали кроветворные ткани мышей, и в конце концов Эрнест Мак-Каллох обнаружил странные комочки в селезенках некоторых подопытных. «Мы оба обладали опытом в культивировании клеток, помещенных в искусственную питательную среду, и сразу же подумали о том, что в селезенках мышей возникли новые колонии клеток», — вспоминает Джеймс Тилл.
Им удалось доказать, что странные комочки — это действительно колонии клеток, которые каким-то образом развились из введенных мышам клеток костного мозга. Основываясь на результатах своих экспериментов, Тилл и Мак-Каллох разработали определение стволовых клеток, которое является верным и по сей день: это самовозобновляющиеся клетки, способные к интенсивному размножению и превращению при этом в клетки самых разных типов. Канадские ученые доказали, что стволовая клетка костного мозга может произвести любую клетку крови.
Пересадка костного мозга пациентам, страдающим от лейкемии, осуществляется после того, как стволовые клетки, вызывающие разрастание раковой опухоли, уничтожаются при помощи радиоактивного облучения. Пересадка демонстрирует роль тех стволовых клеток, которые содержатся в донорских порциях костного мозга. Чтобы восстановить работу кроветворной системы организма, их требуется незначительное число. Правда, при этом возникает серьезная проблема — отторжение чужих стволовых клеток иммунной системой организма; это происходит даже тогда, когда эти клетки для пересадки берутся у близкого родственника.
Все наши кровяные клетки берут начало из стволовых кровяных клеток, находящихся в костном мозге вместе с теми стволовыми клетками, которые сформировались у нас в печени, когда мы были эмбрионами. Эти стволовые клетки делятся, и их дочерние клетки способны породить любой из нескольких типов кровяных клеток, имеющихся в нашем организме, — прежде всего красные кровяные клетки.
Стволовые клетки также порождают клетки иммунной системы и другие виды клеток, содержащиеся в крови, — такие, как макрофаги, которые обволакивают и уничтожают чужеродные элементы, попадающие в кровь, например бактерии и вирусы, и тромбоциты, которые обеспечивают свертываемость крови в тех местах, где возникают раны или порезы. Стволовые клетки крови, кроме того, производят клетки, которые играют важную роль в формировании костей, когда в ходе развития зародыша создается костная система или когда выявлено повреждение в кости.
Основным типом клетки, порождаемым стволовыми кровяными клетками, является красная кровяная клетка, которая содержит в себе белок гемоглобин, позволяющий переносить кислород из легких в ткани. Красные кровяные клетки имеют ограниченный срок жизни — около 120 дней, и поразительным является то, что каждую секунду наш костный мозг производит два миллиона новых красных кровяных клеток. Красные кровяные клетки не способны делиться, так как они лишены ядра, митохондрий и некоторых других элементов и в них остался в основном лишь гемоглобин. Продукты жизнедеятельности красных кровяных клеток утилизируются макрофагами.
Откуда стволовые клетки узнают, какой именно тип кровяных клеток необходимо произвести и как развиваются эти кровяные клетки? Стволовая клетка имеет в своем составе гены, позволяющие приступить к формированию новых кровяных клеток; производство какого-то определенного типа кровяных клеток требует провести активацию тех генов, которые нужны для их синтеза, и деактивацию других генов — необходимых для производства иных типов кровяных клеток. Эти процессы контролируются двумя сотнями транскрипционных факторов, управляющих активностью гена. Находящиеся вне стволовых клеток белки контролируют, насколько быстро и часто будут делиться стволовые клетки и какой именно тип клеток разовьется из них. Стволовые клетки получают также сигналы издалека: когда организм чувствуют нехватку кислорода, производство красных кровяных клеток стимулируется гормоном, который вырабатывается в почках.