От яйца до митохондриальной Евы – Кровь5

Алексей Каменский

От яйца до митохондриальной Евы

Как эксперименты с неродившимися цыплятами помогли Яну Кляйну добраться до тайн тканевой совместимости и нашего происхождения

Фото: web of stories / youtube.com

Сейчас, когда про иммунитет и совместимость многое понятно, трудно даже представить себе, какой беспорядок мог быть в головах у исследователей, изучавших их механизмы всего полвека назад, и какие удивительные теории они выдвигали. Разобраться в структуре генов тканевой совместимости – тех самых, от которых зависит успешность трансплантации костного мозга, – сумел чешский биолог Ян Кляйн. Сегодня, 18 января, ему исполняется 85 лет.

«Я думаю, люди, которые любят или не любят природу, – это два подвида с разными генами, – заявил в одном из интервью Кляйн. – Если когда-то начнется освоение Луны, пусть второй подвид туда и отправляется. Они будут счастливы среди камней и механизмов». Сам-то Ян, понятно, относится к первой разновидности. Он родился в крошечной деревеньке Штемпловец на севере Чехословакии, в Судетах. Родился в плохое время, незадолго до немецкой аннексии. Отца мобилизовали, домой он так и не вернулся. В войну авиабомба однажды вырыла огромную воронку прямо у них на заднем дворе.

А в 1945-м девятилетний мальчик видел, спрятавшись в кустах, как вешали немецких солдат-дезертиров. Детские травмы совсем не каждого калечат и превращают в потенциального преступника. «Я после того случая на всю жизнь возненавидел любое насилие», – рассказывает Ян.

Школа была в городке Опаве, километрах в десяти. А дома на столе его обычно ждала записка: «Обед в печи. Поешь и бегом к нам». «К нам» – это в поле, помочь матери и четверым братьям и сестрам. Жизнь не очень-то легкая. Но Ян все-таки успевал ходить по лесам и изучать растения по старому учебнику ботаники, который нашел на чердаке. Школьный учитель заметил его интерес и повел в ботанический музей. Это было сильнейшее впечатление. Вскоре составилась целая группа школьников – бродили по горам, изучали природу родной страны.

Но немыслимо положительный юный чех отверг карьеру ученого-ботаника. Потому что выходило как-то стыдно: живешь в свое удовольствие, изучаешь растения, а тебе за это еще и деньги платят. Он решил стать учителем, а наукой заниматься в свободное время. Подал документы в Карлов университет в Праге. Там случился казус: Ян провалился на экзамене по физике – в опавской школе с этой наукой было плохо. Повезло, что ботанику принимал специалист по фиалкам, а Ян благодаря своим ботаническим экскурсиям неплохо в них разбирался. Оживленная беседа продолжилась и после экзамена, и Яна приняли по протекции. После университета он несколько лет проработал в школе, но быстро понял, что совмещать серьезное учительство с серьезной наукой невозможно. Но куда податься?

Была вторая половина 1950-х, после смерти Сталина в науке началась либерализация. Лысенко потерял влияние, теория наследования приобретенных признаков забылась, стали выходить книги по генетике. В Чехии, соблюдавшей авторские права, их было мало и стоили они дорого. Зато в СССР с авторскими правами было куда проще. Так что Ян выучил русский и вечерами вместо пражских баров развлекался чтением литературы по генетике. И в результате пошел работать в Институт экспериментальной биологии и генетики, которым руководил известный чешский исследователь Милан Гашек.

Гашек был огромного роста и большой шутник. На собеседовании сказал Яну, тоже высокорослому: «Ладно, беру тебя. Должна же у меня быть возможность хоть кому-то смотреть в глаза не нагибаясь».

И направление исследований задал тоже как бы в шутку: «Знаешь Георга и Еву Кляйн? Которые в Швеции работают? Будешь третьим Кляйном на ту же тему».

Ошибка Гашека

Все было не так просто. Супруги Георг и Ева изучали взаимосвязь опухолей и иммунной системы – способность лимфоцитов убивать собственные клетки организма, которые стали «неправильными», раковыми. А Милан Гашек, научная жизнь которого началась еще при Лысенко, понимал генетику по-своему. Он считал, что наследственная информация содержится не в каком-то конкретном месте, не в генах, а во всем теле. А значит, рассуждал Гашек, если временно соединить два тела, наследственная информация может перейти из одного в другое и появится гибрид. Яну Кляйну были поручены опыты, доказывающие эту идею.

Программа называлась «вегетативная гибридизация кур» и требовала мелкой моторики. Для начала в скорлупе двух яиц прорезались маленькие окошечки. Дело в том, что в процессе развития будущего цыпленка в яйце с внутренней стороны скорлупы образуется сеть кровеносных сосудов. Через окошечки кровеносные сосуды двух яиц могут срастись. Добиться этого было непросто. Хитрая технология сформировалась после сотен опытов: оказалось, что для успешного срастания нужно взять третье яйцо, вырезать с внутренней стороны скорлупы тонкую полоску и проложить между окошечками. Иначе ничего не срастется.

После вылупления связь двух яиц разрывалась, и получалось просто два цыпленка, у которых когда-то была общая кровь. Вы спросите: ну и что? А то, что кровь у них смешивается и получается одинаковая, гибридная, объяснял Гашек. Доказательство – любому из цыплят можно безболезненно переливать кровь его «названого брата».

Опыты Ян Кляйн проводил, но объяснял все иначе. При переливании курице крови ее соплеменницы часто возникает иммунная реакция (подробнее о совместимости крови у птиц читайте здесь). Ее вызывают присутствующие в крови курицы-донора антигены, с которыми начинает бороться организм курицы-реципиента. Однако иммунитет невылупившегося цыпленка относится к антигенам более снисходительно, привыкает к ним и навсегда перестает замечать. Таким «совмещенным» цыплятам можно потом даже пересаживать кожу друг друга, и отторжения не будет. Но если отложить знакомство с чужими антигенами до более позднего возраста, иммунитет к ним не привыкнет. Кляйн провел аналогичные эксперименты на новорожденных мышатах и получил схожий результат, после чего окончательно переместил свои научные интересы в сферу иммуногенетики.

Классное открытие

Исследователи 1960–70-х хорошо разбирались в антигенах и антителах. Но мало знали про то, откуда они берутся. Антиген – это не антипод гена. Это antibody generator – «производитель антител», то есть нечто, вызывающее иммунную реакцию. Антитело связывается с антигеном и таким образом ликвидирует опасность.

Известно было, что есть антигены тканевой совместимости, которые свой организм признает, а другой организм отторгает. Но сколькими генами эти антигены кодируются, как структурно организовано их сообщество? Какой механизм вызывает отторжение тканей при трансплантации органов – ситуации, в живой природе не встречающейся?

Заслуга Кляйна в том, что он сумел навести в этой сфере хотя бы первоначальный порядок. Прежде всего разделил гены тканевой совместимости на класс I и класс II.

Про гены класса I мы не раз писали. Они кодируют белковый опознавательный знак, который присутствует на поверхности всех клеток организма. Он должен сообщить проверяющим, что эта клетка – «своя». Проверяющие – Т-киллеры, лимфоциты, уничтожающие клетки, которые не могут доказать, что они «свои». В этом главная проблема трансплантации. Помимо опознавательного знака клетки демонстрируют на своей поверхности кусочки белков, присутствующих у них внутри. Если клетка заражена вирусом или переродилась в раковую, структура белков меняется. Такие клетки Т-киллеры тоже уничтожают.

Гены тканевой совместимости класса II работают немного по-другому. Опознавательный знак, который они кодируют, находится не на всех клетках организма, а только на фагоцитах. Эти клетки заняты тем, что уничтожают патогены в межклеточном пространстве и демонстрируют на своей поверхности их кусочки вместе с опознавательным знаком. Считывают эту информацию лимфоциты, но другие – Т-хелперы. Они сами никого не убивают, но запускают выработку антител, которые будут бороться именно с этими патогенами. Это называется «гуморальный иммунный ответ».

Мыши и крысы

«В какой-то момент я решил снова поменять сферу деятельности, – рассказывает Кляйн. – Не потому, что открывать в иммуногенетике было больше нечего, как раз наоборот. Но в этой сфере тогда публиковалось огромное количество некачественных работ, опирающихся на сомнительные эксперименты. Доверия они не вызывали, но проверять все эксперименты у меня не было возможности».

Теперь Кляйн решил заняться сравнением иммунитета разных животных. Гены тканевой совместимости очень полиморфны, у каждого из них есть множество аллелей. Ученого поразило, что один и тот же аллель может встречаться у разных видов. Он тогда изучал две ветви европейских мышей – восточно- и западноевропейскую. «Интересно, что демаркационная линия между ними проходит почти точно по границе, существовавшей между странами Восточной и Западной Европы», – замечает Кляйн. Ветви эти разделились примерно миллион лет назад. А некоторые из имеющихся сейчас аллелей тканевой совместимости появились раньше, еще до разделения.

Та же ситуация оказалась с крысами.

Мыши и крысы стали отдельными видами 20 млн лет назад, но и в их генах тканевой совместимости есть одинаковые аллели.

А смысл исследований, в частности, в том, что они позволяют понять, из какого количества обособившихся представителей вида – например, перелетевших на другой остров птиц – образовался новый вид. Ведь одна особь может нести в своем геноме всего два аллеля каждого гена.

Если у двух видов, например, 100 одинаковых аллелей какого-то гена тканевой совместимости, это значит, что родоначальников любого из этих видов было уж никак не меньше 50. А скорее всего, намного больше.

После ввода советских войск в Чехословакию в 1968 году Ян Кляйн, который был тогда на конференции в Японии вместе с Гашеком, решил не возвращаться на родину и переехал в США: насилия он по-прежнему не терпел. Гашек счел своим долгом вернуться, чтобы помочь развитию чешской науки, но вскоре был снят с должности и в результате не только никому не помог, но и сам потерял возможность работать.

А Ян Кляйн продолжил изыскания в сфере иммунологического полиморфизма в Америке. Причем, если верить его рассказам, единственная трудность в связи с переездом состояла в том, что на английском его имя Jan – женское.

История видов

Одним из любопытных ответвлений работы Яна стало мягкое, но последовательное разоблачение известной гипотезы о «митохондриальной Еве», праматери всего человечества.

Эту теорию обычно понимают неправильно, говорит Кляйн. Речь не о том, что все люди – потомки этой «Евы», жившей пару сотен тысячелетий назад в Африке. В таком случае разнообразие генов тканевой совместимости у людей было бы куда меньше и не было бы такого количества их аллелей, одинаковых у человека и шимпанзе.

Просто «Ева» оказалась единственной, у кого не прервалась цепь потомков по женской линии. А праматерей было гораздо больше, утверждает Кляйн. По оценкам руководимой им группы, в целом сообщество, от которого произошли современные люди, состояло примерно из 10 тысяч особей.

Позже Кляйн посвятил много лет изучению рыб озера Виктория. Дело в том, что это одно из самых молодых озер – оно возникло около 15 тысяч лет назад. Генетические исследования показали, что первоначально там была всего одна группа рыб, из которой позже стали возникать новые виды. 15 тысяч – очень небольшой срок, виды еще в стадии формирования, и это дало Кляйну удивительную возможность буквально переместиться в прошлое и посмотреть, как разнообразие животного мира когда-то рождалось на всей планете.

Сейчас, в свои 85, Кляйн по-прежнему преподает биологию в Пенсильванском университете – благо педагогическое образование имеется.

Стать донором Помочь донорам
Читайте также