Стволовое размножение

Ученые впервые получили потомство от двух мышей-самцов, что грозит обрушить традиционные представления о размножении. Возможно, в будущем заводить детей смогут не только супружеские пары нетрадиционной ориентации, но и… одинокие мужчины вообще без пары. А вот как к этому относиться, человечество, похоже, пока не знает

Фото новорожденных мышат, спящих рядом с большой мышкой, облетели новостные агентства. Сенсация в том, что они появились на свет от однополых родителей, причем, что важно, от самцов. Это впервые в мире удалось осуществить ученым из Академии наук КНР. И хотя мышата погибли через 48 часов, главное, считают ученые, свершилось: разработана технология воспроизводства, которая будет теперь совершенствоваться. При этом в другом эксперименте, где в качестве родителей выступали две самки, потомство оказалось более жизнеспособно: мыши выжили, а половина из них впервые смогла родить детенышей.

— Наконец-то удалось добиться размножения однополых млекопитающих,— поясняет один из ведущих авторов работы Вэй Ли. По его словам, ничто не мешает в будущем сделать нечто похожее и с человеком, но говорить об этом подробнее он бы пока не хотел.

— Эта работа очень много значит для фундаментальной науки,— поясняет «Огоньку» Константин Северинов, профессор Сколтеха и Ратгерского университета (США).— Во-первых, она дает лучшее понимание механизмов наследования генетической информации от каждого из родителей. А во-вторых, позволит хоть немного приблизиться к разгадке одного из самых загадочных вопросов: зачем вообще существует пол? Я думаю, каждый мужчина хочет узнать, зачем нужны женщины. У женщин, наверное, есть встречный вопрос, я просто не знаю, что они думают…

Кроме того, развитие подобных технологий всегда несет за собой шлейф этических вопросов, которые общество иногда даже с ходу не успевает и сформулировать: технологии развиваются намного стремительнее осмысления.

— В современной биомедицине сфера ответственности науки сдвигается от анализа последствий в сферу постановки научных задач,— говорит «Огоньку» Елена Брызгалина, специалист по биоэтике, завкафедрой философского факультета МГУ.— Развитие экспериментов в области репродукции однополых млекопитающих является еще одним симптомом перехода к проектированию будущего на уровне телесности (неважно, какого биологического вида оно касается). Знания о молекулярной структуре жизни трансформируются в технологии. Это иллюстрируют и технологии ЭКО, и суррогатное материнство, и методы редактирования генома человека, других млекопитающих. Подобные технологии делают биомедицину территорией высокой социальной и этической напряженности.

«Ну вот, а то все мама да мама»

Вот уже 14 лет мировое ЛГБТ-сообщество, затаив дыхание, наблюдает за экспериментами по выведению потомства от однополых лабораторных животных. Первые данные о рождении жизнеспособных детенышей от двух мышей женского пола появились в прессе в 2004-м — эксперимент провели японские ученые, но тогда потомство оказалось бесплодным.

Активнее всего работы в этом направлении велись в Японии, Великобритании и Швеции, а вот борьба за лидерство развернулась между Китаем и США. Причем у китайских ученых серьезное преимущество: в Поднебесной не только вкладываются огромные деньги в науку, но нормативных ограничений по генетическому редактированию высших организмов значительно меньше, чем в Штатах. В США же работы, связанные с неоднозначными репродуктивными технологиями, включая исследования в области эмбриональных стволовых клеток и редактирования генов, принципиально не финансируются из госбюджета, деньги на них выделяют исключительно частным образом. А потому с каждым новым китайским прорывом американское научное сообщество напоминает об этом и обозначает цену вопроса: кто же в итоге первым получит доступ к новым технологиям? Напоминая, по случаю, что именно в США — в Калифорнийском университете в Беркли и в Массачусетском технологическом (MIT) — подготовили основную научную базу для экспериментов с однополыми родителями. Правда, в MIT этим процессом руководил молодой ученый китайского происхождения Фанг Жанг.

— Вообще вера в науку и доверие к технологиям сильно коррелируется с политическими установками,— напоминает Елена Брызгалина из МГУ.— В России уровень доверия к науке в целом выше, чем в Европе. Самые пессимистичные в этом отношении европейские страны — Франция и Великобритания. Самые технофобские установки фиксируются в США, и именно там вера в определенные технологии связана с конкретными политическими взглядами: консерваторы и либералы поддерживают развитие разных технологий. А вот в Китае при высоком уровне госрегулирования, на фоне стремления к технологическому превосходству общественные установки во многом формируются официальной позицией государства.

Сконструировать мышь

И вот теперь китайцев настиг триумф уже у себя на родине. Официально считается, что правила репродукции ученые решили нарушить не просто так. Они пытаются ответить на вопрос: могут ли млекопитающие воспроизводить потомство при участии особей только одного пола? Ответ: да, но пока с большими оговорками. Например, когда скрещивают двух самок, у них могут родиться детеныши только женского пола. Первые эксперименты дали потомство меньшего размера, мышата медленнее двигались и при этом у них, видимо, были снижены умственные способности и память. Считается, что в новой редакции этого удалось избежать, хотя точной уверенности в когнитивных способностях зверьков нет. В последнем эксперименте мыши смогли родить 29 живых мышат (это порядка 10 процентов от 210 эмбрионов, которые были им вживлены). До взрослого возраста без видимых отклонений дожило 22 мышонка, потомство, как отмечалось выше, дала почти половина.

Скрестить мужских особей, от которых можно было бы вывести потомство любого пола, технически оказалось сложнее: до того, как на свет родилось два мышонка от самцов, предыдущие 1144 погибли. Основная причина — множественные пороки развития, у большинства — водянка мозга.

— Гибель потомства от двух отцов показала, что существуют какие-то неизвестные барьеры для размножения,— пояснил один из авторов исследования доктор Баоян Ху.— Но это и не удивительно: в целом в природе размножение у двух самцов встречается очень редко — лишь у рыб в экстремальных условиях.

Кроме того, китайцам все равно не удалось полностью исключить самку из процесса: мама у мышей все-таки была, хотя и суррогатная, она выносила детенышей.

— Технология выведения лабораторных животных от однополых родителей полностью совпадает, как в случае с двумя самками, так и с двумя самцами,— рассказал «Огоньку» Валерий Ильинский, генеральный директор медико-генетического центра Genotek.— Просто с самками это оказалось проще осуществить. А вообще научный интерес этого эксперимента не ограничен тем, что именно от однополых родителей рождается потомство. Основная цель — понять механизмы наследования генетической информации от каждого из родителей.

Убрать крапленые карты

Итак, каким же образом появляются на свет дети от родителей одного пола? Технически это выглядит так: ученые берут ядра из двух половых клеток и пересаживают их в яйцеклетку, из которой удалено собственное ядро. При благоприятном стечении обстоятельств из этой комбинации развивается жизнеспособный эмбрион.

— Каждая клетка нашего организма содержит два набора хромосом — от папы и от мамы,— говорит профессор Северинов.— А в половых клетках — яйцеклетках и сперматозоидах — присутствует одиночный набор генов. При этом некоторые гены и в женских, и в мужских половых клетках оказываются «выключенными». К счастью, у женщин и мужчин молчащие гены не совпадают и, таким образом, компенсируют друг друга. Можно представить, как будто у вас есть две колоды карт, каждая из которых частично крапленая. Сложив их вместе, вы можете получить один нормальный набор.

«Выключение» генов происходит в результате метилирования ДНК — особого изменения молекулы ДНК. Это можно сравнить с пометками на полях книги — «текст» ДНК не изменен, но в него добавлены особые метки, которые не дают ряду генов работать. Но если гены в какой-то момент отключаются, это значит, что их можно включить. Именно это и сделали китайцы: они научились удалять эти метки и «включать» все гены одновременно, так что необходимость в родителях разного пола отпала. Как разбудить спящие гены? Это происходит с помощью сложного набора химических веществ.

— Если взять половую клетку и долго-долго культивировать ее в лабораторных условиях, то клетки с набором одиночных хромосом постепенно приобретают свойства стволовых клеток (особые клетки в организме, из которых могут развиться любые другие типы клеток.— «О»),— говорит Константин Северинов.— Используя этот трюк, можно заставить хромосомы из половой клетки включить все спящие гены. Вероятно, это происходит из-за того, что отключаются ферменты, тормозящие работу генов.

Правда, оказалось, что некоторые группы генов включаться не хотели.

— В итоге ученые удалили их при помощи особой технологии геномного редактирования CRISPR/Cas9 — молекулярной системы, которая «умеет» прицельно уничтожать отдельные участки гена,— поясняет профессор Северинов.— Оказалось, что эти вырезанные места были нужны как раз для того, чтобы поддерживать разделение мышей на два пола.

Можно ли столь безнаказанно вмешиваться в геном? Ученые уверены, что да.

— Сегодня понятно, что устройство генома не очень рационально,— говорит эксперт «Огонька».— Оно напоминает отнюдь не комбинат по сборке автомобилей, где каждая деталь выполняет свою функцию, а скорее городскую свалку. Предназначение 75 процентов ДНК вообще неясно. В частности, удаление участков ДНК, которые не позволяли развиваться эмбриону из двух однополых клеток, по большому счету работе клетки не повредило.

Интересно, что эта генная технология позволяет получать потомство не только от однополых партнеров, но теоретически и вовсе от одной особи.

Правда, здесь возможно накопление мутаций. А вот если родителей двое, неважно, какого они пола, их генетический набор отличается, и в результате спаривания зарождается совершенно новый организм. Таким образом можно поддерживать разнообразие вида.

Незамеченный слон

То, что жизнь мышей, рожденных от двух отцов, оказалась такой короткой, не смущает ученых. Главное — удалось пройти через эмбриональное состояние и появиться на свет. Остальное — вопрос времени и развития технологии. Константин Северинов полагает, что в геномах половых клеток мышей мужского пола просто остались неучтенные «спящие» участки, мешающие развитию эмбриона. Не составит большого труда выявить эти участки и убрать их с помощью того же CRISPR/Cas9.

С другой стороны, при всем оптимизме обнадеживать представителей ЛГБТ-сообщества генетики не спешат.

— В ближайшие несколько лет однополые пары точно не получат возможность иметь детей с помощью этой технологии,— говорит генетик Валерий Ильинский.— Во-первых, то, что работает на мышах, не всегда подходит человеку. Гипотетически, конечно, эти технологии могут быть применены в человеческом обществе, но нет никакой уверенности, что это действительно безопасно.

Кроме того, продолжает эксперт, пока нигде не разрешено таким образом экспериментировать на человеке. Практически любое редактирование генома на человеческих клетках требует серьезных согласований, и ни в одной стране не разрешены эксперименты на подопытных человеческих эмбрионах старше 14 дней.

Зато разработанная технология может открыть новые возможности для развития сельского хозяйства, например позволит разводить животных с уникальными свойствами. Ведь половое размножение приводит к тому, что нужные свойства разбавляются свойствами второго родителя. Генная инженерия позволит вывести потомство, например, от двух коров с нужными характеристиками, минуя быка и последующую корректировку признаков. Можно будет просто смешать половины генов одной и второй коровы и получить искомый гибрид. Хотя и в этой области могут возникнуть законодательные препоны, как в случае с трансгенными животными.

— Для меня исследования китайских коллег крайне интересны, это очень красивая фундаментальная наука,— признается профессор Константин Северинов.— Получается, что ученые говорят о чем угодно, а при этом рядом с ними в комнате стоит слон, которого никто не замечает. Этот слон — половое размножение и вопрос, почему оно поддерживается в природе. Казалось бы, возникновение полов крайне неэффективно. Согласно концепции Дарвина, выигрывает тот, кто быстрее размножается, и с точки зрения эволюции однополое размножение стало бы огромным преимуществом. Ведь если для производства потомства требуется представитель другого пола, то на поиски его и взаимоотношения с ним уходит куча времени. Гораздо удобней было бы обойтись своими силами, но почему-то этого нет. Почему? Ни один биолог не знает. Экспериментальная модель, созданная китайскими учеными, позволит приблизиться к ответу на этот вопрос.

Мужчина и женщина — конец эпохи

А как относится к половому вопросу общество? Готовы ли мы допустить, что половое размножение утратит центральную роль, а в будущем пол, возможно, как таковой вообще будет исключен из категории значимых признаков человека? Ведь именно к этому призывает большое количество либерально настроенных общественных деятелей в самых разных странах. В Швеции, например, именно феминистки в свое время ввели понятие «оно» в обращении к ребенку в детских садах, утверждая, что пол — не природная составляющая человека, а социальная надстройка, и ее можно выбирать «по желанию» или не выбирать вовсе. Конструктивного диалога на эту тему нет. Возможно, тут бы в разговор могла вмешаться Церковь. Потому что в христианстве именно пол оказывается одним из важнейших понятий. И не в смысле греховности, как думают многие, а в смысле онтологии, то есть изначально значимой категории. Неслучайно это понятие возникает почти разу после сотворения человека. И именно двое принципиально разных людей — мужчина и женщина — должны в итоге стать одной плотью, то есть преодолеть все разногласия и принять друг друга целиком. А для этого, как известно, нужно уметь отказаться от самого себя и стать тем преображенным человеком, которого задумал Бог.

Невежество и надежда

Контекст

Кто кроме ученых заинтересован в генетических экспериментах

Но помимо вопросов пола есть другие насущные вопросы. Что бы ни говорили ученые о фундаментальных исследованиях, основной месседж, который сегодня услышало общество,— скорая возможность однополых пар обзаводиться собственным потомством. Это будет логично после того, как в позапрошлом году подавляющее большинство стран Европы и все штаты в США признали однополые браки легитимными и в большинстве случаев дали возможность усыновлять детей. Тот факт, что технологии далеки от совершенства, не остановит желающих.

— Особенность молекулярных технологий состоит в том, что их применение невозможно отследить на уровне инфраструктуры (как, например, в случае с ядерными технологиями),— говорит Елена Брызгалина из МГУ.— Небольшой коллектив ученых-практиков может достаточно эффективно решать исследовательские и прикладные задачи. При этом вопросы финансирования тоже не станут сдерживающими механизмами, скорее наоборот, экономические стратегии продвижения таких технологий выйдут на передний план. Существование зон, свободных от правовой юрисдикции, вместе с экономическими рычагами даже не потребуют подпольного использования технологий богатыми однополыми партнерами. Появление таких технологий сделает их востребованными.

В целом же, по словам профессора Брызгалиной, для человечества генетические технологии сегодня — это область парадоксального сочетания надежды и страха. И то и другое порождается невежеством в области биологии, который ученые отмечают абсолютно во всех странах. А ведь именно общество должно разрешать этические коллизии до того времени, пока те не вышли на уровень права.

Безсамцовщина

Досье

Однополое размножение — это отнюдь не только лабораторные работы и опыты. «Огонек» присмотрелся к тому, какие организмы способны производить потомство без участия партнера противоположного пола в дикой природе

Тихоходка. Эти микроскопические беспозвоночные, близкие к членистоногим, настоящие чемпионы по выживаемости. Они питаются водорослями и мхами, приспосабливаясь к самым экстремальным условиям жизни. Тихоходки раздельнополы, но их самцы встречаются так редко, что самки научились обходиться без них, при необходимости размножаясь без оплодотворения.

Дафнии. Планктонные ракообразные, которые практикуют двуполое размножение, лишь когда становится холодно и сокращается световой день. В этих условиях самцы, плавающие быстрее самок, получают возможность прикрепиться к заднему краю женской раковинки и совершить оплодотворение. В благоприятных же условиях — в тепле и влажности — дафнии размножаются только однополо.

Пчелы. Это универсалы. Молодая матка, оплодотворенная множеством трутней, запасает сперму, а потом всю жизнь оплодотворяет откладываемые яйца. Но отцовского материала хватает не всем детям. Если яйцу не хватает сперматозоида, из него вылупится самец-трутень. Из оплодотворенных яиц получаются либо размножающаяся самка (матка), либо бесплодная самка (рабочая пчела).

Гребенчатый пилорыл. Особый вид ската, оказавшийся на грани вымирания. Из-за низкой численности популяции у самок слишком мало шансов встретить самца, и тогда на помощь пилорылу пришел партеногенез — «девственное размножение». Анализ ДНК гребенчатых пилорылов выявил у этих рыб генетические маркеры, которые свидетельствовали о возможности получать потомство без участия самца.

Скальные ящерицы. Обитают на Кавказе, в Иране и Турции. Эти пресмыкающиеся научились обходиться без самцов около 10 тысяч лет назад, когда из-за ледникового периода места их обитания были перекрыты: выжили те особи, которые смогли приспособиться к условиям короткого лета и долгой зимы. Однополое размножение удвоило темпы воспроизводства — однополые популяции успешно расселились и стали существовать независимо от родительских видов.

Комодский варан. Самая крупная из существующих ящериц, называемая еще комодским драконом, достигает более 3 метров в длину, практикует однополое размножение в условиях отсутствия самцов. В британских зоопарках самки комодского варана откладывали неоплодотворенные яйца, из которых появлялись детеныши только мужского пола. Ученые полагают, что способность к разным видам размножения у этих рептилий связана с изолированностью среды обитания — если в результате шторма самки окажутся отрезанными от самцов, они могут основывать новые колонии самостоятельно.