Внутренняя цельность и острое осознание собственного «я» мешают современному человеку как следует прочувствовать тот факт, что он не более чем конгломерат отдельных клеток числом около тридцати триллионов. Между тем дела обстоят именно так. Вся сложность человеческого организма — результат последовательного деления этих клеток и их последующих миграций. Множество элементов того, что принято называть «судьбой», — от музыкального слуха, математических способностей и физической силы до вероятности заболеть гриппом будущей осенью — зависит от истории делений отдельных клеток тела. И потому технология, разработанная биологами из Гарварда, имеет все шансы к тому, чтобы революционизировать биологию и медицину. Она позволяет ни много ни мало проследить историю и родословную каждой клетки человеческого (да и не только) организма.
Подобная задача раньше имела решение только в случае самых простых многоклеточных. У любимца эмбриологов, круглого червя C. elegans, общее число клеток немногим больше тысячи (из них чуть более трехсот составляют нервную систему). Никакого способа подступиться к животным посложнее — например, к мыши, не говоря уже о человеке — просто не существовало. Его разработка потребовала немалой изобретательности.
Вообще говоря, проследить родословную каждой клетки тела от оплодотворенного яйца не так уж и сложно. Дело в том, что на протяжении жизни клетка накапливает мутации в своих генах, и эти мутации наследуются всеми клетками-потомками, каждая из которых, в свою очередь, вносит свой вклад в мутационный процесс. Чтобы восстановить родословную, достаточно всего-то полностью расшифровать геном каждой клетки и проследить за отдельными мутациями. К сожалению, для такой работы понадобится, по самым оптимистичным оценкам, тысячи лет.
Все было бы гораздо быстрее и удобнее, если бы мутации не были рассеяны по всему геному, а накапливались в одном специально предназначенном для этого небольшом его участке. Кроме того, хорошо бы, чтобы они возникали там почаще и по возможности регулярно. Эти задачи и решила команда молекулярных биологов во главе с профессором Джорджем Черчем.
Ученые назвали свой метод «генетическим штрих-кодом». Он основан на той самой технологии CRISPR, которая уже нашла множество революционных применений в биомедицине. В геном мыши (исследователи начали именно с грызунов) был вставлен этот самый «штрих-код». На самом деле это генетическая последовательность, кодирующая особую РНК. Авторы назвали ее home-guiding, то есть «ведущей домой». Каждый раз, когда в клетке появляется белок cas9 (компонент системы CRISPR), эта последовательность заставляет его разрезать саму себя, что приводит к возникновению мутации. Естественно, в разных клетках мутации разные. После этого ученым остается только взглянуть на все интересующие их «штрих-коды» и по рисунку мутаций в них восстановить историю о том, как из одной клетки возникали ткани, органы и их отдельные части.
Чтобы продемонстрировать возможность нового метода, исследователи дали ответ на вопрос, давно мучивший эмбриологов. Мозг млекопитающего разделяется на правую и левую половину, а также на переднюю и заднюю часть. Какое разделение возникает при развитии организма раньше? Сравнив клеточные «штрих-коды», ученые без всяких сомнений ответили: сперва будущий мозг подразделяется на переднюю и заднюю части, и лишь затем делится вдоль.
Мы привыкли к тому, как стремительно меняют жизнь электронные технологии. Вторжение биомедицинских технологий не так наглядно, хотя молекулярная дактилоскопия на наших глазах изменила криминалистику (и, как следствие, мир криминала), а иммунодиагностика и метод «полимеразной цепной реакции» позволяют за минуты ставить диагноз, который раньше требовал многих дней лабораторной работы. Есть все основания считать, что метод, разработанный биологами Гарварда, займет столь же заметное место в биологии и медицине будущих десятилетий.