Worms, Life and Death

Зовсім незрозуміло, звідки беруться революційні думки в головах учених, але так чи інакше, це майже завжди наслідок широкого і, можливо, еврістичного мислення. Ця історія бере свій початок десь в 1962 році, коли два вчені, Френсіс Крік і Сідней Бреннер (Sydney Brenner) почали дискусію про те, куди має рухатись сучасна молекулярна біологія. На той час основний прорив по відкриттю структури ДНК був вже зроблений років дев’ять тому, учений світ занурився у розкопуванні тих можливостей, які відкрилися внаслідок такого прориву. Однак Кріка і Бренера не цікавили тривіальні проблеми молекулярної біології. Бренер в той час казав: “we must move on to other problems of biology which are new, mysterious and exciting. Broadly speaking, the fields which we should now enter are development and the nervous system.” (Ми повинні перейти до інших проблем біології, які є новими, таємничими і хвилюючими. Кажучи загалом, галузі, в які ми повинні увійти, це розвиток і нервова система).

В червні 1963 року Сідней пише в листі до Нобелівського лауреата Макса Перуца про те, що для вирішення тих амбіційних завдань, які постають перед молекулярною біологією, треба підходящий модельний об’єкт: “… I would like to tame a small metazoan organism to study development directly. My ideas on this are still fluid and I cannot specify this in greater detail at the present time.” (Я б хотів приборкати маленький багатоклітинний організм для прямого вивчення розвитку. Мої ідеї все ще розмиті і я поки що не можу конкретизувати деталі). Втім, восени того ж року, ідеї Бренера очевидно остаточно сформулювались, і в пропозиції до ради медичних досліджень вже стояло ім’я приборканого багатоклітинного організму, Caenorhabditis briggsae, яке, згодом уточнилось до Caenorhabditis elegans. Це вільноживучий черв’ячок-нематода, розміром 1 міліметр, зовсім прозорий, гермафродит або самець. Його легко утримувати в лабораторних умовах: він чудово почувається на чашках з агаром і живиться бактеріями, які ростуть на середовищі разом з ним. Цикл розвитку його 3 дні, триваліть життя 3 тижні. Його можна заморозити-розморозити і він буде далі жити.

Минуло 45 років. Насьогодні Caenorhabditis elegans є найбільш вивченим багатоклітинним об’єктом, улюбленим модельним огранізмом молекулярних біологів і саме на ньому були зроблені важливі наукові відкриття, які мають значення для розуміння принципів біологічних процесів всіх багатоклітинних організмів. Щороку виходять сотні статей про дослідження біології Caenorhabditis. Вчені, які його вивчають, називають себе «worm people« і гуртуються в «worm community«.

Розглянемо докладніше, що саме і яким чином досліджують черв’ячка. Спочатку за Caenorhabditis взявся Джон Салстон (John Sulston) і дослідив долю буквально кожної клітини з моменту першого поділу яйцеклітини (досить великий малюнок). Стало відомо, що у всіх дорослих нематод є рівно 959 клітин: 300 з них нервові клітини, 81 м’язові. Також стало видно, що 131 клітина відмирає в процесі розвитку і це все регулюється певними генами. Якими саме генами, треба було ще дізнатись. Саме Джон Салстон був ініціатором секвенування геному Caenorhabditis. В 1998 році геном Caenorhabditis став першим з геномів багатоклітинних організмів, який повністю прочитали. Виявилось, що він містить близько 17 800 генів. Тепер за роботу взялись генетики. Разом з Джоном Салстоном працював Роберт Хорвіц (Robert Horvitz), який сконцентрувався на пошуку саме тих генів, які обумовлюють загибель тих 131 клітин в процесі розвитку. Хоч явище запрограмованої клітинної смерті (апоптозу) було відомо ще до досліджень «worm people«, але саме вони дали поштовх в конкретизації біохімічних шляхів цього процесу. В 1986 році Хорвіц вперше знайшов і описав “гени смерті” ced-3 та ced-4, а згодом ген ced-9, який зупиняє «суїцидний» процес, блокуючи «гени смерті». Пізніше принципово подібні біохімічні шляхи були знайдені також і у ссавців.

Розуміння процесів клітинної смерті просунуло медицину також у розумінні механізмів багатьох хвороб. Деякі хвороби, такі як рак, ревматоїдний артрит, автоімунні захворювання спричинені поломкою в механізмі своєчасного відмирання. Інші, такі як СНІД, інсульт, інфаркт, нейродегеративні хвороби, спричинені занадто активованим механізмом апоптозу.

В 2002 році Сідней Бреннер, Джон Салстон та Роберт Хорвіц були удостоєні Нобелівської премії у галузі фізіології та медицини за відкриття в галузі генетичного регулювання розвитку людських органів. (До речі, дідусь і бабуся Хорвіца по матері родом з містечка Остер на Чернігівщині).

Насьогодні, крім прочитаного геному, генетики у своєму методологічному арсеналі мають потужні методи, такі як мутагенез, цілеспрямована зміна роботи конкретних генів, генетична трансформація. Це все дозволяє відслідковувати роботу генів на різних стадіях розвитку, в різних біологічних процесах і навіть візуалізувати цю роботу за допомогою спеціальних фарбників. Тут зібрана колекція маленьких фільмів з життя клітин Caenorhabditis elegans, тут лежить зібрання всього наукового надбання про Caenorhabditis, тут зібрані всі гени. І нарешті, “Вчимо біологію з черв’ячком”.