Трейси, Долли и безымянные герои | Научно-популярный журнал "Химия и Жизнь"

Домашние овцы, сами того не желая, оказались первопроходцами в нескольких областях науки и техники. Это они первыми из зверей поднялись в воздух на летательном аппарате. Именно их кровь первой попытались перелить человеку. Даже полноценную искусственную утробу впервые создали для ягнят! Про овечку Долли можно не добавлять.

Чучело Долли, самой известной овцы в истории науки, хранится в Королевском музее Шотландии Фото: flickr.com / Jane Dickson

Экспериментальный объект и два контроля

Систематически подниматься на специальных аппаратах в воздух первыми начали французы братья Монгольфье. Их первый рабочий воздушный шар продержался в полете 10 минут и не развалился. Случилось это в 1782 году. А уже 19 сентября 1783 года братья демонстрировали королю Людовику XVI, его жене Марии-Антуанетте, а также многотысячной толпе новый монгольфьер, на сей раз с живыми пассажирами — петухом, уткой и овцой.

Есть предположение, что выбор животных был четко продуман с научной точки зрения. Овца по строению близка к человеку, соответственно, влияние полета на ее организм показало бы, как в воздушном шаре себя почувствуют люди. Утки и сами высоко летают, так что эту птицу вояж в монгольфьере вряд ли бы травмировал. По сути, она служила контрольным объектом. Петух тоже птица, так что и его можно причислить к контролям. Однако в отличие от утки летает он плоховато, низенько. Может, те, кто сажал животных в воздушный шар, и не имели в голове такой четкой схемы эксперимента, но это не важно: дорогу в небо в любом случае проложили птицы и овцы.

После 10 минут свободного полета монгольфьер благополучно приземлился, все пассажиры остались живы. Следующий полноценный подъем в небо состоялся через пару месяцев, и на сей раз в роли отважных воздухоплавателей выступили химик Жан-Батист Пилятр де Розе и аристократ-военный Франсуа Лоран Д’Арланд — словом, люди.

Жертвенная кровь ягненка

Но это отступление от медицинской темы. Отъедем немного в прошлое и вспомним овец, послуживших первыми донорами крови для людей.

Кровеносная система долго не поддавалась медикам. Еще бы! Изучали они ее, как и многое другое, препарируя трупы. А кровь у представителя любого вида после остановки сердца двигаться перестает. Когда она вытекает из сосудов, те спадаются. Поэтому до открытия кровообращения думали, что сосуды гоняют по телу воздух, а о важности жидкости красного цвета мало задумывались. В начале XVII века Уильям Гарвей кардинально изменил ситуацию: он открыл кровообращение. Довольно быстро стало понятно, какую значительную роль в жизнедеятельности играет кровь на самом деле.

Не прошло и половины столетия, как решительные врачи попробовали перелить кровь одного животного другому. Первыми подопытными стали собаки. Процедуру проделывали крайне примитивно. В роли трубочек для трансфузии выступали птичьи перья, те же самые, которыми писали, только в них вместо чернил заливали кровь. Брали ее из артерий на шее, а остановить кровотечение из этих сосудов весьма непросто, так что собака-донор, как правило, умирала. Реципиенты тоже часто погибали (о стерильности и группах крови тогда еще не знали), но некоторый процент выживших позволял надеяться, что и людям переливание может пойти на пользу.

Однако перескакивать с собак на собратьев по виду экспериментаторы не желали — именно потому, что знали о почти стопроцентной вероятности гибели доноров. Кровь решили брать у тех, кого не так жалко (и за чью жизнь не придется отвечать перед судом), — у овец.

Как бывает во многих прорывных областях, одно и то же исследование с минимальным разрывом по времени независимо выполнили сразу двое француз Жан-Батист Дени и англичанин Ричард Лоуэр. Было это в 1667 году. И если эксперимент Дени прошел без особых эксцессов — высосанную из овечки пиявками кровь ввели 15-летнему мальчику, и тот выжил, — то с Лоуэром вышла более сложная история.

Британец справедливо решил, что процедуру и ее последствия необходимо тщательно задокументировать. Все время наблюдать за испытуемым невозможно, так что стоит найти грамотного, чтобы он сам подробно описывал собственные ощущения. Для наглядности это должен быть человек, страдающий болезнью с очевидными симптомами. Так выбор Лоуэра пал на Артура Кога. Тот знал латынь и обещал вести на этом языке записи о своем состоянии. А главное, Кога был заметно болен, и переливание крови (от овцы, заметим) теоретически могло улучшить его состояние. Оставалось лишь одно «но»: недуг Артура представлял собой сумасшествие, так что было неясно, насколько достоверными окажутся его записи. Однако это не остановило исследователей; они пообещали испытуемому денежное вознаграждение — 20 шиллингов и конечно же улучшение душевного состояния.

Кровь от овцы переливали с помощью серебряных трубочек и перьев. Кога выжил и через несколько дней после процедуры представил Королевскому обществу отчет о своем состоянии. Позднее Лоуэр как-то встретил его на званом обеде и был удовлетворен: казалось, Кога шел на поправку, говорил он осмысленно и демонстрировал хорошие манеры. Но после повторного переливания ситуация ухудшилась. Помутнение рассудка Артура вернулось. Вторые 20 шиллингов он пропил в одной забегаловке и там же устроил дебош. А тут еще во Франции второй пациент Дени умер вскоре после очередного переливания овечьей крови (как выяснилось много позже, виной тому было отравление мышьяком, а не рискованная процедура). В результате общественность отвернулась от подобных опытов, и переливать какую бы то ни было кровь людям запретили на долгие годы.

«Игры в бога»

Новый вклад в медицину овцы внесли в век биотехнологий. После расшифровки структуры ДНК и первичного накопления знаний о «поведении» этой молекулы довольно быстро стала развиваться генная инженерия. Гены белков, нужных больным людям (например, инсулина или гормона роста), выявили, прочли последовательности нуклеотидов в них и заставили бактерии эти гены копировать, а также считывать с них информацию и производить необходимые молекулы. Так было налажено промышленное производство многих гормонов, которые до этого добывали из трупов — со всеми вытекающими последствиями: риском заражения инфекционными болезнями от умершего донора и невероятной дороговизной продукта. Бактерии дали биотехнологам возможность получать те же вещества гораздо быстрее и по значительно более низкой цене.

Вот только не зря нас с бактериями относят к разным царствам. Все-таки различий в нашей биохимии и физиологии очень много. Бактерии толком не способны модифицировать молекулы белков после их синтеза, да и не все человеческие белки сами укладываются в структуры нужной формы (в клетках млекопитающих для этого есть целые молекулярные машины). Так что идеальным было бы настроить каких-нибудь зверей на производство белков.

Это сделали ученые из Шотландии в начале 1990-х годов. Они ввели в овечьи яйцеклетки фрагмент ДНК с измененными генами белков молока: к ним добавили ген альфа-1-антитрипсина (ААТ). Почему в овечьи, а не в коровьи, ведь от коров молока гораздо больше? Вероятно, потому, что трансгенных коров и коз тогда еще никто не сделал, а вот овцы и свиньи были, к тому же они намного дешевле коров.

ААТ — фермент, который снижает активность ряда белков, разрушающих эластин. Их чрезмерная активность приводит к эмфиземе легких — снижению их эластичности, а также проходимости дыхательных путей. Введение ААТ устраняет симптомы эмфиземы. Поскольку ген, кодирующий этот белок, во внедряемой будущим овцам ДНК был неразрывно связан с генами белков молока, у взрослых животных он активен только в вымени. Такие овцы производили молоко с альфа-1-антитрипсином, и его оказалось сравнительно легко оттуда выделить.

Первую трансгенную овцу, способную синтезировать ААТ, звали Трейси. Концентрация альфа-1-антитрипсина в ее молоке достигала 35 г/л (это половина всего белка, содержащегося в молоке), и у ее внучек производительность была вполне сопоставимой. Однако несколько овец, даже таких продуктивных, — это маловато. Надо было каким-то образом создать целое трансгенное стадо. Но одна овца способна за жизнь произвести не так много ягнят. Что делать?

Например, клонировать. Именно ради ускоренного получения трансгенных овец и решили создать Долли. Конечно, пока она существовала только в виде яйцеклетки, имени у нее не было. Генетический материал для клонирования брали из клеток вымени. С помощью микроскопической иглы и импульса тока ядро такой клетки ввели в яйцеклетку другой овцы, собственное ядро которой было предварительно разрушено. После нескольких делений получившийся зародыш подсадили в матку здоровой овцы. Через пять месяцев родился столь же здоровый ягненок.

Противники клонирования, обвиняющие исследователей в «играх в бога», как правило, не в курсе, что перед появлением Долли на свет ученые пытались создать клон 276 раз, но — неудачно. И немногие из них знают, что у этой овечки родилось шестеро вполне здоровых ягнят. А умерла она из-за рака легких, вызванного типичным для овец вирусом, а вовсе не от преждевременного старения. Еще одна претензия к Долли — наличие лишнего веса. Специалисты из Рослинского института, где первый клон теплокровного животного провел всю жизнь, объясняют это тем, что из-за повышенного внимания общественности Долли приходилось проводить немало времени в помещении, а за возможность сфотографироваться с ней многие давали овечке не самые полезные лакомства. Словом, все как у людей.

Так выглядела овечка Трейси Фото: Science Museum London

Мечтают ли андроиды об электроутробах?

Еще одна проблема, которая в скором будущем может быть решена с помощью овец, — спасение экстремально недоношенных детей с помощью устройства, имитирующего условия материнской утробы. И для овец такое устройство уже разработали сотрудники Филадельфийского детского госпиталя («Nature Communications», 2017, 8, 15112, doi: 10.1038/ncomms15112 — полный текст).

Авторы статьи четыре недели поддерживали жизнь восьми ягнят, недоношенных как раз на такой срок. Каждый ягненок находился в прозрачном мешке наполненном жидкостью, по составу близкой к околоплодным водам. Мешок располагался на подложке, обеспечивающей температуру, как в матке овцы — 39,5°С. Питательные вещества и кислород поступали к ягнятам по трубке, имитирующей пуповину. По ней же отводили углекислый газ. Газообмен в искусственной матке осуществлялся без насоса, так что легкие ягнят не задействовались. И это хорошо, поскольку преждевременное начало дыхания у недоношенных млекопитающих замедляет развитие легких.

В искусственной матке ягнята «созревали» с такой же скоростью, как и их сородичи в настоящих матках. И это не может не радовать. Однако испытания устройства пока не окончены, скорее всего, понадобится еще около полутора лет для их завершения. А в случае успеха можно будет говорить о клинических испытаниях на недоношенных детях.