«Исследование развития эмбриона напоминает изучение Большого взрыва. Когда-то Вселенная была сжата в одну точку, затем все взорвалось и появился окружающий мир. Та же ситуация с эмбриологией: из двух клеточек возникает полноценный организм».
С.И. Колесников
Как развивается, чем живет и с какими проблемами сталкивается в XXI в. древняя комплексная наука о развитии живых существ — эмбриология? О выживании эмбрионов в космосе, влиянии глобального потепления на здоровье молодого поколения и практическом уклоне российской эмбриологической науки рассказывает ученый-эмбриолог, профессор МГУ им. М.В. Ломоносова, академик и советник РАН Сергей Иванович Колесников.
— Сергей Иванович, какой вы видите эмбриологию недалекого будущего? Претерпит ли она еще какие-то кардинальные изменения или она уже достаточно насыщена знаниями и потому стабильна?
— Как говорили классики, научное познание в принципе бесконечно. Поэтому исследования в области биологии развития неостановимы. Правда, сегодня бóльший интерес вызывают прикладные аспекты эмбриологии. Во-первых, сюда входит изучение генетических аномалий в случае, если ребенок рождается с генетическим дефектом. Сейчас можно провести тестирование новорожденного на 36 редких наследственных патологий. Эта программа учреждена в нашей стране с прошлого года и активно развивается сейчас. Выявив наследственные дефекты после рождения ребенка, можно или его лечить, или что-то ему не давать. Например, при фенилкетонурии человеку нельзя употреблять определенные продукты, а при спинальной мышечной атрофии можно делать уколы с генетическими конструктами, которые блокируют ген заболевания, чтобы ребенок дальше развивался нормально.
Академик С.И. Колесников — ученый-эмбриолог, профессор МГУ, советник РАН. / Фото: Елена Либрик / «Научная Россия»
Параллельно возникает вопрос: чем лечить такие заболевания? Здесь мы снова возвращаемся к теме генетических конструктов. В эмбриологии сейчас даже покушаются на то, чтобы вводить ребенку генетические конструкты на стадии эмбриона с целью заблокировать вредоносный ген, который должен обязательно проявиться при развитии. Против этого есть достаточно много возражений, потому что мы пока не знаем, как гены взаимодействуют между собой. Для этого нужно располагать большими данными: нейросетевыми технологиями, искусственным интеллектом. Необходимо построить всю сетевую карту взаимодействия генов, должны быть понятны их влияние друг на друга и конечный продукт их взаимодействия в виде белков, из которых строится наш организм. То, как мы сейчас действуем, напоминает сюжет картины Сальвадора Дали, на которой изображен человек с огромными руками и крохотной головкой. Руки-то много могут делать, а понимать и знать, что из этого получится, мы пока не можем. Поэтому это заманчивая развивающаяся область, но с огромными потенциальными рисками.
Не думаю, что эмбриология будет развиваться по пути создания искусственных эмбрионов, разве что с целью их использования в исследованиях. Ведь можно создать эмбрионы с введением или блокированием различных генов и посмотреть, что, каким образом и на что влияет.
— С какими проблемами сталкивается сегодня эмбриология? Есть ли, с вашей точки зрения, какие-то критически важные вопросы, которым в настоящее время уделяется недостаточно внимания или для решения которых пока не до конца сформирована научная база?
Секвенаторы — приборы, которые определяют последовательность нуклеотидов в цепи ДНК. / Фото: Steve Jurvetson / Flickr
— Проблемы эмбриологии можно разделить на две части. Первая связана с экспериментальной базой — оснащением, реактивами, разнообразными векторами, которые часто конструируют сами ученые. В этой области мы, к сожалению, очень сильно отстаем от китайцев и американцев. Это касается нормальных лабораторных животных: у нас всего два питомника и только один хороший центр гнотобионтов (организмов, которые лишены микробов), возглавляемый Михаилом Павловичем Мошкиным, который запустили в Новосибирске около десяти лет назад. Таким образом, у нас не хватает животных, на которых можно ставить эксперименты. Кроме того, у нас нет собственного производства лабораторной посуды, оборудования и реактивов. Если с производством генетических векторов новосибирские производственники и ученые и ряд других отечественных организаций еще как-то справляются, то с лабораторным оборудованием в России очень плохо: мы фактически ничего не производим. Сейчас закрыли доступ к западному оборудованию, поэтому теперь мы ориентируемся на китайское. У нас нет собственного секвенатора: сейчас он только в процессе создания. Ранее использовались зарубежные секвенаторы, сейчас в этой сфере мы тоже рассчитываем на китайские устройства. Но китайская техника, кстати, неплохого качества и успешно заместила многое оборудование не только в экспериментальной области, но и в медицине. Не хватает диагностического оборудования вроде биохимических автоматов, не хватает сред для культивирования. Только сейчас начинает восстанавливаться производство, которое мы когда-то создавали, а затем порушили, потому что все стало поставляться из-за рубежа.
Вторая проблема связана с тем, что если ты проводишь исследование и хочешь довести его до клиники, то нужны центры по доклинической и клинической апробации. А у нас по доклинической апробации существуют всего три центра, сертифицированных по международным стандартам. Изначально около семи лет назад была поставлена задача сделать десять центров — и она не решена.
С клинической апробацией проще. Медицина у нас все-таки развита, и дела в этой области обстоят более или менее неплохо. Но на исследования мало спроса, потому что зарубежные заказы исчезли, а в России пока только подходят к тому, чтобы широко апробировать конструкты, влияющие на эмбриональное развитие и беременность. Так что в этой области у нас много проблем, поэтому эмбриологические исследования не очень хорошо развиваются.
— Будем надеяться, что эти проблемы получится решить.
— Да. Вероятно, мы потихонечку начинаем обретать самостоятельность, и со временем будет уменьшаться не только технологическая, но и медико-биологическая зависимость от зарубежных поставок.
— Как вы считаете, достаточно ли внимания уделяется эмбриологии в России и в целом в современном мире? Если нет, то что бы вам хотелось изменить, если бы вы обладали неограниченными возможностями во всех отношениях?
— Неограниченных возможностей ни у кого никогда не бывает, это невозможно. (Улыбается.) Если говорить о мире, то есть признанные эмбриологические центры, которые продолжают и будут продолжать свои исследования. В их число входит крупный центр в Шотландии, где вывели овечку Долли, несколько центров в Китае и США. В континентальной Европе крупных эмбриологических центров я не знаю.
У нас тоже были хорошие научные школы, но, на мой взгляд, сейчас серьезных эмбриологических исследований в России совсем немного. Например, в МГУ им. М.В. Ломоносова есть кафедра эмбриологии, которую возглавляет член-корреспондент РАН Андрей Валентинович Васильев. Продолжается исследовательская деятельность в Санкт-Петербурге. Немного эмбриологией занимаются в Федеральном исследовательском центре «Институт цитологии и генетики СО РАН» в Новосибирске. Ведутся некоторые морфологические изыскания в Оренбурге. Пожалуй, все. У нас эмбриологические традиции во многом утеряны. Это очень плохо.
Современная российская эмбриология тесно связана с исследованиями в области ЭКО. / Источник изображения: freepik / фотобанк Freepik
Сейчас если в интернете условно набрать «эмбриология», вам будут показаны результаты: «экстракорпоральное оплодотворение», «экстракорпоральная эмбриология». Про науку вы почти ничего не найдете, только про историю и прикладные исследования. В прикладной эмбриологии — экстракорпоральном оплодотворении, его технологиях, применении, результатах — мы на уровне мировых достижений. Где-то даже, возможно, и чуть получше, потому что мы применяем такие методы, которые не используются за рубежом: у них жесткие стандарты, а мы от бедности иногда придумываем что-то свое. В каждом российском городе есть центры экстракорпорального оплодотворения, и государство это субсидирует минимум на 50%. Там есть оснащение и работают люди, занимающиеся исследованием эмбрионов, но в прагматическом смысле: подходит ли зародыш для трансплантации, жизнеспособен ли он, нет ли у него грубых аномалий? Например, можно взять клеточку будущего ребенка и по ней посмотреть, нет ли в генетическом материале дефекта хромосомы. А широкомасштабные эмбриологические исследования отсутствуют.
Ведутся исследования, направленные на предотвращение рождения ребенка с генетическим дефектом либо с дефектами органов и их систем. Есть так называемые наследственные заболевания, обусловленные именно генетическими дефектами, а есть врожденные: они могут иметь наследственный компонент, но формируются под действием внешней среды, неважно, материнского ли организма или неблагоприятной среды вокруг матери. В этой области — изучения влияния на развитие эмбриона вредных факторов окружающей среды, предупреждения их воздействия на будущего ребенка — исследования ведутся.
Существуют также генетические консультации, которыми сейчас довольно активно занимается Центр акушерства, гинекологии и перинатологии им. В.И. Кулакова под руководством Геннадия Тихоновича Сухих. Там специалисты проводят генетическое консультирование перед зачатием: анализируют генетику матери и отца и говорят, рекомендуется ли им иметь ребенка и какова вероятность, что может родиться ребенок с отклонением.
— Правилен ли такой перекос в практическую сторону или было бы мудрее, если бы внимание уделялось также и теоретической стороне исследований?
— Вы задаете очень тяжелый вопрос, потому что сейчас у нас очень мало специалистов. Нам нужно готовить профессионалов в этой отрасли. Это первое.
А второе — у нас нет запроса. Жорес Иванович Алферов каждое свое выступление заканчивал или начинал тезисом о том, что наука должна быть востребована обществом. Если нет запроса общества, то наука развиваться не будет. В этом случае ее надо программировать, как, например, атомный проект: он был нужен не обществу, а властям и государству для защиты. Общество этого не требовало: не было демонстраций «Дайте нам ядерное оружие!» Просто было принято решение.
Сейчас такого же распоряжения властей пока нет. Мы говорим о развитии науки, о том, что мы технологически должны идти вперед, а за этим вообще не стоит финансирование. У нас объем финансирования наук о жизни в удельном отношении, если взять на душу населения, ниже, чем в США, в 50 раз. Один Национальный институт здоровья США получает в год около $40 млрд, а это сегодняшний объем финансирования всей российской науки. И на науки о жизни у нас отводится 5% от этой суммы.
Эмбриология вообще финансируется фактически только в сфере образования — в основном это университеты. В РНИМУ им. Н.И. Пирогова курс гистологии и эмбриологии раньше преподавался в течение года, сейчас он сокращен до полугода и эмбриологии в нем фактически не осталось. Я в свое время читал студентам 18 лекций по эмбриологии — сейчас читаются одна-две. Серьезных знаний это дать не может.
Небольшое финансирование получает Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова, который возглавляет Андрей Валентинович Васильев. В Санкт-Петербурге исследования немного финансируются. Но это все крохи, масштабный прорыв в таких условиях совершить невозможно.
— Что касается вопросов этики: в 2021 г. Международное общество исследования стволовых клеток отменило запрет на изучение эмбрионов человека сроком более 14 дней. Как вы относитесь к этому изменению? Как вы считаете, допустимо ли это с точки зрения этики и медицины?
С.И. Колесников отметил, что в современной эмбриологии нередко затрагиваются вопросы научной этики. / Фото: Елена Либрик / «Научная Россия»
— Видите ли, в чем дело: смерть человека определяется даже не по тому, когда у него останавливается сердце, а по тому, когда у него исчезает ритм мозга. Поэтому, на мой взгляд, констатация жизни должна иметь те же критерии: как только появляется мозговая или как минимум сердечная активность, эмбрион становится полноценным человеком. Не думаю, что до этого момента данная клеточная масса одушевленная. Некоторые считают, что одушевленная: я ничуть не против церковных постулатов, не дай бог. Просто я как человек рациональный могу сказать, что, скорее всего, считать надо так. Но пока так не делается.
— А какой это примерно срок?
— Где-то третья-четвертая неделя. Примерно на третьей неделе начинается сердцебиение, а мозг созревает значительно дольше.
— Люди активно осваивают космос, и планы по колонизации других планет уже не кажутся призрачными и фантастическими. С вашей точки зрения, возможно ли в принципе успешное внутриутробное развитие человека в космических условиях, например на космических станциях, и с какими проблемами, на ваш взгляд, здесь могут столкнуться люди?
— Подобные опыты на животных уже ставили китайцы и японцы. Они брали замороженные бластоцисты (эмбрионы на ранней стадии развития) мышей и отправляли на орбиту. Китайцы запустили 6 тыс. эмбрионов, японцы – около 400. На орбите эмбрионы разморозили, и трое-четверо суток они развивались в условиях невесомости. После этого их возвратили на Землю, и ученые не нашли никаких отклонений в развитии зародышей. Более того, затем эмбрионы нормально развивались в организмах специально подготовленных мышей после пересадки. Так что на самых ранних стадиях изменений не нашли. Правда, выжили и развились до рождения только единичные эмбрионы, а не все. Значит, что-то может быть не так.
Когда-то в Новосибирске делался эксперимент по выращиванию куриных эмбрионов в искусственных гипомагнитных условиях, и там у зародышей находили аномалии развития.
В конечном итоге, для того чтобы понять, будут ли у плода развиваться аномалии в космосе, надо все-таки дождаться окончания процесса развития эмбриона.
В нашей беседе С.И. Колесников затронул множество тем: от геномного редактирования до освоения космоса и экологических проблем. / Фото: Елена Либрик / «Научная Россия»
Чисто теоретически эмбрион в процессе развития фактически живет в невесомости: он находится в амниотической жидкости, и там на него силы притяжения действуют достаточно слабо. Так что, если говорить о воздействии невесомости, я не думаю, что этот фактор будет сильно влиять.
Сейчас на МКС запланирован эксперимент по выявлению воздействия на эмбрион либо невесомости, либо радиации. В космических условиях работы дозы радиации низкие. Но космонавты принимают агенты, разработанные в том числе российскими учеными, которые препятствуют повреждающему действию радиации. Будут ли кормить условную подопытную мышку такими же противорадиационными агентами, предугадать сложно.
Другое дело, что в космосе низкая мышечная активность, кровоснабжение протекает по-иному и есть масса других факторов космического полета, которые космонавты снимают разнообразными тренировками. У подопытных животных можно сделать нечто подобное: мыши тоже любят бегать, как белки в колесе.
Так что давайте посмотрим. Я не думаю, что там будут большие отклонения.
— Сергей Иванович, еще одна неординарная и весьма противоречивая мысль, которая звучит в современном мире, — это возможность развития эмбрионов человека вне утробы матери. Например, в прошлом году была представлена гипотетическая концепция проекта EctoLife по созданию искусственной матки для развития эмбриона человека под контролем врачей. Как вы считаете, способны ли в принципе рукотворные технологии успешно и полноценно воспроизвести ту среду, в которой развивается ребенок в живом организме матери?
— Нет, на сегодня это невозможно. Искусственную матку нельзя создать, потому что человеческий эмбрион — это двухкомпонентная система: сам плод и обеспечивающие его оболочки. Одна из них прикрепляет эмбрион к стенке матки. И через эту оболочку от матери в организм ребенка по системе сосудов поступают все питательные вещества. Она же очищает вредные вещества, дает эмбриону питательные соединения, вырабатывает ряд гормонов и других веществ, действующих на мать и на плод. Плацента и амниотическая оболочка, в которой «подвешен» эмбрион, — очень сложная система. Пока не думаю, что ее удастся смоделировать.
Кроме того, в плаценту входят артерии, из нее выходят вены. По ним циркулирует кровь, в процессе обогащаясь кислородом. Смоделировать всю эту композицию — плазму крови, ее очистку, снабжение разнообразными антителами, обмен клетками между матерью и плодом — на сегодняшнем уровне развития науки и технологий, я считаю, невозможно. Например, в организме матери есть клетки плода. Существует позиция, что в крови матери в спящем виде сохраняются клетки всех детей, которые у нее родились. Некоторые даже считают, что в организме матери находятся клетки не только детей, но и их бабушки.
— Актуальная тема для международного обсуждения — глобальное потепление, насыщение атмосферы парниковыми газами. Одна из областей ваших исследований — это как раз влияние токсических веществ на протекание беременности. Могут ли парниковые газы из вдыхаемого матерью воздуха или же даже в целом климатические изменения каким-то образом повлиять на развитие плода и можно ли как-то с этим бороться?
— Повышение температуры вызывает многочисленные процессы вокруг человека: появляются новые инфекции, новые загрязняющие вещества. При низких температурах вредные соединения остаются на месте, при высоких они поднимаются в атмосферу. Согласно актуальным расчетам ученых, атмосфера вносит примерно 20-процентный вклад в заболеваемость человека.
Конечно, плод — более защищенная система, потому что у него есть вторая оболочка — организм матери, фильтрующий часть веществ. Но вот интересный факт: мы проводили исследования в одном из российских городов, где есть загрязняющее химическое производство, и оказалось, что у детей, матери которых работали на химическом производстве, существенно изменяется гормональный фон, вплоть до искажения восприятия собственного тела: девочки могут считать себя более мужественными, а мальчики становятся более женственными.
С.И. Колесников дает интервью для портала «Научная Россия». / Фото: Елена Либрик / «Научная Россия»
Впервые мы обнаружили это в 1970-е гг., когда вводили беременным животным очень низкие дозы токсических веществ, таких как полициклический ароматический углеводород бензоапирен — канцероген, который есть в автомобильных выхлопах и в природе. Затем мы получали от них потомство, которое по биохимическим и гормональным параметрам ничем не отличалось от детенышей неотравленной матери. Затем мы действовали на потомство этим же отравляющим веществом. Те детеныши, которые в утробе матери имели контакт с этим соединением, давали бурную реакцию и гормональный сдвиг: мужские особи — в сторону женского гормонального спектра, женские — в сторону мужского. А детеныши от здоровой матери воспринимали вмешательство как обычное введение токсического вещества. Оказалось, что у человека тоже есть такой феномен. Поэтому, на мой взгляд, вопросы охраны труда и окружающей среды матери стоят на первом месте в работе с проблемой профессиональных патологий и в защите здоровья матери и ребенка.
В Братске был даже зарегистрирован феномен «желтых детей», когда во втором-третьем поколении на свет появлялись дети с желтоватой пигментацией кожи, потому что из-за вредных воздействий производственных факторов и внешней среды у них нарушался обмен билирубина в печени.
Эта проблема сейчас обсуждается не очень активно, но на самом деле это проблема будущего.
Фото на превью и главной странице: Елена Либрик / «Научная Россия».
Фото в тексте: Елена Либрик / «Научная Россия», Steve Jurvetson / Flickr, freepik / фотобанк Freepik.
Беседовала Анастасия Жукова
Фотограф Елена Либрик
Оператор Александр Козлов
