Итак, две клетки соприкоснулись. Теперь необходимо, чтобы они слились в одно целое, стали единой клеткой. Для этого раствор отмывают от полиэтиленгликоля и добавляют в него ионы кальция Ca2+. Их высокая концентрация увеличивает текучесть клеточных мембран, они рвутся в местах соприкосновения клеток. И через эти прорехи навстречу друг другу устремляется содержимое двух прежде раздельных клеток. Клетки агрегируют, сливаются воедино.
Слияния клеток можно добиться и физическим путем, используя импульсы электрического тока. Слабые электрические разряды разрушают соприкасающиеся мембраны слипшихся клеток, и их прежде разделенный генетический материал становится общим достоянием.
Клеточная инженерия, соматическая (парасексуальная) гибридизация. Новый прием имеет разные названия. Можно говорить еще и о гибридах в пробирке, ибо мало оголить клетки, надо создать для слитых в одно клеток разных видов сносные условия развития.
И это сделано. Получены специальные питательные среды, где отдельная изолированная от растения клетка, или группа клеток, утратив признаки, характерные для ткани, из которой они взяты, начинают жить и размножаться как независимый одноклеточный организм. Как клетка, живущая, по примеру кошки из сказки Киплинга, сама по себе.
В ходе обычного развития растений из зародыша клетки дифференцируются: превращаются в клетки корня, стебля, листа. Выделенные же из организма они словно бы становятся безликими. Тут важна степень активности различных генов этой клетки. И можно сделать так, чтобы дремавшие до поры гены начали работать, другие же, наоборот, застопорились, перестали действовать. Вот тут-то и начинаются чудеса. Свободная клетка в отличие от заключенной в организме может овладеть и новой «специальностью». Взятая из корня, например, способна стать клеткой листа или стебля, цветка, а то и превратиться в зародыш и дать начало целому нормальному растению.
С помощью особых воздействий — важную роль здесь играют фитогормоны ауксины и цитокинины, влияющие на скорость деления клеток, их дифференциацию, и органогенез — удается активизировать в клетке гены, ответственные за выполнение всей программы развития. (Если концентрация ауксинов больше, чем цитокининов, то формируются только корни, в противоположном случае — образуются только побеги.) Так в пробирке из одной только клетки можно развить любой орган. Вероятно, в будущем так будут получать необходимые для пересадки больным искусственные «запасные части».
Пробирочная гибридизация. Комбинирование in vitro уже не кусков молекулы ДНК, а голых, каждая со своим наследственным материалом, клеток. Так можно решать задачи, которые не по силам для селекции обычной.
Как и во многих других отрядах науки, в отделе, вернемся в Институт ботаники АН УССР, торжествует примат узкой специализации, действует мануфактурное разделение труда. Бок о бок трудятся биохимики, культуральщики, электронные микроскописты, цитологи и другие специалисты. Они анализируют белки, растят ткани, делают микроснимки. Большая часть отдела так или иначе работает на анализ. И лишь крошечная группка из четырех человек, ею руководит сам Глеба, она не имеет четкого названия, занята собственно «синтезом», находится на передовой, на самом ответственном и решающем участке сражения за новое знание. Эти разведчики клеточной инженерии, истинные конструкторы клеток бросают вызов природе, хотят превзойти ее в умении и сноровке.
Беседую с Александром Николаевичем Околотом, одним из членов поисковой группы, инженером. По полученным им методикам (он в отделе с самого основания, с 1975 года, тогда была организована для Глебы лаборатория цитофизиологии и конструирования растительной клетки), по созданным им клеточным моделям уже защищена не одна кандидатская диссертация, а он до сих пор без степени. Поиск засасывает, не дает времени заняться бумажным копошением, да и достигнутая цель каждый раз представляется чем-то незначительным, второстепенным, малоинтересным, а вот — чисто альпинистский азарт! — белеющая снежная вершина впереди волнует и манит…
Сущность занятия Околота и его товарищей в том, что для гибридизации растений используются оголенные клетки, они называются протопластами, каждая имеет свою мембранную оболочку. Их заставляют слиться в единый организм — клетку особыми приемами. Все экспериментальные манипуляции обычно ведут в прозрачной размером и формой с баночку от ваксы чашке Петри. Ее дно заполнено агар-агаром, веществом типа желатина. Эта как бы «почва» имеет все необходимое для жизни клеток — минеральные соли, витамины, питательные вещества, регуляторы роста.
Околот показывает мне микрофотографии исходных клеток и результаты их гибридизации:
— Это атропа или, если без латыни, белладонна, что по-итальянски значит «прекрасная дама», «красавица», по-русски же мы зовем это растение красавкой. Обратите внимание, какие у этой клетки мелкие хромосомы. Эти единицы наследственности гораздо более крупны у партнера красавки по парасексуальной гибридизации — у клетки табака… А теперь взгляните на гибридную клетку атропы и табака…
Я вижу прихотливое смешение мелких и крупных хромосом, эти семена жизни, ее священные письмена. Картина чем-то напоминает китайские иероглифы, с той разницей, что тут зашифровано не одно какое-то слово или понятие, а вся жизнь гибридного растения.
Почти спортивная цель, заветная мечта каждого клеточного конструктора — получить гибриды растений, как можно дальше отстоящих друг от друга, имеющих как можно меньшее родство. Добиться того, что ни природе, ни селекционерам вообще недоступно. Растительное племя ученые делят на виды, роды, трибы, семейства, порядки (соответствует отряду у животных), классы… царства…
Уже получены межродовые гибриды картофеля с томатом, межтрибные — атропы с табаком, арабидопсиса с турнепсом, дурмана с беленой, сныти с морковью (отметим, что межтрибные и выше гибриды классической селекции совершенно неподвластны), межсемейственные — сои с сизым табаком. Биохимический и цитологический анализы подтвердили: сконструированные клетки оказались истинным гибридами, у них есть хромосомы обоих родителей, они синтезировали характерные белки. Однако, как правило, довести эти «зародыши» до образования корней, до цветения, до полноценных плодоносящих растительных форм пока не удается. Пока это всего лишь наработка методик, накопление конструкторского опыта.
— Мы хотели сразу перепрыгнуть через несколько ступеней, — говорит Околот. — Взялись за межклассовую гибридизацию, попытались соединить лук с табаком. К сожалению, органические связи между чужеродными хромосомами не установились, хромосомы не удваивались, а рвались при делении клетки… Успехи за рубежом? Примерно те же. Венгерские исследователи, к примеру, получили гибрид моркови с табаком. Нобелевская премия? Ее, думаю, дадут только за наиболее важный для человечества объект — за улучшенные, доведенные до самовоспроизводящихся растений клеточные гибриды пшеницы…
Клеточная инженерия открывает сказочные перспективы. Исследователи теперь могут перейти с организменного уровня на клеточный. И работать с миллионом и более клеток в пробирке вместо того чтобы иметь дело с миллионом растений, занимающих значительно большие площади, требующих больших затрат времени и для роста, и для постановки с ними опытов. А от клеток, добившись цели, можно опять вернуться к целому растению.
Появилась возможность и тиражирования живого, что в науке носит название клонирования: бесполое, вегетативное размножение от одного общего предка, создание идентичных копий любого биологического объекта.
Все эти мысли не новы. В 1924 году английский физиолог, член Лондонского Королевского общества Джон Холдейн (1860–1936) опубликовал небольшую книжку «Дедал, или Наука и Будущее», а несколько лет спустя его соотечественник писатель Олдос Хаксли (1894–1963) создал антиутопию «Прекрасный новый мир». И вот что удивительно — рисуя общество будущего, Холдейн предсказал создание детей в пробирке, а Хаксли пророчествовал о массовом, «под копирку», производстве совершенно одинаковых человеческих существ, полученных методом клонирования.