Как бы мы ни крутились и ни вертелись, мы в конечном итоге будем опять возвращаться к клетке1.
В ноябре 2017 года я наблюдал, как мой друг Сэм П. умирал, поскольку его клетки восстали против его собственного тела2.
Весной 2016 года у Сэма была диагностирована злокачественная меланома. Рак возник на щеке в виде округлого родимого пятна темно-лилового цвета с ободком. Его мать Клара, художница, первой обратила внимание на пятно во время отдыха на Блок-Айленде в конце лета. Она просила, а потом умоляла и даже пыталась угрозами заставить Сэма сходить к дерматологу, но тот был занятым спортивным комментатором в большой газете, и у него не было времени обращать внимание на какое-то пятнышко на щеке. К тому времени, когда я увидел его и осмотрел в марте 2017 года (я не был его онкологом, но один знакомый попросил меня взглянуть), опухоль превратилась в продолговатое образование размером с большой палец с признаками метастаза в коже. Когда я дотронулся до опухоли, Сэма передернуло от боли.
Одно дело обнаружить рак, другое – следить за его передвижением. Меланома поползла по лицу Сэма в сторону уха. Если приглядеться, был виден ее след, как след от парома на воде – в виде кильватера из лиловых точек.
Даже Сэм, который всю жизнь писал о скорости, движении и активности, был потрясен быстротой перемещения меланомы. Как, настойчиво спрашивал он меня, как, как, как могли клетки, которые спокойно сидели на месте на протяжении десятилетий, вдруг обрести способность путешествовать по его лицу и при этом усиленно делиться?
Раковые клетки ничего не “изобрели”. Они не создают ничего нового, они воруют; точнее, в рамках естественного отбора выживают клетки с наибольшей склонностью к делению и метастазированию. Для создания строительных блоков для роста эти клетки используют те же самые гены и белки, которые использует растущий эмбрион в период невероятно быстрого развития в первые дни своей жизни. Способы передвижения раковых клеток по телу заимствованы ими у клеток, которым полагается перемещаться по телу. Гены, позволяющие мятежным клеткам делиться, – это искаженные, мутантные версии генов, необходимых для деления нормальных клеток. Короче говоря, рак – это клеточная биология в патологическом зеркале. И я как онколог в первую очередь являюсь клеточным биологом, за тем только исключением, что смотрю на нормальный клеточный мир, отраженный словно в кривом зеркале.
Ранней весной 2017 года Сэму было назначено лечение, которое должно было превратить его собственные Т-клетки в войско для борьбы с разраставшейся в его теле армией мятежных клеток. Представьте себе ситуацию: на протяжении многих лет, возможно десятилетий, клетки меланомы Сэма и его Т-клетки сосуществовали в теле, по большому счету игнорируя друг друга. Злокачественные клетки оставались невидимыми для его иммунной системы. Миллионы Т-клеток прошмыгивали мимо клеток меланомы каждый день, оставаясь бездеятельными свидетелями, отвернувшимися от происходящей клеточной катастрофы.
Была надежда, что лекарство, которое назначили Сэму, положит конец “невидимости” опухолевых клеток и заставит Т-клетки распознать клетки меланомы в качестве “чужеродных” захватчиков и отторгнуть их, как они отторгают клетки, пораженные микробами. Пассивные наблюдатели должны были стать активными игроками. Мы создали в его теле клетки, которые должны были сделать видимым то, что до сих пор оставалось незримым.
Появление такой “разоблачительной” терапии стало кульминацией в серии потрясающих достижений клеточной биологии 1950-х годов: понимание Т-клеточного механизма распознавания “свой-чужой”; идентификация белков иммунных клеток, необходимых для обнаружения чужеродных захватчиков; обнаружение механизмов, с помощью которых нормальные клетки уклоняются от атак со стороны этой системы распознавания, а раковые клетки делаются невидимыми; а также изобретение молекул, сбивающих со злокачественных клеток шапку-невидимку. Каждое новое открытие делалось на основе предыдущего, и все эти данные были добыты клеточными биологами большими усилиями и долгим упорным трудом.
Практически сразу после начала лечения в теле Сэма разгорелась гражданская война. Его Т-клетки, разбуженные присутствием опухоли, выступили против злокачественных клеток, и агрессия с одной стороны порождала агрессию с другой. Однажды утром лиловый нарост на его щеке стал горячим, поскольку иммунные клетки внедрились в опухоль и развязали воспалительный цикл. И тогда злокачественные клетки покинули свой лагерь, оставив после себя лишь затухающие лагерные костры. Когда через несколько недель я вновь увидел Сэма, продолговатый нарост на его щеке и “кильватер” за ним исчезли. Остались лишь умирающие остатки опухоли, съежившейся до размера крупной виноградины. Это была ремиссия.
Мы выпили кофе, чтобы это отпраздновать. Ремиссия изменила Сэма не только в физическом плане, она изменила его психологию. Впервые за много недель я увидел, как складки озабоченности на его лице разгладились. Он смеялся.
Но потом ситуация изменилась: апрель 2017 года был жестоким месяцем. Т-клетки Сэма, атаковавшие опухоль, ополчились против его собственной печени, вызвав аутоиммунный гепатит – воспаление печени, которое плохо контролируется иммуносупрессорными препаратами. В октябре мы обнаружили, что рак, еще пару недель назад находившийся в стадии ремиссии, развивался в коже, мышцах и легких Сэма, прятался в других органах и находил новые ниши, позволявшие ему пережить атаки иммунных клеток.
Через все эти победы и поражения Сэм прошел с железной стойкостью. Временами его неослабевающий юмор казался его собственным способом контратаки: он готов был громить рак до самого конца. Когда я однажды застал его в кабинете в отделе новостей и спросил, не хочет ли он пройти со мной в какое-то укромное место, например в мужскую уборную, чтобы показать мне новые опухоли, он весело ответил: “К тому моменту, пока мы дойдем до уборной, эта зараза уже снова переедет. Лучше посмотреть сразу, пока она еще здесь”.
Врачи притупили иммунную реакцию, чтобы остановить аутоиммунный гепатит, но тогда начала расти опухоль. Врачи возобновили иммунотерапию, чтобы атаковать рак, и вернулся острый гепатит. Это напоминало бои животных: пока вы держите иммунные клетки на привязи, животные набрасываются и убивают. Вы спускаете клетки с привязи, и они принимаются без разбора нападать и на рак, и на печень. Сэм умер зимним утром, через несколько месяцев после того, как я впервые увидел его опухоль. В конце концов меланома победила.
В один ненастный день 2019 года я был на конференции в Пенсильванском университете в Филадельфии. Примерно тысяча ученых, врачей и биотехнологов собрались в аудитории в здании из камня и кирпича на Спрус-стрит. Они приехали сюда, чтобы обсудить успехи новейшего направления медицины – создание генетически модифицированных клеток и их введение в организм человека с терапевтическими целями. Были доклады о модификации Т-клеток, об использовании вирусов для введения генов в клетки и о новых важных шагах в области клеточной трансплантации. В выступлениях и в кулуарах звучали такие термины, как будто биология, робототехника, научная фантастика и алхимия слились в экстазе и произвели на свет недоношенное дитя. “Перезапуск иммунной системы”. “Терапевтическая клеточная инженерия”. “Долгосрочная устойчивость пересаженных тканей”. Эта конференция была посвящена будущему.
Но было представлено и настоящее. В нескольких рядах впереди меня сидела четырнадцатилетняя (всего на год больше, чем моей старшей дочери) Эмили Уайтхед. Взъерошенные каштановые волосы, черно-желтая рубашка и темные штаны. Шел седьмой год ее ремиссии после лейкоза. “Она только рада прогулять школу”, – сказал мне ее отец Том. Девочка улыбнулась.
Эмили была “Пациентом № 7”, она проходила лечение в Детском госпитале Филадельфии3. Почти все присутствовавшие на конференции были знакомы с ней или знали ее историю. В мае 2010 года у Эмили был диагностирован острый лимфобластный лейкоз (ОЛЛ). Это одна из наиболее быстро прогрессирующих форм рака, которая чаще всего поражает маленьких детей.
Лечение больных с ОЛЛ подразумевает максимально интенсивный курс химиотерапии: пациентам назначают одновременно семь или восемь препаратов, и некоторые из них вводят непосредственно в спинномозговую жидкость, чтобы убить все раковые клетки, прячущиеся в головном и спинном мозге. Хотя побочные эффекты такого лечения (в том числе постоянное онемение пальцев рук и ног, мозговые повреждения, остановка роста и опасные для жизни инфекции – и это еще не полный список) могут быть весьма неприятны, около 90 % детей излечиваются. К сожалению, Эмили оказалась в числе несчастливых ю%, и ее рак оказался нечувствительным к стандартному лечению. Через шестнадцать месяцев после начала курса химиотерапии случился рецидив. Девочку поставили в очередь на пересадку костного мозга – последний возможный вариант лечения, – но за время ожидания подходящего донора ее состояние ухудшилось.
“Врачи советовали мне не узнавать в интернете ее шансы на выживание, – рассказывала мне мама Эмили Кейри. – Так что я немедленно это и сделала”.
Из интернета Кейри узнала жуткое: среди детей с ранним или повторным рецидивом не выживал почти никто. Когда в марте 2012 года Эмили поступила в больницу, почти все ее органы были поражены злокачественными клетками. Ее обследовал детский онколог Стивен Грапп – мягкий крупный мужчина с выразительными постоянно движущимися усами. И девочку включили в клинические испытания.
Клинические испытания заключались в том, что Эмили вводили ее собственные Т-клетки. Но эти Т-клетки были перевооружены методом генной инженерии таким образом, что могли распознавать и уничтожать раковые клетки. В отличие от Сэма, которому вводили лекарства для активации иммунитета внутри тела, Т-клетки Эмили извлекали и выращивали вне тела. Эта форма лечения была предложена иммунологом Мишелем Саделейном из Института Слоуна – Кеттеринга в Нью-Йорке и Карлом Джуном из Пенсильванского университета и основывалась на трудах израильского исследователя Зелига Эшхара.
В нескольких десятках метров от того места, где мы заседали, располагалось отделение клеточной терапии – надежно изолированное подвальное помещение со стальными дверями, стерильными комнатами и инкубаторами. Здесь группы инженеров обрабатывали клетки, взятые у десятков пациентов, включенных в клинические испытания, а затем хранили их в морозильных камерах, похожих на большие баки. Каждая камера носила имя персонажа из мультсериала “Симпсоны”; клетки Эмили хранились в морозилке “Клоун Красти”. Еще одну порцию ее Т-клеток, модифицированных так, чтобы экспрессировать ген, распознающий и убивающий ее лейкозные клетки, выращивали в лаборатории, экспоненциально увеличивая их количество, чтобы затем вновь привить их Эмили.
Продолжавшаяся на протяжении трех дней пересадка клеток прошла спокойно. Эмили посасывала мороженое на палочке, пока доктор Грапп вводил клетки ей в вену. На ночь Эмили с родителями осталась у ее тети, которая жила неподалеку. Первые два вечера девочка играла и каталась на закорках у папы. Но на третий день ее накрыло: началась рвота, подскочила температура. Родители поспешили отвести ее обратно в госпиталь. Ситуация быстро ухудшалась. У нее отказали почки. Из-за отказа ряда органов Эмили то теряла сознание, то вновь приходила в себя.
“Мы ничего не понимали”, – рассказывал Том. Его шестилетнюю дочь перевели в отделение интенсивной терапии, где родители и Грапп вели круглосуточное дежурство у ее койки.
Ученый и врач Карл Джун, который тоже лечил Эмили, честно сказал мне: “Мы думали, она умрет. Я написал письмо проректору университета и сообщил, что один из первых пациентов из этих испытаний умирает. Испытания закрывались. Я сохранил черновик письма, но так и не нажал кнопку «Отправить»”.
Сотрудники лаборатории работали всю ночь, пытаясь установить причину высокой температуры. Они не нашли признаков инфекции, но вместо этого обнаружили в крови повышенное содержание молекул, называемых цитокинами, – сигнальных веществ, выделяющихся при активном воспалении. В частности, уровень интерлейкина-6 был примерно в тысячу раз выше нормы. Убивая опухолевые клетки, Т-клетки Эмили породили шквал этих химических сигнальных молекул, подобно тому как восставшая толпа в неистовстве изрыгает подстрекательские памфлеты.
По странному стечению обстоятельств дочь Джуна страдала от воспалительного заболевания, называемого ювенильным артритом. И потому он знал, что четыре месяца назад Управление по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных средств (FDA) одобрило новый препарат, который блокирует выработку интерлейкина-6. В отчаянии Грапп запросил у больничной аптеки разрешение использовать новое лекарство не по инструкции. В тот же вечер комиссия дала разрешение на использование этого препарата, и Грапп в отделении интенсивной терапии ввел Эмили дозу лекарства.
Через два дня, в свой седьмой день рождения, Эмили очнулась. “Потрясающе, – сказал доктор Джун, взмахнув рукой. – Потрясающе. Рак просто растворился. Через двадцать три дня мы сделали биопсию костного мозга. Девочка была в полной ремиссии”.
“Я никогда не видел, чтобы настолько тяжело больной пациент поправился так быстро”, – сказал мне Грапп.
Умелое вмешательство в лечение Эмили и ее потрясающее выздоровление спасли саму клеточную терапию. Эмили Уайтхед по сей день остается в глубокой ремиссии. В ее костном мозге и крови не выявляется никаких опухолевых клеток. Она считается полностью выздоровевшей.
“Если бы Эмили умерла, – рассказывал Джун, – с большой вероятностью испытания были бы полностью прекращены”. И это остановило бы развитие клеточной терапии на десять лет или даже больше.
В перерыве между заседаниями на конференции мы с Эмили посетили кампус медицинского факультета, которым руководил коллега доктора Джуна доктор Брюс Левин. Он основатель и директор лаборатории Пенсильванского университета, где модифицируют, контролируют и выращивают Т-клетки, и он одним из первых осуществлял манипуляции с клетками Эмили. Лаборанты работали поодиночке или парами: проверяли боксы, оптимизировали протоколы, перемещали клетки между инкубаторами, стерилизовали руки.
Эту лабораторию можно считать маленьким памятником Эмили. На стенах были расклеены ее фотографии: восьмилетняя Эмили с косичками, десятилетняя Эмили с табличкой, улыбающаяся двенадцатилетняя Эмили без переднего зуба рядом с президентом Бараком Обамой. В какой-то момент я взглянул на живую Эмили, смотревшую из окна на больницу на другой стороне дороги. Она смотрела приблизительно в сторону угловой палаты интенсивной терапии, где ей пришлось безвылазно провести около месяца.
Хлестал дождь, и капли били по стеклу.
Мне было интересно, что она чувствует, зная, что существует в этой больнице в трех ипостасях: сегодняшняя Эмили, удачно пропустившая школу, Эмили на фотографиях, которая жила и почти умерла в отделении интенсивной терапии, и замороженная Эмили в морозилке “Клоун Красти” в соседней комнате.
“Ты помнишь, как попала в госпиталь?” – спросил я.
“Нет, – ответила она, глядя на дождь. – Я помню только, как ушла отсюда”.
Наблюдая за наступлением и отступлением болезни Сэма и за удивительным выздоровлением Эмили Уайтхед, я понимал, что являюсь свидетелем рождения нового медицинского направления, в рамках которого клетки становятся инструментом для борьбы с болезнью, – технологии клеточной инженерии. Но на деле на моих глазах повторялась история многовековой давности. Мы состоим из клеточных единиц. Наши слабости – это слабости наших клеток. Наша способность манипулировать клетками или изменять их (в случае Сэма и Эмили это были клетки иммунной системы) становится фундаментом новой медицины, которая пока еще только зарождается. Если бы мы знали, как эффективнее вооружить клетки Сэма против меланомы и не допустить аутоиммунной реакции, возможно, он был бы еще жив и с блокнотом в руке сочинял спортивные репортажи для газеты.
Эти два новых человека – результат клеточной инженерии. В случае Эмили нашего понимания биологии Т-клеток оказалось достаточно, чтобы отогнать смертельную болезнь больше чем на десять лет и, надеюсь, на всю ее жизнь. В случае Сэма мы еще не поняли, как найти баланс между атаками Т-клеток на опухоль и на собственные клетки тела.
Что принесет нам будущее? Позвольте пояснить: в тексте и в заглавии книги я использую выражение “новый человек”. И использую я его в строго определенном смысле. Безусловно, я не имею в виду “нового человека” из научно-фантастического будущего – усиленного искусственным интеллектом, роботизированного, способного видеть в инфракрасном спектре, глотающего “синие таблетки”, счастливо сосуществующего в реальном и виртуальном мире, как Киану Ривз в черном плаще[5]. Я также не имею в виду “трансчеловека”, обладающего повышенными способностями и возможностями, превосходящими наши нынешние.
Я имею в виду человека, измененного с помощью модифицированных клеток, который выглядит и ощущает все так же (почти), как мы с вами. Женщина с тяжелой формой стойкой депрессии, чьи нервные клетки (нейроны) стимулируют с помощью электродов. Мальчик-подросток с серповидноклеточной анемией, перенесший экспериментальную пересадку костного мозга с введением генетически модифицированных клеток. Больной диабетом первого типа, которому прививают его собственные стволовые клетки, измененные таким образом, чтобы производить гормон инсулин для поддержания в крови нормального уровня глюкозы – топлива организма. Восьмидесятилетний старик, переживший несколько сердечных приступов, которому вводят вирус, заражающий печень и снижающий вероятность закупорки артерий холестерином, что уменьшает риск очередного приступа. Мой отец с имплантированными нейронами или со стимулирующим их устройством для стабилизации походки, что могло бы предотвратить падение, повлекшее его смерть.
Меня такие “новые люди” (и клеточные технологии для их создания) восхищают в гораздо большей степени, чем их воображаемые аналоги из научной фантастики. Мы изменяем людей, чтобы избавить их от страданий, используя для этого науку, созданную и усовершенствованную бесконечными трудами и любовью, и хитрые технологии, которые кажутся чем-то на грани возможного. Например, слияние раковых и иммунных клеток для производства бессмертных клеток, способных победить рак, или выделение Т-клеток из организма девочки, их модификация для борьбы с лейкозом и введение обратно в ее тело. С такими новыми людьми мы будем встречаться почти в каждой главе книги. И по мере того, как мы будем учиться перестраивать тела и части тел с помощью клеток, мы все чаще будем встречать таких людей в реальности – в кафе, супермаркетах, на вокзалах и в аэропортах, среди наших соседей и в собственной семье. Среди них могут оказаться наши двоюродные братья и сестры и наши дедушки и бабушки, наши родители и наши родные братья и сестры. Быть может, и мы сами окажемся в их числе.
Меньше чем за два столетия, с конца 1830-х годов, когда Маттиас Шлейден и Теодор Шванн предположили, что ткани всех животных и растений состоят из клеток, и до весны, ознаменовавшей выздоровление Эмили, в биологии и медицине распространилась революционная идея, затронувшая буквально все аспекты обеих наук и изменившая их навсегда. Сложные живые организмы состоят из крохотных самостоятельных саморегулируемых элементов – живых ячеек, если угодно, или “живых атомов”, как назвал их в 1676 году голландский микроскопист Антони ван Левенгук4. Люди – это экосистемы, состоящие из таких живых единиц. Мы собраны из пикселей, мы композитные существа, и наша жизнь – результат кооперативной агломерации.
Мы сумма частей.
Открытие клеток и переосмысление человеческого тела как клеточной экосистемы ознаменовали рождение медицины нового типа, основанной на терапевтических манипуляциях с клетками. Перелом шейки бедра, остановка сердца, иммунодефицит, болезнь Альцгеймера, СПИД, пневмония, рак легкого, почечная недостаточность, артрит – все эти состояния можно воспринимать как результат аномального функционирования клеток или групп клеток. И все они могут быть объектами клеточной терапии.
Новые возможности, появившиеся в медицине благодаря этому новому пониманию клеточной биологии, можно разделить на четыре основные категории.
К первой относится применение лекарств, химических веществ или физических стимуляций, изменяющих свойства клеток: их взаимосвязь, коммуникацию и поведение. Примерами терапии такого рода является применение антибиотиков для борьбы с инфекцией, химиотерапия и иммунотерапия против рака, стимуляция нейронов электродами для модуляции сетей нервных клеток в мозге.
Ко второй категории относится перенос клеток из тела в тело (в том числе и в исходное тело), например, при переливании крови, пересадке костного мозга или при оплодотворении in vitro.
Третья категория – использование клеток для синтеза веществ (инсулина или антител), оказывающих терапевтическое действие при заболевании.
Совсем недавно появилась четвертая категория – генетическая клеточная модификация и последующая трансплантация с целью создания клеток, органов и тел с новыми свойствами.
Некоторые из этих способов лечения, например использование антибиотиков или переливание крови, так глубоко укоренились в медицинской практике, что мы уже не воспринимаем их в качестве “клеточной терапии”. Однако они появились в результате развития нашего понимания биологии клеток (как мы вскоре увидим, инфекционная теория заболеваний является продолжением клеточной теории). Другие методы лечения, такие как противоопухолевая иммунотерапия, являются достижениями XXI века. Ну а третьи, такие как введение модифицированных стволовых клеток при диабете, настолько новые, что все еще считаются экспериментальными.
Однако все они – как старые, так и новые – представляют собой варианты “клеточной терапии”, поскольку в значительной степени зависят от нашего понимания клеточной биологии. И каждое из этих достижений изменило развитие медицины, а равно и наше представление о человеке и его жизни.
В 1922 году четырнадцатилетнего мальчика с диабетом первого типа вывели из комы, буквально подарив ему новую жизнь, при помощи инъекции инсулина, выделенного из клеток поджелудочной железы собаки. В 2010 году, когда Эмили Уайтхед ввели ее собственные Т-клетки с химерным антигенным рецептором5, или двенадцатью годами позднее, когда благодаря генно-модифицированным стволовым клеткам крови излечились первые пациенты с серповидноклеточной анемией, начался переход из “эпохи генов” в пересекающуюся с ней “эпоху клеток”.
Клетка – единица жизни. Но из этого следует более глубокий вопрос: что такое жизнь? Вероятно, одна из метафизических биологических загадок заключается в том, что мы все еще пытаемся описать суть нашего существования. Жизнь нельзя определить каким-то единственным параметром. Как сказал украинский биолог Сергий (или Сергей, как его звали раньше) Цоколов, “каждая теория, гипотеза или точка зрения принимает такое определение жизни, которое соответствует конкретным научным интересам и предположениям. В научном языке есть сотни рабочих и условных определений жизни, но ни одно из них не является общим”6. (Цоколов, который, к сожалению, умер в 2009 году в расцвете своей интеллектуальной жизни, знал, о чем говорил, поскольку это была и его головная боль. Он был ^гстробиологом, и в круг его интересов входили поиски жизни за пределами Земли. Но как найти жизнь, если ученые все еще не могут дать ей определение?)
Определение жизни можно сравнить с меню. Это не одна какая-то вещь, а набор вещей, набор поведений, серия процессов, а не единственное свойство. Живой организм должен иметь возможность воспроизводиться, расти, осуществлять метаболизм, адаптироваться к внешним стимулам и сохранять свое внутреннее содержимое. Кроме того, сложные многоклеточные организмы обладают так называемыми эмерджентными[6] свойствами – такими свойствами, которые возникают в системах клеток, например, механизмы защиты от повреждений и заражений, органы со специфическими функциями, физиологические способы коммуникации между органами и даже разум и познание[7]. И далеко не случайно, что все подобные свойства в конечном итоге основаны на клетке или на системах клеток[8]. И в этом смысле жизнь можно определить как наличие клеток, а клетку определить как наличие жизни.
Такое рекурсивное определение – не бессмыслица. Если бы Цоколов встретил первое астробиологическое существо, скажем эктоплазматическое создание из созвездия Альфа Центавра, и поинтересовался, является ли он/она/оно “живым” или нет, он должен был бы выяснить, соответствует ли это существо списку критериев жизни. Или просто спросить у существа, есть ли у него клетки. Трудно вообразить жизнь без клеток, как невозможно вообразить клетки без жизни.
Вероятно, это подчеркивает важность истории клетки: чтобы понять функции человеческого тела, нужно понимать функции клетки. Это нужно, чтобы понимать возможности медицины. Но еще важнее, что через историю клеток мы можем рассказать историю жизни и нас самих.
Что же такое клетка? В узком понимании клетка – это самостоятельная живая единица, играющая роль машины по расшифровке генов. Гены обеспечивают инструкции (код, если хотите) для построения белков – молекул, которые выполняют в клетке фактически всю работу. Белки осуществляют биологические реакции, координируют передачу внутриклеточных сигналов, формируют структурные элементы, включают и выключают гены, чтобы контролировать идентичность, метаболизм, рост и смерть клетки. В биологии они главные действующие лица – молекулярные машины, которые делают жизнь возможной[9].
Гены с инструкциями для построения белков физически организованы в виде двунитевой спиральной молекулы, называемой дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК), которая в человеческих клетках упакована в хромосомы, напоминающие клубки пряжи. Насколько нам известно, ДНК есть во всех живых клетках (но может оттуда исторгаться). Ученые занимаются поиском клеток, использующих в качестве источника информации не ДНК, а другие молекулы, например РНК, но до сих пор не нашли клеток с инструкциями в форме РНК.
Под расшифровкой генов я подразумеваю процесс, в рамках которого внутриклеточные молекулы считывают конкретные фрагменты генетического кода, как музыканты в оркестре читают свою часть партитуры (песнь конкретной клетки), тем самым превращая генетические инструкции в реальный белок. Говоря проще, ген содержит код, а клетка его расшифровывает. Таким образом, клетки превращают информацию в форму – превращают генетический код в белки. Ген без клетки лишен жизни – это инструкция к действию в инертной молекуле, музыкальная партитура без музыкантов, библиотека без единого читателя. Клетки дают генам материальное, физическое обличье. Клетки оживляют гены.
Однако клетка – не просто аппарат для расшифровки генов. Расшифровывая код путем синтеза специфического набора закодированных в генах белков, клетка превращается в интегратор. Клетка использует этот набор белков (и продукты их биохимических реакций) в зависимости от других клеток, чтобы скоординировать их функцию, их поведение (движение, метаболизм, передачу сигналов, доставку питательных компонентов к другим клеткам, обнаружение посторонних объектов), соответствующее критериям жизни. Метаболизм организма определяется метаболизмом клеток. Репродукция организма основана на репродукции клеток. Репарация, выживание и гибель организма основаны на репарации, выживании и гибели клеток. Поведение органа или организма определяется поведением клетки. Жизнь организма определяется жизнью клетки.
Наконец, клетка имеет механизм деления. Внутриклеточные молекулы (опять-таки белки) инициируют процесс удвоения генома. Меняется внутренняя организация клетки. Делятся хромосомы, в которых хранится генетический материал клетки. От деления клетки зависят рост, репарация, регенерация и в конечном итоге репродукция наряду с другими важнейшими процессами жизнеобеспечения.
Я постоянно и давно занимаюсь клетками. И каждый раз, когда я смотрю на них в микроскоп – сияющих, блестящих, живых, – я как бы заново переживаю волнение, которое ощутил, когда увидел их впервые. Днем в пятницу осенью 1993 года, примерно через неделю после прибытия в лабораторию Алана Таунсенда в Оксфордском университете для работы над своей диссертацией по иммунологии, я измельчил мышиную селезенку и поместил этот кровавый суп в чашку Петри с факторами для стимуляции роста Т-клеток. Вернувшись в лабораторию в понедельник утром после выходных, я уселся за микроскоп. Комната была освещена так слабо, что мне не нужно было даже задергивать шторы: в Оксфорде всегда сумрачно (безоблачная Италия словно создана для телескопов, а сумрачная туманная Англия – по-видимому, для микроскопов). Я поместил чашку под объектив микроскопа. Под слоем питательной среды плавали полупрозрачные Т-клетки, которые, я бы сказал, лучились внутренним светом и полнотой – признак здоровых активных клеток. (Когда клетки умирают, это сияние меркнет, клетки съеживаются и становятся зернистыми, “пикнотическими” на языке клеточной биологии.)
“Как глаза, которые смотрят на меня в ответ”, – прошептал я сам себе. И вдруг, к моему удивлению, Т-клетка сдвинулась – намеренно, целенаправленно, в поисках инфицированной клетки, которую она могла бы найти и уничтожить. Она была живая.
Годами позже такое же волнующее и завораживающее ощущение я испытывал, наблюдая за распространением клеточной революции в медицине. Когда я в первый раз увидел Эмили Уайтхед в Пенсильванском университете в освещенном флуоресцентными лампами коридоре рядом с аудиторией, у меня возникло ощущение, что мне позволили войти в некую дверь, отделявшую прошлое от будущего. Прежде чем стать врачом-онкологом, я изучал иммунологию, потом стволовые клетки и, наконец, биологию опухолей[10]. Случай Эмили объединял все эти прошлые жизни, причем не только мои, а, что важнее, жизни и труды тысяч исследователей, глядевших в тысячи микроскопов на протяжении тысяч дней и тысяч ночей. Эмили воплощала наше желание добраться до светящегося сердца клетки и понять ее бесконечно захватывающие тайны. А еще воплощала наше жгучее желание увидеть зарождение новой медицины, клеточной терапии, становящейся возможной благодаря пониманию физиологии клеток.
Встречи с моим другом Сэмом в его больничной палате и наблюдения, неделя за неделей, за его ремиссиями и рецидивами дали мне опыт противоположного рода – не возбуждения, а понимания того, как много нам еще предстоит усвоить и узнать. Меня как онколога интересовали мятежные клетки – которые оказались там, где их не должно было быть, клетки с неконтролируемым делением. Эти клетки нарушают и ниспровергают законы поведения, которые я описываю в этой книге. Я пытаюсь понять, почему и как это происходит. Меня можно назвать клеточным биологом, попавшим в перевернутый мир. И история клетки глубоко вплетена в полотно моей научной и личной жизни.
Пока я активно занимался написанием книги, начиная с первых месяцев 2020 года и закачивая 2022-м, в мире продолжала бушевать пандемия COVID-19. В моем госпитале, в радушно принявшем меня городе Нью-Йорке и на моей родине росло число больных и умерших. К февралю 2020 года койки в отделении интенсивной терапии в Медицинском центре Колумбийского университета, где я работаю, были забиты людьми, захлебывавшимися собственными выделениями, пока аппараты искусственного дыхания прокачивали воздух через их легкие. Начало весны 2020 года было черным периодом: Нью-Йорк превратился в неузнаваемый, продуваемый ветрами мегаполис с опустевшими переулками и улицами, где одни люди шарахались от других. В Индии пик смертности пришелся на год позже, на апрель и май 2021 года. Тела сжигали на парковках, в проходах между домами, в трущобах и на детских площадках. В крематориях печи так часто работали на полную мощность, что прогорали и плавились металлические решетки, на которые клали тела.
Сначала я проводил время в клинической комнате госпиталя, а затем, когда онкологическую клинику урезали до минимума, оставался дома с семьей. Глядя в окно на линию горизонта, я вновь думал о клетках. Об иммунитете и его мятеже. Вирусолог из Йельского университета Акико Ивасаки рассказывала мне, что главной патологией, которую вызывает SARS-C0V-2 (тяжелый острый респираторный синдром коронавируса-2), было “ложное срабатывание иммунной системы” – нарушение регуляции работы иммунных клеток7. Я никогда прежде не слышал этого термина, но масштаб проблемы меня поразил: по сути, пандемия тоже была клеточной болезнью. Да, конечно, был вирус, но вирус без клеток инертен и лишен жизни. Наши клетки разбудили эту “чуму” и дали ей жизнь. Чтобы понять ключевые элементы пандемии, нужно понять не только особенности этого вируса, но также биологию иммунных клеток и причины их недовольства.
Тогда казалось, что все тропинки и нити моих размышлений и самого моего естества опять вели к клетке. Не знаю, я ли дал жизнь этой книге, или это она сама захотела, чтобы ее написали.
В книге “Царь всех болезней” я писал о нашем острейшем желании найти средства для борьбы с раком или для его предотвращения. Книга “Ген” посвящена поискам способов декодирования и расшифровки кода жизни. А в “Песни клетки” мы отправляемся в совсем другое путешествие: к познанию жизни через ее простейший элемент – клетку. Эта книга не о поисках методов лечения и не о расшифровке кода. Здесь нет одного явного злодея. Главные герои стремятся понять жизнь через понимание анатомии, физиологии и поведения клеток и их взаимодействия с соседними клетками. Понять музыку клетки. А их медицинские цели заключаются в поисках методов клеточной терапии – возможностей использовать строительные кирпичики человеческого тела для перестройки и обновления людей.
В этой связи я посчитал нужным выбрать не хронологический, а иной порядок изложения. Каждая часть книги затрагивает то или иное важнейшее свойство сложных живых организмов и исследует его историю. Каждая часть освещает одно фундаментальное свойство жизни (воспроизводство, автономность, метаболизм), связанное с определенной системой клеток. И каждая описывает зарождение какой-то новой клеточной технологии (например, пересадку костного мозга, искусственное оплодотворение, генную терапию, глубокую стимуляцию мозга, иммунотерапию), возникшей благодаря нашему новому пониманию клеток и поставившей под сомнение наши представления о строении и функционировании человека. Эта книга – тоже сумма частей: мировая и личная история, физиология и патология, прошлое и будущее (а также история моего становления в качестве клеточного биолога и врача) сливаются в ней в единое целое. Такая вот клеточная организация, если угодно.
Я начал работать над этой книгой зимой 2019 года и собирался посвятить ее Рудольфу Вирхову. Меня вдохновляет этот прогрессивный, скромный и мягкий человек, немецкий врач и ученый8, который противостоял патологическим социальным движениям своего времени, пропагандировал свободу мысли, защищал идею общественного здравоохранения, презирал расизм, издавал журнал, проделал самостоятельный и уникальный путь в медицине и предложил рассматривать заболевания органов и тканей как результат нарушения функций клетки – он назвал это “клеточной патологией.
Но в итоге я посвятил ее моему другу и пациенту, которого лечили от рака с помощью нового варианта иммунотерапии, и Эмили Уайтхед; такие пациенты позволяют по-новому понять функцию клеток и клеточную терапию. Они были одними из первых пациентов, для лечения которых мы пытались использовать клетки, превращая клеточную патологию в клеточную медицину – с переменным успехом. И поэтому данная книга посвящается им и их клеткам.