Я знала, что клеткам мышиных и человеческих эмбрионов присуща пластичность в вопросах окончательного превращения в конкретный тип клеток. Я хотела понять базовые механизмы этой пластичности, чтобы посмотреть, соответствуют ли они математическим моделям формирования узоров, предложенных Тьюрингом.
Для этого мне надо было пометить клетки, чтобы несколько дней следить за ними и их потомками в развивающемся мышином эмбрионе. Раньше такого никто не делал, и GFP казался мне идеальным помощником. Но прежде всего мне нужно было заставить его светиться в эмбрионе млекопитающего. Тогда этот подвиг еще никому не удавался, поэтому у меня не было готового решения. И как обычно бывает, когда пытаешься сделать что-то в первый раз, у меня ничего не вышло.
Примерно в то время на мою работу обратил внимание Джон Гёрдон. Он был руководителем института, в котором я работала, — Британского института клеточной биологии и онкологии под патронажем благотворительных фондов Wellcome Trust и Cancer Research (переименованного в 2004 году в Институт имени Джона Гёрдона). Считалось, что Джон бился над биологическими загадками еще в школьные годы в Итоне, а к исследованиям приступил в Оксфордском университете в 1950-х, задавшись одним из важнейших фундаментальных вопросов: действительно ли все клетки тела имеют одинаковый набор генов [5]? В 1966 году Джон сообщил, что, пересадив ДНК из ядра клетки молодой лягушки в энуклеированные (лишенные ядер) яйцеклетки, он создал еще одну лягушку. Позже он написал: «Среди всех проведенных нами экспериментов этот, вероятно, является самым важным, ведь он доказывает, что клетка может пройти специализацию и все-таки... [сохранить] весь генетический материал, необходимый для создания полноценного, половозрелого индивидуума... Клонирование дифференцированных и, по всей видимости, даже зрелых клеток как минимум теоретически возможно» [6].
На мой взгляд, это был один из важнейших онтогенетических экспериментов двадцатого века, поскольку он показывал, что дифференциацию клетки можно обратить вспять. Помимо разных научных последствий, этот факт, несомненно, означает, что Джон был пионером клонирования. Учитывая его высокое звание и мой низкий статус, наша встреча, не говоря уже о беседе, казалась маловероятной.
Но однажды, когда я выходила из аудитории, Джон вежливо спросил, над чем я работаю. Я описала ему свои попытки заставить GFP светиться в организме мыши, чтобы с его помощью можно было увидеть активацию отдельных генов и проследить, каюте клетки становятся частью мышиного эмбриона.
Джон был заинтересован. Ему понравилась задача, и он тоже считал ее важной. Кроме того, он уже знал, как заставить продукты гена работать в организме лягушки: суть в том, чтобы вводить в клетку не сам ген, а синтетическую РНК — транскрипт гена, используемый клеткой для синтеза белка. Имплантированная РНК через несколько часов давала нужный эффект. Эта короткая случайная встреча стала поворотным моментом в моем исследовании.
На следующее утро, придя в лабораторию Мартина, я обнаружила на столе записку. В ней Джон просил меня встретиться и за чашкой чая обсудить GFP. Можем ли мы «настроить» GFP и для его лягушачьих эмбрионов? Так началась наша совместная работа, утомительная рутина которой переходила изо дня в ночь.
Моя жизнь распределилась между исследованием клеток мышиных эмбрионов в лаборатории Мартина Эванса и ночными исследованиями лягушачьих эмбрионов в лаборатории Джона Гёрдона. У обоих проектов была одна цель: найти такой способ окрашивания клеток, который не мешал бы нормальному развитию эмбриона и в то же время действовал как маркер, позволяющий отследить превращение клеток эмбриона в разные типы.
В Кембридже мне посчастливилось трудиться бок о бок со многими выдающимися учеными. Я познакомилась с Джоном Пайнзом и Джимом Хэйзелоффом, которые пытались сделать GFP более устойчивым, изменив участок гена, отвечающий за скорость разрушения этого белка. Я помню долгие часы, которые провела в лаборатории Джона, обсуждая способы преодоления последней неудачи и стараясь научиться у него мастерству разрезания и сшивания ДНК. В итоге мы создали такой вариант GFP, который флуоресцировал при более высоких температурах, характерных для организма млекопитающих. Когда я ввела его в клетки мышиного эмбриона, они засветились зеленым. Джон назвал этот белок
Бывало, закончив работу с мышиными эмбрионами в лаборатории Мартина, когда большинство моих коллег расходились по домам, я спускалась вниз, в лабораторию Джона Гёрдона, чтобы проанализировать лягушачьи эмбрионы, в которые он уже ввел разные варианты GFP для проверки. Поскольку в то время он был Магистром колледжа Магдалины, он исчезал в полседьмого вечера, чтобы возглавить ужин за Высоким столом[4].
И пока Джон сидел на официальном ужине с коллегами, я рассматривала его лягушачьи эмбрионы под конфокальным микроскопом, который увеличивал разрешение, собирая на специальной фокальной плоскости свет от изучаемых образцов. Здесь это был первый и единственный такой микроскоп, поэтому он находился в постоянном использовании, и я резервировала его на вечернее время. После ужина Джон заходил посмотреть на наши результаты. Иногда он был в красном костюме с черным галстуком или огромной красной бабочкой. Учитывая его рыжеватую шевелюру, в таком наряде он был похож на инопланетянина.
Так мы сотрудничали многие месяцы. Мы хорошо ладили, хотя наши жизненные истории сильно отличались. Джон Гёрдон получил образование в Итоне и был родом из привилегированной семьи. Ну а я, хотя и происходила из благородной польской семьи (так называемой шляхты), мои родные все потеряли во время войны, я училась в государственной школе коммунистической страны, где все должны были быть одинаковыми, без всяких богатств или привилегий. Джон был не только добрым и мыслящим, но и авантюрным. Однажды утром он повез меня на красном спортивном автомобиле любоваться природными красотами весенней Англии, и я внезапно обнаружила себя в дендрарии, гуляющей по чудесному ковру из колокольчиков. В другой раз я уговорила Джона сходить на понравившийся мне фильм, который посмотрела предыдущим вечером. Думаю, он согласился просто из вежливости. Позже он признался, что это был его первый поход в кинотеатр. Мы посмеялись над этим случаем, который был еще одним примером того, насколько мы были разными. Но мы интересовались жизнью друг друга и поэтому подружились. Вспоминая те годы, я осознаю, что Джон был моим наставником. Он несколько раз по-отечески вмешивался, спасая меня от ошибок и помогая принять многие трудные решения, не только научные, но и личные. Я очень эмоциональный человек (как говорится, нельзя покорить поляка силой, только сердцем), в то время как Джон был довольно рациональным [7]. Порой мы бесконечно дискутировали, пытаясь понять друг друга.
Хотя моей основной работой было использование GFP для изучения развития эмбрионов мышей, своим первым реальным прогрессом в Кембридже я обязана подработкам с лягушачьими эмбрионами. В рамках нашего соглашения Джон показал мне, как имплантировать GFP путем введения в лягушачьи клетки синтетических посланников для соответствующих генов. Его персональное попечительство было чрезвычайно полезным. В работе эмбриолога много искусства и ловкости. Наблюдать выполнение технического приема (и на гораздо более крупных лягушачьих клетках) намного полезнее, чем попытки представить весь процесс по сухим книжным указаниям, зачастую лишенным важных подробностей.
В конце концов нам удалось получить зеленый флуоресцентный маркер и применить его для визуализации развития мышц лягушки. Джон увлекся этой работой (к тому же проложившей путь к успешному использованию GFP у млекопитающих) и прямо во время службы в университетской часовне набросал карандашом подробный план научной статьи, описывающей наши результаты.
Думаю, это был подходящий фон для наших откровений о сотворении лягушки, наполненных ранее неизвестными деталями онтогенетического развития. Привычная к неспешному ритму описания научных результатов в Польше, я удивилась тому нетерпению, с которым Джон хотел опубликовать статью раньше всех. Как он сказал, «когда речь идет об открытии, нет никакой второй статьи, только первая». Статья, словно подарок, появилась на страницах журнала
Затем я успешно применила GFP в исследовании мышиных эмбрионов, хотя к тому времени другие ученые без моего ведома успели опробовать этот маркер на клетках млекопитающих [9]. Наверное, из-за того, что они не использовали GFP для изучения яйцеклеток или эмбрионов, я и Мартин ничего не знали об их работах.
Джон Пайнз первым показал мне, как улучшить текст моих научных работ. Наша первая совместная статья описывала применение
Но статья не рассказывала обо всем, что мы обнаружили. Эта первая работа по отслеживанию клеток в живом эмбрионе вызвала не только изумление, но и тревогу. Когда я маркировала в случайном порядке клетки эмбрионов на двух- или четырехклеточной стадиях, я видела, что клетки не вели себя как идентичные друг другу. Они противоречили общепринятому представлению о том, что «разум» первых клеток эмбриона совершенно одинаков и чист. Я предусмотрительно не включила свое открытие в статью для Development и сосредоточилась на описании новой технологии отслеживания.
Но я не могла забыть об этих неожиданных результатах и обсудила их с Джоном. Если обе клетки в эмбрионе двухклеточной стадии и все четыре клетки в эмбрионе четырехклеточной стадии являются идентичными, они должны случайным образом вносить вклад в создание разных частей эмбриона на последующих стадиях. Именно так мой наставник Тарковский интерпретировал результаты новаторского эксперимента 1959 года. Однако это никак не вязалось с моими результатами.
А потом я нашла зацепку, факт, которым пренебрегали при объяснении более ранней работы. Если разделить двухклеточный эмбрион на две отдельные клетки, только одна будет развиваться в целую мышь. Многие пытались превратить две половинки двухклеточного эмбриона в двух мышей, включая ведущих онтогенетиков Энн Макларен и Джинни Папайоану, к которым я вернусь позже. Их эксперименты либо провалились, либо имели крайне низкие показатели успеха. Мы все думали, что проблема была в технике выполнения, а не в различиях между этими ранними клетками. Но что, если мы упустили нечто большее? Что, если в двухклеточном эмбрионе только одна клетка является действительно тотипотентной и поэтому, в отличие от второй клетки, может создать как плаценту, так и сам эмбрион? Если все правда, то изучение этих клеток позволит понять саму тотипотентность и то, когда и как она утрачивается в первый раз.