Представьте, что вы — скромная стволовая клетка. У вас нет ни профессии, ни жизненного плана, только безграничный потенциал и судьба, прописанная в ДНК. Вы — клеточный вариант выпускника школы, который еще не определился, кем хочет стать. Однажды внутренний голос (он же молекулярный сигнал) шепчет вам: «Поздравляю, ты будешь нейроном». И начинается гонка, сложнее любого квеста, итогом которой станет… способность человека решать кроссворды или забывать, зачем он пришел на кухню.
Именно этот эпический путь от бесформенной клетки-новичка до высокоспециализированного жителя нашего черепа впервые нанесли на карту ученые. В рамках грандиозного проекта BICAN, стоимостью в полмиллиарда долларов, исследователи представили миру первый подробный атлас развития мозга. Коллекция из пяти статей в журнале Nature — это не просто сухая наука. Это комедия положений, разворачивающаяся на молекулярном уровне, сценарий которой пишется вот уже миллионы лет.
Клеточные дневники и ДНК-штрихкоды
Если раньше ученые наблюдали за развитием мозга, как за стройкой через забор в густом тумане, то теперь они получили пропуск на объект, чертежи и дневники каждого рабочего. Команда Хункуй Цзэн из Института Аллена создала невероятно детализированную карту развития зрительной коры мыши, отследив судьбу 568 654 отдельных клеток. Получился настоящий «клеточный мегаполис» с 148 районами (кластерами) и 714 микрорайонами (подтипами).
Но самый остроумный метод применила группа Томаша Новаковски из Калифорнийского университета. Они взяли клетки-предшественники из мозга человеческих эмбрионов и… внедрили в них уникальные ДНК-штрихкоды. Представьте: каждая клетка-мать получает свой собственный, не стираемый QR-код. Когда она делится, этот код копируется и передается всем ее детям, внукам и правнукам. Ученые могут проследить всю генеалогическую ветвь и с удивлением обнаружить, что, скажем, нейрон, отвечающий за любовь к котикам, и нейрон, заставляющий вас петь в душе, — двоюродные братья, вышедшие из одной клетки-прабабушки.
Большой брак и переключение на тормоза
И что же мы узнали из этих клеточных дневников? Оказывается, развитие мозга — это не плавный, отлаженный процесс, а скорее спешка в последний момент с постоянными коррективами. Один из ключевых сюрпризов: нейроны продолжают активно искать себя и после рождения. Особенно в тот момент, когда новорожденные мышата впервые открывают глаза. Можно представить их изумление: «О, так вот как выглядит мир! Срочно перепрофилируем нейроны 15-го сектора с анализа запаха сыра на распознавание кошачьей тени!»
Еще более ироничное открытие касается человеческого эмбриона. До 20-й недели беременности клетки-предшественники с энтузиазмом штампуют возбуждающие нейроны — те самые, что отвечают за импульс «сделай это!». Но после 20-й недели происходит нечто вроде коллективного прозрения. Клетки будто осознают: «Стоп, а кто будет говорить «не надо»?» И конвейер переключается на производство тормозных нейронов. Получается, что наша внутренняя система «газ-тормоз» закладывается еще в утробе, и у некоторых счастливчиков «тормозные» коллеги с самого начала работают с прохладцей.
Загадки без инструкции
«На самом деле мы не знаем, что управляет всеми этими программами развития и переключателями», — с обаятельной честностью признается Новаковски. И в этом заключается главный сюр. Мы смогли составить карту невероятной сложности, но все еще не понимаем, кто водитель этого автобуса и по какому расписанию он едет.
Почему одна клетка становится астроцитом, а ее соседка — олигодендроцитом? Почему у людей этот процесс такой неторопливый и затяжной по сравнению с мышами? Возможно, это эволюционный способ заложить больше потенциала для ошибок, которые мы потом называем «творческим мышлением» или, скажем, «верой в плоскую Землю».
Эти атласы, безусловно, «очень ценный инструмент» для поиска причин таких заболеваний, как аутизм и шизофрения. Теперь ученые могут заглянуть в самое сердце формирующегося мозга и найти тот самый момент, когда «проводка» пошла не по плану. Но параллельно они, возможно, найдут и объяснение, почему один мозг рождается с тягой к высшей математике, а другой — с необъяснимой любовью к просмотру сериалов запоем.
В конечном счете, эта грандиозная работа напоминает нам, что самый сложный объект во Вселенной, способный созерцать сам себя, строится по чертежам, полным загадок. И пока ученые разгадывают эти головоломки, наши собственные, уже построенные мозги, могут с легкой усмешкой оценить тот причудливый и слегка абсурдный путь, который проделала каждая их клетка.
Об авторе
