Вадим Репин
Джеймс Уотсон (слева) и Фрэнсис Крик возле собранной ими первой модели двойной спирали ДНК. Кембридж, Кэвендишская лаборатория, 1953 г.
Средневековая поэзия французских менестрелей и немецкого рыцарского романтизма была пронизана навязчивыми поисками обетованной земли – Священного Грааля (Holly Grail), за стенами которого упрятаны тайны неиссякаемой молодости и вечных кругов самообновления. В ту эпоху рецепты бессмертия искали не только ясновидением, воображением, сеансами медитации, но и с помощью разума, замешанного на любознательности. После открытия Америки первые мореплаватели распространяли слухи о «фонтанах молодости», обнаруженных в Новом Свете.
Легендарный Леонардо да Винчи в XV веке был одержим поисками законов возникновения и исчезновения индивидуальной жизни. Он первым в Европе получил от Ватикана разрешение на вивисекцию умерших. На основе его рисунков Везалий опубликовал первый анатомический атлас. На вскрытиях Леонардо пытался подсмотреть, каким образом совершается соитие Духа и Плоти. Благодаря Леонардо морфология стала первой королевой медицины. Но даже этот гигант не мог вообразить, сколько ступеней сложностей разделяют руки Природы и руки гения.
═
Хозяева биологического дома
═
Эпоха Возрождения породила главный вопрос, бурно стимулировавший развитие гуманитарных наук. Что такое приватизированное существование, имеющее фамилию, имя и отчество? Как устроен дом, в котором существует и развивается наше драгоценное «я»? Где прописана мысль, психика, память, другая нематериальная «половинка» нашей персоны, вечно ускользающая от «общака» законов физики, пространства и времени? С таким личным вопросом можно было обращаться лишь к текстам Библии и других священных книг.
Много поколений наука не имела ключей либо даже замочной скважины заглянуть в интерьеры плоти, живущей двойной жизнью. Лишь в конце ХХ века с помощью молекулярной биологии и генетики мы перестали быть приглашенными фасадными гостями. Компьютерное «микровидение» позволило кое-что увидеть даже в живых клетках. Хотя сами ученые пока еще не стали полноценными хозяевами своего биологического дома, но новая стратегия изучения и визуализации содержимого клеток, новые средства биоинформатики дали на порядки больше, чем вся предыдущая описательная, часто умозрительная биология.
Наш типовой дом – организм собран из десятков триллионов клеток с разнообразными функциями. Пока наш разум напрямую не в состоянии оценить всю мистерию событий в клетках (хотя многое удалось увидеть с помощью компьютерного зрения и нанотехнологий). Методы клеточной биологии (изучения живых клеток) позволили лучше рассмотреть динамические схемы устройства, найти источники и движущие силы постоянного самообновления клеток в органах.
═
Клетка – стык мира молекул и мегабайтов
═
Одновременное существование клеток в мире веществ и программ делает изучение клеток средствами одного прибора или метода неэффективным. ДНК вне клетки – это просто химия полимеров. Нет живых клеток без программ и «читателей», записанных в генах. Эта аксиома распространяется на весь мир одноклеточной и многоклеточной жизни нашей планеты.
Все клетки нашего тела – временные жильцы организма. Каждую минуту в нашем теле умирает 300 млн. клеток, за сутки – около 7х1010 клеток. За 70 лет жизни клеточный состав наших органов меняется многократно. Эти метаморфозы не создают проблем для нашей личности. Наш разум, эмоции, вкус, предпочтения, как и другие тончайшие отпечатки нашей уникальной индивидуальности, автономны от устройства наших органов и происходящих в них событий. Тысячи пациентов после пересадки органов не имели проблем с самоидентификацией.
Такая независимость от плоти и сомы объясняется тем, что все программы жизнедеятельности постоянно и своевременно переносятся на новые поколения клеток. Клетки-чипы меняются, но территории и высшие интересы организма остаются. Клетки в каждом нашем органе – средство, а не самоцель существования.
На разных стадиях индивидуального развития клетки с идентичным геномом функционируют по разным программам. Наиболее примитивно устроенные бактерии с циклом жизни 20 минут – серийные репликаторы новых и новых копий ДНК из подсобных веществ почвы и энергии солнечного света. За многие миллиарды лет геном бактерий во взаимодействии с геномом вирусов создал великую энциклопедию генов на Земле, которые в более поздние стадии эволюции с большой эффективностью использовались для конструкции генома многоклеточных.
Повторяя эволюцию, ранние зародыши человека и млекопитающих в информационно бедной среде также сначала лишь серийно размножаются в виде незрелых клеток. И только когда зародыш достигает 600-клеточной стадии, начинается интенсивная трехмерная жизнь белков в клетках, появляется множество новых функций. Взаимодействуя друг с другом, клетки начинают строить временные провизорные органы. Оплодотворенная яйцеклетка, «нафаршированная» информационными сетями и огромным набором РНК-копий ранних генов, в сравнении с зародышем на стадии органогенеза представляется глазу обывателя разными проектами жизни. Как в этом океане молекулярно-генетического и клеточного разнообразия отбирается и консолидируется тот главный костяк, который называется – индивидуальная биологическая жизнь? Что соединяет в одно непрерывное целое оплодотворенную яйцеклетку-зародыш-взрослый организм? На каком «шампуре» держится индивидуальное существование, когда каждые 7–8 лет наши главные органы состоят из новых клеток?
Сам Дарвин многократно пытался найти место индивидуальной биологической жизни, которую определял как комплекс варьирующих признаков над неизменной сутью вида. Однако его теория делала микромасштаб штучной жизни простой случайностью. Не нужно забывать, что 99,7% времени наша планета существовала без высокоразвитых форм жизни. История человечества – это всего лишь последние 10 тысяч лет. Информационная цивилизация началась в ХХ веке. Это многое объясняет.
═
Индивидуальная биология в инфосистемах
═
Несмотря на прогресс геномики и сопряженных областей, концепция индивидуальной жизни человека остается в «серой зоне» современной биологии. Тут на главные вопросы отсутствуют простые и четкие ответы. Как, когда и при каких условиях организованная сеть молекул, кругооборота веществ и клеток переходит в существо? Почему оплодотворенная яйцеклетка, зародыш, плод и взрослый организм имеют плохо очерченный биологический, биоэтический и юридический статус? ООН и Совет Европы в наше время выпустили много документов относительно прав, свобод, автономности и достоинства человека. Однако биологический, юридический и биоэтический статус индивидуальной жизни прописан противоречиво.
Биологическая платформа новой жизни и новой личности трактуется в разных странах и культурах неоднозначно по многим причинам. Нет общепринятых критериев для оценки начала новой жизни, организма, индивида, персоны и личности с учетом динамики и перспективы неизбежного перехода биологии в социологию. В самой фундаментальной биологии размыты критерии, количественная и качественная маркировка фаз онтогенеза био-, психо-, физиолого-культуральной идентичности. Интегральные феномены индивидуальной жизни, ее потенциальных и актуализированных проявлений неудовлетворительно формализованы, в том числе на уровне официальных документов ООН, других международных организаций. По-прежнему здесь преобладают мнения, а не стандартные обязательные нормы знаний.
Иммунная система индивидуального человека наиболее четко маркирует границы индивидуальной биотерритории. Однако иммунная система не накладывает «вето» на выгодный симбиоз клеток бактерий и клеток человека в кишечнике и на кожных покровах. Известно также, что в ходе беременности клетки плода химеризуют органы матери. Эти события могут иметь разные последствия для организма. Наконец, пересадки органов доказывают, что организм способен использовать чужие клетки и организовывать «рабочий симбиоз».
Открытие стволовых клеток и их удивительных свойств резко стимулировало дискуссию о пространственных и временных границах существования личности, смысла индивидуальной истории и предназначении человека. Стволовые клетки приоткрыли неожиданные, практически беспрецедентные потенции генома индивидуума. Эти реалии оказались неожиданными как для теологов, так и для атеистов.
Сторонники атеизма и глобальной эволюции, опирающиеся на доказательную базу, находили сухой остаток индивидуальных циклов жизни только на кругах эволюции. Каждый индивид – лишь временное устройство с одной лицензией – передачи генов потомству. Причем эта прерогатива принадлежит лишь части половых клеток, которые не являются полной библиотекой генома индивидуума.
Эволюция в таком прочтении обессмысливает любой проект и вклад индивидуальной жизни вне цикла половых гамет и репродуктивной функции. Как писал сам Дарвин, «если начало любых любовных историй (от смешных до трагичных) принадлежит человеку, то их конец принадлежит только эволюции». В информационно бедных системах любая биологическая борьба за выживание, за средства доминирования и место под солнцем остается топтанием на месте. Режим войны неэффективен энергетически и информационно. Он игнорирует гигантские скрытые потенции уже созданных геномов. Только в информационно богатых системах война заменяется тотальными сетями сотрудничества во имя созидания, а не разрушения.
Режим дарвиновской борьбы уничтожает смысловую преемственность прошедшего, настоящего с будущим. В дарвиновском сценарии цена прожитой/полупрожитой жизни – ноль, ибо смысл лишь в перспективе больших чисел.
В информационно богатой среде человек и другие виды перестают быть «лопатой» и «строительной глиной» эволюции (экономических систем). Судя по последним данным, биологическая эволюция человека уже делает первые шаги в новом витке проб и ошибок. Есть некоторые основания предполагать, что эти биоизменения маркируются новым стилем жизни и деятельности человека.
═
Индивидуальная жизнь, созданная в лаборатории
═
Стволовые клетки взрослых особей – новые игроки персонифицированной биологии.
В конце прошлого столетия, когда были изолированы в культуру бессмертные эмбриональные стволовые клетки из зародышей, сложилось впечатление, что ученым в руки попал лабораторный двойник оплодотворенной яйцеклетки. Следовательно, эти клетки открыли дорогу к повторению лабораторного эмбриогенеза и получению неограниченного числа нейронов, сердечных, мышечных и других клеток для починки или своевременного обновления клеток органов.
Быстро стали развиваться технологии получения двойников-зародышей из генома уже живших людей для терапевтического или репродукционного клонирования.
Но эти суррогатные технологии создания ранних форм альтернативной лабораторной жизни в обход половых клеток, в обход естественных процессов оплодотворения натолкнулись на мощный общественный протест, возникший не только из соображений биоэтики, но и непредсказуемых прогнозов для интересов самой цивилизации и биологии. Имеется в виду непропорционально быстрое развитие сферы частных биологических услуг для богатых и рождение новых социальных дисбалансов. Как известно, большинство стран наложили постоянное или временное вето на репродуктивное клонирование и манипуляции с ранними формами жизни человека.
В первом десятилетии нашего века сразу в нескольких лабораториях разных стран были открыты «залежи» так называемых мультипотентных стволовых клеток (двойников оплодотворенного яйца, зиготы) – в мышцах, коже, жировой ткани и других тканях взрослых людей. Эти «резервные» индивидуальные стволовые клетки находятся в законсервированном состоянии. В отличие от обычных региональных стволовых клеток они практически не участвуют в обновлении клеток органов. Большинство «депо» этих латентных клеток локализованы не в функциональной части ткани (паренхиме), а в так называемой мезенхимальной строме органов, по которой проходят сосудистые, лимфатические и нервные коммуникации организма.
Этот фантастический банк с геномом очень незрелых эмбриональных клеток – крупнейшая сенсация в биологии после открытия двойной спирали ДНК и законов наследственности. Геном законсервированных стволовых клеток взрослых тканей находится в полностью инактивированном состоянии. Эти клетки можно сравнить со спорами бактерий или растений, которые десятилетиями находятся в состоянии анабиоза. Лишь при резком изменении внешних условий они возвращаются к текущей жизни, начинают реагировать на внешние сигналы, размножаться, дифференцироваться.
Ультраструктура этих «дормантных» стволовых клеток была изучена под электронным микроскопом. Под большим увеличением удалось идентифицировать трехслойный «молекулярный скафандр», прочно изолирующий эти клетки от внешних воздействий. Протоплазма этих «дремлющих» стволовых клеток содержит необычно высокие концентрации белков. С какой целью природа придумала этот особый вариант длительно законсервированных мультипотентных стволовых клеток в каждом индивиде явно не для текущих ординарных задач?
Высший информационный промысел
Сейчас идут горячие дискуссии как по поводу происхождения, так и предназначения этого «неприкосновенного запаса» стволовых клеток каждого взрослого человека. И это неудивительно, ведь мультипотентные стволовые клетки имеют беспрецедентный геномный потенциал.
В сентябре прошлого года я был приглашен Всемирным Советом Церквей, учеными и религиозными деятелями США с докладом на эту тему в США на конференцию о будущем и биоэтике стволовых клеток, которая была организована в главном здании National Methodist Church в Вашингтоне. На этой конференции присутствовали не только крупнейшие ученые, но и ведущие философы университетов, представители церквей и конфессий.
В своем докладе я резюмировал аргументы в пользу того, что эволюция на Земле с помощью человека и порожденной им информационно-технологической сферы достигла качественно новой стадии развития информационно богатых систем. Режим непрерывной дарвиновской конкуренции за каждодневное выживание с помощью «клыков и зубов» сменился выживанием человека в информационных системах. Человечество как уникальное информационное сообщество Земли экспоненциальными темпами формирует электронную базу для прогресса и самостабилизации.
Однако одним из лимитирующих факторов формирования такой системы стал короткий активный цикл индивидуумов (экспертов), накапливающих беспрецедентный талант, выполняющих роль незаменимых soft-makers динамично развивающихся систем. Подсчитано, что лучшие эксперты транснациональных компаний успевают передавать компании не более 5% знаний и правильных решений. Как известно, логическая индукция и интуиция к принятию сверхценных решений пока не моделируется искусственным интеллектом. Буквально: человеческая природа, возможности индивидуальных геномов на этой стадии развития инфоцивилизации, становятся лимитирующим фактором прогресса. Увеличение продолжительности существования главных soft-makers оказывается в фокусе современного витка эволюции. При этом надо понимать, что сама эволюция в информационно богатых циклах перестает быть слепой и неуправляемой.
Серийное масштабирование клеток-дублеров зиготы на стадиях эмбриогенеза – создание сетей-дублеров индивидуального эмбриогенеза – решает одновременно много проблем в отношении долголетия и защиты от преждевременного старения индивидуального организма.
Во-первых, новые резервы законсервированных полипотентных стволовых клеток необходимы для борьбы с молекулярными поломками ДНК. Только кислород-индуцируемые поломки первичной структуры ДНК идут с частотой 10000/клетку. В каждой клетке – 3 млрд. азотистых оснований ДНК. Всего в организме – 100 трлн. клеток. Клетки кишечника, например, полностью сменяются за 10–12 дней; кожи – за 3–4 недели; крови – за месяц; сердца, печени – за несколько лет. Поскольку поломки ДНК возникают на порядок чаще в интенсивно разрастающихся клетках тканей организма – дочерей и внучек стволовых клеток, – в организме периодически нужна «большая стирка» с заменой работающих пулов стволовых клеток. Резервные стволовые клетки, локализованные в мезенхиме взрослой ткани, выполняют роль такого «неприкосновенного запаса», особенно в ситуациях сохраняющихся вирусных инфекций организма, повышенной радиации, воздействия мутагенов, угрожающих безошибочному самообновлению клеток. Болезни сердца, сосудов, печени, других главных органов, обусловленные аномалиями самообновления клеток, удается своевременно купировать новыми резервами региональных стволовых клеток, которые можно создать из этого «неприкосновенного запаса» мультипотентных стволовых клеток взрослой мезенхимы.
В этих новых условиях биологическое индивидуальное я становится частью инфо-симбионта-корпорации, имеющей более сложные долгосрочные цели. Уже сейчас разные электронные двойники биологической начинки человека работают в информационных сетях.
Новый режим выживания людей в информационно богатых системах требует от организма и клеток большей функциональной гибкости и приспособляемости. Этого проще и эффективнее всего достичь с помощью нового резерва «наивных» неиспользованных запасов мультипотентных незрелых стволовых клеток, наделенных пластичностью – способностью превращаться в любой класс (линию) специализированных клеток.
Мультипотентные стволовые клетки взрослых – это мини-компактные диски не видовых, а индивидуальных софтов, в которых акцент делается на новые качества биомегабайтов внутри динамически развивающихся информационных систем. Индивидуальное служит целой системе, но получает биологическое вознаграждение в виде продления сроков приватизированного существования (творчества).
═
На новом витке двойной спирали
═
На упомянутой мною выше конференции много внимания уделялось вопросам биоэтики экспериментов с аутогенными взрослыми мультипотентными стволовыми клетками. Наиболее приемлемый путь пионерских экспериментов – это опыты ученых на себе. Наши предшественники Мечников, Минковский заражали себя лабораторными культурами микробов, чтобы идентифицировать возбудителя заболевания. Я также проделывал эксперименты с изолированными стволовыми клетками на самом себе. Большинство биоэтиков, присутствовавших на конференции, были согласны, что ученый имеет моральное право во имя интересов науки использовать свою индивидуальную биотерриторию для проведения экспериментов.
Выдающийся физик нашего времени, англичанин Стивен Хокинг, всегда был активным сторонником форсированного развития программы «Геном Человека», опережающего развития биоинформатики в эпоху бурного прогресса компьютерных и электронных технологий. Изменение биоинформационных оболочек невозможно без укрепления стабильности биоплатформы (человеческого тела), в том числе – увеличение независимости этой биоплатформы от фактора времени. Хокинг – горячий сторонник использования потенции стволовых клеток для форсированного улучшения клеток организма (в принятой нами компьютерной аналогии – харда, «железа», «устройства»), улучшающего качество и увеличивающего долголетие индивидуальной жизни.
Сандра Дэй Оконнор, блестящий биоэтик современности, утверждает, что центральным вопросом западной свободы и демократии является право новой формулировки концепции индивидуального биологического существования. Наступило время глубоких размышлений относительно законов потенциального и активного существования индивидуальной биологической информации, возможных корректных способов манипуляции с этим уникальным природным ресурсом.
Индивидуальная Жизнь начинает обрастать новыми загадками, находками и легендами в новых витках убегающей вперед цивилизации и эволюции.
