Scientific.ru
Статьи и очерки
Нобелевские портреты.
Физиология и медицина - 2002.

Джон Салстон.
(Часть 2)

20.04.2003

"Когда мы разгадаем червя - мы поймем жизнь."
Джон Салстон.

Джон Салстон

Для того, чтобы выполнить задуманное, необходимо было проследить, как в процессе развития личинки появляется каждая из 302 клеток нервной системы взрослого червя. Сделать это пытались и до Салстона. В попытках выяснить происхождение клеток взрослого червя ученые полагались на изучение срезов тканей: окрашивали их красителями и рассматривали под микроскопом. Некоторые пошли дальше, решив изучать непосредственно сам процесс развития, для чего использовались видеокамеры, подключенные к компьютерам. Однако низкая разрешающая способность техники того времени не позволяла проследить все детали.

Салстон с самого начала избрал наиболее простой, но в то же время самый утомительный и казавшийся безнадежным способ: пользуясь тем, что тело червя прозрачно, он стал наблюдать за превращениями клеток в обычный оптический микроскоп. "Я решил, что могу справиться с задачей, просто рассматривая червя. Так я и сделал. Раньше никто не верил, что это возможно".

В рабочем кабинете Салстона до сих пор стоит одна из его любимых "игрушек" - зеленый немецкий микроскоп, позволивший решить загадку происхождения "клеточных линий" C. elegans. Он оборудован специальной насадкой, позволяющей видеть границы раздела фаз (к которым относятся и клеточные мембраны) более контрастно, как своеобразный "барельеф". Салстон помещал личинку червя в центр специально подготовленного для него "газона" из бактерий, чтобы червь не уползал в поисках пищи из поля зрения микроскопа. Теперь подопытные могли мирно "пастись" на отведенном для них месте, а Салстон получил возможность их неспешно и детально рассматривать "изнутри". Увиденное он зарисовывал разными цветами. В результате на бумаге появлялась диаграмма, отражающая развитие тканей личинки в пространстве и времени. Джон Салстон

Метод, выбранный Салстоном, несмотря на простоту, оказался чрезвычайно удачным. В самом начале своих исследований, наблюдая за формированием нервной системы у личинки, он смог увидеть, как появились десять новых клеток. Воодушевленный таким успехом, Салстон взял микроскоп домой и просидел за ним все выходные напролет, отрываясь лишь на пару часов по утрам, чтобы поспать. После того памятного уик-энда он сообщил коллегам две вещи: во-первых, что он проследил полное развитие брюшного отдела нервной системы, и во-вторых, что лучшее место для хранения червей в холодильнике - в отделении для овощей, под салатом-латуком.

Следующие полтора года Салстон провел у любимого микроскопа: каждый день - восемь часов наблюдений. В результате было разгадано происхождение всех клеток C. elegans от личинки до взрослого червя. Затем, "просидев" еще полтора года, Салстон с коллегами заполнили последний пробел в цикле развития C. elegans, описав развитие червя внутри яйца, с момента оплодотворения до вылупления личинки. Они проделали грандиозную работу, требовавшую почти сверхчеловеческой концентрации внимания, поэтому не было бы большим преувеличением сказать, что свою часть Нобелевской премии Салстон получил также "за усидчивость и долготерпение".

Джон Салстон стал первым человеком, который смог описать процессы клеточного развития, просто наблюдая за живым многоклеточным организмом. В результате он выявил несколько принципиально важных "правил развития". Оказалось, что развитие C. elegans контролируется чрезвычайно строго и не допускает ни малейшей анархии или "импровизаций". Судьба каждой клетки червя, начиная с оплодотворенного яйца, строго определена (инвариантна), так что можно заранее сказать, какие и сколько клеток образуются из клетки - родительницы. Как результат, формируется организм, состоящий всегда из строго постоянного количества клеток (в отличие от высших животных, где место "импровизациям" развития все же находится).

На самых ранних этапах своих наблюдений Салстон заметил, что в процессе развития клетки личинки не только делились (размножались), но и умирали, причем самое удивительным было то, что смерть их не была вызвана какими-либо внешними повреждениями. Через некоторое время стало ясно, что смерть клеток - не что иное, как один из важных и четко отрегулированных процессов развития. Подобно тому, как на каждом этапе развития можно с уверенностью сказать, какие клетки образуются, так же определенно можно отметить те, которым суждено погибнуть. Явление такой запрограммированной смерти в биологии известно под названием апоптоз. Салстон стал одним из первых, описавшим значение апоптоза для нормального развития организма.

Кроме того, Салстон открыл один из генов, действующих на конечных этапах выполнения программы апоптоза - nuc-1. Он также изобрел метод заморозки червя в парах формальдегида, что заставляло некоторые из сигнальных молекул нервной системы светиться. Таким образом, можно было определить, какие клетки нервной системы были активны в момент заморозки. C. elegans

Изучение видимых закономерностей развития C. elegans было первым этапом грандиозного плана по "дешифровке механизмов жизни", задуманного Сидни Бреннером. По его окончании, чтобы продвигаться далее, нужно было выяснить роль генов в наблюдаемых процессах клеточного развития. Для этого необходимо было больше узнать о том, сколько и какие гены содержатся в шести хромосомах червя. Наступала эра расшифровки геномов.

В начале 70-х годов в группе, где работали Бреннер и Салстон, появился новый сотрудник, молодой человек по фамилии Уотерстон (Robert H. Waterston), только что защитивший свою докторскую диссертацию в университете Чикаго. Салстон, Уотерсон, а также Алан Каулсон (Alan Coulson) стали основателями проекта по расшифровке генома C. elegans. Руководителем и "промотором" проекта стал знаменитый ученый, Джеймс Уотсон (James Watson), один из "отцов" ДНК - спирали; деньги для секвенирования были выделены Британскими научными фондами.

Надо сказать, что идея секвенирования полного генома в начале 90-х годов для многих выглядела утопией: ведь в то время в день по всему миру удавалось расшифровывать лишь несколько тысяч пар нуклеотидов. Это значит, что "прочтение" 97 миллионов пар нуклеотидов, из которых состоит геном Червя, заняло бы около ста лет! И лишь благодаря прогрессу техники, согласованным действиям центров секвенирования по всему миру и резкому увеличению штатов сотрудников и количества сиквенс-аппаратов этот срок удалось несколько сократить. К 1999 году темпы секвенирования составили уже около миллиона пар нуклеотидов в день.

В ходе расшифровки генома было сделано множество открытий. Например, Салстон и Уотерстон выделили у C. elegans две группы генов, различающихся по функции и расположению. Одна группа отвечает за поддержание структуры и жизнедеятельности клеток и располагается ближе к центру хромосом C. elegans. Подобные (по функции и строению) гены обязательно есть у всех клеточных организмов (можно сказать, что эта группа генов оставалась "законсервированной" и практически не изменялась в ходе эволюции). Вторая же группа выполняет в клетках червя специфические функции, отвечая, например, за выработку белков соединительной ткани или молекул, с помощью которых клетки могут передавать друг другу информацию. Эта группа генов подверглась существенным эволюционным изменениям. Как выяснилось после расшифровки генома, располагаются такие гены ближе к концам хромосом. Такое расположение позволяет сохранять самые важные для жизнедеятельности гены в относительной "неприкосновенности" для эволюционных перестроек, которые более охотно протекают на концах хромосом. Полная карта генома Червя была опубликована в 1998 году.

Знания и опыт, полученный при расшифровке генов C. elegans, оказался как нельзя более кстати, когда пришло время "Генома Человека", в котором Салстон и Уотерстон также сыграли решающую роль. Но это уже совсем другая история, которая, возможно, когда-нибудь принесет Салстону вторую Нобелевскую премию.

А сам Сэр Джон до сих пор остается верен своему самому сильному и длительному научному увлечению. В 2000-м году, как только была завершена основная часть проекта "Геном человека", он ушел с должности Директора Сэнгеровского Центра, чтобы снова вернуться к разгадке тайн невзрачного, но столь знаменитого теперь Червя. "Когда мы разгадаем червя - мы поймем жизнь". Он "расшифровывает" C. elegans уже более 30 лет, но и сегодня утверждает, что нематода не скоро раскроет все свои секреты. "Мы еще и близко не подошли к пониманию законов жизни", - говорит Салстон.


Некоторые из коллег Салстона вспоминают, как в 70-е годы он убеждал их, что ученые не должны зарабатывать больше, чем мусорщики. Ведь ученые, говорил он, в отличие от уборщиков, имеют неоценимую привилегию - любить свою работу!

Таков Джон Салстон, романтик и рыцарь науки, всю жизнь следующий заветам его религиозных родителей: служить людям, соблюдать умеренность и быть верным собственным принципам.

С. Григорович

Обсудить на форуме