Это вопрос, который озадачивал учёных десятилетиями: смогут ли люди когда-либо рожать детей в космосе? Теперь Китай сделал большой шаг к окончательному ответу. Страна стала первой в мире, кто отправил на орбиту «человеческие искусственные эмбрионы».
Эмбрионы прибыли на китайскую космическую станцию «Тяньгун» в ранние часы 11 мая с грузовой миссией «Тяньчжоу-10». Им позволили развиваться в течение пяти дней на высоте 450 км (280 миль) над Землёй, прежде чем заморозить для последующего изучения.
Когда эмбрионы вернутся на Землю, учёные сравнят их развитие с теми, что выращивались на земле, чтобы увидеть, вызывает ли суровая космическая среда проблемы для человеческого воспроизводства. Это будет ключевым шагом к амбициям Китая по созданию постоянного присутствия человека за пределами земной атмосферы.
Лецянь Юй, исследователь из Института зоологии Китайской академии наук (CAS), руководящий экспериментом, говорит, что надеется, что эксперимент поможет «оценить риски и вызовы, с которыми люди могут столкнуться во время долгосрочного проживания в космосе».
Что такое искусственные эмбрионы?
Искусственные эмбрионы — это сборки стволовых клеток, которые напоминают настоящие человеческие эмбрионы по ключевым аспектам, но не могут развиваться так же. Важно, что стволовые клетки никогда не смогут вырасти в функционирующий плод, что позволяет исследователям изучать человеческое развитие с меньшими этическими проблемами.
Доктор Юй объясняет: «Человеческий искусственный эмбрион сделан из человеческих стволовых клеток в качестве сырья. Это не настоящий человеческий эмбрион и он не обладает способностью развиваться в индивидуальность».
Исследователи отправили на космическую станцию два разных типа искусственных эмбрионов, каждый из которых представляет критическую стадию человеческого развития. Первая — «перииммплантационная модель», предназначенная для имитации ключевого момента прикрепления эмбриона к стенке матки. Вторая — «перигаструляционная модель», которая воспроизводит момент в раннем развитии, когда один слой клеток разделяется на слои, которые сформируют различные ткани и органы.
«Эта стадия является критическим окном в раннем человеческом развитии, во время которого начинают формироваться строительные блоки будущих органов и устанавливается вся ось тела, определяющая голову и хвост», — рассказал доктор Юй государственным СМИ. «Поэтому эти модели были доставлены в космос, чтобы исследовать, влияет ли внезапное отсутствие гравитации на жизнь, которая эволюционировала под действием гравитации в течение сотен миллионов лет».
Влияние невесомости и радиации
Учёные хотят увидеть, могут ли механизмы, определяющие развитие эмбриона, по-прежнему функционировать без притяжения гравитации. В настоящее время учёные обеспокоены тем, что микрогравитация может привести к дефектам развития, что сделает воспроизводство человека в космосе невозможным. Однако, поскольку эти условия почти невозможно воссоздать на Земле в течение длительного времени, искусственные эмбрионы должны быть отправлены в космос, чтобы это выяснить.
Подобные эксперименты с участием эмбрионов zebrafish и мышей также были отправлены на станцию «Тяньгун» на борту «Тяньчжоу-10», вместе с 6,3 тоннами груза, включая еду, топливо и скафандры для экипажа.
Доктор Юй говорит: «Сравнивая развитие эмбрионов в космосе с развитием на земле, мы можем исследовать, как космическая среда влияет на критические события в развитии человека».
Чтобы человечество утвердилось как космический вид, учёным необходимо найти способ безопасного размножения людей. Однако условия за пределами нашей родной планеты могут стать серьёзным препятствием для естественного воспроизводства. Предыдущие исследования показали, что микрогравитация влияет на воспроизводство человека, изменяя количество клеток плода внутри эмбриона. Исследования также показали, что сперматозоиды могут «дезориентироваться» в микрогравитации, значительно снижая шансы на зачатие.
Помимо проблемы гравитации, аппараты за пределами защитной атмосферы Земли также подвергаются бомбардировке высокими уровнями радиации. Космическое излучение, состоящее из заряженных субатомных частиц, постоянно пронизывает космос, разрушая любую ДНК на своём пути. Учёные обеспокоены тем, что это может привести к генетическим повреждениям, что приведёт к высокому риску рака или врождённых дефектов у детей, рождённых в космосе.
Новые надежды
Однако новые исследования начинают показывать, что такие методы, как ЭКО, могут быть адаптированы для использования на орбите, прокладывая путь для первого поколения космических младенцев. В прошлом году исследователи из Киотского университета показали, что яйцеклетки и сперматозоиды мышей могут выжить в космосе и дать здоровое потомство. Тем временем нидерландский биотехнологический стартап Spaceborn United запустил на орбиту первую миниатюрную лабораторию для экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) и эмбриональных процессов.
Китайский эксперимент с «искусственными эмбрионами» — это не просто очередной «первый раз» в космической гонке. Это философский и практический прорыв. До сих пор все биологические эксперименты на орбите (насекомые, растения, рыбы, грызуны) не затрагивали главный вопрос: сможет ли человеческий эмбрион, с его хрупкой архитектурой дифференцировки клеток, правильно развиваться без гравитации? Гравитация — это не просто сила, которая притягивает нас к земле. На протяжении сотен миллионов лет эволюции она была одним из ключевых морфогенетических сигналов. Клетки эмбриона «знают», где верх, а где низ, отчасти потому, что чувствуют вес соседних клеток. Убрать гравитацию — всё равно что выбить одну из опор небоскрёба в процессе строительства.
Почему учёные выбрали именно две стадии развития? Период перииммплантации (момент, когда эмбрион должен прикрепиться к матке) критичен, потому что в это время клетки начинают специализироваться. В невесомости этот процесс может пойти по неправильному пути — например, клетки, которым суждено стать головой, могут оказаться в хвосте, или сформируется два «центра управления» (что приведёт к сиамским близнецам). Стадия гаструляции — ещё более ответственный момент: первичная полоска, которая задаёт ось симметрии, формируется благодаря сложным механическим взаимодействиям клеток, которые толкают и тянут друг друга. Если гравитация не будет задавать направление, не «расплывётся» ли эмбрион в бесформенную массу?
Искусственные эмбрионы — это гениальное решение этической дилеммы. Мы не можем отправить на орбиту реальные человеческие эмбрионы, даже на несколько дней, — это запрещено практически всеми биоэтическими кодексами мира. Но стволовые клетки, органоиды (мини-органы) и искусственные эмбриоидные модели находятся в «серой зоне»: они не способны стать полноценным человеком, но позволяют изучать критические этапы развития. Китай, где регулирование в области редактирования генома и стволовых клеток исторически более гибкое, сделал ставку именно на эту область, опережая западные лаборатории, которые только планируют подобные эксперименты.
Интересно, что эксперимент сопровождается контрольными группами на Земле в центрифугах: одни клетки растут в нормальной гравитации (1g), другие — в гипергравитации (2g, 3g), а третьи — в микрогравитации на борту станции. Это позволит выяснить, есть ли у гравитации «оптимальное» значение для развития. Может быть, для эмбриона опасна не только невесомость, но и слишком сильная тяжесть, например, на Марсе (0.38g) или на Луне (0.16g)? Пока ответа нет.
Параллельные эксперименты с эмбрионами рыб и мышей (которые отправились на «Тяньгун» тем же рейсом) дадут первичные данные о том, как позвоночные в целом справляются с отсутствием гравитации. Зебрафиш популярна в биологии развития, потому что её эмбрионы прозрачны — учёные смогут наблюдать за формированием сердца и сосудов в реальном времени через микроскоп на станции. Если у рыбок появятся пороки развития (например, неправильная форма плавательного пузыря или искривлённый позвоночник), это будет тревожным сигналом для млекопитающих, включая людей.
Что касается радиации, то китайская станция «Тяньгун» находится на низкой околоземной орбите (около 450 км), где защита магнитным полем Земли ещё относительно хороша. Но будущие миссии на Луну, Марс и тем более в дальний космос подвергнут эмбрионы гораздо более серьёзным дозам галактического космического излучения (GCR). Клетки эмбриона делятся с невероятной скоростью, и любая мутация в стволовых клетках может привести к катастрофическим последствиям для всего организма. Учёные надеются, что их эксперимент подскажет, какие генетические «чинилки» (системы репарации ДНК) активны в клетках эмбриона в космосе, и можно ли их усилить с помощью фармакологии.
В долгосрочной перспективе, если эксперимент Юя покажет, что искусственные эмбрионы выживают и развиваются нормально (или, по крайней мере, дают понятные паттерны нарушений), это станет зелёным светом для следующих этапов: сначала оплодотворение мышей в космосе, потом беременность грызунов, и только затем — через 20-30 лет — этическое обсуждение первой человеческой беременности за пределами Земли. Китай, похоже, намерен выиграть и эту гонку, потому что без воспроизводства любые «космические города» останутся просто вахтовыми посёлками. А рождение первого космического ребёнка — это событие, которое изменит наше определение «человечества» навсегда. Мы станем не просто землянами, а настоящей межпланетной цивилизацией. И первый шаг к этому — пять дней жизни искусственных эмбрионов в коробочке на китайской станции, за которыми сейчас с замиранием сердца следят биологи по всему миру.
Ваш комментарий