Расшифровка процесса превращения оплодотворенной яйцеклетки в целый организм будоражила ученые умы на протяжении не одного столетия. Сейчас можно с уверенностью утверждать, что исследователи приближаются к этой цели семимильными шагами. Процесс развития многоклеточного организма заключается в делении клеток и их дифференцировке – процессе, в результате которого группы клеток специализируются для выполнения определенных функций. Дифференцировка клеток происходит в процессе включения одних определенных групп генов и выключения других (при этом сам геном – совокупность всех генов – остается одинаковым во всех соматических клетках организма). Исследователи считают, что со временем им удастся разобраться в многочисленных этапах процесса дифференцировки и идентифицировать внутренние и внешние факторы, влияющие на этот процесс. Эта надежда появилась после разработки методов поддержания жизнеспособных культур стволовых клеток человека и появления на свет клонированной овцы Долли.
Уже на протяжении не одного десятка лет были известны основные условия, соблюдение которых необходимо для поддержания небольших культур растительных и животных клеток в течение нескольких десятилетий. До сих пор такие культуры использовались в основном для получения веществ, синтезируемых клетками и в естественных условиях. Например, культуры растительных клеток используются для производства ароматизаторов, красителей, загустителей и эмульгаторов, применяемых в пищевой промышленности.
Однако в последнее время исследователи выращивают клеточные культуры с целью изучения молекулярных основ клеточных процессов, в том числе роста, деления, дифференцировки и гибели клеток.
Основы клеточного цикла практически всех клеток очень похожи: клетка увеличивается в размере до определенного предела, ее хромосомы удваиваются и она делится надвое. Понимание процессов, управляющих клеточным циклом, необходимо для понимания причин развития многих болезней человека и животных, разработки методов повышения урожайности сельскохозяйственных растений и способов быстрого увеличения количества клеток, используемых для производства широкого спектра продуктов, начиная от ферментированных продуктов питания и заканчивая лекарственными препаратами. Лучшее понимание молекулярных основ клеточного цикла позволило усовершенствовать технологии культивирования клеток.
Строго контролируемая последовательность этапов клеточного цикла зависит как от генетических факторов, так и от поступления питательных веществ. Между стимулирующими и подавляющими деление клетки факторами существует весьма тонкий и чувствительный баланс, любое нарушение которого ведет к неконтролируемому делению клеток – раку – или их гибели.
Изучение клеток в культуре привело к радикальному пересмотру существующих представлений о клеточной гибели. Ранее считалось, что клетки погибают в результате спонтанного пассивного механизма, заключающегося в постепенной деградации клеточных структур и процессов. Сейчас нам известно, что смерть клетки является высокоорганизованной, хорошо спланированной последовательностью событий, запрограммированных в геноме клетки. Продолжительный клеточный стресс и другие факторы запускают механизм запрограммированной клеточной гибели – апоптоза, в процессе которого клетка сама себя «демонтирует», разрушает свой геном и посылает иммунной системе запрос на лейкоциты, которые уничтожают ее останки. Запрограммированная клеточная гибель необходима для уничтожения клеток с поврежденной ДНК, иммунных клеток, атакующих здоровые клетки и ткани, а также для формирования тканей в процессе развития организма. Изучение механизмов апоптоза поможет нам понять, почему иногда клетки с поврежденной под воздействием факторов окружающей среды ДНК превращаются в злокачественные, какие поломки лежат в основе развития аутоиммунных заболеваний и как создать искусственные ткани для заместительной терапии.
