В большую науку эти клетки попали совершенно неожиданно. Они были взяты у женщины по имени Генриетта Лакс ( HEnrietta LAcks), которая вскоре после этого умерла. Но культура клеток убившей ее опухоли оказалась незаменимым инструментом для ученых.

В биомедицинских исследованиях и при разработке новых видов лечения часто используют выращенные в лаборатории культуры человеческих клеток. Среди множества клеточных линий одна из самых известных — HeLa. Эти клетки, имитирующие организм человека in vitro («в пробирке»), «вечны» — они могут бесконечно делиться, результаты исследований с их использованием достоверно воспроизводятся в разных лабораториях. На своей поверхности они несут достаточно универсальный набор рецепторов, что позволяет использовать их для исследования действия различных веществ, от простых неорганических до белков и нуклеиновых кислот; они неприхотливы в культивировании и хорошо переносят заморозку и консервацию.

Генриетта Лакс

Генриетта Лакс была красивой чернокожей американкой. Она жила в небольшом городке Тернер в Южной Виргинии вместе с мужем и пятью детьми. 1 февраля 1951 года Генриетта обратилась в госпиталь Джонса Хопкинса — ее беспокоили странные выделения, которые она периодически обнаруживала на своем нижнем белье. Медицинский диагноз был страшен и беспощаден — рак шейки матки. Восемь месяцев спустя, несмотря на хирургию и радиотерапию, она умерла. Ей был 31 год.

Невольный вклад Генриетты Лакс в медицину неоценим: клетки, оставшиеся после ее смерти, уже более полувека спасают человеческие жизни.

Пока Генриетта лежала в госпитале Хопкинса, лечащий врач отправил полученные с помощью биопсии клетки опухоли на анализ Джорджу Гею — руководителю лаборатории исследования клеток тканей в госпитале Хопкинса. В то время культивирование клеток вне организма было только на стадии становления, и главной проблемой была неизбежная гибель клеток — после определенного количества делений вся клеточная линия погибала.

Оказалось, что клетки, обозначенные «HeLa» (акроним имени и фамилии Генриетты Лакс), размножались гораздо быстрее клеток из нормальных тканей. Кроме того, злокачественная трансформация сделала эти клетки бессмертными — у них отключилась программа подавления роста после определенного количества делений. In vitro такого прежде не происходило ни с какими другими клетками. Это открывало небывалые перспективы в биологии.

Действительно, никогда до этого момента исследователи не могли считать результаты, полученные на клеточных культурах, полностью достоверными: все опыты проводились на разнородных клеточных линиях, которые в конце концов погибали — иногда даже прежде, чем удавалось получить какие-нибудь результаты. И тут ученые стали обладателями первой стабильной и даже вечной (!) клеточной линии, адекватно имитирующей свойства организма. А когда обнаружилось, что клетки HeLa способны пережить даже пересылку по почте, Гей разослал их своим коллегам по всей стране. Очень скоро спрос на клетки HeLa вырос, и их растиражировали в лабораториях по всему миру. Они стали первой «шаблонной» клеточной линией.

Так получилось, что Генриетта умерла именно в тот день, когда Джордж Гей выступал перед телевизионными камерами, держа в руках пробирку с ее клетками. Он заявил, что началась эпоха новых перспектив в поиске лекарств и медико-биологических исследованиях.

Четыре этапа эксперимента Сегодня в молекулярной биологии и фармакологии, как правило, используют следующие стадии:

1.HeLa (или любая другая лабораторная клеточная линия).

2.Нетрансформированные короткоживущие клеточные линии — клетки кожи, клетки крови и т. п. С ними работать в разы тяжелее, они быстро гибнут, однако если эксперимент отработан на HeLa, ученые знают что и где искать, и не тратят время на широкий поиск.

3.Модельные организмы — мыши, крысы, обезьяны. Тут уже эксперименты длятся месяцами, и стоят на порядки дороже. Однако это обязательный этап перед проверкой потенциальных лекарств или изучением причин человеческих болезней на людях.

4.Многостадийные клинические исследования на людях.

Почему ее клетки так важны?

И он был прав. Линия клеток, идентичная во всех лабораториях мира, позволила быстро получать и независимо подтверждать все новые и новые данные. Можно смело сказать, что гигантский прыжок молекулярной биологии в конце прошлого века был обусловлен возможностью культивировать клетки in vitro. Клетки Генриетты Лакс стали первыми бессмертными человеческими клетками, которые когда-либо были выращены на искусственной питательной среде. HeLa научили исследователей культивировать сотни других линий раковых клеток. И хотя в последние годы приоритет в этой области смещается в сторону культур клеток нормальных тканей и индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (за открытие метода возвращения клеток взрослого организма в эмбриональное состояние японский ученый Синья Яманака получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине 2012 года), тем не менее раковые клетки остаются общепринятым стандартом в медико-биологических исследованиях. Основное преимущество HeLa — неудержимый рост на простых питательных средах, что позволяет проводить масштабные исследования при минимуме затрат.

С момента смерти Генриетты Лакс клетки ее опухоли непрерывно использовались для исследования молекулярных закономерностей развития самых разных заболеваний, в том числе рака и СПИДа, для изучения воздействия радиации и токсичных веществ, составления генетических карт и огромного количества других научных задач. В мире биомедицины клетки HeLa стали столь же известны, как лабораторные крысы и чашки Петри. В декабре 1960 года клетки HeLa первыми полетели в космос в советском спутнике. Даже сегодня поражает размах экспериментов, проводившихся тогда советскими генетиками в космосе. Результаты показали, что HeLa хорошо себя чувствуют не только в земных условиях, но и в невесомости.

Без клеток линии HeLa стала бы невозможной разработка вакцины против полиомиелита, созданной Джонасом Солком. Кстати, Солк был настолько уверен в безопасности полученной вакцины (ослабленного вируса полиомиелита), что в доказательство надежности своего лекарства вколол вакцину себе, своей жене и троим детям.

С тех пор HeLa использовали и для клонирования (предварительные опыты по пересадке клеточных ядер перед клонированием знаменитой овцы Долли проводились на HeLa), для отработки методов искусственного оплодотворения и тысяч других исследований (некоторые из них приведены в таблице).

Год Исследования Результат Год Исследования Результат 1951 Клетки Hela впервые получены из биопсии ткани рака шейки матки 1965 Создание химерных клеток путем слияния Hela с лимфоцитами мыши Появление гибридов 1952 Hela начали использовать для изучения молекулярных механизмов заражения клеток человека вирусами Рождение клеточной экспериментальной вирусологии 1973 Hela использована как модель для изучения сальмонеллеза Появление клеточных моделей болезней in vitro 1952 Отработка методов ведения клеточной культуры Hela Появление современных стандартов клеточной биологии 1984 На модели Hela доказано, что вирус папилломы может вызывать рак Новые направления в антираковых исследованиях 1952 Hela использована как модель для изучения полиомиелита Полиовакцина 1986 На модели Hela показан механизм заражения клеток вирусом иммунодефицита человека Более глубокое понимание биологии спида 1952 Первые пересылки по почте замороженных клеток Появление общемировой стандартной клеточной линии 1989 В клетках Hela открыт неизвестный ранее фермент теломераза Новое направление в изучении продолжительности жизни 1953 Первые эксперименты по окраске хромосом гематоксилином Зарождение генетической медицины 1993 На модели Hela исследован механизм заражения туберкулезом Исследования туберкулеза 1954 За счет живучести Hela ученые смогли размножить и изучить клоны отдельных клеток Зарождение клонирования 2005 Клетки Hela используются для изучения потенциальных опасностей наноструктур Изучение действия наноструктур на живые ткани 1954 Первое массовое производство клеток Hela для продажи исследовательским лабораториям Появление коммерческих стандартизированных клеточных линий — стандартизация исследований 2013 Секвенирование генома клеточной линии Hela Индивидуальная геномика клеточных линий 1960 Отправка Hela клеток в космос советскими учеными Зарождение космической клеточной биологии

Помимо науки…

Личность самой Генриетты Лакс долгое время не афишировалась. Для доктора Гея, конечно, происхождение клеток HeLa не было тайной, но он полагал, что конфиденциальность в этом вопросе является приоритетом, и в течение многих лет семья Лакс не знала, что клетки Генриетты прославились на весь мир. Тайна раскрылась только после смерти доктора Гея в 1970 году.

Напомним, что стандарты стерильности и техники работы с клеточными линиями в то время только зарождались, и некоторые ошибки всплывали лишь спустя годы. Так и в случае с клетками HeLa — через 25 лет ученые выяснили, что множество используемых в исследованиях клеточных культур, происходящих из других типов тканей, включая клетки рака молочной и предстательной желез, оказались зараженными более агрессивными и живучими клетками HeLa. Оказалось, что HeLa могут перемещаться с частицами пыли в воздухе или на недостаточно тщательно вымытых руках и приживаться в культурах других клеток. Это вызвало большой скандал. В надежде решить проблему путем генотипирования (секвенирование — полное прочтение генома — в то время пока еще только планировалось как грандиозный международный проект), одна группа ученых разыскала родственников Генриетты и попросила образцы ДНК семьи, для того чтобы составить карту генов. Таким образом тайное и стало явным.

Кстати, американцы и сейчас переживают больше по поводу того, что семья Генриетты так и не получила компенсацию за использование клеток HeLa без согласия донора. По сей день семья живет в не очень-то хорошем достатке, и материальная помощь была бы очень кстати. Но все запросы упираются в глухую стену — ответчиков давно уж нет, а Медицинская академия и другие научные структуры предсказуемо не желают обсуждать эту тему.

11 марта 2013 года масла в огонь подлила новая публикация, где были представлены результаты полного сиквенса генома клеточной линии HeLa. Опять же, эксперимент был проведен без согласия потомков Генриетты, и после непродолжительных этических споров полный доступ к геномной информации был разрешен только для профессионалов. Тем не менее, полный геномный сиквенс HeLa имеет огромное значение для последующих работ, позволяя использовать клеточную линию в будущих геномных проектах.

Клеточные рекордсмены Бессмертность клеток линии HeLa связывают с последствиями инфекции вирусом папилломы человека HPV18. Инфекция вызывала триплодию многих хромосом (образование трёх их копий вместо обычной пары) и расщепление некоторых из них на фрагменты. Кроме того, в результате инфекции повысилась активность ряда регуляторов клеточного роста, таких как гены теломеразы (регулятор «смертности» клетки) и с-Myc (регулятор активности синтеза многих белков). Такие уникальные (и случайные) изменения сделали клетки HeLa рекордсменами по скорости роста и устойчивости даже среди других линий раковых клеток, которых на сегодня насчитывается несколько сотен. Кроме того, полученные изменения генома оказались очень стабильными, и в лабораторных условиях остаются неизменными на протяжении всех прошедших лет.

Реальное бессмертие?

Злокачественная опухоль, убившая Генриетту, сделала ее клетки потенциально бессмертными. Хотела ли эта женщина бессмертия? И получила ли она его? Если задуматься, возникает фантастическое ощущение — часть живого человека, искусственно размноженная, терпит миллионы испытаний, «пробует на вкус» все лекарства перед тем, как они попадут в испытания на животных, раздраконивается до самых что ни на есть основ молекулярными биологами во всем мире…

Конечно, все это не имеет никакого отношения к «жизни после жизни». Глупо полагать, что в клетках HeLa, беспрестанно мучимых ненасытными учеными, существует хоть какая-то частичка души несчастной молодой женщины. Тем более что человеческими эти клетки можно считать лишь отчасти. В ядре каждой клетки HeLa — от 76 до 82 хромосом из-за происшедшей в процессе озлокачествления трансформации (нормальные человеческие клетки содержат 46 хромосом), и эта полиплоидность периодически вызывает споры о пригодности клеток HeLa как модели человеческой физиологии. Было даже предложено выделить эти клетки в отдельный, близкий человеку вид, под названием Helacyton gartleri, в честь Стенли Гартлера, исследовавшего эти клетки, однако всерьез это сегодня не обсуждается.

Тем не менее исследователи всегда помнят об ограничениях, которые необходимо иметь в виду. Во‑первых, HeLa, несмотря на все изменения, все еще остаются человеческими клетками: все их гены и биологические молекулы соответствуют человеческим, а молекулярные взаимодействия в подавляющем большинстве случаев идентичны биохимическим путям здоровых клеток. Во‑вторых, полиплоидия делает эту линию более удобной для геномных исследований, так как количество генетического материала в одной клетке увеличено, и результаты получаются более четкими и контрастными. В-третьих, широкое распространение клеточных линий по миру позволяет без проблем повторять опыты коллег и использовать опубликованные данные как фундамент для собственных исследований. Установив основные факты на модели HeLa (а все помнят, что это хоть удобная, но только модель организма), ученые пытаются повторить их на более адекватных модельных системах. Как видно, HeLa и подобные им клетки представляют собой фундамент для всей науки и сегодня. И, несмотря на этические и моральные споры, сегодня хочется почтить память этой женщины, поскольку ее невольный вклад в медицину неоценим: клетки, оставшиеся после нее, спасли и продолжают спасать больше жизней, чем это может сделать любой врач.

Благодарим портал biomolecula.ru за помощь в подготовке статьи