70 лет рабства

Приключения клеток HeLa на службе у человечества

Генриетта Лакс скончалась 4 октября 1951 года от опухоли шейки матки. 4 октября 2021 года ее внуки подали в суд на фармкомпанию, которая продает клетки этой опухоли — культуру HeLa. Рассказываем, как сложилась их жизнь после смерти хозяйки, где они успели побывать, кого убить — а кого спасти.

Журналисты на 23 процента реже пишут о статьях, в заголовках которых фигурируют мыши, — подобные исследования, мол, не так важны и серьезны, как эксперименты с людьми. Но попробуйте только представить себе мир, в котором лабораторных мышей не существует. Каждый эксперимент в таком мире длится не дольше пары лет (мышиная жизнь коротка), а о репрезентативных выборках и речи не идет: подопытными становятся ровно те мыши которых экспериментатору удалось поймать в ближайшем подвале — молодые и старые, больные и здоровые.

Именно так обстояли дела в биотехнологиях до 1951 года.

Большинство клеток человека просто отказывались размножаться в неволе: в лучшем случае они выживали при переезде на чашку Петри — но там уже постепенно умирали. Единственные клетки, которые хоть как-то приспособились к жизни в лаборатории, были эмбриональными, их получали из тканей мертворожденных детей или зародышей после аборта. Они, по крайней мере, умирали не сразу, и вирусологи выращивали в них человеческие полиовирусы.

Но любые клетки — что взрослые, что зародышевые — приходилось каждый раз ловить и одомашнивать заново. Каждая лаборатория держала свое немногочисленное клеточное стадо и не рисковала делиться им с коллегами. А без общего стандарта невозможно воспроизводить чужие результаты, и уж тем более объединять усилия — например, для поиска новых лекарств.

Что именно не устраивало человеческие клетки в культуре, толком никто не понимал. Это сейчас у нас есть инструкции о том, как заботиться о каждом типе ткани: чем кормить (сахар, сыворотка крови, незаменимые аминокислоты, гормоны, витамины, антибиотики), куда поселить (температура, влажность, кислород в воздухе), на что сажать (стекло, пластик, биополимерные подложки), когда менять жидкость и как часто пересаживать с чашки на чашку. Сто лет назад гистологи тыкались наугад, пытаясь подобрать сколько-нибудь приемлемые для клеток условия, — но за первые полвека в этом так и не преуспели.

Чтобы освоить искусство культивирования, нужно было найти неприхотливые клетки, которые согласятся терпеть дискомфорт и эксперименты над собой. Лучше всего на эту роль подходили клетки опухолей: они гораздо менее привередливы, чем обычные и неохотно умирают — что позволяет им выигрывать конкуренцию внутри человеческих тканей. Одомашнить опухоль ученые пытались еще с 1910-х годов. Но первым этого добился биолог из больницы Джонса Хопкинса. Его звали Джордж Гай.

Как приручить клетку

Гай оказался в этой роли не случайно. Как пишет журналистка Ребекка Склут в книге «Бессмертная жизнь Генриетты Лакс», ученый хотел найти лекарство от рака и потому несколько десятилетий потратил на то, чтобы научиться выращивать опухолевые клетки в культуре. Его лаборантка кормила их свежей кровью (за которой приходилось ездить то на скотобойню, то в роддом). Его жена, бывшая хирургическая медсестра, вымуштровала сотрудников дезинфицировать все поверхности в лаборатории. А сам Гай из подручных средств построил для клеток вращающийся инкубатор: чем-то похожий на бетономешалку, он делал буквально пару оборотов в час — и, по замыслу создателя, должен был имитировать медленный ток крови в человеческой ткани.

Но клетки все равно умирали. Какие-то перегревались, какие-то не могли смириться с лабораторной диетой, а какие-то вытесняли из культуры залетные бактерии. Некоторые клетки, правда, умудрялись удержаться на плаву (в буквальном смысле слова — они росли не на подложке, а в растворе): культура-рекордсмен прожила в лаборатории Гая около пяти лет. Правда, в ней не осталось тех клеток, которые он, собственно, пытался вырастить — они умерли еще в самом начале эксперимента от перегрева, уступив дорогу своим соседям по ткани.

В начале 1950-х Гай полностью переключился на рак шейки матки: коллега по больнице хотел проверить одну свою гипотезу в отношении этой опухоли и потому начал снабжать Гая образцами ткани от всех своих пациенток. 8 февраля 1951 года он передал образец, извлеченный из тела молодой афроамериканки Генриетты Лакс. Пробирку, как это было тогда принято, подписали по первым буквами имени: HeLa.

Через несколько дней лаборантка Гая заметила, что клеток в пробирке стало вдвое больше. Потом еще больше, и еще. Впервые опухолевые клетки не только не умерли — они оказались чистой культурой без примесей и делились каждые сутки. HeLa не перестали расти ни через месяц, ни через два. Они еще далеко не побили рекорд предыдущей опухолевой культуры, но Гай уже догадался, что к нему в руки попал уникальный объект, — и назвал их бессмертными.

Это эпидемия

Остальные клетки Генриетты Лакс оказались не такими живучими. Одновременно с образцом опухоли хирург вырезал из шейки матки участок здоровой ткани, но его обитатели в инкубаторе Гая не прижились. В теле Генриетты они тоже вскоре начали проигрывать. После того, как врачи взяли образцы ткани, они ввели в шейку матки трубку с радием — так в то время выглядела лучевая терапия — но это не помогло. Как вспоминал потом лечащий врач Генриетты, «с клинической точки зрения, дела у нее никогда не шли хорошо». После терапии опухоль не увяла, как обычно, а продолжила разрастаться, захватывая другие внутренние органы, — в то время, как вторая ее половина обживала инкубатор доктора Гая. Они росли параллельно еще несколько месяцев, пока в конце сентября 1951 года врачи не сдались и не перестали давать Генриетте лекарства, не считая обезболивающих. Вскоре лабораторные HeLa осиротели.

Первого рабочего задания бессмертной культуре долго ждать не пришлось. В США бушевала пандемия полиомиелита — Джонас Солк уже придумал свою вакцину, но еще не начал клинические испытания. Чтобы убедиться в том, что она работает, нужно было проверить, появились ли в крови привитых антитела к полиовирусу. Но тестов на антитела в то время не существовало, и единственным способом их обнаружить было взять сыворотку крови, вылить ее на клетки и попробовать заразить их вирусом. Если это не удается — в крови есть антитела.

А значит, нужны были клетки, в которые можно подселить полиовирус — причем много клеток. Как раз за пару лет до рождения HeLa вирусологи выяснили, что полиовирус может заражать не только нейроны, но и некоторые другие клеточные типы. Но эмбриональные клетки было непросто получать, и Гай предложил попробовать в этой роли неприхотливую и плодовитую HeLa. Идея оказалась удачной: клетки послушно принимали все три разновидности полиовирусов, давали им размножиться и умирали через 12–96 часов, а на смену им приходили новые.

Когда выяснилось, что полиовакцина Солка работает, для HeLa нашлась новая работа — растить в себе вирусы, которые станут сырьем для «убитой» вакцины. Чтобы в клетках Генриетты Лакс не было недостатка и дальше, для них построили отдельную плантацию — лабораторию Университета Таскиги, откуда каждую неделю по стране рассылали тысячи новых флаконов с HeLa.

Джордж Гай и сам охотно раздавал свои работящие клетки: сначала коллегам в соседние лаборатории, потом в другие города и страны. Сажая очередную партию HeLa в самолет (пилотам иногда приходилось возить пробирки прямо в нагрудном кармане, чтобы не лишать их тепла человеческого тела), Гай шутил, что его клетки готовятся в очередной раз «метастазировать». В течение следующей пары десятков лет у него было множество шансов оценить, насколько пророческой оказалась его шутка.

HeLa оказались пригодны не только для размножения полиовирусов. Они стали новым модельным объектом и золотым стандартом — воплощением среднестатистической человеческой клетки. Биологи начали растить в них и другие вирусы: свинки и кори, герпеса и ветрянки. HeLa замораживали, размораживали, хранили в холодильниках и отправляли по почте, их превращали в гибриды, заставляя сливаться с клетками мыши, и их же первыми из человеческих клеток клонировали — то есть придумали, как вырастить из одной-единственной клетки HeLa целую толпу генетически одинаковых потомков. HeLa даже слетали в космос на советском «Спутнике 6» — и оказалось, что в невесомости они размножаются не хуже, чем на Земле.

В то же самое время, пока одни ученые разводили HeLa и помогали им «метастазировать» снова и снова, другие — в поисках лекарства от рака — пытались их убить. Клетки HeLa облучали рентгеном и обдували кислородом, поливали бактериальными токсинами, антибиотиками и кроличьими антителами. Иногда эксперименты удавались, и теми же веществами, которые сработали против HeLa, пациентов лечат и сегодня.

В это же время кое-кто пытался превратить сами клетки Генриетты Лакс в лекарство. В середине 1950-х их подселили в организмы нескольких десятков тюремных заключенных из Огайо — вирусологи рассчитывали, что встреча с чужой опухолью сработает как прививка от собственных. А некоторым пациентам клетки HeLa кололи просто в качестве теста: считалось, что, если иммунная система с ними не справляется, значит она ослаблена, и где-то в теле прячется недиагностированный рак. Организмы многих подопытных людей сопротивлялись вторжению HeLa, но у кого-то опухоли все-таки вырастали, и иногда метастазировали уже по-настоящему. Так что скольких людей убили эти клетки, не считая Генриетты, — неизвестно.

Потом появились и другие клеточные культуры самых разных тканей, от человеческой кожи до роговицы — десятки разных вариантов, и раковых, и здоровых. Растить их стало проще: то ли потому, что ученые набили руку, то ли потому, что даже обычные клетки в лабораториях иногда приобретали бессмертие — превращались в опухолевые и начинали охотно размножаться.

В середине 1960-х генетик Стэнли Гартлер заподозрил, что некоторые из этих клеток на самом деле не то, за что себя выдают. Чтобы разобраться в этом, он начал искать в них биохимические метки: поскольку разные линии получены от разных людей, у них должны быть разные варианты одних и тех же белков. Первые 20 проанализированных им культур несли в себе белок глюкозо-6-фосфатдегидрогеназу в А-форме — вариант, который встречается относительно редко и почти только у афроамериканцев. Генетик счел маловероятным, чтобы все доноры клеток были одного происхождения, а когда 18 из этих культур совпали по разновидности еще одного белка, заключил, что все они — HeLa.

С тех пор клетки Генриетты Лакс то и дело находят в самых разных культурах. HeLa выдавали себя за клетки кишечника, печени и эмбрионального легкого. Они проникли в культуры почки и прямой кишки. Даже несколько уникальных образцов опухолей, которые в 1973 году СССР передал США в рамках совместных планов по поиску лекарства от рака, — и тех по пути из одних лабораторий в другие вытеснили клетки HeLa.

Попытки разобраться в том, кто есть кто на самом деле, не прекращаются и сейчас. В 2017 году выяснилось, что результаты без малого 33 тысяч научных работ получены на неверно идентифицированных клетках, а еще полмиллиона других статей эти результаты цитируют. Журналы регулярно отзывают опубликованные статьи, когда обнаруживается, что эксперименты, описанные в них, проведены на очередных «метастазах» HeLa под видом какой-то другой культуры. Сейчас в черном списке международного комитета по аутентификации клеточных линий всего 576 клеточных культур, которые не соответствуют своему названию. Из них 140 — HeLa в разных обличьях.

Что ты такое

За долгие годы работы с HeLa биологи узнали о них практически все: что они едят и как часто, когда и как размножаются, как дают отпор иммунитету, какими генами пользуются и какие строят белки. И чем дальше ученые всматривались в недра этих клеток, тем понятнее становилось, что HeLa совсем не похожи на обычные клетки человека.

Отличаются они уже хотя бы тем, что они раковые. В их восьмой хромосоме сидит вирус папилломы человека 18 типа, и своим присутствием заставляет работать ген c-Myc — а это известный онкоген, который регулирует работу других генов и побуждает клетки делиться. Видимо, именно благодаря ему HeLa исправно размножаются раз в сутки на протяжении вот уже семидесяти лет.

У обычных человеческих клеток при таком скоростном делении возникают проблемы. Даже в организме им не приходится так активно размножаться, поэтому они не делают этого и в лаборатории. Те же, кто соглашается делиться в пробирке, быстро от этого устают, потому что лишаются теломер — набоек на концах хромосом, которые с каждым делением становятся немного короче. Но у HeLa, как оказалось, работает специальный фермент теломераза, который наращивает теломеры и дает клетке возможность делиться бесконечно. Впервые у человеческих клеток его заметили именно в HeLa.

Кроме того, у HeLa совершенно неприличное число хромосом. Их 76–80 вместо положенных человеческим клеткам 46. И 22–25 из них аномальные, то есть не просто лишние копии каких-то уже существующих хромосом, а их обломки или вообще химеры из нескольких участков генома.

Судя по всему, хромосомные беспорядки внутри HeLa произошли где-то на заре их жизни: или когда вирус папилломы человека только поселился в клетках Генриетты Лакс, или когда HeLa осваивались во вращающемся инкубаторе доктора Гая. Но за десятки лет в лабораториях число хромосом почти не изменилось. Эта удивительная стабильность говорит о том, что такая геномная аномалия оказалась очень удачной. Другие попытки HeLa перестроить свой геном успехом не увенчались — по крайней мере, поздние образцы опухоли, которые врачи забрали у Генриетты Лакс, в лаборатории не прижились.

Наконец, даже для раковых клеток HeLa оказались нетипичными. Лечащий врач Генриетты Лакс, Говард Джонс, позже писал, что эта опухоль с самого начала показалась ему подозрительной. Размером с 25-центовую монету, ярко-пурпурного цвета, она напомнила ему виноградину из желе, а на ощупь была такой мягкой, что совершенно не отличалась от основной ткани слизистой. Не поверив в то, что это настоящий рак, Джонс поначалу предположил, что это шанкр — поскольку Генриетта с детства была носительницей сифилиса. И только после того, как на мазке не оказалось его возбудителей-спирохет, врач признал, что это опухоль. Правда, неверно определил ее тип: только через 20 лет после рождения HeLa, пересматривая свои записи, Джонс заметил, что это не мутировавший эпителий шейки матки, как он считал все это время, а аденокарцинома — она образуется из ткани маточных желез и встречается реже, зато более агрессивна.

Так что своим рождением HeLa обязаны редкому совпадению. В организме Генриетты Лакс встретились два патогена: вирус папилломы человека и возбудитель сифилиса, один из которых превратил обычные клетки в раковые, причем редкого типа, а второй, судя по всему, отвел от них подозрения иммунной системы и позволил опухоли разрастись. Ее клетки начали делиться, беспорядочно перекраивая свои хромосомы, — и в какой-то момент, когда комбинация стала особенно удачной, клетки попали под нож хирурга и переехали в лабораторию Джорджа Гая, откуда и начали расселяться по планете.

Поправка

В первоначальной версии текста было сказано, что в организме Генриетты Лакс встретились вирусы папилломы человека и герпеса. Это ошибка: Генриетта Лакс была носителем сифилиса. Приносим свои извинения.

Клетки ищут свободу

Сейчас мы уже знаем, что «лабораторная мышь» клеточных биологов на самом деле оказалась редким монстром. То, что долгие десятки лет играло в лабораториях роль типичной человеческой клетки, оказалось ни на одну из них совершенно не похоже. Более того, сегодня есть подозрение, что отдельные линии HeLa с разных концов света уже довольно сильно разошлись и даже друг с другом стали иметь уже не так много общего.

Но самое главное — мы совершенно не понимаем, много ли отношения этот монстр имеет к самой Генриетте Лакс. В ее собственных клетках, было, конечно, не 80 хромосом, а 46, иначе бы она не смогла дожить до 30 лет и стать матерью пятерых детей. Но в какой момент 46 превратились в 80 — внутри ее тканей или уже снаружи — сейчас сказать уже невозможно. От самой Генриетты не осталось никаких других биологических образцов, и мы не можем прочесть ее настоящий геном — а значит не можем узнать, насколько далеко клетки HeLa ушли от своей хозяйки и стоит ли до сих пор считать эту культуру частью ее тела.

В 1991 году двое ученых из Чикаго предложили даровать клеткам HeLa независимость — и выделить их в новый вид, Helacyton gartlerii (в честь Стэнли Гартлера, который первым заговорил об эпидемии HeLa в лабораториях). Они апеллировали к стандартным критериям биологического вида. Например, генетическому: набор хромосом у HeLa не только отличается от того, что несли в себе клетки Генриетты, но и вообще выходит за рамки возможного у людей. Или репродуктивному: HeLa не способны скрещиваться с человеком. Хотя в лаборатории их можно заставить слиться с какой-нибудь другой клеткой, ни о каком обмене генами речи не идет. Наконец, экологический: HeLa занимают в природе собственную нишу, в которой никак не конкурируют с Homo sapiens. Правда, Homo sapiens эту нишу создал — но не сделал ли он того же для множества одомашненных животных?

Но идея не вызвала энтузиазма, и других, более пристрастных, проверок на видовую обособленность HeLa не прошли. Например, ученые заметили, что этим клеткам не хватает четкой родословной — неясно, как выглядит их типичный представитель и каковы были переходные стадии между ним и Генриеттой. К тому же, HeLa продолжают конкурировать с клетками человека — не только в лаборатории, но и в организме незадачливых пациентов — а значит, не так уж и уникальна их экологическая ниша. Так научное сообщество отказало HeLa в независимости. Хотя есть надежда на реванш: недавно было много разговоров о «заразных» (трансмиссивных) опухолях — их, в частности, предложили считать промежуточной стадией на пути к новым видам. Поэтому ученые еще могут передумать.

А пока HeLa остаются — и биологически, и юридически — клетками человека. И это всерьез осложняет жизнь не только им самим, но и тем, кто их разводит и содержит.

С одной стороны, биологический материал, который пациент оставляет в кабинете врача, не считается больше его собственностью — по крайней мере, такое решение неоднократно выносили судьи. С другой стороны, у HeLa есть немало общего с другими наследниками Генриетты Лакс — например, часть генома. Поэтому в 2013 году, когда геном HeLa отсеквенировали, его пришлось убрать из открытого доступа — внуки Генриетты сочли это вторжением в свою частную жизнь. А сейчас они подали иск к компании Thermo Fisher Scientific, требуя компенсации за то, что компания торговала клетками Генриетты Лакс без ее согласия. Это не единственный продавец, у которого сегодня можно купить HeLa, так что за этим иском наверняка последуют другие.

70 лет назад врачи отделили клетки опухоли от организма Генриетты Лакс, но связь между ними не разорвалась — оказывается, и к содержимому чашки Петри можно отнестись по-человечески. В этом HeLa не одиноки: похожая история складывается с культурой HEK293 — ее безвестный хозяин был зародышем и стал донором, не дожив до появления на свет. HEK293 тоже десятилетиями работала на ученых — и как модельный объект, и как производитель белков — а в 2020-м году ее подрядили на производство коронавирусных вакцин. В США католическая церковь тут же призвала отказаться от этих вакцин и пользоваться более этичными препаратами. Хотя найти вакцину, над которой не поработали эти клетки, не так-то просто: в ней выращивают большинство векторных вакцин (от компаний AstraZeneca и Cansino, а также российский «Спутник V», и только Johnson&Johnson используют другую линию, правда, тоже эмбриональную), а мРНК-вакцины (которые создали Pfizer и Moderna) на ней тестируют.

А пока врачи, гистологи и родственники Генриетты Лакс воюют за право собственности над HeLa, клетки продолжают трудиться. В создании современных вакцин они уже не участвуют, отработав свое на полиомиелитных плантациях. Но продолжают служить модельной клеткой человека и в ковидную эпоху: например, про то, что коронавирус попадает в клетки с помощью рецептора ACE2, ученые узнали, пытаясь заразить новым вирусом культуру HeLa.

Прожив на свете в два с лишним раза дольше самой Генриетты, покорив все континенты и побывав в космосе, принеся ученым десяток Нобелевских премий и защитив от полиомиелита миллионы детей, клетки HeLa так и не заработали себе независимость. Но они не собираются сдаваться: эволюция не стоит на месте — меняются нравы и меняются геномы. И прямо сейчас в тысячах инкубаторов на Земле вечные осколки Генриетты Лакс настойчиво копируют свою ДНК, готовясь мутировать, эволюционировать и дальше бороться за свою свободу.

Полина Лосева

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.