Клетки HeLa: что это такое, для чего используют?

Обновлено: 18.05.2024

ФГБНУ «Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. Г.П. Сомова», Владивосток, Россия

ФГБНУ «Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. Г.П. Сомова», Владивосток, Россия, 690087;
Дальневосточный Федеральный университет, Владивосток, Россия, 690091

ФГБНУ «Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. Г.П. Сомова», Владивосток, Россия, 690087

Культура клеток HeLa: бессмертное наследие Генриетты Лакс

Журнал: Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2019;37(4): 151‑157

Используя в лабораторных исследованиях клеточные культуры, мы часто не задумываемся об истории их происхождения, интересной и поучительной, а порой трагичной. В 50-е годы ХХ века в большую науку неожиданно пришла культура клеток HeLa, которая стала одной из самых известных. Эти клетки были взяты у женщины по имени Генриетта Лакс (Henrietta Lacks), у которой был рак шейки матки, и вскоре после этого она умерла, а клеточная линия HeLa оказалась незаменимым инструментом для нескольких поколений ученых всего мира при разработке новых видов лечения и в биомедицинских исследованиях. Уникальность этих клеток состоит в их «бессмертии», способности бесконечно делиться, неприхотливости в культивировании и приспособленности к условиям консервации, при этом они остаются упрощенной имитацией человеческого организма.

Введение

Одним из важнейших достижений экспериментальной биологии нашего века стало создание методов культивирования клеток животных и растений in vitro. С помощью этого метода клетки самых разно-образных тканей человека можно выращивать на специально подобранных питательных средах, подобно бактериям или другим одноклеточным организмам. Множество клеточных культур человека изначально было получено из клеток раковых опухолей. Эти клетки могут делиться в культуре неограниченное число раз, и поэтому их называют бессмертными (immortalitate). Ученые долгое время были уверены, что как in vitro, так и in vivo бесконечно долго могут делиться и нормальные клетки человека.

Однако в начале 60-х годов XX века профессор анатомии Калифорнийского университета Леонард Хейфлик (Leonard Hayflick) открыл ограничение числа делений у нормальных диплоидных клеток человека в клеточной культуре: приблизительно после 50 делений выявляются признаки старения (senescence), а при достижении данной границы они погибают («предел Хейфлика») [1]. Этот феномен сильно зависит от возраста индивидуума, которому такие клетки изначально принадлежали: клетки новорожденных делились в культуре до 80—90 раз, а у 70-летнего человека — только 20—30 раз. Количество делений зависит от длины теломеров — концевых участков хромосом, выполняющих защитную функцию. Таким образом, теломеры не только защищают хромосомы от деградации и слияния, но и в зависимости от своей длины определяют потенциальную кратность деления клетки. Исходная длина теломерных ДНК человека составляет от 2—20 тыс. нуклеотидных пар (н.п.). При каждом клеточном делении длина теломеров нормальных клеток сокращается на 50—60 н.п. В 1984 г. Кэрол Грайдер выделил фермент, который синтезирует (удлиняет) теломерную ДНК. Этот фермент был назван теломеразой. Искусственная индукция экспрессии гена каталитического компонента теломеразы (при помощи методов генной инженерии) делает клеточную культуру бессмертной, т. е. способной делиться неограниченно долго, отменяя тем самым для этой культуры «предел Хейфлика» [2, 3].

При разработке новых видов лечения в биомедицинских исследованиях учеными часто используются культуры человеческих клеток, выращенные в лабораторных условиях. Среди множества клеточных линий одной из самых известных является HeLa — культура клеток эндотелия матки Генриетты Лакс (Henrietta Lacks). Эти клетки, адекватно имитирующие упрощенный человеческий организм в лабораторных условиях, представляют собой хороший пример бессмертия раковых клеток [4, 5].

Полученные в 1951 г. несколько опухолевых клеток делятся по сей день, переносят десятки лет замороженное состояние, поделены на части в разных пропорциях. На своей поверхности они несут достаточно универсальный набор рецепторов, что позволяет использовать их для исследования действия различных цитокинов; они очень неприхотливы в культивировании; хорошо переносят консервацию. За эти годы произведены тонны этих клеток, и все они являются «потомками» клеток опухоли Г. Лакс.

В большую науку эти клетки попали совершенно неожиданно. Они были взяты у женщины по имени Генриетта Лакс (Henrietta Lacks), которая вскоре после этого умерла, однако клеточная популяция убившей ее опухоли осталась жить. Все предыдущие попытки получить культуры клеток из опухолевых тканей вне организма человека заканчивались не-удачей: после определенного количества делений вся клеточная линия погибала [5].

Уникальность этой клеточной линии, названной в честь Генриетты «HeLa», состояла в том, что in vitro они размножались вдвое быстрее клеток из нормальных тканей, при полностью отключенной внутриклеточной программе подавления роста. Клеточная культура HeLa стала первой, и в течение многих лет остается единственным и незаменимым инструментом для нескольких поколений ученых. В результате ученые получили первую стабильную и бессмертную клеточную культуру, что обеспечило ей статус одной из самых популярных линий клеток, используемых в научных изысканиях. Это открывает небывалые перспективы для исследований в молекулярной и клеточной биологии, медицине и фармакологии.

Генриетта Лакс

Красивая чернокожая американка Генриетта Лакс (рис. 1),

Рис. 1. Генриетта Лакс, фото S. Gilgenkrantz [5]. потомок белых плантаторов и их черных рабов, одна из дочерей в семье с десятком детей, проживала в небольшом городке Тернер в Южной Вирджинии вместе с мужем и 5 детьми. 1 февраля 1951 г. Генриетта Лакс поступила в гинекологическое отделение госпиталя Дж. Хопкинса: ее беспокоили странные кровянистые выделения в межменструальном периоде. При осмотре была обнаружена 23 см опухоль шейки матки. После проведения биопсии был выставлен диагноз: «эпидермальная карцинома шейки матки». Восемь месяцев спустя, несмотря на оперативное лечение и радиационную терапию, в возрасте 31 года она умерла [4, 5].

В ходе обследования лечащий врач отправил биопсию ее опухоли на анализ Джорджу Гею (George Gey), руководителю лаборатории исследования клеток и тканей при университете Джонса Хопкинса (Балтимор, Штат Мэриленд), который занимался проблемой лечения рака и поиском бессмертной клеточной линии человека для научных исследований (рис. 2).

Рис. 2. Джордж Отто Гей George Otto Gey (1899—1970), фото S. Gilgenkrantz [5]. Он первым открыл необыкновенные свойства этих опухолевых клеток, которым было суждено стать первой человеческой культурой. Ему удалось выделить одну конкретную клетку, нарастить ее и начать клеточную линию. Он запустил процесс размножения клеток Лакс, создав бессмертную клеточную линию, в отличие от нормальных популяций клеток, имеющих «предел Хейфлика». Вскоре Джордж Гей обнаружил, что клетки HeLa способны пережить даже пересылку по почте, и 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 в мире стандартной клеточной линией, которая пролиферировала необычайно быстро и была более устойчивой даже в сравнении с другими раковыми клетками [5].

1 сентября 1951 г. Джордж Гей, держа в руках пробирку с клеточной культурой HeLa, выступал перед телевизионными камерами. Он заявил, что благодаря полученной клеточной линии в медико-биологических научных исследованиях началась новая эпоха, открывающая невиданные перспективы в разработке новых лекарственных препаратов и что не далек тот день, когда будет найдено лекарство от рака. Генриетта Лакс умерла в госпитале Хопкинса 4 октября 1951 г., а популяция ее клеток продолжала свой безудержный рост, значительно опережая развитие биоэтических норм и правил, необходимых для регулирования научного прогресса.

Почему ее клетки так важны?

В отличие от обычной популяции человеческих клеток, которые делятся от 40 до 50 раз, прежде чем умереть, клетки HeLa способны делиться бесконечно.

Нормальные клетки человека имеют кариотип, состоящий из 46 хромосом, в то время как клетки HeLa — от 76 до 80 хромосом, в значительной степени мутированных [6]. Появление этого отклонения от нормального кариотипа связано с вирусом папилломы человека (ВПЧ) HPV18, ответственного почти за все случаи рака шейки матки. ВПЧ «вставляет» свою ДНК в клетку-хозяина, в результате чего она начинает синтезировать протеин, который связывается и инактивирует белок p53, известный как хранитель генома из-за его роли в пред-отвращении мутации и подавлении опухоли. Поэтому инактивация белка р53 может иметь катастрофические последствия [7].

Даже по сравнению с другими раковыми клетками клетки HeLa растут чрезвычайно быстро. В свое время доктор Дж. Гей был поражен, увидев, что в течение 24 ч культивирования своего первого образца HeLa количество клеток удвоилось. Причиной этой аномалии служит активность фермента теломеразы HeLa. Так, в процессе деления нормальной клетки повторяющиеся короткие последовательности ДНК на концах всех хромосом, известные как теломеры, сокращаются вследствие снижения активности данного фермента [8]. Это приводит к старению и, в конечном счете, к апоптозу и гибели клеток. Нормальные клетки имеют максимальное количество делений прежде, чем эти теломеры истощаются. А в клетках HeLa, за счет высокой активности теломеразы, теломеры удлиняются, достигая при этом неограниченной репликативной возможности [9]. Эта аномалия позволяет клеткам HeLa делиться бесконечно, что делает их сейчас старше возраста Генриетты на момент ее смерти.

Этой клеточной культуре ученый мир обязан многими замечательными достижениями. Например, без клеток HeLa была бы невозможна разработка в 1953 г. вирусологом Национального фонда детского паралича Джонасом Солком (Jonas Salk) вакцины против полиомиелита из инактивированных вирусов [4]. Это был большой и многообещающий научный успех, но прежде чем применять новый препарат на людях, его необходимо было испытать на живых человеческих клетках. Популяция клеток HeLa оказалась совершенным инструментом. Они не только быстро росли, что позволяло своевременно накопить огромное количество клеток, необходимых для исследования, но и, как оказалось, легко заражались вирусом полиомиелита. Менее чем за 1 год вакцина была готова для применения на пациентах [10].

После успешного использования клеток HeLa для получения вакцины вируса полиомиелита линии культур клеток человека стали незаменимыми для выделения и культивирования ряда других вирусов, производства антител, интерферона, противоопухолевых химиопрепаратов. С тех пор список прорывных технологий и достижений с использованием клеток HeLa стал постоянно пополняться. Они повсе-дневно используются для вирусологических исследований, изучения таких заболеваний, как рак, СПИД, для оценки воздействия радиации и токсичных веществ, составления генетических карт, развития методов клеточной инженерии и решения огромного количества других научных задач [5].

В конце 60-х годов XX века НеLa и другие клеточные культуры дали толчок для возникновения генетической инженерии (условно относят к 1972 г.), когда в США П. Бергом (Paul Naim Berg) и его коллегами из Стэнфордского университета была создана первая рекомбинантная молекула ДНК. Открылась возможность целенаправленно конструировать искусственные генетические программы и многие нужные лекарственные препараты [11].

В декабре 1960 г. клетки HeLa полетели в космос на советском космическом аппарате «Спутник-6», в последующем они побывали в космосе еще несколько раз. Результаты показали, что HeLa хорошо себя чувствуют не только в земных условиях, но и в невесомости. С тех пор HeLa применяли для клонирования (в том числе знаменитой овечки Долли), многочисленных генетических исследований, отработки методов искусственного оплодотворения и для тысяч других исследований. С 1972 г. эти клетки активно используются в международной программе совместной борьбы с раком, при участии медиков всего мира [5].

Благодаря клеткам HeLa была выявлена связь ВПЧ и раком шейки матки, а также роль теломеразы в пред-отвращении деградации хромосом. За это Харальд цур Хаузен в 2008 г. и Элизабет Блэкберн, Кэрол Грейдер и Джек Шостак в 2011 г. были удостоены двух Нобелевских премий [12, 13].

«Мать вирусологии, клеточных и тканевых технологий, биотехнологии, современной медицины» — вот далеко не полный перечень эпитетов, которые заслужила за многие десятилетия эта клеточная культура.

Таким образом, невольный вклад Генриетты Лакс в медицину бесценен, за более чем полувековое служение науке и человечеству клеточная культура HeLa стала неоценимой и неотъемлемой частью биомедицинских исследований (рис. 3).

Рис. 3. История использования клеток в молекулярной биологии и медицине (рисунок авторов).

А тем временем…

А тем временем личность самой Генриетты Лакс долгое время не афишировалась. Доктор Гей, конечно, знал о происхождении клеток HeLa, но он считал, что конфиденциальность в этом вопросе является приоритетной, и в течение многих лет никто, и в том числе семья Лакс, не знал, что это именно ее клетки прославились на весь мир [5].

Хотелось бы отметить, что некоторыми учеными клетки HeLa были вынесены в отдельный вид, не относящийся к человеческому — Helacyton gartleri (Hela, в честь самих клеток HeLa; cyton, от греческого цитоса, что означает клетка; и gartleri — в честь генетика Стэнли Гартлера, который первым задокументировал поразительные свойства этих клеток). Эволюционный биолог Ли Ван Вален относит клетки HeLa к новому микробному виду из-за их не-ограниченного деления, собственного клонального кариотипа, хромосомной несовместимости с людьми, разной экологической ниши и способности выживания вне человеческого тела. Однако многие с этим не согласны, так как считают выживание клеток HeLa искусственным явлением и утверждают, что эволюция в чашке Петри мало влияет на эволюцию в природе [17]. В парках, скверах и городах, созданных людьми, живет большое количество микро- и макроорганизмов, адаптированных к этим условиям, добавляет Ван Вален. Так, человеком были искусственно созданы новые виды, хотя и не от своей собственной плоти. Если бы HeLa не был получен из человеческой ткани, утверждает Ван Вален, не было бы никаких сомнений в том, что его выделили бы в новый вид [18, 19].

Тем не менее образец раковой опухоли, ради любопытства помещенный в питательную среду, стал быстро размножаться, не стареет, и вот уже 65 лет активно используется в науке. В наше время клеточная культура HeLa — это важный научный инструмент многих исследовательских лабораторий, благодаря ему были проведены тысячи исследований, защищены диссертации, опубликованы более 70 тыс. научных статей и получены более 11 тыс. патентов. На сегодняшний день их настолько много, что если бы Генриетта была жива, то их вес в общем количестве в десятки раз превысил бы вес самой женщины, которая, к сожалению, так и не узнала о том, какой бесценный, хоть и невольный вклад она внесла в науку.

Поэтому хочется почтить память Генриетты Лакс. Ее клетки — оставшееся после нее бессмертное наследие, спасли и продолжают спасать жизней больше, чем в силах сделать любой врач.

В 1951 году американские медики взяли образец опухоли у афроамериканки, страдавшей раком шейки матки. Женщина умерла от рака, а ее клетки дали начало первой "бессмертной" линии человеческих клеток, известной как HeLa. До тех пор все попытки вырастить человеческие клетки в культуре заканчивались их гибелью, а HeLa продолжают жить по сей день.

Эта история может привести к изменениям в американском законодательстве и сделать условия использования биологических тканей человека в научных исследованиях более строгими, полагают авторы публикации.

Бессмертные клетки

В 1951 году медики из больницы Джона Хопкинса в Балтиморе (штат Мэриленд, США) взяли образец опухоли у Генриетты Лакс (Henrietta Lacks) — афроамериканки, страдавшей раком шейки матки. Лакс умерла от рака, а ее клетки дали начало первой "бессмертной" линии человеческих клеток, известной как HeLa. До тех пор все попытки вырастить человеческие клетки в культуре заканчивались их гибелью, а HeLa продолжают жить по сей день.

Эти клетки стали "полигоном" для многочисленных исследований по всему миру, которые начались с испытания вакцины от полиомелита. С их помощью изучают рак, СПИД и множество других болезней, а также воздействие радиации и токсичных веществ на человеческие клетки. В 1960 году HeLa отправились в космос на советском спутнике. Сейчас упоминание о них можно найти в примерно 74 тысячах научных статей.

Расшифровка генома Hela

В 2013 году две группы ученых расшифровали геном "бессмертных" клеток. Сначала это сделали немецкие исследователи под руководством Ларса Штайнмеца (Lars Steinmetz) из Европейской лаборатории молекулярной биологии в Гейдельберге (Германия). Проанализировав полученные данные, они обнаружили, что геном HeLa существенно отличается от генома обычных человеческих клеток: в них много мутаций, лишних копий генов и перестановок. Отчасти это объясняется тем, что клетки HeLa — раковые, а часть изменений накопилась за годы культивирования в лабораторных условиях.

Затем научная группа из Университета Вашингтона в Сиэттле (США) под руководством Джея Шендура (Jay Shendure) также составила расшифровку генома HeLa и нашла причину, по которой у Лакс развился рак. Они изучили включения генов папилломавируса человека в геном HeLa. Этот вирус и сам несет набор генов, способствующих развитию рака, кроме того, он встроился рядом с онкогеном, мутации в котором приводят к развитию раковых опухолей. Ученые полагают, что близость генов папилломавируса к онкогену была причиной развития у Лакс очень агрессивной формы рака.

"Это, наверное, самый худший вариант того, как папилломавирус мог встроиться в ее геном", — пояснил один из авторов исследования Эндрю Эдей (Andrew Adey) из Университета Вашингтона.

Исследования без разрешения

В середине XX века ученым не требовалось разрешение самой Генриетты или ее родственников на использование клеток в исследованиях. Поэтому долгое время члены семьи Лакс не подозревали, какую роль сыграли клетки Генриетты в развитии науки. Однако узнав об использовании клеток HeLa в исследованиях, ее родственники были возмущены тем, что все это происходило без их ведома.

Новый виток развития тема получила в марте 2012 года, когда Штайнмец и его коллеги выложили расшифровку генома клеток HeLa в базы данных, доступные научному сообществу.

Результаты расшифровки геномов обычных людей нельзя публиковать вместе с их личными данными. Но в случае HeLa ученые не нарушили никаких законов и не увидели в этом ничего предосудительного: эти клетки давно стали привычным объектом исследований. Однако семья Лакс была возмущена. Несмотря на отличия HeLa от здоровых человеческих клеток, они могут выявить некоторые наследственные черты семьи. Расшифровка генома была удалена из баз данных, однако это не решило проблему.

Результаты исследования генома клеток HeLa, проведенные группой Шендура, были приняты к печати в журнале Nature. Это подразумевает обязательную публикацию данных исследования. Проблема конфиденциальности расшифровки генома HeLa снова стала актуальной.

Чтобы найти выход из этой ситуации, Фрэнсис Коллинз (Francis Collins), директор, и Кэти Хадсон (Kathy Hudson), замдиректора Национального института здоровья США встретились с представителями семьи Лакс. Вместе они решили опубликовать расшифровку генома HeLa, ограничив к ней доступ. Ученые, которые захотят ознакомится с этими данными, должны будут обратиться в Национальный институт здоровья, где их запрос будут рассматривать, в том числе, представители семьи Лакс. Таким образом Лаксы будут знать, кто и для каких целей использует эти данные, и смогут определять условия их использования. Исследование Шендура стало первым, которое опубликовано с согласия Лаксов.

Конечно, остается возможность восстановить геном HeLa по данным, опубликованным за годы исследования клеток, или расшифровать его заново и снова выложить в интернет. Национальный институт здоровья США не сможет повлиять на тех исследователей, работу которых он не финансирует, пишут руководители института в том же выпуске Nature, где опубликовано исследование Шендура. Однако они призвали научное сообщество уважать права семьи Лакс.

Изменения в законодательстве

Этот случай — уникальный, подчеркивает руководство Национального института здоровья, и поэтому рассматривается в индивидуальном порядке. Однако он привлек внимание общественности к условиям использования биологических образцов в научных исследованиях.

Действующие законы США оставляют возможность получить на основании такого образца полную расшифровку генома человека без его ведома. Единственное ограничение — образец должен быть анонимным. Однако в век компьютерной обработки данных такая защита весьма условна, признает руководство Национального института здоровья.

"Кроме того, взаимоотношения между учеными и участниками исследований развиваются: запрос разрешения подчеркивает, что участники — это партнеры (ученых), а не просто предмет изучения", — пишут Коллинз и Хадсон.

Сейчас руководство Национального института здоровья готовит предложения поправок в американские законы. Если эти изменения будут приняты, ученым придется получать у "доноров" биологических тканей разрешение на использование материала вне зависимости от анонимности исследования.

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.

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.

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

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.

Почему ее клетки так важны?

И он был прав. Линия клеток, идентичная во всех лабораториях мира, позволила быстро получать и независимо подтверждать всё 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.

Клетки HeLa, сфотографированные с помощью электронного микроскопа (увеличение примерно в тысячу раз)

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).

Четыре этапа эксперимента

HeLa (или любая другая лабораторная клеточная линия).
Нетрансформированные короткоживущие клеточные линии — клетки кожи, клетки крови и т. п. Работать с ними 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.
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.
Многостадийные клинические исследования на людях.

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.

Посмертные подвиги живых клеток

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.

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.

Клеточные рекордсмены

Бессмертность клеток линии HeLa связывают с последствиями инфицирования вирусом папилломы человека HPV18. Инфекция вызывала триплодию многих хромосом (образование трех 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.

Конечно, всё 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, всё 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.

Читайте также: