Спустя десять лет после этого компостного начала биолог, а позже нобелевский лауреат Сидней Бреннер искал животное, у которого можно было бы изучать развитие нервной системы, достаточно простое, чтобы иметь надежду понять ее. Первые эксперименты были проведены с типом нематод, найденных им в почве в своем саду за домом в Кембридже, и ученый назвал их N1 – нематода 1. Тем не менее он стремился найти лучшего червя для этой работы и хотел рассмотреть других кандидатов, прежде чем продолжить эксперименты. Бристольские черви в итоге стали победителями, и их окрестили N2, и это проще запомнить, чем их полное биологическое название Caenorhabditis elegans (или сокращенно C. elegans). Эти нематоды, крошечные, миллиметровые черви, прозрачные, скромные и едва видные невооруженным глазом, в настоящее время являются одним из самых успешных модельных организмов на планете.
Модельные организмы – один из ключевых инструментов современной биологии. Это существа, которые используются в качестве испытуемых для всего – от отдельных лекарств до фундаментальных биологических теорий. Идея использования модельного организма состоит в том, чтобы упростить проблему как концептуально, так и экспериментально, и позволить нам получить идеи, которые затем могут быть применены к более развитым, сложным организмам, таким как люди. Классический квартет в биологии старения и во многих других областях тоже – это дрожжи, черви, плодовые мушки и мыши, в порядке возрастания биологического сходства с нами.
Ключевое различие между нематодами и мышами или людьми очевидно: это гораздо меньшее по размеру животное. Состоящие не из триллионов, а из тысячи клеток, их тела достаточно малы, чтобы мы могли управлять поведением каждой отдельной клетки. Есть даже проект под названием OpenWorm («Открытый червь»), пытающийся создать компьютерную симуляцию C. elegans на клеточном уровне – то, о чем мы пока можем только мечтать для людей.
Экспериментальные преимущества также значительны. C. elegans приходит на помощь, когда исследования человека были бы слишком неудобными, чересчур длительными или настоящим кошмаром с этической точки зрения. Эти черви растут, размножаются и умирают всего за пару недель, значительно ускоряя эксперименты. Можно вырастить десятки особей в одинаковых условиях в маленькой лабораторной посуде – люди бы на такое никогда не согласились. И у нас также меньше сомнений с червями, когда дело доходит до генетической модификации, к которой прибегают, чтобы просто посмотреть, что произойдет.
Первые эксперименты с червями кажутся бессистемными и примитивными по сравнению с современной наукой с ее точным редактированием генов и секвенированием. Старый метод состоял в том, чтобы взять несколько червей N2 (N2 до сих пор используется для обозначения «стандартного» штамма
[20], карандаша HB
[21] среди C. elegans) и подвергнуть их воздействию неприятного химического вещества, которое индуцирует случайные мутации в ДНК. Затем берут тысячи мутировавших яиц, которые они производят, и выращивают их по отдельности во взрослых особей. Потом размножают десятки идентичных копий от каждой из них и, наконец, проверяют, делает ли какой-либо из случайно мутировавших червей что-нибудь интересное. В этом случае за ним наблюдают в течение нескольких недель, чтобы увидеть, как долго он живет. Если один из этих мутантов живет дольше, чем обычно, то какие бы изменения ни происходили в ДНК, они могут помочь нам понять генетическую основу долголетия.
В 1983 году ученый Майкл Класс начал терять веру в это после нескольких лет тестирования ошеломляющих восьми тысяч штаммов на долголетие. Он обнаружил только восемь, которые жили дольше, чем обычно, и нашел причины отмахнуться от всех них как от неинтересных. Двое спонтанно вошли в специфическую для червя форму анабиоза, называемую состоянием спящей личинки (dauer
[22] state), что, вероятно, нам никак не поможет (даже если люди могли бы сделать что-то подобное, жить дольше, проводя десятилетия в странной ограниченной среде, – это вероятно, не то, к чему стремится большинство людей). У одного был дефект, который, казалось, мешал ему чувствовать еду и двигаться к пище. А остальные пять были очень вялыми, как оказалось, когда на них взглянули под микроскопом. Класс подозревал, что эти последние шесть штаммов ели меньше, чем их N2-аналоги, либо из-за нарушения обоняния, либо из-за общей вялости. К этому времени уже было общеизвестно, что меньшее количество пищи продлевает жизнь животных. Так что все, что он сделал, это заново открыл эффективность пищевого ограничения с помощью невероятно трудоемкого и окольного генетического пути.
Червибыстро растут, недолго живут и легко размножаются. Поэтому именно на них проводят самые разные эксперименты. Даже генную модификацию – просто чтобы посмотреть, что получится.
Неспособность Класса обнаружить мутацию долголетия вполне соответствовала предрассудкам того времени. Старение, как мы видели, связано со многими различными генами, которые приводят к ужасным последствиям в конце жизни и накапливаются в ДНК либо случайно, либо потому, что давали преимущество в молодости. Считалось, что таких генов должно быть несколько десятков или даже сотен и каждый из них сводит на нет жизненные шансы старого организма. Если один-единственный ген долголетия может что-то изменить, почему бы эволюции просто не увеличить его количество до одиннадцати и не поразиться его долгоживущим творениям? И разве мы не ожидали встретить особей со случайными мутациями, которые живут намного дольше, чем все остальные?
Результаты Класса, казалось, подтверждали эту мысль: мутация нескольких генов у червя не могла продлить его жизнь, кроме как окольным путем, лишая его пищи. В конце концов он в отчаянии бросил академическую науку, но его коллега Том Джонсон взялся за поиски с поразительным упорством. Джонсон надеялся, что продление жизни червей было реальным и что он мог бы использовать его, чтобы доказать, что старение контролируется многими различными генами. Он знал, что эти вызывающие мутации химические вещества обычно вносят около двадцати ошибок в ДНК каждого червя. Так что вполне возможно, что долгоживущие особи обладали цепочкой генетических изменений, некоторые положительные, некоторые отрицательные, и все они были готовы для исследования.
Первый шаг состоял в том, чтобы выяснить, имеет ли значение нарушение рациона червей. Ученый начал с того, что скрестил мутантов с червями N2, что стало первым шагом кропотливого процесса выделения генов, каким он был до секвенирования генома. Исследователю удалось вывести несколько червей, которые ели столько же, сколько обычно, но все еще имели большую продолжительность жизни. Затем он скрестил некоторых из этих долгоживущих и сытых нематод с N2. К его удивлению, у потомства этого союза была нормальная продолжительность жизни.
