Разделение близнецов

Эксперимент: разделение близнецов сразу после рождения для того, чтобы наблюдать за тем, как окружающая обстановка влияет на их развитие.

Предпосылка: в поисках способа проверки взаимозависимости воспитания от генетики, исследователи выявили наличие одного очевидного ресурса: это однояйцевые близнецы, чьи гены практически на 100 процентов совпадают. Близнецы почти всегда растут вместе, то есть в одной и той же среде. Несколько исследований все же смогли проследить жизнь разделенных в раннем возрасте близнецов, как правило, их усыновляли, однако, невозможно контролировать и проанализировать отличия их жизней по всем параметрам. Если ученые могли бы контролировать окружающую среду братьев и сестер с самого начала, они могли бы проводить строго разработанные исследования. Этот способ является одним из самых неэтичных, но он может быть единственным (если не считать клонирование человека), с помощью которого можно ответить на спорные вопросы, окружающие генетику и воспитание.

Как это работает: беременные женщины должны быть предупреждены заранее, что детей разлучат с рождения. После этого, исследователи «строят» дома для детей, что будет гарантировать, что каждый аспект воспитания детей находится под контролем.

Выигрыш: выиграют от этого эксперимента несколько дисциплин, однако, больше всех информации, безусловно, получит психология, в которой проблема воспитания описана довольно туманно. К примеру, возможно, психологи нашли бы ответ на вопрос, почему зачастую, близнецы, выросшие вместе, по характеру совсем не похожи друг на друга, а те, кто был разделен, нередко разделяют огромное количество черт характера.

«Токсичные» герои

Эксперимент: тестирование каждого нового химического вещества на многочисленных добровольцах – людях.

Предпосылка: производители токсичных химикатов, как правило, тестируют свою продукцию в лабораторных условиях, подвергая грызунов воздействию высокого уровня токсичного вещества. Но только из-за того, что мышь может выжить в результате определенного воздействия, нельзя судить о том, что выживет и человек. Единственные исследования, которые специалисты могут проводить с участием людей – это наблюдения и отслеживание частоты побочных эффектов среди тех, кто в реальной жизни подвергся воздействию того или иного вещества. Но это чревато проблемами. Там, где исследователи могут проводить свои наблюдения, к примеру, на заводах, которые производят химикаты, количество пострадавших субъектов очень мало, чтобы говорить о надежности результатов.

Как это работает: проведение всех стандартных тестирований на людях, а не на животных. Для этого необходимо набрать добровольцев, представителей различных рас и с различными показателями по здоровью, в идеале по сотне на каждое тестируемое вещество.

Выигрыш: токсикология на сегодняшний день на многие вопросы не знает ответов. К примеру, чего только стоит многолетний спор о бисфеноле А, о его вреде. Многочисленные исследования так и не пришли к однозначным выводам. В то время, как этот ингредиент по-прежнему используется при производстве пластика, в странах ЕС запрещено изготавливать детские бутылочки, применяя данное вещество. Таким образом, тестирование химикатов на человеческом организме даст четкую картину происходящего.

Образцы мозга

Эксперимент: изъятие клеток мозга из живого человека.

Предпосылка: вы можете сдать кровь или волосы, которые будут использованы в научных исследованиях, но как насчет того, чтобы поделиться частью своего мозга при жизни? Врачи не дадут согласия, даже если вы захотите, потому что это инвазивная хирургия с серьезными последствиями. Но это, несомненно, будет полезно: хотя ученые признают, в принципе, что наша окружающая среда может изменить нашу ДНК, у них есть несколько задокументированных примеров того, как происходят так называемые эпигенетические изменения и с какими последствиями.

Исследования на животных показали, что последствия могут быть весьма серьезными: в 2004 году было установлено, что особое поведение крыс матерей выключает работу некоторых генов в гиппокампе их детенышей, это, в свою очередь, приводит к тому, что малыши становятся неспособными справляться со стрессом. В 2009 году были получены аналогичные результаты при изучении мозга человека: в главном органе самоубийцы, с которым в детстве плохо обращались, также обнаружили, что ген, который помогает человеку справляться со стрессом, подавлен. Но в какой момент происходит такой сдвиг? Имея на руках образец мозга исследователи смогли бы ответить на этот вопрос, а также смогли понять реальные неврологические потери, связанные с жестоким обращением с детьми.

Как это работает: ученые могут получить образец мозга таким же способом, как хирург проводит процедуру биопсии: он делает небольшой надрез, просверливает маленькое отверстие в черепе и вставляет иглу для того, чтобы захватить немного ткани. Естественно, процедура проводится при помощи анестезии. Маленькой частички ткани будет достаточно, потому что для исследования необходимо лишь несколько миллиграммов ДНК. При отсутствии инфекций или хирургических ошибок, повреждения мозга будут минимальными.

Выигрыш: такой эксперимент поможет ответить на вопросы о том, как человек обучается. «Включает» ли чтение особые гены в префронтальной коре, месте более высокого уровня когнитивного познания? Изменяет ли эпигенетическое состояние генов в коре головного мозга большое количество времени, затраченное на игру в теннис? Влияет ли просмотр реалити-шоу на наш мозг?

Развитие эмбриона

Эксперимент: внедрение специального аппарата в человеческий эмбрион, который наблюдал бы и фиксировал его развитие.

Предпосылка: в наши дни беременные женщины проходят сложные тесты с целью убедиться, что их плод развивается нормально. Согласится ли кто-либо из женщин предоставить свой плод на изучение в рамках научного проекта? Вряд ли. Однако, без такого рода уникального эксперимента мы никогда не сможем полностью понять великую тайну человеческого развития: как крошечные скопления клеток превращаются в полностью сформированного человека. У исследователей в принципе есть инструменты, позволяющие ответить на данный вопрос. Новая технология позволяет отслеживать генетическую активность клеток с течением времени. Если этика – это не проблема, то осталось только найти мать, которая позволит таким образом использовать свой эмбрион.

Как это работает: для отслеживания активности различных генов в зародышевой клетке, исследователи используют синтетический вирус, содержащий зеленый флуоресцентный белок. С помощью него исследователи смогли бы наблюдать за тем, как в различные моменты развития включаются и выключаются определенные гены. Это позволит им понять, какие существуют преобразователи, которые превращают эмбриональные стволовые клетки в специальные клетки легких, печени, сердца, мозга и т.д.

Выигрыш: понимание процесса развития эмбриона даст ученым мощную основу для создания человеческого существа. Это может помочь развитию лечения стволовыми клетками для восстановления клеточных повреждений, вызванных различными заболеваниями, такими как, к примеру, болезнь Паркинсона. Сравнивая развитие человека с развитием других видов, можно будет выявить различия в экспрессии генов, которые способствуют развитию комплексных атрибутов, таких как речь, например. К сожалению, риски слишком велики: беременность не только может закончиться выкидышем, но и введенный вирус может нарушить работу ДНК эмбриона, соответственно малыш родится с дефектами.

Оптогенетика

Эксперимент: использование лучей света для того, чтобы управлять жизнедеятельностью клеток мозга.

Предпосылка: могу ли я разрезать ваш мозг и вставить в него некоторые электронные приспособления? Перед тем, как сказать нет, прочтите, что наука может от этого получить. Мозг – это бесконечная цепь электрических связей, и выяснение цели работы конкретного круга цепи – это серьезная научная задача. Многое из того, что известно ученым, стало доступно благодаря изучению травм головного мозга, которые позволяют им сделать вывод о функционировании тех или иных областей на основе видимых последствий повреждений. Обычные генетические подходы, связанные с отключением гена или с функционированием мутировавшего гена, занимают по проведению несколько часов или дней, однако, за это время очень трудно проследить за влиянием на психические процессы.

Как это работает: оптогенетика – это экспериментальный метод, который с успехом применяется на мышах. Исследователи спроектировали доброкачественный вирус, который при попадании в мозг, создает ионные каналы – переключатели, которые включают или выключают конкретные клетки мозга при реакции на свет. Подсвечивая особым образом мозг (обычно с помощью волоконно-оптических нитей), исследователи могут увеличить или уменьшить ритм работы клеток и наблюдать за тем, что происходит с объектом. В отличие от обычных генетических подходов, вспышки света продолжаются миллисекунды. Более того, направленные на конкретные цепи в мозге, многие теории могут быть с точностью проверены.

Выигрыш: использование даже одного человеческого мозга в этом эксперименте принесет фантастические результаты. Только представьте, если бы вас могли заставить прекратить говорить только путем выключения работы некоторых клеток, или же наоборот, сделав чрезмерно активными работу других клеток, исследователи способствовали бы тому, что вы бы не признали лицо любимого человека. Эффект может быть исключительно временным: как только гаснет свет, все дефекты исчезают. Такие эксперименты дали бы нам понимание причинности работы коры головного мозга, и показали бы как 100 миллиардов нейронов работают вместе, наделяя нас талантами, которые мы считаем само собой разумеющимися.

Обмен чревом

Эксперимент: эмбрионов полных и худых женщин поменять местами.

Предпосылка: экстракорпоральное оплодотворение – это дорогостоящая и рискованная процедура, поэтому трудно представить, что какая-либо мать согласиться доверить вынашивание своего ребенка другой женщине, а сама, при этом, вынашивала бы чужого. Однако, такой акт самоотверженности может породить некоторые действительно значимые открытия. Многие из наиболее важных эпигенетических влияний (каким образом окружающая среда меняет гены) находятся в утробе матери. Классическим примером является ожирение: у женщин с ожирением, как правило, дети страдают от избыточного веса, причем с самого раннего возраста. При анализе данного вопроса никто не может сказать какую роль в данном случае играет эпигенетика, а какую сами гены.

Как это работает: эксперимент будет таким же, как обычное ЭКО, за исключением того, что эмбрион будет введен не в матку матери.

Выигрыш: ученые будут знать наверняка о том, является ли ожирение наследственным или все же на него влияет эпигенетика. Более того, подобные исследования помогли бы внести дополнительную ясность. К примеру, канадская команда специалистов в настоящее время занимается реализацией проекта, с помощью которого можно будет изолировать плод от последствий, связанных с внутриутробным воздействием на него токсинов.

Человек – обезьяна

Эксперимент: создать помесь человека с шимпанзе.

Предпосылка: биолог Стивен Джей Гулд (Stephen Jay Gould) назвал данный эксперимент «самым интересным и этически неприемлемым, который только можно себе представить». Идея? Спаривание человека с шимпанзе. Подобный интерес вырос из его работ с улитками, в результате анализа которых он выяснил, что родственные виды при спаривании дают потомство с различными вариациями в «архитектуре» оболочки. Гулд объясняет данное разнообразие работой нескольких генов, которые выключают и включают общие гены, ответственные за построение оболочек улиток. Может быть, предположил он, различия между людьми и обезьянами также определяются фактором развития: в конце концов, взрослые люди имеют физические признаки, такие как большие черепа и широко расставленные глаза, которые присущи и детенышам шимпанзе. Это явление известно как неотения (сохранение детских черт у взрослых в последующих поколениях). Гулд предположил, что в ходе эволюции склонность к неотении, возможно, и привела к созданию человека. Наблюдая за развитием обезьяны – человека, исследователи смогли бы подробно изучить данную теорию.

Как это работает: все пугающе просто: при искусственном оплодотворении можно легко получить жизнеспособного эмбриона человека-шимпанзе. Исследователи также пришли к выводу, что различия в хромосомном наборе (у нас 23, у шимпанзе – 24) не являются непреодолимым барьером. Что касается беременности и родов, то они вполне смогут протекать естественным путем. Шимпанзе рождаются меньше по размерам, чем люди, поэтому целесообразнее было бы вырастить эмбриона в матке женщины.

Выигрыш: идея Гулда о неотении является спорной, если не сказать больше. Однако, этот эксперимент поможет решить эту проблему, а также ответить на вопрос о том, как при таком сходстве геномов, два вида так сильно отличаются друг от друга. Результат эксперимента может дать биологам четкое видение происхождения нашего вида. Будем надеяться, что специалистам все же удастся найти менее тревожный маршрут, чтобы получить ответы на свои вопросы.