Исследование: в клетках двухнедельного эмбриона человека не нашли зачатков нервной системы

11:16 22 Ноябрь Киев, Украина

Британские и немецкие ученые исследовали особенности экспрессии генов в клетках всего человеческого зародыша в возрасте около семнадцати дней от оплодотворения. Так они выяснили, что у людей кровеносная система начинает формироваться раньше, чем у мышей, а нервная система образуется позже, чем считалось. Описание и результаты исследования опубликованы в журнале Nature .
 
Фото: Вид эмбриона на стадии гаструляции сверху (слева) и сбоку (справа)

Зачем провели опыты над человеческим эмбрионом?

Одним из самых сложных и важных этапов внутриутробного развития человека является гаструляция, которая происходит на третьей неделе жизни зародыша. Это процесс, при котором стволовые клетки однослойного диска начинают видоизменяться в объемную структуру и образуют три зародышевых листа — энтодерму, мезодерму и эктодерму. Энтодерма при нормальном развитии зародыша даст начало таким органам как кишечник, печень и поджелудочная железа; мезодерма - мышцам, костям и соединительной ткани; эктодерма — коже и нервной системе.

Как происходит гаструляция у людей, довольно малоизученный процесс. Чаще женщины не знают, что беременны, поэтому не замечают выкидышей и не планируют абортов на таком раннем периоде, когда происходит гаструляция — то есть всего через две недели после зачатия. Поэтому очень редко удается получить донорские человеческие эмбрионы на этом этапе развития. К тому же, до начала этого года еще действовалимеждународные рекомендации, запрещающие проведение опытов на человеческих эмбрионах старше 14 дней. Решение базировалось на предположении, что после этого периода начинают формироваться зачатки нервной системы, а значит, теоретически зародыш может что-то испытывать, например, боль. Поэтому понимание процессов раннего развития человека в основном базировалось на изучении исторических коллекций фиксированных образцов, животных моделей и причудливых эмбрионов из клеток человека и животных. Как эти результаты точно отражают настоящий процесс эмбриогенеза — спорный вопрос. Но ученым из Оксфордского университета, Немецкого центра исследований гигиены окружающей среды и биомедицинского центра Джефри Чеа представилась редкая возможность исследовать человеческий эмбрион в фазе гаструляции.

Откуда взяли эмбрион и как с ним поступили?

Человеческий зародыш удалось исследовать благодаря редкому случаю, когда женщина очень рано узнала о беременности. Она решила совершить аборт и предоставила письменное разрешение на последующее использование эмбриона для научного изучения. Первые исследования показали, что зародыш развивался нормально, был мужского пола и имел возраст примерно 16-19 дней от зачатия, находясь на стадии гаструляции. После морфологического изучения ученые исследовали работу около четырех тысяч генов в 1195 клетках эмбриона, проанализировав их РНК. На основе этого была сформирована обширная база данных о гаструле человека, размещенная в свободном доступе для исследований других ученых.

Что показало поклеточное изучение зародыша?

Ученые пришли к выводу, что в целом мышиные эмбрионы являются хорошей моделью для изучения гаструляции у человека, однако существуют отличия, из-за которых не всегда можно интерпретировать результаты на человека. К примеру, 662 гена, общие у мышей и людей, на одинаковом этапе развития эмбрионов экспрессировались несколько по-разному, например, одни сильнее, другие слабее. Подобные результаты о высоком сходстве и одновременно отличия получили ученые и сравнили эмбрионы человека и макаки (еще одного вида, чьи зародыши служат моделями в исследованиях).

У человеческого зародыша обнаружили предшественников половых клеток, которые на этом этапе развития обычно имеются и у мышей, и у приматов. Но, опять же, экспрессия части генов у трех видов отличалась. Неожиданным было выявление двух типов клеток кровеносной системы у человеческого зародыша — эритробластов, которые дают начало эритроцитам (они даже были окрашены в красный цвет из-за наличия гемоглобина), и гематоэндотелиальных клеток-предшественников, которые впоследствии дифференцируются в клетки крови и стенок сосудов. У мышей на аналогичном этапе развития их еще не наблюдают, это указывает на то, что у людей формирование кровеносной системы начинается раньше.

Весомым открытием стало и то, что у человеческого зародыша не заметили зачатков нервной системы, что наблюдается у мышей на таком же этапе. В клетках даже не зарегистрировали или регистрировали на очень слабом уровне экспрессию генов, которая указывала бы на начало формирования нервной системы и дифференциации нейронов. Таким образом, предварительное беспокойство относительно возможного ощущения боли уже 14-дневным человеческим эмбрионом необоснованно.

Исследование позволяет лучше понять, как формируется человек на очень раннем этапе развития, но оно имеет ограничение. Хотя эмбрион выглядел морфологически и генетически здоровым, пока он единственный, на ком было проведено подобное детальное изучение. У него могли проявиться индивидуальные особенности, не позволяющие уверенно делать выводы относительно эмбрионального развития человека в целом. А поскольку возможность изучить другие эмбрионы на таком раннем сроке очень редка, ученые считают более целесообразным провести следующие сравнения экспрессии генов в клетках зародышей людей и приматов.