химера это что такое в биологии человека
Существуют ли среди людей химеры?
Совсем недавно мы рассказывали вам о том, что китайским ученым удалось добиться рождения химеры свиньи с клетками обезьяны. Если вдруг вы пропустили эту новость, то обязательно ознакомьтесь с ней, а также подпишитесь на нас в Телеграм, чтобы не пропускать важные события из мира науки и высоких технологий. Однако после прочтения этого материала у вас мог возникнуть вопрос: «а есть ли возможность создания химер при участии человека?». Ответ на него может быть не столь очевидным, как кажется на первый взгляд. Химеры не только могут существовать, но и вполне успешно живут среди нас. И, если основываться на определении того, что такое химера, то это чистая правда.
Есть ли химеры среди нас? Ответ вас удивит!
Химеры среди нас?
Давайте окончательно разберемся в терминологии. Химера — это организм, который имеет несколько наборов ДНК. Как известно, все мы рождаемся с определенным набором генов, который и определяет нашу личность. Но если не «подмешивать» чужеродную ДНК в момент созревания плода, то как создать химеру? Ответ довольно прост, хоть и странен на первый взгляд — пересадить костный мозг от одного человека другому.
Житель американского штата Невада Крис Лонг несколько лет назад страдал от лейкемии. При этой процедуре показана пересадка костного мозга. Господину Лонгу посчастливилось найти донора и операция прошла успешно. Но спустя 3 месяца после процедуры во время анализа крови пациента врачи заметили, что ДНК его крови изменилась. Теперь она принадлежала человеку, который спас жизнь Крису. Однако на этом история не закончилась.
Через 4 года после проведения спасительной процедуры пострадала не только кровь мистера Лонга. Мазки, взятые с его губ и слюна также теперь содержат как его ДНК, так и ДНК донора. Что еще более удивительно, так это то, что ДНК в крови и даже семенной жидкости полностью подверглась замене. Единственная ткань, которая сохранила только лишь ДНК «владельца» — это волосы на груди и голове. Таким образом Крис Лонг технически стал химерой.
Перед вами самая настоящая химера. Зовут ее Крис Лонг
Как скрестить обезьяну и человека
В 2017 году в США ученые получили эмбрион свиньи, скрещенный с человеческими стволовыми клетками. Однако человеческие клетки приживались очень плохо. Есть предположение, что это происходит из-за большой «эволюционной разницы» между свиньей и человеком. В любом случае тогда эти эксперименты были прекращены и ученые обратили свое внимание на создание химеры на основе человека и обезьяны.
Это эмбрион химеры человека и свиньи
Создание химер человек-обезьяна, в теории, могут открыть неограниченные возможности для выращивания органов для трансплантации. Сегодня вопрос стоит лишь в плоскости, кто это сделает быстрее. Законодательства многих стран запрещают подобные экскременты, поэтому ученные скованы этими ограничениями. В то же время в 2019 году появилась публикация в Испанском издании El Pais о том, что была создана химера человек-обезьяна, правда она была уничтожена еще на стадии зародыша, до рождения. Исходя из этого можно строить предположения о том, в каком направлении ведутся разработки о которых нам не говорят.
В 2017 году ученым успешно удалось инъецировать в эмбрион крысы мышиные стволовые клетки. В результате эксперимента у крысиного эмбриона выросла нормальная поджелудочная железа, которая генетически соответствовала такой же железе, но у мыши. Ее фрагменты удалось пересадить другим мышам, у которых искусственно был вызван диабет. После пересадки мыши полностью выздоровели. Через некоторое время стали ходить слухи о подобных экспериментах на людях и обезьянах.
В этом видео Хуан Бельмонте (автор эксперимента по созданию эмбриона свиньи со стволовыми клетками человека) рассказывает о нем более подробно:
Какие сложности создают химеры?
На самом деле, десятки тысяч людей ежегодно проходят через процедуру трансплантации костного мозга при раке крови и других заболеваниях, включая лейкемию, лимфому и серповидноклеточную анемию. Хотя маловероятно, что кто-то из них окажется преступником или жертвой преступления, возможность того, что это произойдет, исключать нельзя.
Врачу не нужно знать, в каком количестве ДНК донора будет присутствовать в теле пациента. Потому, что этот тип химеризма не оказывает никакого влияния на организм пациентов. Их мозг и их личность остаются неизменными. — говорит Эндрю Резвани, директор отделения трансплантации крови и костного мозга в Медицинском центре Стэнфордского университета. Пациенты также иногда спрашивают меня, что значит для мужчины иметь хромосомы женщины после пересадки или наоборот. Но это вообще не имеет значения.
А вот для судмедэксперта это совсем другая история. В ходе сбора ДНК-улик с места преступления, следователи исходят из того, что каждая жертва и каждый преступник оставляют после себя один идентификационный код, поэтому тут наличие химеризма может играть ключевую роль. При этом подобный случай уже происходил. В 2004 году следователи на Аляске загрузили профиль ДНК, извлеченный из спермы предполагаемого преступника, в базу данных ДНК. Он соответствовал потенциальному подозреваемому. Но была одна проблема: во время нападения этот человек уже находился в тюрьме. Оказалось, что настоящему виновнику расследуемого дела сделали пересадку костного мозга. А донором выступал родной брат, который и находился в тюрьме на момент совершения преступления.
При этом до сих пор остается открытым вопрос: а какой ДНК будет обладать ребенок, родившийся в том случае, если один из родителей является химерой? Трансплантологи сходятся во мнении, что с «чужой» ДНК ребенок также являлся бы «чужим». Но данную гипотезу пока не удалось подтвердить на практике.
Генетика и ПГД
Химеризм – одновременное наличие в организме клеток разных генотипов.
Данное патологическое состояние может возникать на разных стадиях развития организма: при оплодотворении, на этапе эмбрионального развития, а также во взрослом возрасте.
Иногда это может отражаться на внешности человека, например, в виде «мозаичной» кожи или глаз разного цвета. Но, как правило, человек даже не предполагает того, что в его организме сосуществуют клетки с разными наборами генов.
Существует несколько видов химеризма, отличающихся причинами возникновения.
Тетрагаметический – две зиготы (клетки, образующиеся в результате слияния двух родительских половых клеток в процессе оплодотворения) сливаются в одну и формируют только один эмбрион. При этом каждая из зигот оплодотворена разными сперматозоидами. В результате такого слияния зигот органы и клетки образовавшегося организма имеют разный хромосомный набор.
Такой химеризм может встречаться при ЭКО, поскольку врачи пересаживают несколько оплодотворенных яйцеклеток. В большинстве случаев рождаются близнецы, редко – химеры. Для таких химер возможно наличие двух типов эритроцитов, гермафродитизм, мозаичная окраска кожи и глаз.
Микрохимеризм – передача клеток от плода к матери и наоборот. Иммунные клетки эмбриона, встраиваясь в клетки матери, способны помочь ей избавиться от серьезных заболеваний при наличии их на момент беременности, а также способны способствовать омоложению организма женщины. Если же материнские клетки встраиваются в эмбрион, то в таком случае возникает опасность, что ребенок в утробе может скопировать материнские болезни.
Близнецовый – обмен клетками между близнецами в ходе внутриутробного развития через общую плаценту.
Такой обмен приводит к тому, что ребенок может иметь две нити ДНК.
Посттрансплантационный – результат переливания крови или пересадки органов. Как правило, собственные клетки организма существуют наряду с клетками донора, но иногда клетки донора полностью встраиваются в пересаженный организм, изменяя структуру его крови.
При пересадке костного мозга введенные донорские клетки могут производить только собственные клетки, со своим генетическим набором. В случае если трансплантат успешно прижился, то человек становиться химерой с генетическим набором клеток донора.
В виду отсутствия явных симптомов такого патологического состояния, только проведение комплексного генетического обследования может определить, является ли человек химерой. Обычно с такой особенностью человек может жить без трудностей, но иногда химеризм может явиться причиной курьезов.
Известен случай с американкой Лидией Фейрчайлд, которой после проведенного теста ДНК пришлось доказывать, что она приходится матерью своим детям. Анализ не подтверждал их родственную связь из-за наличия чужой ДНК в ее крови. Но более подробные исследования показали, что Лидия является носителем генетических наборов двух людей: волосы, кровь, кожа, эпителий ротовой полости принадлежали ей, а вот эпителий матки – соответствовал некой сестре-двойняшке.
Похожий случай произошел с Карен Киган. Женщине понадобилась трансплантация почки. Результаты анализов крови двух ее детей показали, что они не являются детьми Карен. Только после дополнительных исследований ДНК образцов разных органов было установлено, что в организме Карен часть клеток имеет набор ДНК, соответствующий сестре-двойняшке.
Американская певица и модель Тейлор Мюль уже будучи взрослой узнала, что у нее тетрагаметный химеризм. Близнец Мюль был девочкой, поэтому слияние не повлияло на половые признаки. При этом у девушки два цвета кожи, левая сторона тела немного больше правой. Клетки иммунной системы и крови Мюль имеют два набора ДНК и постоянно борются друг с другом. От этого страдает иммунная система девушки.
Недавно Тейлор Мюль, основала движение Chimera Awareness. Это движение помогает людям, которым ещё не поставлен диагноз химеризм.
Статистика утверждает, что около 8% близнецов подвержены химеризму.
Известны случаи близнецового химеризма, в результате которого рождаются дети с уродствами. Например, 11-ти летняя китайская девочка, из спины которой растет и развивается поглощенный брат-близнец или техасский ребенок-химера – на одну половину черный мальчик, на другую – белая девочка. После сложной операции ребенок продолжил жить, будучи мальчиком.
Химерой был и знаменитый маньяк Чикатило, данные ДНК по группе крови и по сперме которого не совпадали. Анализы спермы и крови показывали результаты, соответствующие двум различным людям, что помогло ему долгое время скрываться от правосудия.
Сегодня известно около 40 случаев человеческого химеризма.
Интересны случаи исцеления пациентов в результате пересадки костного мозга. После подобной операции реципиент становиться химерой, так как в его организме живет генетический материал донора. Известен случай, когда после трансплантации костного мозга 42-летний американец, страдающий и лимфомой, и СПИДом, исцелился от обеих болезней. Донором реципиента оказался носитель обеспечивающей устойчивость к ВИЧ мутации, которая была передана больному с костным мозгом.
В современных неблагоприятных условиях окружающей среды люди сталкиваются с различными процессами мутации, последствия которых непредсказуемы. Не исключено, что это защитная реакция природы, направленная на выживание в экстремальных условиях.
Химера от природы, или человек с двумя ДНК.
Однажды, одна женщина по имени Лидия Фэйрчайлд (какая говорящая фамилия!), мать троих детей, подала обычную заявку на пособие. В числе прочих данных, там был тест ДНК, для того, чтобы исключить факт мошенничества. Каково же было её удивление, когда тест показал, что её бывший — отец этих троих детей, а она сама — не является матерью своих детей.
Её ожидаемо вызвал прокурор, чтобы прояснить ситуацию — чьи это дети, где их настоящая мать и кто она такая вообще? Дело шло к суду. Конечно, у Лидии было масса доказательств того, что она мать — документы, свидетели, ну вообще всё есть, но против неё была существенная улика — это тест ДНК, который говорил об обратном — она не является матерью своих детей. К тому моменту она была в четвёртый раз беременна, и адвокат ходатайствовал, чтобы отложить суд, и провести анализ у новорождённого, возможно это прояснит ситуацию в деле.
И вот, когда происходили роды, в больнице находился специально обученный человек, который засвидетельствовал, что новорождённый был именно Лидии, и ДНК–тест был произведён именно у него. И вот этот тест дал результат: четвёртый ребёнок тоже не её.
Вот тут все немного подохуели. Дело в том, что этот прецедент мог дискредитировать судебную систему, которая выносила судебные приговоры на основании тестов ДНК, в том числе и смертельные.
Адвокат Лидии к этому времени нашёл какой–то аналогичный случай, когда женщине требовалась трансплантация почки, и оказалось, что из троих её детей — двое оказались не её. Короче, врачи решили полностью исследовать Лидию, чтобы прояснить что с ней не так. И выяснили что она — химера. 
Что значит химера? Это значит, что в её организме находились два разных генома. Химеры бросают вызов нашим представлениям о личности. Мы привыкли к мысли, что вы получаете одного человека на тело. Если бы вы взяли клетку кожи с вашей ноги, волосы с вашей головы и мышечную клетку из вашего сердца, вы бы обнаружили, что все они генетически идентичны. Каждая из ваших клеток произошла от одного предшественника, поэтому, за исключением нескольких ошибок копирования, вы повсюду несете одни и те же гены. Это явно не относится к химерам. ДНК в двух частях их тела может быть настолько разной, что они могли бы также принадлежать двум разным индивидуумам, у которых просто одна и та же оболочка.
И что интересно, шейка матки содержала другой геном, другого человека. Это называется тетрагаметный химеризм, когда две яйцеклетки одновременно оплодотворяются двумя сперматазоидами и развиваются в одим организм. Скорее всего, у Лидии была сестра–близнец, которую она поглотила, и сестрёнка стала кусочком тела, в данном случае — шейкой матки. Получается, детей Лидии рожала её поглощенная сестра, как из сюжетов Дюрановских комиксов.
И это лишь случаи, донесенные до широкой медицинской общественности.
История химерных зародышей началась с бычков доктора Рэя Оуэна и цыплят доктора Питера Брайана Медавара, благодаря которым удалось разработать механизм химеризации.
Доктора и гомункулы
Химеры. Франкенштейны среди нас
В лабораториях матери-природы происходят престранные эксперименты: близнецы поглощают один другого прямо в утробе, мать не является матерью собственным детям, а родные братья и сестры сливаются в единый организм, чтобы выжить. Генетики догоняют природу уже сто лет, но превзойти и по сей день не смогли. Итак, перед нами химеризм.
Жительницу США Лидию Фэйрчайлд ожидал неприятный сюрприз, когда после развода она обратилась за социальным пособием. Ее мужу пришлось подтверждать отцовство анализом ДНК — и последний показал, что как раз Лидия не является матерью двоих общих детей (а заодно и третьего, которым она в это время была беременна). Сначала возникло предположение, что причина — пересадка тканей или переливание крови, однако ни женщина, ни дети не подвергались операциям. Штат подал иск о мошенничестве. Положение спас адвокат миссис Фэйрчайлд — он предоставил суду статью из «Медицинского журнала Новой Англии».
52-летней бостонской учительнице Карен Киган требовалась трансплантация почки. Трое ее сыновей согласились быть донорами, однако при генетическом анализе оказалось, что двое из них не родственники собственной матери! Исследования установили массу интересных фактов: в частности, выяснилось, что у Карен была сестра-близнец, которая на ранней фазе эмбрионального развития слилась с выжившим зародышем. Бостонская учительница оказалась химерой — существом, в чьем организме присутствуют, не мешая друг другу, ткани с разными наборами генов.
В прецеденте с миссис Фэйрчайлд все оказалось еще сложнее — ДНК детей Лидии доказывало лишь родство с их бабушкой, матерью миссис Фэйрчайлд. Разобраться удалось лишь благодаря анализу волос, причем волосы на голове и лобке женщины содержали разный генетический материал. Миссис Фэйрчайлд вышла сухой из воды, а ее истории в 2006 году посвятили передачу «Мой близнец во мне».
Официально зафиксировано около сорока случаев химеризма, фактически же их гораздо больше. С высокой вероятностью химерой был знаменитый маньяк Чикатило, у которого не совпадали данные по группе крови и по сперме. Иногда химеризм случайно всплывает при попытках экстракорпорального оплодотворения или искусственной инсеминации: ученые из Германии описали пациентку, у которой в организме 99% клеток содержало женский хромосомный набор XX и 1% — мужской, XY. Как оказалось, ее брат-близнец умер при рождении, но его клетки жили в организме сестры. И это лишь случаи, донесенные до широкой медицинской общественности.
Лапы, крылья и хвост
Термин «химера» взят из греческой мифологии — это «составное» чудовище с телом козы, головой льва, змеиным хвостом и т. д. Порождено оно уродливыми монстрами — полуженщиной-полузмеей Ехидной и великаном Тифоном, убито же, по одной из версий, героем Беллерофонтом. В биологии химера, как уже говорилось, — существо с разнородным генетическим материалом, сосуществующим в одном организме. Первым термин ввел в 1907 году немецкий ботаник Ганс Винклер, назвав химерами растения, полученные в результате прививки паслена на черенок томата. Объяснил природу явления другой ботаник — Эрвин Баур. А первое «сложносочиненное» животное было сконструировано в 1984 году — искусственная «мозаика» овцы и козы, детеныш четырех родителей, часть клеток которого содержала овечий геном, а часть — козий.
Химеризм у растений — результат природных мутаций или прививок, когда ветка растения одного вида подсаживается к стволу другого. Эксперименты Лютера Бёрбанка со знаменитым Russet Burbank, сортом картофеля, который сейчас составляет до 50% урожая картофеля в Соединенных Штатах Америки, бескосточковыми сливами и айвой с запахом ананаса в большинстве своем были созданием франкенштейнов в мире растений. Тем же занимался знаменитый Мичурин, который со всей обстоятельностью изучал, как влияет подвой (молодое растение, на которое подсаживают чужой черенок) на урожайность, жизнеспособность и другие свойства привоя. Реакция «трансплантат против хозяина», из-за которой столь опасны пересадки органов у людей и животных, растениям, в общем, несвойственна. Единственная сложность — зеленые химеры, как правило, не передают свои качества по наследству, размножать их приходится вегетативным путем.
Химеризм у млекопитающих может быть следствием нескольких процессов, как естественных, так и искусственных.
Первый — так называемый тетрагаметический химеризм, когда воедино сливаются две яйцеклетки, каждая из которых оплодотворена своим сперматозоидом, или два эмбриона на ранних стадиях развития, вследствие чего разные органы или клетки такого организма содержат разный хромосомный набор. Истории с «поглощенным близнецом» — типичный пример такого химеризма.
Второй — микрохимеризм. Клетки младенца могут проникать в кровеносную систему матери и приживаться в ее тканях (фетальный микрохимеризм). Например, иммунные клетки плода могут (во всяком случае на несколько лет) вылечить мать от ревматоидного артрита, помочь восстановить сердечную мышцу после развившейся во время беременности сердечной недостаточности или повысить сопротивляемость материнского организма онкологическим заболеваниям. И наоборот, клетки матери проникают через плацентарный барьер к плоду (материнский микрохимеризм). Не без его помощи формируется система врожденного иммунитета: иммунная система плода «натаскивается» на сопротивление болезням, иммунитет к которым выработался у матери. Оборотная сторона этой медали — то, что ребенок еще в утробе матери может стать жертвой ее собственных заболеваний. В частности, такое аутоиммунное заболевание, как волчанка новорожденных, часто встречается у детей, матери которых болеют системной красной волчанкой.
Третий вариант природного химеризма — «близнецовый», когда из-за сращения кровеносных сосудов гетерозиготные близнецы передают друг другу свои клетки (не с одинаковыми, как у гомозиготных, а с так же, как у родных братьев и сестер, различающимися наборами генов). Так стала химерой упомянутая выше пациентка из Германии.
Лабораторные химеры
История химерных зародышей началась с бычков доктора Рэя Оуэна и цыплят доктора Питера Брайана Медавара, благодаря которым удалось разработать механизм химеризации.
Телята и цыплята
Оуэн первым обратил внимание, что у телят-близнецов в организме прекрасно сосуществуют клетки с разнородным генетическим материалом, и причина тому — сращение кровеносных сосудов. А доктор Медавар сперва сращивал выпиленными в скорлупе «окошками» куриные яйца, затем ставил эксперименты по введению культур клеток уток в куриные зародыши, затем начал соединять кровеносные системы зародышей цыплят и, наконец, сформулировал термин «иммунологическая толерантность» — готовность организма принять чужие клетки. Он первым подсадил зародышам мышат одной чистой линии клетки зародышей другой, а затем пересаживал выжившим химерам лоскуты кожи, чтобы продемонстрировать: пересаженные биоматериалы сохраняют свойства родного организма и при этом не отторгаются. Ученые Чикаго и Ливерпуля сконструировали в лабораториях химеры лесных и домашних мышей, введя дополнительный генетический материал в зародыши на стадии бластоцисты. Мышата оказались вполне жизнеспособными: более активными, чем домашние мыши, но менее активными, чем лесные. В России успешно выращивали куриных химер — белых леггорнов с рыжими хвостами родайлендов.
Игрушечные человечки
Еще один вариант создания химер — введение человеческой ДНК в яйцеклетку животного. Генетический материал цибридов — клеточных гибридов — практически полностью является человеческим, от животного они получают только митохондриальную ДНК. Правда, попытки довести гибридные эмбрионы до рождения химер на современном уровне науки обречены на провал; к тому же клонирование человека и тем более создание человеко-животных химер законодательно запрещены во всех развитых странах. Да и нет никакого смысла в таких сложных экспериментах. Несколько десятков цибридных эмбрионов, созданных с чисто исследовательскими целями, были уничтожены через несколько дней после начала деления яйцеклетки.
Следующий вариант химеризма — посттрансплантационный, когда после переливания крови или пересадки органа в организме человека собственные клетки сосуществуют с клетками донора. Очень редко, но случается, что клетки донора полностью «встраиваются» в организм реципиента — так, несколько лет назад у одной австралийской девочки после пересадки печени навсегда изменилась группа крови.
Последний вариант — трансплантация костного мозга, при которой врачи прилагают все усилия, чтобы сделать из пациента химеру и заставить пересаженные клетки работать вместо хозяйских. Собственный костный мозг больного убивают облучением и специальными препаратами, вводят на его место донорские кроветворные клетки и ждут. Если анализы выявляют донорский химеризм — все счастливы, процесс идет, а если удастся справиться с отторжением трансплантата, есть шансы на выздоровление. А вот возвращение «родных» клеток означает скорый рецидив болезни.
Доктора и гомункулы
Ученым понадобилось около двадцати лет (с момента первой успешной операции доктора Томаса), чтобы научиться подбирать доноров и реципиентов, совместимых по лейкоцитарным антигенам человека — белкам, несовпадение которых запускает каскад молекулярных реакций, приводящих к отторжению трансплантата, и бороться с отторжением с помощью препаратов, подавляющих иммунитет. К 1990 году было проведено около 4000 пересадок костного мозга — меньше, чем в наши дни проводится за год. Сейчас пятилетняя выживаемость (фактически — выздоровление) при остром лейкозе составляет 65%. Соответственно, появилась возможность наблюдать за неожиданными эффектами химеризма.
Химеризм во благо
Медицина поставила возможности химеризма себе на службу еще до того, как это явление было изучено во всей полноте. В 1940 году была проведена первая попытка трансплантации больному пластической анемией костного мозга его брата. В 1958 году пересадкой костного мозга в Париже лечили шестерых югославских физиков, пострадавших при аварии на АЭС, пятеро из них выжили. В 1957 году в США доктору Эдуарду Томасу удалось (после тотального облучения тела) добиться приживления трансплантата у двоих детей, больных лейкозом. Дети вскоре погибли, а через 10 лет из 417 проведенных Томасом трансплантаций успешными оказались только три. В 1968 году была осуществлена полностью успешная трансплантация: ребенку с тяжелым иммунодефицитом ввели костный мозг его брата. Больной выздоровел, став химерой — вместо собственных клеток кровь в организме вырабатывали «братские». А Эдуард Томас в 1990 году получил Нобелевскую премию по медицине.
К тому, что после пересадки могут измениться группа крови, резус-фактор и структура волос, уже давно готовы и врачи, и родственники больных — но это отнюдь не все.
То, что пересадка костного мозга может излечить даже СПИД, — случайное открытие, везение немецких медиков. Известно, что около 1% европейцев устойчивы к ВИЧ. Некий 42-летний американец, страдающий и лимфомой, и СПИДом, прошел трансплантацию костного мозга, чтобы избавиться от одной из своих болезней. И неожиданно для всех (включая врачей) исцелился от обеих — его донор оказался носителем мутации, обеспечивающей устойчивость к вирусу, и передал ее реципиенту вместе с костным мозгом.
Ноу-хау XXI века — разработки по внутриутробной клеточной терапии. Стволовые клетки крови вводятся плоду, страдающему иммунодефицитом, талассемией, гранулоцитозом — и теоретически ребенок должен родиться здоровым. Практически удалось добиться эффекта лишь у плодов с иммунодефицитом, во всех остальных случаях даже при минимальном химеризме болезнь не отступала. На животных активно проводятся опыты по комплексной терапии: сперва «выключают» иммунитет плода, а затем проводят пересадку. Но до экспериментов на людях пока далеко.