Ембріональна індукція: один крок від дисертації до Нобелівської премії


Це історія німецької дослідниці Гільди Прошолдт-Мангольд, яка зробила відкриття, що заклало основи сучасної біології розвитку. Ми на “Моїй науці” любимо біологію розвитку, а останнім часом чимало писали й про її видатних представників з України, зокрема про Бориса Балінського та Павла Мазура. Завдяки нашим партнерам з журналу “З турботою про жінку”, розповідаємо вам цю історію.

Жінкам було завжди важко потрапити до наукового світу. Наприклад, у Російській імперії без особистого дозволу імператора (!) дівчина не могла вступити до жодного університету аж до краху режиму в 1917 році. Лише з кінця XIX століття у деяких великих містах почали працювати освітні заклади для жінок — “вищі жіночі курси”. Заради справедливості слід зазначити, що часто викладацький склад цих курсів був кращим за університетський, бо після кожного “закручування гайок” у консервативних університетах вільнодумні науковці вилітали з роботи та знаходили прихисток у менш суворих жіночих аудиторіях.

Утім, не лише в Росії було все погано. Європейські та американські чоловіки-науковці теж не поспішали допустити до своїх лабораторій жінок як рівноправних дослідниць. Зокрема, Нобелівська лауреатка за відкриття генів, “що стрибають”, транспозонів, Барбара МакКлінток у 1930-ті не могла отримати місце в генетичній лабораторії, бо генетика вважалася “чоловічою наукою”. А одна з найвидатніших сучасних американських дослідниць молекулярної біології Максін Сінгер не могла знайти собі місце у біохімічній лабораторії у 1952 році (це, на хвилиночку, коли Розалінд Франклін стояла на порозі розшифрування структури молекули ДНК, ставлячи досліди майже цілодобово у радіологічному боксі), а взяли її лише до найліберальнішого Єльського університету. Лише 2016 року жінка (геофізик Марша МакНатт) вперше стала президентом Національної академії наук США, а академіків-жінок усе ще менше третини, хоча серед вчених у різних галузях кількість жінок і чоловіків у середньому однакова.

Гільда Мангольд у 1924 році (фото зі статті Fässler, P.E., Sander, K. Hilde Mangold (1898–1924) and Spemann’s organizer: achievement and tragedy)

Суспільства змінюються, але досить повільно навіть у наш буремний час. Що ж уже казати про героїню цієї статті, яка народилася 1898 року у невеликому німецькому містечку Гота. Гільда Прошолдт, яка назавжди увійшла в історію під прізвищем чоловіка — Мангольд, з’явилася на світ у родині робітника миловарні. Робітник був талановитий, тому швидко просувався службовими сходами, а до того ж, сподобався доньці власника підприємства — Гертруді. Одружившись з нею, він успадкував завод і міг дати гарну освіту своїм трьом донькам.

Сама Гертруда Прошолдт була відомою в місті не лише через свої статки, але й через політичну діяльність: вона виступала за надання жінкам громадянських прав та більшої свободи. Ця омріяна свобода відбилась і на долі Гільди. Батьки оплатили її навчання спочатку в звичайній середній школі, а потім і в природничій гімназії Готи, куди дівчат у ті роки майже не допускали. Гімназію вона закінчила з найвищими балами. Проте далі Гільді потрібно було навчатися жити у тому світі, де їй довелося жити. Від жінки на початку XX століття вимагалося займатися хатнім господарством та знати суспільний етикет. Цьому навчали у жіночому інтернаті, куди Гільду відправили після випуску з гімназії. Але її вільнолюбство не витримало випробування вузькими рамками інтернату: за півроку дівчина втекла з нього та вступила до хімічного відділення природознавчого факультету Єнського університету.

Однак хімія припала до душі Гільді не більше, ніж домогосподарство. Щось треба було змінювати, й студентка знову вчинила радикально. Гільда Прошолдт перевелася на зоологічний факультет Франкфуртського університету. Ось тут одного дня вона прийшла на лекцію приїжджого професора Ганса Шпемана. Ганс Шпеман на той час був уже видатним вченим. Він занурився у нову на той час галузь зоології — експериментальну ембріологію. Вчені роздивлялися прозорі яйця тварин і дивувалися: де ті механізми, що перетворюють просту кулясту клітину на складний ембріон?

Щоб дізнатися, як працює механізм іграшки, дитина мусить її поламати. Ось і дослідники молодої науки намагалися щось “відкрутити” у яйця, що подрібнюється, щоб побачити ті таємничі коліщатка розвитку. Німецький біолог Вільгельм Ру відділяв одну клітину в двоклітинного зародка жаби та розвивалися тканини й органи лише в половини ембріона. А інший відомий ембріолог Ганс Дріш розділяв перші клітини зародка та отримував декілька ембріонів, але менших за розміром. Як же зрозуміти, що відбувається?

Шпеман приступив до роботи. Він власноруч розробив мікрохірургічні методики, щоб відділяти окремі бластомери від зародку. І досі приголомшує техніка відділення бластомерів за допомогою мініатюрного “ласо”, зробленого з… волосини його маленької доньки! Дуже акуратно Шпеман розділив волосиною дві перші клітини після поділу зиготи саламандри — та домігся розвитку двох нормальних саламандр.

І ось вони зустрілися. Шпеман на той час завідував зоологічною лабораторією у Фрайбургу та заїхав до Франкфурту прочитати запрошену лекцію. Гільда негайно зрозуміла: це її тема, їй треба працювати тільки з цим професором. Вона підійшла до нього після лекції та вмовила взяти до себе в учениці. Наступні два семестри у 1921 році вона провела у лабораторії Шпемана. Тут вона працювала поруч з молодим аспірантом Отто Мангольдом, в якого й закохалася. Гільда та Отто одружилися того ж року.

Малюнок гідри з праці Трамбле (з Вікісховища)

А ось з наукою виходило не все так гладенько. Шпеман дав Гільді досить тривіальне, на перший погляд, завдання: повторити досліди швейцарського натураліста Абраама Трамбле з поліпом гідрою. Трамбле заявляв, що при вивертанні гідри навиворіт внутрішній шар клітин функціонально стає зовнішнім, і навпаки. Гільда промучилася з гідрами цілий рік, але в неї нічого не виходило. Пізніша студентка Шпемана, знаменита генетик Саломея Глюкзон-Велш наводила в своїх спогадах це завдання як прояв недовіри та зневаги видатного ембріолога до жінок. Всі аспіранти Шпемана працювали на зародках амфібій, і лише Прошолдт-Мангольд дісталася клята гідра!

Так воно чи ні, але Гільда звернулася до керівника з проханням змінити тему її дисертації. Шпеман зробив декілька спроб вивернути гідру як панчоху власноруч і переконався у складності завдання. Тоді він сформулював іншу тему, яка й принесла йому через 14 років Нобелівську премію з фізіології або медицини. Шпеман доручив Гільді дослідити механізми, які визначають долю клітин зародка. З попередніх власних експериментів він знав, що клітини так званої дорзальної губи зародка тритона, утворені в результаті дроблення, першими починають стадію гаструляції. Гільда мала взяти такі клітини та пересадити на бік іншого зародка. Спеціально відбиралися два види тритонів, одні темні, з пігментом, інші прозорі. Пересаджені темні клітини було добре видно на тлі прозорого зародка.

Мікрооперації були дуже складні. З обладнання були лише тонкі скляні голки та вже згадані волосяні “ласо”. Ембріони закріплювали на воскових платівках. Щоб дістатися самого зародку, треба було зруйнувати захисну оболонку яйця. Більшість зародків гинули через зараження бактеріями, бо особливої антисептики, а тим більше антибіотиків, експериментальна біологія ще не знала. На життєздатність погано впливала й міжвидова трансплантація. Тим не менш одна операція вдалася. Радісна Гільда презентувала своєму керівнику тритона, в якого розвинулося одразу 2 нервові трубки, що швидко утворювали дві голови з головним мозком попереду! Підтвердилося передбачення й Шпеман вставив коротку згадку про цього тритона до однієї зі своїх наукових статей про трансплантацію клітин. Саме в цій згадці він уперше ввів термін “організатор розвитку”.

 

План експерименту. Перенесення дорсального фрагменту бластопору від одного виду тритона до іншого. Друга нотохорда утворюється з клітин перенесеного фрагменту, а друга голова та більшість тіла — з клітин першого зародка. (Авторка: Ajna Rivera; джерело; ліцензія: СС-BY-NC-SA 3.0)

А далі, як і завжди в наукових дослідженнях, потрібно було довести явище численними експериментами. Гільда працювала два наступні сезони, оскільки тритони розмножуються в природі лише навесні, а спосіб гормональної стимуляції відкладки яєць та запліднення в ті роки ще був невідомий. Вона провела понад 250 операцій, лише 6 з яких були успішними. Ці 6 тритонів і стали результатом її докторської дисертації. За матеріалами 1924 року вийшла стаття у найпрестижнішому журналі з ембріології тих часів — “Архіві Вільгельма Ру з механіки розвитку організмів”. Стаття називалася “Щодо індукції ембріональних задатків шляхом імплантації організаторів з іншого виду”. На велике розчарування Гільди, Шпеман наполіг на включення у статтю себе, причому на першому місці, тоді як усі інші аспіранти публікували свої праці, за тодішньою традицією, одноосібно. Видатний вчений ніби відчував, що дисертація його аспірантки принесе йому всесвітнє визнання. І дійсно, у 1935 році за цю працю він отримав Нобелівську премію з фізіології або медицини “за відкриття ефекту організатора в ембріональному розвитку”.

На жаль, Гільда Мангольд ані отримала премії, ані змогла бути присутньою на церемонії нагородження. 1924 року, одразу після захисту вони з чоловіком та маленьким сином переїхали до Берліна, де Отто отримав лабораторію в Інституті біології Карла-Вільгельма. У новому будинку стався нещасний випадок: заливаючи гас у систему опалення, Гільда випадково підпалила себе.

Формування другої нервової трубки та супутніх осьових органів (праворуч) у зародка тритона внаслідок імплантації організатора (Зі статті Шпемана й Мангольд, 1924)

Врятувати її не змогли. Талановита дослідниця померла у віці 26 років. Її син загинув на фронті Другої світової війни. Довгий час ім’я Гільди Мангольд залишалося майже забутим. Під час своєї Нобелівської лекції Ганс Шпеман двічі згадував про її внесок у дослідження.

Але все ж безпрецедентний випадок — дисертаційне дослідження, яке принесло керівнику Нобелівську премію — стали все частіше згадувати у наш час, коли ролі жінок у науці спільнота приділяє все більше уваги. (11 лютого тепер регулярно відзначається Міжнародний день жінок та дівчат у науці. ООН та ЮНЕСКО таким чином вирішили привернути увагу до ролі жінок у наукових дослідженнях). Та й не в преміях і нагородах справа. Наукові відкриття — це результат праці десятків і сотень людей, кожен з яких досліджує лише клаптик відомого нам світу. Тому призи, які дістаються окремим видатним вченим, не мають затьмарювати постаті працелюбних експериментаторів, які завжди підтримують своїми руками та мізками постаменти наукових героїв.

Відкриття організаторів розвитку призвело до створення цілого наукового поля в ембріології, яке перетворилося на нову науку — біологію розвитку. Подальші відкриття ролі ДНК та експресії генів у визначенні шляху диференціації клітин зародка дозволяють нам сьогодні підійти до управління долею клітин і навіть цілих органів. Звісно, на цьому шляху ще потрібні глибокі дослідження, які визначать шляхи взаємодії вже відомих генів та епігенетичних факторів при міграціях і перетвореннях клітин зародка. Але всі ці успіхи були б принаймні відкладені ще на довший термін, якби не вдалі експерименти Гільди Мангольд.

Як згадував 60 років потому її студентський приятель Віктор Гамбургер, Гільда Мангольд була не тільки занурена у власні дослідження, вона була різнобічно освіченою та зацікавленою людиною. Вона читала філософські праці Гуссерля та Шелера, ходила з друзями на ботанічні екскурсії в гори Шварцвальда, цікавилася сучасним їй мистецтвом, поезією, каталася на лижах. Їй випало коротке та яскраве життя, про основні віхи якого ви могли прочитати у цій статті. А нам лишається поважати колег незалежно від статі й гендеру та цінувати науковців, яких в Україні стає все менше та які, хочеться вірити, все ще потрібні нашому суспільству.

Література

  1. Основні факти біографії взяті зі статті J Van Robays. Hilde Mangold-Proscholdt (1898–1924). The Spemann-Mangold Organizer. Facts Views Vis Obgyn. 2016 Mar 28; 8(1): 63–68.PMCID: PMC5096429
  2. Viktor Hamburger. Hilde Mangold, Co-Discoverer of the Organizer. Journal of the History of Biology Vol. 17, No. 1 (Spring, 1984), pp. 1-11
  3. Fässler, P.E., Sander, K. Hilde Mangold (1898–1924) and Spemann’s organizer: achievement and tragedy. Roux’s Arch Dev Biol 205, 323–332 (1996). https://doi.org/10.1007/BF00377212

Заголовне зображення: Могила Гільди Мангольд Автор: CTHOE, через Вікісховище — ліцензія CC BY-SA 3.0

Першу версію статті було опубліковано під назвою “Гільда Мангольд і відкриття ембріональної індукції “З турботою про Жінку” № 1 (84) лютий, 2018

 

Обговорення

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься.