Сумма биотехнологии. Руководство по борьбе с мифами о генетической модификации растений, животных и людей

Панчин Александр

Как известно, ВИЧ инфицирует иммунные клетки человека. Перед проникновением в иммунную клетку он должен ее опознать, связавшись с определенными белками на ее поверхности, а CCR5 — как раз один из таких белков. Если в гене CCR5 присутствует относительно распространенная мутация, которая называется CCR5-дельта-32 (32 нуклеотида вырезаны из гена), то ВИЧ не может связаться с рецептором, и ему сложно проникнуть в клетку. Иммунные клетки с такой мутацией функционируют хуже, но защищены от ВИЧ, особенно если у человека испорчены обе копии гена [372] [373] .

372

Samson M. et al.: Resistance to HIV-1 infection in caucasian individuals bearing mutant alleles of the CCR-5 chemokine receptor gene. Nature 1996, 382(6593):722–5.

373

Dean M. et al.: Genetic restriction of HIV-1 infection and progression to AIDS by a deletion allele of the CKR5 structural gene. Hemophilia Growth and Development Study, Multicenter AIDS Cohort Study, Multicenter Hemophilia Cohort Study, San Francisco City Cohort, ALIVE Study. Science 1996, 273(5283):1856–62.

В 2009

году в журнале New England Journal of Medicine вышла статья о том, что удалось вылечить пациента, болевшего сразу двумя смертельными заболеваниями — ВИЧ и лейкемией [374] . Для лечения лейкемии можно использовать химиотерапию, при которой избирательно погибают активно делящиеся клетки. Прежде всего речь идет о раковых клетках, но, к сожалению, вместе с ними погибают многие стволовые клетки костного мозга, дающие начало клеткам крови. Поэтому после агрессивной химиотерапии пациенту делают пересадку костного мозга от донора. В данном случае донором костного мозга специально выбрали носителя той самой мутации CCR5-дельта-32 на обеих хромосомах. Несколько лет спустя после многочисленных тестов было объявлено, что пациент вылечился и от лейкемии, и от ВИЧ: его новые иммунные клетки оказались устойчивы к вирусу [375] . К сожалению, такая терапия с пересадкой костного мозга очень опасна для здоровья (риск смертельного исхода исчисляется десятками процентов), поэтому едва ли она может стать распространенным медицинским подходом. Но на основе описанной устойчивости разработаны как лекарственные препараты, мешающие ВИЧ связаться с CCR5, так и генная терапия ВИЧ, которая сейчас проходит клинические испытания.

374

Hutter G. et al.: Long-term control of HIV by CCR5 Delta32/Delta32 stem-cell transplantation. N Engl J Med 2009, 360(7):692–8.

375

Allers K. et al.: Evidence for the cure of HIV infection by CCR5Delta32/Delta32 stem cell transplantation. Blood 2011, 117(10):2791–9.

Суть генной терапии ВИЧ проста — у человека берутся его собственные иммунные клетки. В них с помощью генной инженерии вносятся мутации в гене CCR5, нарушающие его функцию, после чего клетки возвращаются пациенту. Немного рано говорить об эффективности данной терапии, но исследователи отмечают, что она приводит к значительному снижению числа частиц ВИЧ у большинства пациентов [376] . Кстати, один из способов направленного внесения мутаций в ген CCR5 иммунных клеток — доставка с помощью аденовирусов белка Casy и направляющей РНК. Этот метод генной инженерии мы подробно обсуждали в предыдущей главе.

376

Tebas P. et al.: Gene editing of CCR5 in autologous CD4 T cells of persons infected with HIV. N Engl J Med 2014, 370(10):901–10.

Другой генно-инженерный подход к борьбе с ВИЧ тоже основан на использовании белка Casy. Идея заключается в том, чтобы создать у клеток человека настоящий бактериальный иммунитет. С ВИЧ сложно бороться, так как он, будучи ретровирусом, встраивает свой геном в хромосомы человеческих клеток. В 2013 году группа японских ученых показала, что с помощью CRISPR/Casy-системы можно вырезать ВИЧ, встроенный в геном клеток человека [377] . Опыты проводились не на пациентах, а на отдельных клетках, но скоро могут начаться клинические испытания и на людях, и, вполне вероятно, лекарство от ВИЧ наконец будет найдено. Отдельно стоит отметить, что недавно ученые научились использовать Casy, чтобы разрезать не только ДНК, но и РНК [378] . Это открывает новые (и более безопасные) терапевтические возможности для направленной борьбы с вирусами.

377

Ebina H. et al.: Harnessing the CRISPR/Cas9 system to disrupt latent HIV-1 provirus. Sci Rep 2013, 3:2510.

378

O’Connell M.R. et al.: Programmable RNA recognition and cleavage by CRISPR/Cas9. Nature 2014, 516(7530):263–6.

Врожденная

мышечная дистрофия — еще одно наследственное заболевание, которое пытаются лечить с помощью генной терапии [379] . К сожалению, в данном случае эффективного лекарства пока не найдено. Тем не менее ученым удалось создать генетически модифицированных мышей, обладающих существенно увеличенной мышечной массой и физической выносливостью, почти как герой мультфильма «Супермышь» (Mighty Mouse) [380] . Можно ожидать, что в будущем мы сможем не только научиться лечить мышечную дистрофию, но и делать людей сильнее и выносливее.

379

Foster H. et al.: Genetic therapeutic approaches for Duchenne muscular dystrophy. Hum Gene Ther 2012, 23(7):676–87.

380

Yamamoto H. et al.: NCoR1 is a conserved physiological modulator of muscle mass and oxidative function. Cell 2011, 147(4):827–39.

Пока что генная терапия находится еще в самом начале своего развития, но в скором времени у нас будет арсенал безопасных вирусов, нацеленных на все ткани и органы человека, технологии дешевого производства этих вирусов и надежные генетические конструкции для исправления любых наследственных заболеваний. В компьютерной игре «Биошок» были «плазмиды», которые персонаж мог вколоть себе в кровь, чтобы приобрести сверхспособности. Ничего сверхъестественного генная терапия не обещает, но с ее помощью возможно усовершенствовать многие физиологические функции человека. Сделать мышцы крепче, поправить зрение, избавиться от лишнего веса, улучшить метаболизм и даже продлить молодость — все это легко представить в не столь отдаленном будущем.

Глава 15

Непорочное зачатие. Клонирование, химеры, гуманизация животных

Пятого июля 1996 года родилась самая известная в мире овечка — Долли. Она была «зачата» непорочно, то есть не в результате слияния яйцеклетки и сперматозоида, как это происходит у млекопитающих при половом процессе, а в результате переноса ядра из клетки молочной железы в неоплодотворенную яйцеклетку овцы. Собственное ядро из яйцеклетки было предварительно вынуто. Рождение Долли стало поводом для многочисленных научных, этических и религиозных дискуссий о возможности последующего клонирования человека и допустимости внедрения такой технологии в практику.

В природе клоны или генетически идентичные организмы встречаются повсеместно. Они возникают при делении одноклеточных организмов, при почковании гидры или дрожжей, при вегетативном размножении растений. Существуют группы животных, которые умеют в определенных условиях откладывать яйца, не требующие оплодотворения. В ряде случаев из этих яиц вылупляются клоны родительской особи, а называется этот процесс партеногенезом, бесполым размножением. Один из наиболее известных видов животных с партеногенезом — комодские вараны (хотя в их случае при партеногенезе образуются скорее «полуклоны», организмы, несущие половину наследственной информации матери).

Партеногенез позволяет этим животным осваивать новые экологические ниши, новые острова. Попав на остров и оказавшись без самцов, самка варана может самостоятельно отложить партеногенетические яйца. Эти яйца развиваются без оплодотворения, и из них вылупляются самцы [381] . Скрещиваясь с собственными потомками, одна-единственная самка сможет воссоздать популяцию варанов, производя на свет уже и самок, и самцов из оплодотворенных яиц. Но все-таки вараны предпочитают размножаться половым путем, ведь так поддерживается более высокое генетическое разнообразие в популяции.

381

Hedrick P.W.: Virgin birth, genetic variation and inbreeding. Biol Lett 2007, 3(6):715–6.

Довольно интересное чередование бесполого и полового размножения встречается у тли. Из перезимовавших яиц этих насекомых весной вылупляются только самки, которые размножаются исключительно партеногенезом. Полученные таким образом потомки тли отличаются от родителей только размерами. На этом этапе жизненного цикла у тли практикуется живорождение, почти как у млекопитающих [382] . Осенью, когда холодает, тля начинает все тем же бесполым образом производить сексуально активных самок, а также самцов. После скрещивания с самцами самки откладывают яйца, приспособленные к тому, чтобы пережить зиму. В теплых краях, где зимовать не приходится, некоторые виды тли могут непрерывно размножаться клонированием самих себя на протяжении многих лет.

382

Davis G.K: Cyclical parthenogenesis and viviparity in aphids as evolutionary novelties. J Exp Zool B Mol Dev Evol 2012, 318(6):448–59.