Удивительная генетика
Шрифт:
Если диагностика хромосомных аномалий особых трудностей сегодня не представляет, то с точковыми мутациями, затрагивающими отдельные гены, дело обстоит значительно хуже. Кроме того, многие болезни, имеющие наследственную природу, обусловлены «неправильной» работой нескольких десятков генов (некоторые психические болезни, например шизофрения). Тем не менее, уровень развития современных биотехнологий позволяет хотя бы в принципе нащупать терапевтические подходы к лечению врожденных недугов, а порой даже получить весьма неплохие результаты.
Генная терапия некоторых наследственных болезней – задача, вполне решаемая уже сегодня. Несколько лет назад появились сообщения об успешных генно-инженерных вмешательствах при муковисцидозе и тяжелых комбинированных иммунодефицитах (ТКИД). Муковисцидоз – неизлечимая
Полезный ген вырезают из хромосомы одного организма и встраивают его в хромосому другого, в любую из его клеток. Казалось бы, нехитрая операция, но она проста только на первый взгляд. Сначала «донорский» ген нужно отыскать и вырезать его из молекулы ДНК с помощью специальных ферментов-рестриктаз. А для доставки гена по адресу – внутрь чужой клетки – используют так называемые векторы – «отредактированные» фаги, вирусы и плазмиды (кольцевые молекулы ДНК). С натуральными вирусами работать нельзя: они могут проявить свои агрессивные качества, и тогда все пойдет насмарку. Поэтому сначала их подвергают своеобразной хирургической операции, вырезая все лишнее и оставляя только те гены, которые доставят груз по назначению.
Итак, теперь в распоряжении биологов есть полезный ген и средство доставки. Остается вложить письмо в конверт. Для этого кольцевую молекулу ДНК (плазмиду) режут в нужном месте рестриктазами, внедряют в нее копию гена и запечатывают конверт – возвращают плазмиде исходную форму с помощью сшивающих ферментов – лигаз.
Когда полезный ген окажется в нужном месте чужой клетки, нужно убедиться, что он «прижился» и успешно работает (детали этой процедуры мы опустим). Если объектом был микроорганизм, то задача выполнена: создана популяция трансгенных клеток, готовых синтезировать несвойственный им продукт. Таким образом уже давно получают инсулин из бактерий и дрожжевых клеток, в геном которых вставлен соответствующий человеческий ген. Сложнее с растениями, потому что из культуры клеток их нужно сначала вырастить, и еще сложнее с животными, так как приходится работать с оплодотворенной яйцеклеткой, а потом еще вдобавок подыскивать для нее суррогатную мать.
Плазмиды, визуализированные с помощью электронного микроскопа
В целях генной терапии муковисцидоза для корректировки дефектного гена использовали векторхимеру – тщательно обезвреженный вирус СПИДа (чтобы не развилась инфекция) и белковую оболочку вируса лихорадки Эбола (смертельно опасная тропическая инфекция), потому что вирус иммунодефицита не умеет самостоятельно размножаться в клетках легочного эпителия.
Биолог Александр Чубенко пишет:
Испытания на мышах и обезьянах показали высокую эффективность гибридного вируса: правильный ген удалось внедрить почти в четверть клеток легочного эпителия. Однако излечиться раз и навсегда таким способом невозможно. Вирус исправляет геном только в поверхностных клетках легочного эпителия, и лечение необходимо повторять несколько раз в год по мере отмирания клеток.
А вот при лечении ТКИД в качестве вектора использовался ретровирус, и у двоих из 12 детей развилась лейкемия. Но большинство специалистов всетаки решили, что в данном случае риск оправдан, так как без лечения смерть гарантирована, а лейкоз – меньшее зло. Для доставки генов в клетки-мишени применяются и другие модифицированные вирусы (вирус герпеса, аденовирусы), и хотя результаты, бесспорно, впечатляют, иногда пробежит холодок по спине: кто знает, какие побочные эффекты может
Правда, существуют и альтернативные, невирусные способы переноса генетического материала в клетку (например, с помощью липосом, умеющих просачиваться через клеточную мембрану, специфических антител и путем непосредственной бомбардировки клеток микрочастицами золота, к которым присоединены фрагменты ДНК), но все эти методы гораздо менее надежны. В клеточные ядра попадает ничтожная часть терапевтических генов, а в хромосомы они встраиваются с большим трудом.
В последнее время активно разрабатываются генные технологии по созданию искусственных хромосом с последующим их внедрением в клетки-мишени. Эксперименты на животных дают неплохие результаты, и ученые считают, что конструирование искусственных хромосом со встроенным лечебным геном для терапии наследственных болезней человека – дело ближайшего будущего. Вот что пишут специалисты:
Вводить хромосомы в ядро можно будет либо заключив их в контейнеры-липосомы, либо с помощью инъекций иглой атомно-силового микроскопа. Японские нанотехнологи в ноябрьском номере журнала Nano Letters за 2004 год опубликовали статью, в которой описан зонд длиной 8 микрометров и шириной 200 нанометров. В оболочке ядра клетки после прокола такой иглой образуется брешь диаметром 1 микрометр, которая исчезает после извлечения иглы. Таким способом можно проводить нанохирургические операции с генетическим материалом непосредственно в живых клетках без нарушения целостности их микроструктур.
Бум генной терапии пришелся на середину 1990-х годов, когда «отремонтированные» кроветворные клетки удалось пересадить детям с тяжелой формой врожденного иммунодефицита. На первых порах все шло хорошо (детей спасли от неминуемой смерти), но у двух больных развилась лейкемия. Откуда взялась эта напасть?
Американские биологи создали дрожжевую культуру, клетки которой содержат как обычные, так и синтетические хромосомы
Беда в том, что доставить нужный ген по адресу – всего лишь полдела. Нужно еще научить клетку читать вирусный белок. С другой стороны, вирус («отредактированный» вектор) тоже хочет быть прочитанным. Для этой цели у него есть промотор – особый фрагмент ДНК, который, взмахнув флажком, дает команду: поехали! Но вирусный промотор не подчиняется клеточным регуляторам, поэтому клетка читает не только полезный ген, но и соседние, оказавшиеся рядом. А среди них легко может оказаться латентный (скрытый) онкоген, запускающий злокачественное перерождение клетки. А поскольку каждому ребенку вводят около миллиона таких химер, вероятность того, что плохой ген вдруг неожиданно «выстрелит», резко увеличивается. Поэтому многообещающую программу без лишнего шума свернули.
Однако совсем недавно французские и американские ученые объявили, что разработана надежная генно-инженерная методика лечения талассемии [50] – врожденного заболевания крови. Тяжелые формы талассемии заканчиваются смертью больных в раннем детстве. Выбор у них невелик: или регулярные гемотрансфузии (переливания крови), или пересадка донорского костного мозга. В первом случае больной обречен на пожизненные процедуры, а во втором его подстерегает хронический иммунный конфликт. Но ученые сумели отыскать третий, неочевидный, путь. Они внедрили в клетки костного мозга больного неповрежденную версию гена, после чего модифицированные кроветворные клетки были возвращены на «родину» и занялись своим прямым делом – созреванием и размножением. Результат превзошел все ожидания:
50
Талассемия (от греч. thalassa – «море» и haima – «кровь») – гемолитическая анемия, при которой нарушается синтез глобина – особого белка, входящего в состав дыхательного пигмента гемоглобина (он переносит кислород от органов дыхания к тканям); наследуется по рецессивному типу.