Читать книгу "Удивительная генетика - Вадим Левитин"

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 наследственная болезнь, при которой происходит кистозное перерождение поджелудочной железы, желез кишечника и дыхательных путей в результате закупорки их выводных протоков вязким слизистым секретом. А ТКИД развивается из-за дефекта синтеза особого фермента, что приводит к накоплению токсических продуктов, убивающих T– и B-лимфоциты – центральное звено системы иммунитета. Для таких больных смертельно опасна любая, самая безобидная инфекция, и они вынуждены проводить всю свою жизнь в изолированной от внешнего мира стерильной камере. Но сначала несколько слов о методах генной инженерии.

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 вызвать этот вирус…

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: