Андрей Шляхов - Генетика на пальцах

Большинство медицинских наук состоит из двух основных разделов: общего, который изучает общие законы с закономерностями, и клинического, изучающего отдельные заболевания. На сегодняшний день клиническая медицинская генетика занимается в основном наследственными заболеваниями, но полномочия ее постоянно расширяются, и когда-нибудь клиническая медицинская генетика «распространит свою власть» на большинство направлений медицины.

Обратите внимание вот на что. Наследственные заболевания часто путают с заболеваниями врожденными, хотя это совершенно разные понятия. Врожденные заболевания вызываются внутриутробными повреждениями плода, обусловленными различными причинами, например инфекцией, радиоактивным облучением или механическим воздействием. Врожденные заболевания не предопределены изначально, они не заложены в программе развития организма, а зависят от внешних факторов. Грубо говоря, если мать во время беременности не будет принимать препарат, вызывающий отклонения в развитии плода, то ребенок не родится с уродством. А вот наследственные заболевания проявляются вне зависимости от влияния среды, поскольку они обусловлены нарушениями в генетическом аппарате клеток, а не внешними факторами. В ряде случаев условия среды могут влиять на выраженность наследственного заболевания, но они не могут обуславливать его возникновение.

Почему наследственные болезни на бытовом уровне отождествляют, то есть путают, с врожденными? Потому что наследственные заболевания нередко диагностируются во внутриутробном периоде или при рождении.

В настоящее время в медицинской генетике развитие диагностических методов сильно опережает возможности лечения. Причин тому несколько.

Во-первых, геном человека расшифрован, но пока еще не изучен настолько, чтобы можно было точно сказать, на какие именно участки нужно воздействовать при том или ином заболевании. Природа запутала наследственные программы так сильно, что очень трудно разложить все по полочкам. Допустим, что генетики удалили из клеток эмбриона ген, вызывающий развитие сахарного диабета, а затем выяснилось, что этот ген опосредованно обеспечивал выработку одного из пищеварительных ферментов. Да так хитро обеспечивал, через такое количество посредников, что заподозрить его причастность к этому процессу было просто невозможно. Все выяснилось после рождения ребенка, спасенного от диабета, но получившего взамен другое заболевание, вызванное нарушением пищеварения. Пример, конечно, грубый, но суть отражает верно. Планируя вмешательство в генетический аппарат, нужно семь раз отмерить, то есть полностью изучить изменяемые гены, а потом уже действовать.

Во-вторых, коррекцию генома нужно производить в самом-самом начале эмбрионального периода, пока генетическая программа остается всего лишь программой, пока она еще не реализована. А такой возможности у врачей пока что нет.

В-третьих, надо научиться получать нужные фрагменты нуклеиновых кислот большой длины, в идеале целые молекулы ДНК, поскольку проще заменить хромосому с геном болезни на искусственно созданную нормальную, нежели заменять отдельные гены в хромосоме.

Что же могут делать современные медицинские генетики?

Современные медицинские генетики могут распознавать все возможные мутации ДНК и оценивать их последствия.

Разработаны маркеры, позволяющие диагностировать около ста наследственных заболеваний человека.

Бурными темпами развивается генотерапия – совокупность методов, направленных на внесение лечебных изменений в генетический аппарат соматических клеток человека. Речь пока еще не идет об общей коррекции генетической программы, но пересадка генетически модифицированных клеток уже используется в лечении онкологических, наследственных, а также вирусных инфекционных заболеваний. При генной терапии генетический материал может вводиться непосредственно в организм, это так называемый прямой путь. Но есть и косвенный, при котором у пациента берутся клетки для внесения в них генетического материала в лабораторных условиях, то есть вне тела, а затем эти клетки возвращаются в организм пациента.

В ноябре 2017 года в США был впервые опробован метод изменения генома непосредственно в организме пациента с болезнью Хантера [66]   Болезнь Хантера (или синдром Хантера) – одна из форм мукополисахаридоза, тяжелого наследственного заболевания, вызванного нарушением обменных процессов в соединительной ткани. . При помощи ферментов-нуклеаз, играющих роль своеобразных «молекулярных ножниц», были сделаны разрезы двуцепочечной молекулы ДНК на определенном участке для того, чтобы заменить ген, вызвавший заболевание, искусственно созданным фрагментом.

Но можно не вырезать фрагмент, а просто «выключить» его посредством метилирования ДНК, о котором было упомянуто выше. Модификация молекулы ДНК без изменения ее нуклеотидной последовательности технически удобнее, чем нарезка фрагментов при помощи эндонуклеаз. А также безопаснее, потому что в любом мутационном процессе все же присутствует фактор случайности, который обязательно приходится принимать во внимание и как-то подстраховываться, усложняя процедуру. А метилирование ДНК можно сравнить с нажатием на кнопку выключателя. Никакого случайного фактора здесь быть не может, главное – не перепутать «выключатели», нажать на нужную кнопку.

Перспективы перед лечебным метилированием открываются широчайшие, но наиболее перспективным и развивающимся быстрее других методом медицинской генетики является метод терапевтического клонирования клеток пациента.

При терапевтическом клонировании ядра соматических клеток пациента пересаживаются в лишенные собственных ядер «чужие» яйцеклетки, которым позволяют делиться до так называемой бластоцисты, ранней стадии развития эмбриона. Бластоциста состоит примерно из сотни клеток.

Целью описанной процедуры является получение стволовых клеток, генетически совместимых с организмом пациента.

Что такое стволовые клетки?

Стволовыми называются незрелые или, как говорят ученые, недифференцированные клетки, способные к делению и к превращению в клетки различных типов. Оплодотворенная яйцеклетка – это тоже стволовая клетка, клетка-праматерь. А вот нейрон – клетка нервной системы, стволовой считаться не может, поскольку он относится к определенному типу клеток и переродиться в клетку другого типа не способен.

Образно говоря, стволовые клетки – это маленькие волшебники, обладающие способностью к превращениям.

У пациента тяжелое поражение нервной системы, вызванное разрушением или перерождением нейронов? Из стволовых клеток пациента вырастут новые нейроны, причем полностью совместимые с его организмом, не какие-нибудь чужие, донорские, а свои собственные. Пациенту не придется всю оставшуюся жизнь принимать препараты, подавляющие иммунитет, для того чтобы предотвратить отторжение пересаженного органа.