Стивен Липкин - Время генома: Как генетические технологии меняют наш мир и что это значит для нас

Не только селезенка, но и печень Наполеона была увеличена. Его мать и брат страдали от болезни Паркинсона, и это повышало вероятность того, что у Наполеона болезнь Гоше. (Считается, что болезнь Гоше может вызывать паркинсонизм, потому что «скомканная бумага» откладывается в микроглии – макрофагах нервной системы.) Чтобы попытаться разобраться в симптомах Наполеона, его направили к гастроэнтерологу, и он сосредоточил внимание на печени, которая настолько увеличилась, что заняла почти весь живот и почти касалась селезенки. Печень не разорвется так же легко, как нежная селезенка. Это позволяло безопасно провести любые инвазивные процедуры, которые помогли бы подтвердить или опровергнуть наличие возможных заболеваний. Мы подозревали еще одну наследственную болезнь – гемохроматоз, когда железо в опасных количествах накапливается в печени и других органах.

Гастроэнтеролог провел биопсию печени. Это было что-то вроде диагностического подбрасывания монеты. Если бы выпал «орел», мы нашли бы накопление восковидного мусора в печени, как при болезни Германски – Пудлака. Если «решка» – мы бы нашли белые пенистые макрофаги, указывающие на болезнь Гоше. Если бы монета легла на ребро, нужно было бы начинать все с нуля.

Под микроскопом клетки печени Наполеона выглядели сильно поврежденными. Некоторые из них были замещены липкими белково-углеводными волокнами, которые играют в нашем организме роль изоленты. Врачи называют это научным термином фиброз . Патолог не смог сказать, было ли это последствием воздействия какого-то токсина (например, химических веществ на работе) или же причина была генетическая. Таким образом, результаты оказались весьма неопределенными.

Но был еще один важный аспект, на который обратил внимание патолог: в печени присутствовали пенистые макрофаги, характерные для болезни Гоше, и это навело нас на точный диагноз.

Поскольку для этого диагноза существовало лечение, страховая компания согласилась оплатить «доктору Дон Кихоту» генетическое исследование Наполеона для подтверждения болезни Гоше. Мы взяли кровь и отправили в лабораторию проверить ген GBA. Там призвали на помощь генетического «ученика чародея» – так мы называем полимеразную цепную реакцию (ПЦР), чтобы сделать миллион копий GBA гена Наполеона. ПЦР была разработана в 1983 г. Кэри Муллисом и Майклом Смитом с коллегами. При высокой температуре двойная спираль ДНК разрушается. Затем при понижении температуры однонитевые праймеры (маленькие синтезированные фрагменты ДНК, взаимодополняющие определенные области генома) ищут и находят участок с подходящей для них последовательностью нуклеотидов. Очищенный фермент, называемый ДНК-полимераза, добавляет новые элементы (А, Ц, Т и Г) к концам праймеров, и генетическая последовательность образца реплицируется. Этот цикл повторяется много раз, и только что синтезированные фрагменты сами становятся матрицами для синтеза, поэтому процесс усиливается в геометрической прогрессии, как при расщеплении атомов.

На следующем этапе ДНК секвенируют – это повторение процесса синтеза, но теперь есть А, Ц, Т и Г, окрашенные специальной флуоресцирующей меткой, которая реагирует на свет аргона, показывая, где какой нуклеотид. В конце концов секвенатор ДНК, анализируя огромное множество нуклеотидных последовательностей, определяет, где находится каждый фрагмент этой мозаики, и мы получаем ответ.

В случае с Наполеоном мы нашли мутацию, которую искали. У него было две копии мутировавшего гена, который его родители получили, вероятно, от общего дальнего предка, поскольку их семьи жили на одном и том же острове в Карибском море. Произошла замена только одной из 536 аминокислот в белке GBA, но этого оказалось достаточно, чтобы Наполеон тяжело заболел.

Эта мутация в GBA уже неоднократно обнаруживалась прежде. Известно, что впервые она появилась около 50 поколений назад, в период Раннего Средневековья, у человека, который был евреем по национальности. Происхождение этой мутации легко проследить до того времени, анализируя аллели этого гена у разных этнических групп сегодня. Каждый раз, когда сперматозоид и яйцеклетка сливаются, родительские геномы объединяются и перемешиваются. Изучив нынешние аллели и насколько эти аллели различаются у разных этнических групп, мы можем определить историю той или иной мутации. В настоящее время эта мутация, вызывающая болезнь Гоше, распространилась по всему миру и чаще всего (но не всегда) встречается у евреев.

Если мутация возникает у человека, принадлежащего к определенной этнической группе, в которой принято вступать в брак внутри этой группы – как, например, у евреев, – мутация будет распространятся внутри группы. Это иногда называют эффектом основателя .

Мутации в других генах, например в гене BRCA1, связанном с риском рака молочной железы, про который мы поговорим позднее, часто встречаются как у евреев, так и у некоторых людей испанского происхождения, которые, предположительно, могут быть потомками одного конверсо . Конверсо – это евреи, которые были вынуждены перейти в католицизм во время Испанской инквизиции в XVI в., спасаясь от аутодафе . Таким образом, можно предположить, что у Наполеона был дальний предок с такой мутацией, который бежал на Карибские острова в Новом Свете и передал мутацию своим детям. Она передавалась из поколения в поколение, пока двое его потомков не нашли друг друга и не стали счастливыми родителями Наполеона.

Однако есть вероятность, что такая же мутация возникла в семье Наполеона случайно, не связанная ни с каким конверсо. Независимо от произошедшего много веков назад по случайному совпадению поменялась та же аминокислота, и активности белка хватило, чтобы носители гена выжили.

Мутация, которая была обнаружена у Наполеона, частично препятствует GBA производить «уборку» организма. Ни у людей, ни у животных не было найдено такой мутации GBA, которая бы полностью выключала работу этого белка, но позволяла носителю выжить. Следовательно, полная утрата работоспособности GBA несовместима с жизнью.

Теперь, когда диагноз прояснился, Наполеон начал лечиться. Принцип лечения болезни Гоше понятен каждому, кому доводилось наводить чистоту в доме. Если в гене GBA есть мутация и синтезируемый белок неспособен в полной мере заниматься уборкой, вы получаете помощника – молекулярную горничную. Вы приглашаете работников с навыками белка GBA, которые помогут избавиться от скомканной бумаги, скопившейся в клетках.

Изготовление белка GBA для пациентов с болезнью Гоше – биотехнический эквивалент высокого кулинарного искусства с бюджетом более $400 000 в год. Его приготовление похоже на приготовление клеточного рагу в огромных емкостях. Хотя обычно его делают из животных клеток, есть вегетарианская версия белка GBA, полученного из моркови. Когда «рагу Гоше» готово, его отжимают и процеживают так, чтобы остался только GBA. Если использовать только немодифицированный GBA, то около 95 % белка не попадет в макрофаги, которые в нем нуждаются. В процессе подготовки GBA покрывают специальными сахарами, к которым у макрофагов есть особые рецепторы, чтобы макрофаги их съели; кроме того, добавляют и некоторые другие ингредиенты, включая антиоксиданты, консерванты и стабилизаторы, которые, кстати, содержатся еще и в чипсах. Потом вы вводите эту смесь в кровь, и ее поедают макрофаги в селезенке, костном мозге и в других органах, где она нужна. GBA – белок очень трудолюбивый, поэтому достаточно восстановить всего 10 % GBA, чтобы обеспечить работу клетки.