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

Успехи, достигнутые благодаря генетической диагностике, велики. Например, удалось практически полностью побороть опасное нейродегенеративное заболевание – болезнь Тея – Сакса, от которой страдали преимущественно евреи-ашкеназы 347. Другой пример – удалось на порядок сократить встречаемость серповидноклеточной анемии на Сардинии 348. Но на этом успехи современной генетики не заканчиваются.

Рожденным с наследственными заболеваниями людям может помочь генная терапия. Чаще всего генетическое заболевание связано с тем, что в клетках человека не работает какой-то важный ген. Причем, как правило, это критично даже не для всех клеток человека, а только для их определенного типа. Например, фактор свертывания крови IX человека, нарушение производства которого приводит к гемофилии, вырабатывается в печени, а потом выбрасывается в кровь. Значит, при наличии упомянутого дефекта достаточно исправить геном клеток печени или хотя бы части из них. Не обязательно вмешиваться в работу каждой клетки.

До появления генной терапии гемофилию пытались лечить симптоматически – с помощью фактора IX из генетически модифицированных клеток хомяка. Клинические испытания показали, что полученный “рекомбинантный” белок ничем не уступает обычному человеческому фактору IX, и он нашел широкое применение в медицине 349. В клетках бактерий синтезировать правильный белок не получалось: фактор IX подвергается многочисленным модификациям внутри клеток человека и других млекопитающих при своем “созревании”, а у бактерий этих модификаций не происходит. К сожалению, из-за сложности технологии получения лекарства, инъекции концентрата фактора IX стоят довольно дорого. К тому же они дают лишь краткосрочный эффект (на несколько дней), плюс возможны побочные эффекты, связанные с резким увеличением количества фактора IX в крови после укола, и делать такие уколы приходится регулярно. Было бы очень удобно, если бы пациент мог решить проблему раз и навсегда – вылечить болезнь одной инъекцией.

При генной терапии гемофилии генетически измененные вирусы, лишенные способности вызывать инфекцию, доставляют работающую копию гена фактора свертывания крови IX в клетки печени человека. Вирус для доставки генов выбирают не случайно. Это должен быть такой вирус, который избирательно проникает в клетки определенного типа. Специфичность проникновения обусловлена тем, что вирус распознает особые белки, встречающиеся только на поверхности определенных типов клеток. Так, к примеру, ВИЧ направленно поражает клетки иммунной системы, а вирус гепатита – как раз устремляется в печень. У безобидных ГМ вирусов, используемых для генной терапии, возможности аналогичные. В итоге клетки печени человека начинают производить недостающий белок самостоятельно.

Для генной терапии гемофилии подошел аденовирус AAV8, проникающий специфически в клетки печени 350. В 2014 году были обнародованы результаты клинических испытаний, в ходе которых генная терапия улучшила состояние десяти пациентов с тяжелой формой гемофилии 351. После одной-единственной инъекции пациенты продолжали производить IX фактор свертывания крови самостоятельно на протяжении более трех лет. Количество производимого IX фактора зависело от количества вируса, назначенного пациентам. В группе, получившей максимальную дозу лекарства, оно достигало 5 % от нормы. Этого недостаточно, чтобы считать пациентов здоровыми, но достаточно для существенного снижения частоты кровотечений и уменьшения расходов на лекарства.

В сентябре 1971 года родился мальчик Дэвид Веттер с тяжелым синдромом врожденного иммунодефицита, связанного с мутацией в одном из генов, расположенных на Х-хромосоме. Обычно такие дети погибают из-за инфекций в течение первого года жизни. Дэвиду удалось прожить значительно дольше благодаря тому, что он постоянно находился в стерильном помещении. Пищу, которую он ел, игрушки, в которые он играл, – все стерилизовали, перед тем как предложить ребенку. Для того чтобы мальчик мог выходить на улицу, ему сделали специальный скафандр.

Несмотря на то что на уход за Дэвидом в сумме ушло более миллиона долларов, а его родителей консультировали ведущие специалисты, никто так и не придумал, как вылечить врожденное заболевание. Единственное, что пришло в голову врачам, – сделать пересадку костного мозга от сестры мальчика. Была надежда, что здоровые клетки костного мозга произведут иммунные клетки и восстановят функционирование иммунной системы ребенка. К сожалению, вместе с костным мозгом мальчику пересадили вирус Эпштейна – Барр. От этой распространенной и относительно безобидной для обычного человека инфекции мальчик погиб, так и не успев сформировать полноценную иммунную систему.

Сегодня заболевание Веттера успешно лечится с помощью генной терапии. Исследователи под руководством профессора Алена Фишера сначала провели испытания на мышах, а потом на людях, используя следующий подход: из костного мозга пациента берутся предшественники иммунных клеток, а затем с помощью вируса в эти клетки привносится исправная копия необходимого гена. После этого генетически модифицированные клетки возвращаются больному.

В 2000 году в журнале Science 352были опубликованы первые положительные результаты клинических испытаний на людях: генная терапия восстановила иммунную функцию нескольких пациентов. К сожалению, позже оказалось, что лечение давало серьезный побочный эффект. Использованный вирус (а это был ретровирус) может встраиваться в нежелательные участки генома и активировать работу генов, заставляющих клетки делиться, тем самым вызывая рак.

После обнаружения этой проблемы вирус отправили на доработку и устранили из него участок, который при встраивании в геном мог повысить активность работы соседствующих с местом вставки генов. В 2014 году в журнале The New England Journal of Medicine вышла статья о результатах применения нового вируса 353. За пациентами, проходившими курс генной терапии, наблюдали от 16 до 43 месяцев: случаев рака зафиксировано не было. Это можно было бы объяснить простым везением, если бы не один важный факт. Было обнаружено, что раньше вставка вируса вблизи некоторых генов, участвующих в развитии рака, приводила к ускоренному делению клеток. Это и являлось предпосылкой для возникновения опухолей. У пациентов, которых лечили новым вирусом, такого эффекта не наблюдалось.

Здесь самое время рассказать сказку о “спящей красавице”. Так назвали участок ДНК, обнаруженный в геномах некоторых рыб, – особый транспозон, “скачущую” последовательность ДНК. Полноценные транспозоны кодируют белок (транспозазу), способный вырезать транспозон и копировать его в другие участки генома клетки. “Спящая красавица” в прямом смысле “спала”: из-за накопленных мутаций транспозаза перестала работать: вырезание и копирование транспозона прекратилось. Проанализировав последовательности транспозона из разных видов рыб, ученые смогли реконструировать эволюционную историю этого участка ДНК и предположить, как выглядела функциональная предковая последовательность 354. После исправления всех накопленных мутаций с помощью генной инженерии “спящую красавицу” удалось пробудить. Транспозон встроили в геномы клеток рыб, мышей и даже изолированных клеток человека.