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

Каналородопсин находит все больше разнообразных применений, в том числе и в генной терапии. Я уже упоминал возможность оптической регуляции эрекции у грызунов, но давайте рассмотрим еще один пример. Недавно в журнале Nature Communications вышла статья о возможности лечения нервного паралича гортани. Ученые внедрили ген каналородопсина в клетки мускулатуры гортани мышей, после чего с помощью света удалось регулировать сокращения этой мускулатуры 371. Из-за нервного паралича голосовых связок у людей возникают затруднения дыхания, так как голосовые связки могут перегораживать путь воздуха в трахею. В критических случаях пациенту приходится идти либо на хирургическое удаление голосовых связок, либо на трахеотомию, либо на электрическую стимуляцию мышц гортани, однако у всех этих подходов имеются очевидные побочные эффекты.

Выше мы обсуждали генетически обусловленную устойчивость к малярийному плазмодию и токсоплазме. Еще лучше изучена устойчивость людей к ВИЧ в результате мутации гена рецептора хемокинов CCR5. Хемокины – это сигнальные молекулы, которые выделяют одни клетки, чтобы привлечь к себе другие (у которых есть рецепторы хемокинов). Например, если где-то начинается инфекция, с помощью хемокинов привлекаются клетки иммунной системы. CCR5 – это белок, расположенный на поверхности иммунных клеток, необходимый для распознавания некоторых таких химических сигналов.

Как известно, ВИЧ инфицирует иммунные клетки человека. Перед проникновением в иммунную клетку он должен ее опознать, связавшись с определенными белками на ее поверхности, а CCR5 – как раз один из таких белков. Если в гене CCR5 присутствует относительно распространенная мутация, которая называется CCR5-дельта-32 (32 нуклеотида вырезаны из гена), то ВИЧ не может связаться с рецептором, и ему сложно проникнуть в клетку. Иммунные клетки с такой мутацией функционируют хуже, но защищены от ВИЧ, особенно если у человека испорчены обе копии гена 372, 373.

В 2009 году в журнале New England Journal of Medicine вышла статья о том, что удалось вылечить пациента, болевшего сразу двумя смертельными заболеваниями – ВИЧ и лейкемией 374. Для лечения лейкемии можно использовать химиотерапию, при которой избирательно погибают активно делящиеся клетки. Прежде всего речь идет о раковых клетках, но, к сожалению, вместе с ними погибают многие стволовые клетки костного мозга, дающие начало клеткам крови. Поэтому после агрессивной химиотерапии пациенту делают пересадку костного мозга от донора. В данном случае донором костного мозга специально выбрали носителя той самой мутации CCR5-дельта-32 на обеих хромосомах. Несколько лет спустя после многочисленных тестов было объявлено, что пациент вылечился и от лейкемии, и от ВИЧ: его новые иммунные клетки оказались устойчивы к вирусу 375. К сожалению, такая терапия с пересадкой костного мозга очень опасна для здоровья (риск смертельного исхода исчисляется десятками процентов), поэтому едва ли она может стать распространенным медицинским подходом. Но на основе описанной устойчивости разработаны как лекарственные препараты, мешающие ВИЧ связаться с CCR5, так и генная терапия ВИЧ, которая сейчас проходит клинические испытания.

Суть генной терапии ВИЧ проста – у человека берутся его собственные иммунные клетки. В них с помощью генной инженерии вносятся мутации в гене CCR5, нарушающие его функцию, после чего клетки возвращаются пациенту. Немного рано говорить об эффективности данной терапии, но исследователи отмечают, что она приводит к значительному снижению числа частиц ВИЧ у большинства пациентов 376. Кстати, один из способов направленного внесения мутаций в ген CCR5 иммунных клеток – доставка с помощью аденовирусов белка Cas9 и направляющей РНК. Этот метод генной инженерии мы подробно обсуждали в предыдущей главе.

Другой генно-инженерный подход к борьбе с ВИЧ тоже основан на использовании белка Casy. Идея заключается в том, чтобы создать у клеток человека настоящий бактериальный иммунитет. С ВИЧ сложно бороться, так как он, будучи ретровирусом, встраивает свой геном в хромосомы человеческих клеток. В 2013 году группа японских ученых показала, что с помощью CRISPR/Casy-системы можно вырезать ВИЧ, встроенный в геном клеток человека 377. Опыты проводились не на пациентах, а на отдельных клетках, но скоро могут начаться клинические испытания и на людях, и, вполне вероятно, лекарство от ВИЧ наконец будет найдено. Отдельно стоит отметить, что недавно ученые научились использовать Casy, чтобы разрезать не только ДНК, но и РНК 378. Это открывает новые (и более безопасные) терапевтические возможности для направленной борьбы с вирусами.

Врожденная мышечная дистрофия – еще одно наследственное заболевание, которое пытаются лечить с помощью генной терапии 379. К сожалению, в данном случае эффективного лекарства пока не найдено. Тем не менее ученым удалось создать генетически модифицированных мышей, обладающих существенно увеличенной мышечной массой и физической выносливостью, почти как герой мультфильма “Супермышь” (Mighty Mouse ) 380. Можно ожидать, что в будущем мы сможем не только научиться лечить мышечную дистрофию, но и делать людей сильнее и выносливее.

Пока что генная терапия находится еще в самом начале своего развития, но в скором времени у нас будет арсенал безопасных вирусов, нацеленных на все ткани и органы человека, технологии дешевого производства этих вирусов и надежные генетические конструкции для исправления любых наследственных заболеваний. В компьютерной игре “Биошок” были “плазмиды", которые персонаж мог вколоть себе в кровь, чтобы приобрести сверхспособности. Ничего сверхъестественного генная терапия не обещает, но с ее помощью возможно усовершенствовать многие физиологические функции человека. Сделать мышцы крепче, поправить зрение, избавиться от лишнего веса, улучшить метаболизм и даже продлить молодость – все это легко представить в не столь отдаленном будущем.

Пятого июля 1996 года родилась самая известная в мире овечка – Долли. Она была “зачата” непорочно, то есть не в результате слияния яйцеклетки и сперматозоида, как это происходит у млекопитающих при половом процессе, а в результате переноса ядра из клетки молочной железы в неоплодотворенную яйцеклетку овцы. Собственное ядро из яйцеклетки было предварительно вынуто. Рождение Долли стало поводом для многочисленных научных, этических и религиозных дискуссий о возможности последующего клонирования человека и допустимости внедрения такой технологии в практику.

В природе клоны или генетически идентичные организмы встречаются повсеместно. Они возникают при делении одноклеточных организмов, при почковании гидры или дрожжей, при вегетативном размножении растений. Существуют группы животных, которые умеют в определенных условиях откладывать яйца, не требующие оплодотворения. В ряде случаев из этих яиц вылупляются клоны родительской особи, а называется этот процесс партеногенезом, бесполым размножением. Один из наиболее известных видов животных с партеногенезом – комодские вараны (хотя в их случае при партеногенезе образуются скорее “полуклоны”, организмы, несущие половину наследственной информации матери).