Вадим Левитин - Удивительная генетика

Современная медицина насчитывает чуть более 5000 наследственных заболеваний. Лучше всего изучены хромосомные аномалии, когда меняется число хромосом или в них самих обнаруживаются нарушения – выпадение одного участка (делеция), его поворот на 180 градусов (инверсия) или его перемещение в другую хромосому (транслокация).

Например, трисомия по 21-й паре хромосом (то есть к 21-й паре присоединяется маленький «довесок» в виде дополнительной хромосомы) ведет к развитию синдрома Дауна. Такие дети сразу обращают на себя внимание малым ростом, короткопалостью, своеобразной «дальневосточной» раскосостью, монгольской складкой века (эпикантусом) и вообще монголоидной уплощенностью черт лица. Кроме того, у них отмечаются пониженный тонус мышц, недостаточность желез внутренней секреции и выраженная умственная отсталость.

Трисомия по 21-й паре хромосом

А трисомия по 13-й паре приводит к рождению детей с резким недоразвитием головного мозга и тяжелейшими пороками сердца, которые умирают в младенческом возрасте. Лишняя половая хромосома вызывает синдром Клайнфельтера, проявляющийся задержкой полового развития, умственной отсталостью и затрудненной речью. Чаще всего у больных с этим синдромом обнаруживают классический набор – XXY, но экзотические наборы XXYY, XXXY и даже XXXXY дают ту же самую клиническую картину.

Если диагностика хромосомных аномалий особых трудностей сегодня не представляет, то с точковыми мутациями, затрагивающими отдельные гены, дело обстоит значительно хуже. Кроме того, многие болезни, имеющие наследственную природу, обусловлены «неправильной» работой нескольких десятков генов (некоторые психические болезни, например шизофрения). Тем не менее, уровень развития современных биотехнологий позволяет хотя бы в принципе нащупать терапевтические подходы к лечению врожденных недугов, а порой даже получить весьма неплохие результаты.

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: