О.О. Фаворова - Лечение генами - фантастика или реальность (статья)

GENE THERAPY –FANTASY OR REALITYO. O. FAVOROVAThe paper deals with genetherapy which is cruciallynew approach for treatment of hereditary, cancerand infectious diseases.The incorporation of theadditionalfunctioninggene in cells of a patientprovides either a correction of the hereditary mistake of metabolism or anacquisition by the organism of new features thatare responsible for apatient’s recovery.© ÓÓ‚‡ é.é., 1997Ç Òڇڸ ÓÔËÒ‡Ì ÔË̈ËÔˇθÌÓ ÌÓ‚˚È ÔÓ‰ıÓ‰ ÍΘÂÌ˲ ̇ÒΉÒÚ‚ÂÌÌ˚ı, ÓÌÍÓÎӄ˘ÂÒÍËı ËËÌÙÂ͈ËÓÌÌ˚ı Á‡·Ó΂‡ÌËÈ – „ÂÌ̇fl ÚÂ‡ÔËfl.Ç ÍÎÂÚÍË ·ÓθÌÓ„Ó ‚‚Ó‰ËÚÒfl ‰ÓÔÓÎÌËÚÂθÌ˚ÈÙÛÌ͈ËÓÌËÛ˛˘ËÈ „ÂÌ,ÍÓÚÓ˚È ËÎË ËÒÔ‡‚ÎflÂÚ‚ÓʉÂÌÌÛ˛ ӯ˷ÍÛ Ó·ÏÂ̇ ‚¢ÂÒÚ‚, ËÎË Ôˉ‡ÂÚ Ó„‡ÌËÁÏÛ ÌÓ‚˚ÂÒ‚ÓÈÒÚ‚‡, ·Î‡„Ó‰‡fl ÍÓÚÓ˚Ï ÔÓËÒıÓ‰ËÚ ‚˚Á‰ÓÓ‚ÎÂÌË ԇˆËÂÌÚ‡.ЛЕЧЕНИЕ ГЕНАМИ –ФАНТАСТИКАИЛИ РЕАЛЬНОСТЬ?é. é.

îÄÇéêéÇÄêÓÒÒËÈÒÍËÈ „ÓÒÛ‰‡ÒÚ‚ÂÌÌ˚È Ï‰ˈËÌÒÍËÈ ÛÌË‚ÂÒËÚÂÚÇåÖëíé ÇÇÖÑÖçàüСегодня каждому старшекласснику известно,что генетическая информация, закодированная в последовательности оснований ДНК, направляет иконтролирует синтез РНК и белков. Поэтому генóм –совокупность молекул ДНК в каждой отдельнойклетке – представляет собой “книгу судеб” организма, в которой записано, как это живое существо,будь то человек, животное, растение, микроб иливирус, выглядит, живет и передает свои свойстваследующему поколению. У многоклеточных организмов эта геномная книга разбита на главы – хромосомы, а страницам соответствуют отдельные гены –основные единицы наследственности, каждая изкоторых несет генетическую информацию для определенного белка или РНК.

Увы, в эту книгу, как ив набранную типографским способом, закрадываются опечатки: может быть пропущена, вставленаили заменена на другую отдельная буква (нуклеотидный остаток ДНК), а иногда происходит вставкаили утрата большого фрагмента текста – нескольких страниц или главы. Такие изменения генетического материала называются мутациями, и если мутации искажают информацию, записанную в генах,или затрагивают регуляторные области, приводя квыключению генов, то они являются причиной генетических заболеваний.

Если подобные мутациипроисходят в клетках зародышевого пути организмов, размножающихся половым путем, то они передаются по наследству и заболевание становитсянаследственным.В мире каждый сотый ребенок рождается с серьезным наследственным дефектом, и количество таких дефектов неумолимо растет. Наследственныеотклонения, как правило, приводят к физическимили умственным нарушениям и преждевременнойсмерти. Для большинства из известных в настоящее время более чем 4000 наследственных заболеваний не найдено достаточно эффективных способов лечения.Спасением от наследственных заболеваниймогло бы стать введение в организм больного неповрежденной копии мутантного участка ДНК.Идея, еще недавно казавшаяся фантастической,становится вполне реальной благодаря достижениям в области генетической инженерии. Эта технология позволяет выделять индивидуальные геныîÄÇéêéÇÄ é.é. ãÖóÖçàÖ ÉÖçÄåà – îÄçíÄëíàäÄ àãà êÖÄãúçéëíú?21и последовательности ДНК (клонировать ДНК), азатем направленно изменять их в пробирке, создаваярекомбинантную ДНК – новые сочетания последовательностей нуклеотидов.

Молекулы рекомбинантной ДНК, содержащие неповрежденную копию мутантного участка ДНК и сконструированные такимобразом, чтобы их можно было ввести в клетки нового хозяина, смогут заменить поврежденный ген,направляя синтез недостающего продукта, или жезаставят работать имеющийся у хозяина, но выключенный ген.

Произойдет изменение генетическогоматериала организма, или его генотипа, и как следствие – исправление врожденной ошибки обменавеществ. Наследственное заболевание будет излечено при помощи генотерапии.Еще одним важным направлением генотерапииможет стать направленное привнесение свойств,ранее не присущих данному типу клеток. Предполагается, что, вводя в организм новые, не свойственные ему гены, можно будет лечить онкологические, инфекционные и аутоиммунные заболевания.åÖíéÑõ èÖêÖçéëÄ “ãÖóÖÅçõï” ÉÖçéÇМетод генотерапии находится пока на раннейстадии развития, хотя выполнена значительнаячасть работы по созданию способов переноса геновлабораторным животным.

Животные, несущие чужеродный ген, получили название трансгенных.Первые трансгенные мыши – основной объект длядальнейших исследований – были получены в1981–1982 годах, а уже в 1985 году выбранные учеными гены были перенесены сельскохозяйственным животным (кроликам, свиньям и овцам) с целью улучшения полезных для человека свойств.Параллельно аналогичные успехи были достигнутыс растениями.Первая успешная попытка применить генотерапию в клинической практике была предпринята в1990 году в США. Ребенку, страдающему редким заболеванием – тяжелым комбинированным иммунодефицитом, – которое связано с дефектом гена, кодирующего фермент аденозиндезаминазу, была введенанеповрежденная копия гена.

И хотя использованный метод предполагал многократное введение гена на протяжении всей жизни пациента, то есть,строго говоря, не обеспечивал полного излечения,была открыта новая эра в медицине.Существуют несколько подходов к лечению генами. Гены можно вводить в половые клетки (сперматозоиды или яйцеклетки), в клетки эмбриона наранних стадиях развития либо в соматические клетки(клетки тела, кроме половых или их предшественников). Введение генов в половые клетки означает, чтоприобретенное свойство будет передаваться из поколения в поколение. Именно этот метод широко используется при получении трансгенных животных,но он вряд ли применим к людям из этических соображений. Действительно, имеем ли мы право22вмешиваться в эволюцию человека? Оправдан лириск внесения в генофонд изменений, ведь мы ещене знаем всей сложной системы взаимодействия генов и их регуляции и, заменяя один “больной” ген,можем нарушить работу других и тем самым вместоожидавшейся пользы принести вред, а может быть,и гибель человеку как виду.

Генотерапия соматических клеток в отличие от половых затрагивает организм только самого пациента и поэтому разрабатывается в качестве основного подхода. При этомбольшое значение имеет правильный выбор типасоматических клеток, которые должны обеспечитьдлительное сохранение и функционирование внесенного “лечебного” гена.Наследственные заболевания могут быть обусловлены дефектом одного или нескольких генов, атакже крупными генетическими изменениями, например потерей целой хромосомы. Безусловно, насовременном этапе можно пытаться лечить генамитолько заболевания первого типа, так называемыемоногенные, при условии, если ответственный за дефект ген уже обнаружен и клонирован, то есть получен материал для введения больному.В принципе существуют два пути передачи больному “лечебного“ гена. Если болезнь связана с отсутствием или малыми количествами белковогопродукта дефектного гена, то достаточно ввести вклетку неповрежденный ген и дать ему возможность работать; в результате появятся достаточныеколичества белка-продукта.

Таким образом, внесенная копия гена заместит по функциям сохраняющийся в геноме больного дефектный ген, поэтомуэтот подход получил название заместительной терапии. Все используемые в настоящее время клинические методы переноса генов основаны на внесении в клетку дополнительных количеств ДНК, тоесть на заместительной терапии. Другим, идеальным способом излечивать генетические заболевания могла бы быть корректирующая (или исправляющая) терапия, при помощи которой дефектныйген реально заменялся бы в геноме нормальной копией.

Этого можно достичь основываясь на способности двух молекул ДНК к рекомбинации – обменупри помощи специальных ферментов фрагментамиполинуклеотидных цепей. Однако из-за крайненизкой эффективности этого метода в условиях лаборатории до практического использования корректирующей терапии пока очень далеко.До сих пор мы не обсуждали, каким путем “лечебный” ген может быть введен в клетки больного.Генетическая модификация соматических клетокможет производиться либо непосредственно в организме больного, либо путем введения функционального гена в предварительно выделенные икультивируемые клетки пациента, которые затемвозвращают обратно в организм. Оба способа имеют недостатки и ограничения, но в целом второйспособ используется в настоящее время чаще из-заëéêéëéÇëäàâ éÅêÄáéÇÄíÖãúçõâ ÜìêçÄã, ‹2, 1997своей большей эффективности.

В табл. 1 перечислены разработанные методы введения ДНК в животные клетки и указана их применимость для доставкигенов в культуру клеток или непосредственно в орган. Химический метод доставки состоит в том, чтоесли к очищенной ДНК добавить ионы Ca2+ илинекоторые другие положительно заряженные соединения, то образующийся осадок поглощаетсякультивируемыми клетками. При этом лишь оченьнебольшая часть внесенной ДНК проникает в ядра клеток, то есть эффективность переноса геновкрайне низка.

Метод электропорации (созданиямикроскопических пор в мембранах клеток при помощи электрического высоковольтного разряда)несколько более эффективен, однако при этом возможны серьезные повреждения клеток. Оба описанных метода, равно как микроинъекция ДНК вотдельную клетку при помощи тонких стеклянныхпипеток, не применяются для генотерапии. В отличие от микроинъекции обычная инъекция раствораДНК шприцем и иглой может использоваться дляпереноса генов в некоторые ткани организма (например, в мышцы). В последние годы предложеныновые способы доставки ДНК в соматические клетки, которые можно применять для лечения генами.Из физических методов следует назвать бомбардировку частицами, когда ДНК наносится на микроскопические металлические “дробинки” и выстреливается в клетку.