Фогель, Мотульски - Генетика человека - 3 (947313), страница 57
Текст из файла (страница 57)
Некоторые исследователи критиковали практику имплантации нескольких звгот в одну матку, поскольку каждая отдельная зигота при этом подвергается высокому риску ранней гибели. С другой стороны, эта практика привела к относительно частым случаям рождения нескольких детей со всеми сопутствуюшими дополнительными осложнениями (разд. 3.8.4). Итак, воспроизведение человека теперь может подвергаться манипуляциям на разных уровнях. Трудно предсказать, как это скажется на будущих поколениях. Не придется ли нам столкнуться с крупномасштабными папьппками размножения людей такими методами? В намерении Меллера входило не только предотвращение редких наследственных заболеваний с помощью искусственного оплодотворения, но и улучшение человеческой природы путем селективного размножения. Придется лн нам столкнуться с такими попытками в будушем? Будут ли они успешными? Невозможно представить, чтобы селективное размножение стало когда-нибудь популярным в открытом демократическом обществе.
Оно ограничится, вероятно, незначительным меньшинством населения. Высказывалось предположение„что какой- нибудь диктаторский режим может вознамериться размножить, например, физиковядер~циков, используя сперму лауреатов Нобелевской премии в этой области. Вполне возможно, что многие дети, произведенные таким способом, достигнут в науках уровня выше среднего, а некоторые при соответствуюших обстоятельствах смогут даже стать выдающимися учеными. И все же опасность того, что такой проект попытаются реализовать, относительно мала. Даже у диктаторов есть более насущные заботы; вряд ли такие государства станут вкладывать свои неизбежно ограниченные ресурсы в предприятие, которое не даст результатов в течение по крайней мере 20-30 лет.
Молекулярная биология и будущее генной инженерии. Будущее генной инженерии зюкдется на следующих достижениях молекулярной биологии: а) мутагенную активность определенных химических соединений (разд. 5.2.2) можно использовать для того, чтобы вызывать специфические мутации в определенных генных локусах; б) у микроорганизмов возможен перенос генетической информации неполовым путем (трансформация или трансдукция).
Аналогичные попытки можно предпринять для эукариот, включая человека; в) дефектные гены можно заменить, используя вирусные гены в качестве переносчиков; г) в геном человека можно включить искусственно синтезированные гены. етндукция специфических мутаций. Большинство генных мутаций состоит в замене одного основания в последовательности ДНК на другое. Такое замещение нуклеотнда может привести к замене аминокислоты в специфическом белке, который в результате может утратить функциональное значение (разд. 5.1.4). Некоторые химические мутагены избирательно атакуют определенные основания и вызывают такие же точковые мутации. Еще несколько лет назад попытки воздействовать на определенные единичные специфические участки с помощью мутагена казались обреченными 9.
Практические аспекты генетики человека 167 ва неудачу: в человеческом геноме присутствует слишком много идентичных участков. Однако недавно удалось решить эту задачу, при этом ДНК сначала обрабатывали специфической рестрицирующей эидоауклеазой (разд. 2.3), затем некоторые основания удаляли энзиматическим способом в, наконец, воздействовали мутагеном, который в уникальной последовательности ДНК реагирует лишь с одним определенным основанием [1! 73. Следовательно, вроблема направленного (локального) мутагенеза теперь в принципе разрешима, хотя практические трудности еще ве- Перенос и экспрессия генов у эукариот.
Для микроорганизмов известны два основных слособа введения чужеродного генетического материала в клетку. При трансформации чистая ДНК при некоторых, не до конца ясных условиях проникает в микробаую клетку и встраивается в генетический материал. При трансдукции генетическая информация от одной бактериальной клетки к другой передается с помощью бактериофага. Эксперименты по трансформации бактерий сыграли важную роль в истории генетики: с их помощью установили, что именно ДНК является генетически активным материалом [2203.
В литературе имеются сообщения о трансформации и трансдукции у эукариот. Такие примеры есть как для растений [23153, так и для культивируемых клеток животных. В некоторых случаях удавалось достигнуть экспрессии генов прокариот в клетках эукариот. ДНК прокариот в большинстве случаев принадлежала вирусам, но иногда была бахтериального происхождения. Наиболее известный пример — перенос и экспрессия Оа1-оперона Е.
со11 в фябробласты человека, осуществленный в !971 г. [234!3. У человека галактоза метаболизируется так же, как у Е. со11, и известны мутации, связанные с недостаточностью каждого из трех участвующих в метаболизме ферментов. Самой распространенной является галактоземия (23040), обусловленная дефектом Р-яа!-уридилтрансферазы. Инкубация таках клеток ш тппо с лямбда-фатами, несущими Оа1-опе- рон Е. со11, приводила к образованию трансферазы в этих клетках.
Однако попытки воспроизвести этот результат в последующие годы оказались неудачными. Лишь разработка новых методов встраивания ДНК (разд. 2.3) позволила сильно продвинуться в этом направлении. Теперь можно считать, что практическое применение переноса генов для генной терапии соматических заболеваний вполне реально.
Искусстпвеппые гены [1141. Синтез генов ш тйго представляет собой одну из самых захватывающих страниц в истории молекулярной биологии. Группа Кораны синтезировала ген транспортной РНК для аланина. Точная последовательность нуклеотидов была известна заранее, ген синтезировали чисто химическими методами, начиная с отдельных фрагментов. Через несколько лет после того, как ген был синтезирован, группе Кораны удалось заставить его работать в синтезе тРНК.
Следовательно, был создан не только сам ген, но и все соседние регуляторные области, необходимые для его активации( рис. 9.4). До недавних пор создание искусственного гена химическими методами было очень трудным делом. В настоящее время синтез искусственных олигонуклеотидов вполне обычен. Таким образом, технология для конструирования человеческих генов у нас в руках, и можно считать вполне реальным в будущем синтез генов с любой желаемой последовательностью нуклеотидов и информационным содержанием.
С помощью упоминавшихся выше ферментов-рестриктаз такие гены можно затем встраивать по желанию в любой геном. Перспективы генной терапии у человека. Состояние дел на 1984 год было рассмотрено в обзоре Френч-Андерсена [22963. Необходимо четко различать две разные цели генной терапии — коррекцию генетических дефектов в соматических клетках и корреклдю в зародышевых клетках или на самых ранних стадиях развития зиготы. До сих пор первая цель практически не вызывала сомнений, тогда как вторую большинство исследователей либо отвергают, либо т 88 9 Практические аспекты генетики человека ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! с-с-о-о-т-т-с-о-а-т-т-с-с-о-а-с-т-с-о-т-с-с-а-с-с-а о-а-а-т-с-о-т-а-с-с-с-т-с-т-с-а-о-а-о-о-с-с-а-а-о ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! о-с-т-с-с-с-т-т-а-о-с-а-т-о-о-о-а-о-а-о-т-с-т 7 8 18 с-с-с-о-с-а-с-а-с-с-о-с-о-с-а-т-с-а-о-с-с-а-т-с-о-с-о-с-о-а-о-о ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! и 1З ы Рве. 9.4.
Создание гена тРНК для аланнна нз искусственно синтезированных фрагментов ДНК (обозначены 1 — 14). Щели замыкаются ферментатнвно вводимыми нуклеотндамн в комбинация с лнгазой 1114). Доставка и экспрессия. В настоящее время единственными клетками человека, кото- Длинный квнцеввй лввтар !1 тл! д„и„н„тв Антигвны лейкоза мышей Моловирус, содержащий ген сярнптазы), ДНК-транается в геном млехопнсльзоваться в качестве генов млекопитающих в относятся к ней несьма скептически. Однако и соматическую генную терапию стоит применять только при определенных условиях. Они не отличаются от условий для любого другого лечения. Вслед за Френч-Андерсеном 1229б) мы коротко их обсудим под тремя заголовками: доставка, экспрессия и меры безопасности.
рые можно использовать для переноса генов, являются клетки костного мозга или фибробласты. Никакие другие клетки нельзя извлечь из тела, вырастить в культуре для того, чтобы перенести ген и снова ввести пациенту. Для переноса клоннрованных генов в такие клетки существуют четыре метода; а) вирусный тс помощью РНК-ретровнрусов и ДНК-вирусов) (рис. 9.5); б) химический (с помощью фосфата кальция); в) метод слияния (с помощью слияния клеток с нагруженными 9. Практические аспекты генетики человека 109 ДНК липосомами, тенями эритроцитов ялн протопластами); г) физический (с помощью микроинъекций или электропорацян). Метод слияния развит в настоящее время недостаточно хорошо. Микровнъекшш ДНК использовали во многих экспериментах в биологии развития позвоночных [5353, но при этом, как правило, нужно вводить очень большое и трудно контролируемое количество материала. В настоящее время наиболее перспективным представляется перенос, связанный с использованием ретро вирусов: единичные копии можно включить в один (хотя и случайный участок почти в 100% клеток-мишеней.
Кроме того, в этом случае известна структура встраиваемой последовательности. На рвс. 95 показана одна из используемых систем — вирус Молони (вирус лейкемии мышей). На рис. 9.6 представлена схема жсперимента. Ген устойчивости к неомицнну вводили в кроветворные клетки взрослых мышей [24021, н человеческий ген фермента гипохсантин-гуанин — фосфорибознлтрансферазы (НРгту) (см. разд. 4.2.2.6) переносили и активировалн в клетках ливии с недостаточностью этого фермента [23433. Эксперимент вселяет надежду на возможность генной терапии при синдроме Леша — Найхана (30800; см.
разц. 4.2.2.6). Все другие способы лечения данной болезни не эффективны. Почему именно в этом случае генная инженерия может принести успех? Потому что ген НРКТ, по-ввдимому, работает по принцяпу квсегда включен»; даже небольшое количество продуцируемого фермента могло бы дать улучшение, а небольшое перепроизводство не было бы особенно вредным. С другой стороны, есть сомнения в том, что введением генов НРКТ в клетки костного мозга можно будет повлиять на тяжелые нарушения поведения при этом ащцроме, вызванные недостаточностью фермента в клетках головного моз~а. Одвако ш у(гго наблюдали метаболические взаимодействия: продуцирующие фермент клетки могут «питать» им или его предшественниками те, в которых он отсутствует (разд.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
