18+

Статьи — Журнал — Медицина — В центре внимания

Ген’иальная медицина

Егор Баторов о магии генной инженерии

Человек — это промежуточное звено эволюции, необходимое для создания венца творения пpиpоды — рюмки коньяка и дольки ­лимона.
Стругацкие «Понедельник начинается в субботу»
 
 
Череда поистине великих достижений в области генетики, молекулярной биологии и вирусологии связывает между собой литры жизненно необходимого инсулина и сою в колбасе, повседневный «ИФА на сифилис» и будущие сады на Марсе. Сугубо теоретические знания о структуре ДНК да лигазах-рестриктазах обернулись в недалеком прошлом вполне практической генетической инженерией. Полученные с ее помощью продукты могут обидно называться «генетически модифицированными» и стоить значительно дешевле на полке в супермаркете либо гордо именоваться «рекомбинантными» и быть заслуженно дорогими, находясь в аптеке. Последующее же неизбежное развитие генной инженерии, по разным прогнозам, может привести как к долгой счастливой жизни без голода и болезней, так и к зомби-апокалипсису в результате побега инфицированной мартышки от доигравшихся, наконец, ­ученых.
 
Суть вопроса
Генетическая (генная) инженерия — совокупность приёмов, методов и технологий, которые ­позволяют:
  • получать рекомбинантные РНК и ­ДНК;
  • выделять гены из организма ­(клеток);
  • осуществлять манипуляции с генами и вводить их в другие ­организмы.
Свойства любого организма (цвет лепестков/шерсти/волос, способность усваивать глюкозу, возможность вырасти до 2 метров и т. д.) зависят от белков. Белки кодируются определенными генами. Ген можно «вырезать» из ДНК какого‑либо организма ферментами или, зная последовательность аминокислот в нужном белке, собрать ген этого белка из отдельных нуклеотидов, затем «вставить» его в ДНК бактерии (растения, животного), которая начнет производить заданный белок. За кажущейся простотой — десятилетия научного поиска, отмеченные несколькими Нобелевскими ­премиями.
 
Для тех, кто забыл
 
Вектор — молекула ДНК или РНК, способная переносить включенные в нее чужеродные гены в ­клетку.
Лигазы — ферменты бактерий и вирусов, которые соединяют концы двух фрагментов ­ДНК.
Плазмида — внехромосомная молекула ДНК бактерий или дрожжей, как правило, кольцевая, способная к автономной репликации. В генной инженерии используется как ­вектор.
Рестриктазы — ферменты бактерий, узнающие и атакующие определенные последовательности нуклеотидов в ДНК. В генной инженерии рестриктазы «вырезают» фрагменты из молекулы ДНК вектора, что позволяет вставить на освободившееся место нужный ­ген.
 

Значение генной инженерии для медицины

Продукты генной инженерии как‑то исподволь, но прочно вошли в медицинскую практику: лекарства для лечения редких болезней, рекомбинантный инсулин, вакцины против вируса гепатита В — без них современному врачу трудно представить себе мир. Генно-инженерными методами производят некоторые высокоселективные аллергены для кожных проб, некоторые реагенты для иммуноферментного анализа и многое другое. На этапе доклинических испытаний медикаментов приносятся в жертву миллионы генетически измененных ­животных.
Ниже в порядке усложнения технологии и степени отрыва от реальности представлены основные примеры применения генной инженерии в медицине.
 
Лекарства из бактерий
Сегодня на вооружении у врачей есть ряд препаратов, для которых критически важно точное соответствие аналогам в организме. Это препараты заместительной терапии при эндокринологических заболеваниях, гематологических болезнях (эритропоэтин, гранулоцитарный колониестимулирующий фактор, факторы свертывания крови, некоторые моноклональные антитела и др.), вирусных инфекциях (интерфероны), инфаркте миокарда и ишемическом инсульте (фибринолитики) и многих ­других.
Методы генной инженерии имеют следующие преимущества при получении такого рода ­лекарств:
  • Идентичность веществ по структуре человеческим. Инсулин, производившийся из поджелудочных желез свиней и крупного рогатого скота, отличался от человеческого по одной и трем аминокислотам, соответственно, это часто приводило к нежелательным ­реакциям.
  • Более низкая цена и удобное производство. Для получения 200 г сухого вещества того же инсулина требуется поджелудочных желез от более чем 6000 коров (или свиней). То же количество может быть произведено бактериями, содержащимися в 1000 л культуральной ­жидкости.
  • Отказ от специфического сырья, которое полностью не очищается, например, гипофизы трупов использовались для получения соматотропного гормона, а моча женщин в менопаузе — традиционный источник фолликулостимулирующего и лютеинизирующего ­гормонов.
Лекарства из флоры и фауны
Бактерии и дрожжи, культуры клеток яичника китайского хомячка и моркови, продуцирующие сырье для препаратов, — это хорошо, но довольно дорого, к тому же сборка некоторых сложных молекул тем же бактериям недоступна из‑за биохимических различий с человеком. Идея перевода «биореакторов» на подножный корм или удобрения давно витала в воздухе. Механизм в целом тот же: нужный ген встраивается в ДНК животного или растения. ДНК микроинъекцией вводится в ядро оплодотворенной яйцеклетки, которая имплантируется в матку. Большинство эмбрионов, конечно, погибает, а среди родившихся животных далеко не все производят нужное вещество. Тем не менее на сегодняшний день мы имеем трансгенных коров, коз, свиней, кроликов, кур, лососей и шелкопряда. Из их биологических жидкостей в экспериментах получены человеческие α-антитрипсин, альбумин, гемоглобин, эритропоэтин, гормоны, факторы свертывания крови, шовный и перевязочный материал… Стоило ли ради свиной спермы отходить от женской мочи, пока не ясно, ведь сложности с очисткой сохраняются, да и цена этих препаратов с учетом технологического процесса всё еще будет очень ­высокой.
 
Растения-биореакторы удобнее тем, что лишены болезней млекопитающих, как правило, быстрее растут, проще и дешевле в разведении и хранении урожая. Ассортимент трансгенной флоры не уступит нашим рынкам в конце лета: от огурцов с подсолнухами до клубники и киви. «Любимая» же зелень генных инженеров-фармакологов — это табак, соя, картофель, рис и кукуруза. Набор возможных лекарств примерно соответствует «животным»: гормоны, гемоглобин, белки крови, моноклональные антитела для диагностики и лечения онкологии и вирусных инфекций, интерферон, а также антигены вирусов и бактерий — потенциальные вакцины. Ни одного препарата пока не ­зарегистрировано.
Плодовые вакцины
Логическое продолжение трансгенных растений — так называемые съедобные лекарства (в основном вакцины). В самом деле, зачем тратить время и средства на выделение белков холерного вибриона, малярийного плазмодия, вирусов гепатита В, бешенства и иммунодефицита человека из томатов, бананов и картофеля, если их можно съесть и так? По крайней мере, в опытах на мышах удается достигнуть развития иммунного ответа, и даже термическая обработка в ряде случаев не снижает эффективности съедобной вакцины. Антигены в кишечнике «встречаются» с антигенпрезентирующими клетками, далее всё, как обычно. Преимущества очевидны: очень дешево, вкусно и в большом количестве. Основные недостатки: возможность развития иммунологической толерантности вместо иммунного ответа, вариабельность содержания интересующего белка от плода к плоду даже с одного куста, и в итоге — неясность ­«дозирования».
 
Вакцины
«Австралийский антиген», белок оболочки вируса гепатита В и капсидные белки нескольких типов вируса папилломы человека для соответствующих вакцин продуцируют трансгенные дрожжи. Принцип тот же, что и с инсулином, только вместо человеческого синтезируется вирусный белок. Этим же путем идут создатели испытываемой сейчас противогриппозной вакцины, в основе которой лежит иммуногенный белок клеточной стенки М2, высококонсервативный, в отличие от почти ежегодно «обновляемых» гемагглютинина и нейраминидазы (тех самых «H» и «N» с порядковыми номерами в названии очередного подтипа ­вируса).
 
Также возможно создание вирусных и бактериальных векторов. При этом гены высокоиммуногенных белков вводятся в непатогенные вирусы и бактерии, после чего, например, штаммы шигелл начинают экспрессировать антигены малярийного плазмодия, а сальмонеллы — белки вируса иммунодефицита человека. Попадая в организм, такие «овцы в волчьих шкурах» индуцируют не только гуморальный, но и клеточный иммунный ответ. Особый плюс подобных «сальмонелльных» вакцин — это возможность их перорального приема, что значительно упростит иммунизацию населения и снизит уровень напряженности (и шума) в прививочных кабинетах детских ­поликлиник.
 

Важнейшим успехом генной инженерии в медицине, венцом иммунопрофилактики и перспективным методом лечения опухолей и аутоиммунных заболеваний считаются ДНК-вакцины. В плазмиду встраивают промотор и ген интересующего белка (оболочки вируса, клеточной стенки бактерии, опухолевый антиген). Полученные векторы тем или иным путем вводятся в организм и попадают в ядро антигенпрезентирующей клетки. В ней продуцируется чужой белок, который «режется» на короткие пептиды и представляется для распознавания клеткам иммунной системы. Таким образом, роль «биореактора» играют уже клетки организма человека. Большинство таких вакцин пока обладают недостаточной иммуногенностью, ведутся работы по ее ­повышению.

Генная терапия
Дальнейшее развитие данной отрасли науки привело к появлению генной терапии. Тут уже всё по‑взрослому, хотя пока и экспериментально. Устраняются посредники типа бактерий, коз и бананов. Как правило, так пытаются лечить тяжелые и редкие наследственные или спорадически возникающие заболевания, патогенез которых обусловлен дефектом какого‑либо одного гена, например, первичные иммунодефициты. При этом другие методы лечения неэффективны или труднодоступны, и терять, в общем, нечего. Результаты впечатляющие, но и цена нежелательных реакций ­высока.
 
В начале 2000‑х гг. в Англии и Франции проводились клинические испытания генной терапии Х-сцепленного тяжелого комбинированного иммунодефицита, при котором нарушен синтез общего рецептора нескольких цитокинов, отвечающих за дифференцировку и пролиферацию лимфоцитов. При отсутствии аллогенной трансплантации гемопоэтических стволовых клеток дети умирают от тяжелых инфекций в 1‑й год жизни. В ходе испытаний 20 маленьким пациентам были трансплантированы собственные (то есть дефектные) стволовые клетки костного мозга, в которые был введен ретровирусный вектор, несущий ген нормального белка рецептора и вирусный промотор. Блестящие результаты — восстановление функций иммунной системы, отсутствие рецидива в течение всего периода наблюдения (4–11 лет) — были омрачены развитием Т-клеточного острого лимфобластного лейкоза у 5 детей (известно, что один ребенок погиб). Выяснилось, что ген белка и вирусный промотор у всех 5 заболевших встроились в ДНК рядом с протоонкогенами, т. е. генами, при усилении экспрессии которых возможно неконтролируемое деление клеток. Встраивание генного материала в ДНК хозяина в наше время в основном дело ­случая.
 
Первые ошибки были учтены, в настоящее время исследователи выбирают неонкогенные вирусы с известными местами встраивания в человеческую ДНК, или ­плазмиды.
Ведутся разработки препаратов генной терапии и для более «народных» болезней: ишемической болезни сердца, хронической критической ишемии нижних конечностей (местно вводятся гены фактора роста эндотелия сосудов — с целью стимуляции ангиогенеза), опухолей различной локализации (блокада онкогенов, индукция апоптоза) и, конечно, сахарного диабета I типа. Есть надежда, что они будут ­дешевле.
 
В общем, в генной инженерии остается достаточно технологических трудностей, иммунологического несоответствия, опасности инфицирования человека вирусами животных с потенциальным появлением новых болезней. Всего этого упрямые и беспринципные ученые не очень‑то и боятся. Понятно, что у человечества хватит мозгов, чтобы как‑то решить эти проблемы, остается надеяться, что хватит ума не наделать ­новых.
 
Испытания препаратов генной терапии с разным успехом проходят при синдроме Вискотта — Олдрича, хронической гранулематозной болезни, муковисцидоза, мышечных дистрофиях Дюшенна и Беккера, болезни Паркинсона, лизосомальных болезнях накопления. Первое зарегистрированное в Европе в конце 2012 г. лекарственное средство генной терапии при редкой болезни гиперхиломикронемии стоит около $ 1,6 миллиона на ­курс.

 

0 0 лайков 955 просмотров

Поделиться ссылкой с друзьями ВКонтакте Facebook Twitter Одноклассники

Нашли ошибку? Выделите текст и нажмите Ctrl+Enter.

Комментарии (0)

Оставить комментарий

Отменить

Не вижу картинку