Катрен СтильГен’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»
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 забылВектор — 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.
72235 просмотров
Поделиться ссылкой с друзьями ВКонтакте Одноклассники
Нашли ошибку? Выделите текст и нажмите Ctrl+Enter.
зарегистрированным пользователям