В конце апреля научное сообщество отмечает необычный «двойной» праздник. Первый повод был 25 апреля 1953 года, когда в журнале Nature вышла статья Уотсона и Крика о расшифровке молекулярной структуры ДНК — молекулы, несущей генетическую информацию всего живого. А официально этот день был объявлен праздничным 50 лет спустя — в апреле 2003 года, когда ученые сообщили о почти полной расшифровке человеческого генома.
Зачем расшифровывать геном? Ответ прост — чтобы можно было его изменять в нужную сторону. Для чего нужно это делать и на каком этапе наука находится сегодня? Попробуем разобраться.
Допотопная генетика
На заре развития цивилизации людей интересовало, чтобы собаки становились всё более умными и ручными, колос пшеницы набирал как можно больше зерен, корова нагуливала хороший вес и давала много молока. Еще не зная даже основных закономерностей наследования, задолго до Менделя, они ощупью двигались в верном направлении, скрещивая животных и растения с «нужными» признаками. Также во многих культурах издревле существовал запрет близкородственных браков: он снижал вероятность проявления у потомства наследственных заболеваний. Все это можно назвать древнейшими способами редактирования генома.
Редактирование генома человека
После работ Менделя, Уотсона, Крика и участников проекта «Геном человека» человечество наконец получило то, к чему всегда стремилось, — возможность редактировать геном. И тут на первый план вышли потребности медицины: потому что пшеница и коровы — это, конечно, хорошо, но жить без болезней человеку хочется, и чем быстрее — тем лучше.
Сегодня с помощью методик редактирования генома пытаются решить три основных задачи. Это терапия наследственных заболеваний; лечение заболеваний, вызванных случайными мутациями соматических клеток (самый очевидный пример — онкология), и борьба с ВИЧ-инфекцией, при которой вирус встраивает свой геном в наследственный аппарат человеческой клетки.
Геномная терапия сегодня может осуществляться несколькими путями:
- фетальная (от лат. fetus — плод) генотерапия. Вмешательство происходит, когда будущий человек представляет собой всего несколько клеток. Если в этот момент осуществить замену дефектного участка ДНК, у ребенка не разовьется наследственное заболевание, носителем которого являются его родители. Более того — он сам уже не будет носителем этой болезни;
- клеточная соматическая генотерапия. Из организма пациента отбирается пул клеток, которые после «редактирования» возвращаются обратно;
- тканевая соматическая терапия: когда геном некоего вида клеток изменяется непосредственно в организме пациента.
Генная терапия онкологических заболеваний
Сейчас рак лечат лучевой и химиотерапией, а также хирургическим путем. Многие эксперты уверены, что уже через 20 лет все это уйдет в прошлое и подобная терапия будут казаться нашим потомкам такой же дикой, как нам — средневековые методы лечения.
Лечение онкозаболеваний станет индивидуальным. Больному сперва проведут точную диагностику того, какой именно ген мутировал. Затем создадут специальную молекулу (нуклеазу), нацеленную на определенный тип клеток (тот, который поражен мутацией). Она найдет дефектный участок их ДНК и вырежет его подобно скальпелю. Взамен нуклеаза установит новый, «хороший» фрагмент, который принесла с собой.
Как нуклеазы попадут в нужные клетки после того, как из шприца или капельницы будут введены в кровь пациента? Для этого тоже существует много разных вариантов. Например, «дрессированные» безвредные вирусы, которые умеют распознавать нужную ткань тела и непосредственно раковые клетки, ориентируясь на особые молекулы их мембраны и даже на молекулы фолиевой кислоты, которая является основной «пищей» онкологических клеток.
Геномная терапия ВИЧ
Еще одно заболевание, при котором геномная терапия окажется полезной, — это ВИЧ-инфекция. Например, известно, что некий небольшой процент человечества обладает врожденным иммунитетом к ВИЧ. Вирус для своего развития должен прикрепиться к определенным рецепторам на Т-лимфоцитах, но у резистентных людей эти рецепторы имеют немного другую структуру, и вирус «не узнаёт» их.
Можно с помощью дизайнерской нуклеазы (молекулы, сделанной специально для пациента) «отредактировать» ген, который формирует рецепторы лимфоцитов больного человека. Тогда его кроветворная система будет производить новые Т-лимфоциты по новой «выкройке», и вирус не сможет заражать их, а число здоровых лимфоцитов постепенно восстановится. Другой вариант — «вырезание» генома вируса из тех лимфоцитов, в которые он уже встроился. Разумеется, обе методики можно применять и в комбинации.
Так что основная наша с вами задача — это протянуть какие-то там 20 лет. Тем, кто доживет, будут не страшны многие заболевания, которые сегодня воспринимаются как приговор.
Фото istockphoto.com
