Багира

Понедельник, 09 25th

Последнее обновлениеВс, 24 Сен 2017 6pm

Как можно было бы восстановить утраченную конечность или даже внутренний орган, да так, чтобы они были «своими родными», а не имплантированными? В последние годы учёные серьёзно изучают вопросы возможности регенерации частей тела у млекопитающих. Конечно, вырастить новую руку или даже фалангу пальца у человека пока ещё невозможно, но механизм такой «невозможности» пристально исследуется, и кто знает, как далеко удастся продвинуться в загадках эволюции!

Редактирование генов — грядёт ли эра идеальных людей?

Журнал: Тайны вселенной №7(117), 2017 год
Рубрика: Генная инженерия
Автор: Борис Мурадов

Из утопии в реальную жизнь

Фото: редактирование ДНКНе прошло и ста лет с момента публикации антиутопии Олдоса Хаксли «Дивный новый мир», а многие черты вымышленного им тогда «мирового государства» с его общностью и одинаковостью все более явственно проступают в реальности: взять хотя бы Евросоюз или пресловутый мировой глобализм в целом… Неужели грядёт ещё и поголовная генетическая модификация? Пока, например, правительство Великобритании позволяет редактировать ДНК человеческих эмбрионов лишь сугубо в исследовательских целях. Но, возможно, настанет время, когда взрастить модифицированного человека в той или иной требуемой конфигурации станет не сложнее, чем вырастить генномодифицированный кабачок на дачной грядке.
Известны три технологии редактирования генома: TALEN (Transcription Activator-Like Affector Nuclease), ZFN (Zinc Finger Nuclease) и CRISPR/Cas9 (о последней «Тайны Вселенной» рассказывали в №5, говоря о ГМО, употребляемых в пищу. — Ред.). Работают они по г схожему принципу. Для наглядности представим себе некую узорчатую ленту или тесьму, часть которой повреждена, и заменить её целиком на другую без утраты аутентичности нельзя. Но зато можно воссоздать должным образом небольшой фрагмент и вшить его вместо вырезанного повреждённого.
Отцом генной инженерии по праву считается учёный Стэнфордского университета (США) Пол Берг. В 1972 году именно он впервые объединил в единое целое выделенные из разных организмов гены, получив в результате не встречающийся в природе гибрид (за что впоследствии был удостоен Нобелевской премии). И уже годом позже его коллеги Стенли Коэн и Герберт Бойер, следуя тем же путём, получили первый в мире генномодифицированный микроорганизм, на основе которого затем было начато промышленное производство микробно-человеческого инсулина, спасшего с тех пор многие миллионы жизней.
Это крайне грубая аналогия, но примерно так можно описать процесс редактирования молекулы ДНК, образующей геном человека. С той лишь разницей, что последовательность генов и точные места разрезов ДНК невозможно определить визуально, как в случае с узорчатой тесьмой. «Нащупать» эти места и обеспечить конкретную адресность вмешательства позволяют особые белки, связующие отдельные участки генома — именно на них ориентируется нуклеаза (фермент, выполняющий в данном случае роль режущего инструмента), которая содержит ионы цинка (технология ZFN) или TAL-белки (технология TALEN). Благодаря этому при разрезании ДНК-«тесьмы» и вшивании в неё нужного фрагмента соблюдается должное совпадение её сложного «узора». Технология CRISPR/Cas9 отличается от двух уже рассмотренных хотя бы тем, что она являет собой не столько порождение собственно генной инженерии, сколько продукт природной эволюции — это, по сути, механизм, который позволяет бактериям защищаться от вирусов, а учёные просто «подглядели» его ещё лет 30 назад. Однако лишь недавно было обнаружено, что этот механизм можно использовать для вышеописанных манипуляций с генами. Причём процесс доставки условного «ремкомплекта» генов к месту назначения в цепочке ДНК в данном случае радикально упрощается (почти все происходит, можно сказать, в режиме автопилота), а точность результата многократно повышается.
Остаётся лишь добавить, что Cas9 — это обозначение бактериального белка, лежащего в основе системы, и напомнить, что аббревиатура CRISPR расшифровывается как Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats— короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами.

Зачем это нужно

Технологии редактирования генов уже сегодня находят применение в самых актуальных областях медицины — в лечении иммунных, онкологических, хронических инфекционных и наследственных заболеваний, а на очереди и трансплантология. Так, технология ZFN недавно была достаточно эффективно использована для противодействия ВИЧ, а методика CRISPR/Cas9 весьма успешно опробована в лечении больного с метастазировавшим раком лёгких. В последнем случае из организма пациента извлекли клетки, содержащие PD1-белок (подавляя иммунитет здоровых клеток, он стимулирует рост опухоли), задействовали систему CRISPR/Cas9, нацелив её на нейтрализацию PD1, после чего внедрили «отремонтированные» клетки обратно.
Более сложная и малоисследованная пока альтернатива такому «пробирочному» способу — редактирование генов непосредственно в теле пациента, но возможен ещё и третий способ, упомянутый в начале этого материала, — модификация генома на уровне эмбриона. Именно это направление исследований более всего будоражит сегодня умы не только учёных, но и политиков и самых обычных людей.

Загадочный ген

До недавнего времени считалось, что возможность репаративной регенерации организма, происходящей после повреждения или утраты какой-либо части тела, была утеряна большинством живых организмов в процессе эволюции. Одним из открытий, сильно поколебавшим этот догмат, стало обнаружение группой исследователей из Вистарского института, штат Филадельфия, США, гена р21 и его специфического свойства: блокирования регенеративных возможностей организма. Эксперименты на мышах показали, что организм грызунов с отсутствующим геном р21 может регенерировать утраченные или повреждённые ткани.
В отличие от обычных млекопитающих, у которых раны заживляются путём образования шрамов, у генетически модифицированных мышей с повреждёнными ушами на месте раны образуется бластема — структура, связанная с быстрым ростом клеток. В ходе регенерации из бластемы образуются ткани восстанавливающегося органа.
По словам учёных, при отсутствии гена р21 клетки грызунов ведут себя как регенерирующие эмбриональные стволовые клетки, а не как зрелые клетки млекопитающих. То есть они скорее выращивают новую ткань, чем восстанавливают повреждённую. В нормальных клетках ген р21 выступает в роли тормоза, который блокирует прогрессию клеточного цикла в случае повреждения ДНК, что не даёт клеткам делиться и потенциально становиться злокачественными.

Генетический фашизм?

Стоит заметить, что видоизменение генома — естественная составляющая эволюционного развития природы, где каждый биологический вид — это, по сути, генетическая модификация какого-то более раннего вида. И давно всем известная селекция — касается ли она сельхозкультур или пород домашних животных — это тоже своего рода способ управления геномом. Но одно дело — злаки и собаки, и совсем другое — дитя человеческое.
Тут, как говорится, возможны варианты.
Прогнозируется, что к 2050 году на Земле будут жить 9 млрд. человек, а это потребует увеличить производство продовольствия как минимум в полтора раза при прочих равных условиях. Стало быть, без генномодифицированных, более эффективных продуктов уже никак не обойтись. Но можно ещё и самого человека модифицировать так, чтобы он оставался «сытым, здоровым и румяным» в условиях грядущей нехватки пищи насущной и разного рода эпидемий.
А в романе-пародии «Геном» современного писателя-фантаста Сергея Лукьяненко предрекается разделение рода человеческого на «натуралов» и «спецов» — то есть на обычных людей и генетически модифицированных под ту или иную профессию. Что опять же вызывает в памяти пресловутый дивный новый мир по Хаксли, где в инкубаторах выращиваются и «альфы» — люди первого сорта, и «эпсилоны» — существа низшей касты, пригодные лишь к примитивному физическому труду.
Международным учёным сообществом были даже сформулированы конкретные риски: вероятность неточного редактирования; трудность прогнозирования последствий редактирования генов в рамках человеческой популяции в целом; невозможность ограничить распространение измененного гена отдельным сообществом или страной; возможность того, что генетические улучшения в отдельных популяциях могут повлечь социальное неравенство; вероятность направленного изменения эволюции человека с помощью технологий.
И вот уже в шестом сезоне телесериала «Секретные материалы», вышедшем на экраны в прошлом году после почти 15-летнего перерыва, технология CRISPR/Cas9 фигурирует как инопланетное оружие массового поражения и инструмент геноцида человечества…

Китайцы впереди планеты всей

Сегодня безусловные лидеры в области редактирования генов человека — Китай и США. Именно китайцы провели эксперименты с участием онкологических больных. А весной позапрошлого года группа исследователей из университета Сунь Ятсена (Гуанчжоу) опубликовала статью-отчёт о своём опыте применения технологии CRISPR/Cas9 на человеческих эмбрионах. Статья вышла в журнале Protein and Cell, в то время как гораздо более крупные, известные и авторитетные научные издания Nature и Science отказались её публиковать по соображениям морально-этического порядка. Вообще, во многом именно более свободное отношение к этическим вопросам позволяет китайцам быстро продвигаться в этой области.

Знаете ли вы что…

На международном уровне сегодня не существует какой-либо единой политики в отношении экспериментов с геномом человека — национальные законодательства по этой части порой диаметральным образом разнятся. Так, если в Германии, как и в большинстве стран Европы, подобная практика и даже исследования в этой области строго ограничены и нарушения караются уголовным наказанием, то в Китае, Японии, Индии и Ирландии ни то ни другое не регламентировано ничем кроме необязательных к исполнению рекомендаций. В России данная сфера пока тоже никак законодательно не регулируется.

Два года назад исследования проводились на заведомо нежизнеспособных эмбрионах, и результат оказался неоднозначным: скорректировать мутацию удалось лишь в одном эмбрионе из десяти. Но недавно опыт был проведён повторно уже на эмбрионах, которые могут развиться в плод: яйцеклетки, отвергнутые при отборе для ЭКО, были оплодотворены сперматозоидами от двух доноров с разными генетическими заболеваниями. В итоге мутации в нескольких эмбрионах были успешно исправлены, в некоторых система CRISPR/Cas9 не сработала, а в один даже внесла дополнительную, нежелательную мутацию. Все эмбрионы были впоследствии уничтожены, равно как будут уничтожаться по прошествии двух недель и модифицированные эмбрионы, полученные посредством ЭКО британскими учёными, так что пока о создании ГМО-индивидуумов говорить все же ещё рано.
Тем временем в США разразилась патентная война между двумя группами исследователей — из Калифорнийского университета в Беркли (работа этой группы в 2015 году была признана журналом Science «Прорывом года») и из профильного Института Броуд при Масса-чусетском технологическом институте и Гарвардском университете (эта группа попутно усовершенствовала технологию CRISPR благодаря открытию протеина Cpf1). Из чего следует вывод, что технология редактирования генома человека проработана уже настолько, что её готовят к коммерческому применению.

Канал сайта

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

Вы здесь: Главная Статьи Наука и техника Генная инженерия Редактирование генов