Глава 5. Инженеры по генам
Глава 5. Инженеры по генам
Но если вопрос по клонированию человека еще долгое время можно будет считать открытым, то другое направление работы с молекулой ДНК – генная инженерия – только набирает обороты. У него тоже много противников и защитников. Противники считают, что «подправлять» природу, вводя изменения в генетический код зародыша, недопустимо, а защитники приравнивают такое вмешательство к обычной терапии – ведь если младенец, к примеру, вывихнет плечико, никто же не будет возражать против того, чтобы его вправить? Так почему бы не «вылечить» генетические заболевания?
К тому же, согласитесь, сама идея довольно заманчива. Ведь с помощью техники генного инжиниринга можно не только бороться с некоторыми, казавшимися ранее неизлечимыми заболеваниями, но и задавать будущему малышу вполне определенные качества. Например, заложить в геном зародыша музыкальный слух Моцарта или спортивный дар Рональдиньо.
Пока эти споры носят чисто теоретический характер, но все предпосылки для широкого применения генного моделирования уже есть. Около десяти лет назад было сделано несколько фундаментальных открытий. Был впервые получен изолированный, «химически чистый» ген. Затем были открыты ферменты – рестриктазы и лигазы. С помощью рестриктаз ген можно разрезать на кусочки – нуклеотиды. С помощью лигаз такие кусочки можно «склеивать», соединять в иной комбинации, конструируя новый ген.
Почти одновременно успешно завершились многолетние попытки «прочитать» ту биологическую информацию, которая «записана» в генах. Эта работа была проделана английским ученым Ф. Сенгером и американским ученым У. Гилбертом. За нее ученые были удостоены Нобелевской премии по химии (1980). Для Сенгера эта премия была уже второй; он стал первым химиком, получившим награду дважды; первый раз он был награжден за расшифровку строения белка.
Как известно, в генах содержится информация-инструкция для синтеза в организме молекул белков-ферментов. Значит, для того чтобы заставить клетку синтезировать новые, необычные для нее вещества, надо, чтобы в ней синтезировались соответствующие наборы ферментов. А для этого необходимо или целенаправленно изменить находящиеся в ней гены, или ввести в нее новые гены, чуждые ей. Изменения генов в живых клетках – это мутации. Они происходят под действием, например, мутагенов – химических ядов или излучений. Но такие изменения нельзя контролировать или направлять. Поэтому ученые сосредоточили усилия на попытках разработать методы введения в клетку новых, совершенно определенных генов, нужных человеку. Для этого, во-первых, необходимо было научиться получать желаемые гены.
Первоначально такие гены пытались просто выделить из подходящих клеток, но потом оказалось, что, зная их строение, проще получать их синтетически, с помощью отработанных биохимических методик. Во-вторых, необходимо было разработать методику введения гена в клетку. Причем нужно было научиться не просто вводить ген в цитоплазму, а встраивать его в собственную молекулу ДНК клетки так, чтобы новая информация могла быть «прочитана» биосинтетическим аппаратом клетки, вырабатывающим белки, а также воспроизводящим гены при делении клетки. Осуществление этих двух этапов – получение гена и введение его в клетку – и составляет, собственно, основу той отрасли биотехнологии, которая получила название индустрии ДНК.
Разработать методику как первого, так и второго этапов было невероятно трудно. Однако за очень короткий срок биохимики научились синтезировать гены. Сейчас процесс синтеза генов разработан очень хорошо и даже автоматизирован. Существуют специальные аппараты, снабженные ЭВМ, в памяти которых заложены программы синтеза различных структурных генов. За день такой аппарат синтезирует необходимые отрезки ДНК длиной 100–120 азотистых оснований (содержащих информацию для синтеза участка полипептидной цепи белка в 30–40 аминокислотных остатков).
Основные трудности были связаны с введением готового гена в наследственный аппарат клетки. Собственно, именно из-за этих трудностей еще 15–20 лет назад затеи с модификацией генетического аппарата считали безнадежным и даже фантастическим делом.
Необходимо было создать общий и воспроизводимый метод включения кусочков гена в полный генетический аппарат клетки. При этом новый фрагмент гена должен был быть помещен очень точно с соблюдением ряда условий, для того чтобы клетка действительно начала синтезировать новые ферменты. Надо было также обойти сопротивляемость клетки-хозяина: как правило, все изменения генетического аппарата воспринимаются клеткой как «ошибки информации» и исправляются специальными механизмами.
Однако в природе наблюдаются случаи, когда чужеродная ДНК (вируса или бактериофага) включается в генетический аппарат клетки и с помощью ее обменных механизмов начинает синтезировать «свой» белок. Ученые исследовали особенности внедрения чужеродной ДНК и использовали как принцип введения генетического материала в клетку.
На людях технология генной инженерии была впервые применена для лечения Ашанти Де Сильвы, четырехлетней девочки, страдавшей от тяжелой формы иммунодефицита. Ген, содержащий инструкции для производства белка аденозиндезаминазы (ADA), был у нее поврежден. А без белка ADA белые клетки крови умирают, что делает организм беззащитным перед вирусами и бактериями.
Работающая копия гена ADA была введена в клетки крови Ашанти с помощью модифицированного вируса. Клетки получили возможность самостоятельно производить необходимый белок. Через шесть месяцев количество белых клеток в организме девочки поднялось до нормального уровня.
После этого область генной терапии получила толчок к дальнейшему развитию. С 1990-х годов сотни лабораторий ведут исследования по использованию генной терапии для лечения заболеваний. Сегодня мы знаем, что с помощью генной терапии можно лечить диабет, анемию, некоторые виды рака, болезнь Хантингтона и даже очищать артерии. Сейчас идут более 500 клинических испытаний различных видов генной терапии.
Неблагоприятная экологическая обстановка и целый ряд других подобных причин приводят к тому, что все больше детей рождается с серьезными наследственными дефектами. В настоящее время известно 4000 наследственных заболеваний, для большинства из которых не найдено эффективных способов лечения.
Сегодня существует возможность диагностировать многие генетические заболевания еще на стадии эмбриона или зародыша. Пока можно только прекратить беременность на самой ранней стадии в случае серьезных генетических дефектов, но скоро станет возможным корректировать генетический код, исправляя и оптимизируя генотип будущего ребенка. Это позволит полностью избежать генетических болезней и улучшить физические, психические и умственные характеристики детей.
Сегодня мы можем отметить, что за тридцать лет своего существования генная инженерия не причинила никакого вреда самим исследователям, не принесла ущерба ни природе, ни человеку. Свершения генной инженерии как в познании механизмов функционирования организмов, так и в прикладном плане весьма внушительны, а перспективы поистине фантастичны.
Амбициозный проект
В 1990 году в США был начат проект «Геном человека», целью которого было определить весь генетический год человека. Проект, в котором важную роль сыграли и российские генетики, был завершен в 2003 году В результате проекта 99 % генома было определено с точностью 99,99 % (1 ошибка на 10000 нуклеотидов). Завершение проекта уже принесло практические результаты, например, простые в применении тесты, позволяющие определять генетическую предрасположенность ко многим наследственным заболеваниям.
И вот из последних новостей: английские ученые утверждают, что они нашли способ подправить ДНК, переписав код таким образом, чтобы можно было убрать все генетические ошибки и дефекты. Таким образом, можно предупредить развитие болезней вроде кистозного фиброза, мышечной дистрофии и некоторых видов рака.
Ведь ДНК влияет на работу организма через производство белков, качество которых может страдать от ошибок или мутаций, возникающих в ходе прочтения нитей ДНК. Одна из самых распространенных мутаций заключается в том, что клетка перестает считывать генетические «инструкции» раньше времени и в итоге получается неполный, укороченный протеин.
Данные неполные протеины как раз и стоят за названными выше генетическими расстройствами. Ученые утверждают, что им удалось разработать методику, позволяющую сигнал «стоп» перевести в сигнал «продолжать». Это даст возможность клетке нормально считывать информацию и создавать нормальной длины протеин.
Исследователи смогли добиться успеха как в пробирке, так и с живыми клетками дрожжей. По словам руководителя научной работы профессора И-Дао Ю, суть метода заключается в изменении мРНК (матричной рибонуклеиновой кислоты), которая обычно передает инструкции ДНК клеткам относительно того, как образовывать протеины.
Кто знает, что готовит уже завтрашний день генной инженерии?
Данный текст является ознакомительным фрагментом.