«Буквы человеческой жизни»
«Буквы человеческой жизни»
Мы уже говорили, что «буквы человеческой жизни» — это 3 млрд основных пар ДНК, которые ответственны за образование от 30 тыс. до 150 тыс. генов, распределенных на 23 хромосомах.
«Сегодня уже известно, что 99,9 % ДНК у всех людей одинаковы. Остаток ответственен за образование индивидуальных отличительных признаков человека, как, например, цвет волос или черты характера, — сообщает Артур Холден, эксперт по биотехнологиям. — Сюда же относится склонность к определенным болезням и различная переносимость медикаментов».
Сегодня уже известно, что 99,9 % ДНК у всех людей одинаковы.
ДНК человека претерпевали в ходе эволюционного развития многочисленные мутационные отклонения от «оригиналов», что нашло свое отражение в различных вариациях или в так называемых полиморфизмах, о чем мы уже говорили. Наиболее частая и легко измеряемая вариация ДНК — это так называемые SNPs (Einzelnukleotid-Polymorphismen), которых в геноме человека до пяти млн, как считают ученые. По общепринятому определению, редкий вариант такого полиморфизма должен проявиться хотя бы в I % случаев среди одной популяции. В противном случае его нужно рассматривать как мутацию. На сегодняшний день 300 000 SNPs идентифицировано. Такую SNPs-карту можно использовать в качестве навигатора в поисках генетических вариаций, связанных с определенными болезнями, например с БА. Так, к настоящему времени обнаружено более 40 различных миссенс-мутаций гена пресенилин— I, ответственных за 50–70 % всех случаев ранней семейной формы БА.
У гена пресенилин-2 известны лишь две мутации, вызывающие более редкие формы БА (как ранние, так и поздние). Оба гена кодируют высокогомологичные белки, функции которых пока неизвестны. Полученные данные об участии пресенилина в ряде клеточных процессов свидетельствуют об общем механизме их клеточных функций. Необъяснимым пока остается широкое распространение мутаций в гене пресенилин— I при БА и редкая встречаемость таких мутаций в гене пресенилин-2.
Как удалось установить ученым, переход генных структур в мутационное состояние должен преодолеть сложный механизм сопротивления.
Любой организм обладает действеннными механизмами регенерации поврежденных ДНК. Большинство таких механизмов работает по принципу «все или ничего». Если нормальные функции ДНК не могут быть восстановлены, клетка ликвидируется.
Израильтянину Цви Ливне удалось обнаружить систему, толерантную к таким нарушениям. В случае аномалий особый протеин МисВ не останавливает дублирование нити ДНК, в отличие от других своих «родственников», а позволяет этому процессу продолжаться. При этом очень часто возникают мутации. Ливне связывает это явление со способностью резистенции к антибиотикам.
Глубокое проникновение в генные процессы порождает у многих ученых иллюзию близкого разрешения многих проблем, связанных с различными по своей тяжести, до сих пор неизлечимыми заболеваниями. Реально мыслящие специалисты призывают воздержаться от чрезмерных и преждевременных надежд. «Если мы найдем ген, который характеризует склонность к определенной болезни, должно пройти еще 15 лет, прежде чем мы разработаем специальный медикамент, который действует именно на этот ген», — подчеркивает Аллен Розес, шеф-генетик фармаконцерна «Глакско». Он требует разработки индивидуального генетического профиля, для сравнения с ним любого случая аномального происхождения, посредством медикаментозного индикатора. С помощью ДНК-тестов можно будет в будущем подбирать медикаменты индивидуально и целенаправленно.
Как видно из вышеизложенного, ученые видят свою задачу в детальном выявлении механизма появления БА, в необходимости определить и разработать вещества, которые бы приводили в динамическое равновесие нарушенные соотношения химических элементов, доставку недостающих в нужное место или, наоборот, угнетение и ликвидацию излишних.
Но как установить причины возникновения болезней мозга и, в том числе, БА? Конечно, ученые могут непосредственно исследовать мозг умерших от болезни Паркинсона или от инсульта людей, как в свое время доктор Альцгеймер вскрывал черепа больных, умерших от болезни, впоследствии названной его именем. Но они получат при этом картину конечного результата. Многие причины и предпосылки механизмов и процессов, которые необратимо и неудержимо разрушили мозг, к этому времени уже будут скрыты.
Фирма «Биофронтера» применила собственную методику, согласно которой медицинский контроль начинается с самого начала болезни. При этом речь идет о понимании целостной картины ее появления и симптомов. По специально разработанным для этих целей методическим руководствам ученые на протяжении недель или месяцев анализируют инвентурные данные о состоянии всех генов. Важно установить при этом, насколько активен каждый их них в мозге в период развития БА или, например, болезни Паркинсона с тем чтобы найти вещества, останавливающие этот процесс.
Одно из важнейших направлений работы «Биофронтеры» — опыты на животных, которым прививают обработанные гены, вызывающие болезни.
В идеальном случае у животных происходят те же патологические процессы, что и у человека. Полученные данные обрабатываются по принципу человеческих аналогов. Это звучит гораздо проще, чем есть на самом деле. В удачном случае процесс генетического изменения мыши продолжается до года. При этом нет достаточной уверенности в том, что патология, лежащая в основе механизма развития болезни, такая же, как у человека. Да и механизмы могут быть различными, поэтому приходится апробации проводить параллельно.
Когда в 80-х годах ученые начали изучать все возможности, с помощью которых можно было бы победить БА, начались поиски подходящего животного, на котором могли бы проводиться опыты. Невозможно разработать многообещающий медикамент против БА без предварительной его апробации на животных и дальнейшей его модификации. Спасая человеческие жизни, наука приносит в жертву тысячи животных. Лабораторные животные разводятся по определенным критериям и содержатся в строго контролируемых лабораториях. Мозг этих животных будет препарирован и изучен под микроскопом с целью создания новых препаратов по борьбе с БА.
Проблема состоит лишь в том, что никакое другое живое существо, кроме человека, не страдает БА — это болезнь высокоразвитых существ. Животные не страдают прогрессирующей потерей памяти и утратой когнитивных способностей — это присуще только человеку.
Итак, ученые искали подходящих подопытных животных…
Собаки в возрасте 10–11 лет начинали страдать нарушениями сна — по ночам они больше не ориентировались в знакомой им местности. Когда ученые рассмотрели мозг этих собак под микроскопом, они установили, что их мозг был поражен амилоидными отложениями, как у БА-пациентов. Но нейрофибрильные пучки в мозге не были найдены.
Этот же феномен был установлен у кошек, медведей, белок, обезьян и лемуров. У стареющих белых медведей и овец, напротив, были обнаружены нейрофибрильные пучки, но амилоидные отложения отсутствовали. Ученые не нашли ни одного живого существа, у которого, как у человека, присутствовали бы оба этих элемента.
Но не это было самым большим препятствием на пути поисков: продолжительность жизни — вот что делало животных непригодными для исследований в области БА. Не многие готовы ждать целое десятилетие и дольше, прежде чем объект их интереса достигнет нужного возраста.
Мыши же, наоборот, стареют быстро. Они живут обычно не более двух лет, и условия их разведения и содержания довольно просты. Поэтому мыши — это одни из наиболее подходящих животных для лабораторных экспериментов. Но для изучения БА эти животные практически непригодны, так как даже очень старые мыши не проявляли никаких признаков деменции. В их мозге не были найдены ни амилоидные отложения, ни нейрофибрильные клубки.
Ученые попытались «очеловечить» мышей — заставить их страдать всеми болезнями, присущими обычно только человеку. И только понимание функций организма животного во всех деталях могло создать условия для попытки изменить его или выстроить заново настолько, чтобы он напоминал человеческий. До 1980 года не было никаких шансов провести подобный опыт. Позднее была разработана технология, не только позволившая воплотить в жизнь процесс «очеловечивания», но и превратившая этот процесс в рутину — гентрансфер.
Чтобы преодолеть «мостик» между трансгенными мышами и человеком, ученые предпринимают попытки проследить развитие болезни на обезьянах. Они все же ближе к нам, чем другие окружающие нас животные, во всяком случае, гораздо ближе, чем мыши, над которыми постоянно, во всех лабораториях мира проводится неисчислимое количество экспериментов.
И вот мы снова у них, у наших предполагаемых предков, так похожих на нас, и которых то ли мы обогнали, то ли они сами отказались участвовать в эволюционном процессе, не желая растрачивать себя, сохраняя свое для себя.
В начале 2001 года в прессе появилось сообщение о том, что ученые Oregon Health Science University под руководством Геральда Шатена произвели генную манипуляцию на 224 яйцеклетках резусных обезьян. Сорок из этих клеток были оплодотворены в реактивных колбах. Двадцать оплодотворенных яйцеклеток поместили в матку резусных обезьян. Только у 5 наступила беременность, и лишь у 3 беременность благополучно завершилась рождением здорового детеныша.
У одного из трех новорожденных по имени Анди (прочитанное обратно английское слово DNA) присутствовали желаемые измененные гены. Несмотря на то, что ученые под руководством Геральда Шатена сообщают в журнале «Sciense», что подсаженный в яйцеклетку ген был найден даже в тканях 73-дневных выкидышей резусных обезьян-близнецов — это невысокий результат, и по нему нельзя судить об успехе эксперимента.
Об этом напоминает и известие, также поступившее из Орегона. В нем группа ученых сообщила, что в 1999 году, после подобных процедур, родилась здоровая обезьяна по имени Джордж. В сообщении говорилось о том, что внедрение чужого гена в генетический материал Джорджа еще не может быть подтверждено.
Ген, примененный американскими учеными и внедренный в геном яйцеклетки при помощи ретровируса, не имеет никакого физиологического значения. Речь идет о гене, полученном из генома медузы, производящем фосфоресцирующий протеин. Это совсем не означает, что Анди светится зеленым светом, но чужой ген может быть легко идентифицирован в полученных пробах ткани.
Незначительная степень успеха опытов на обезьянах показывает, что речь идет не только об этических, но и о серьезных технических проблемах, необычность которых граничит с мистификацией. Геральд Шатен спекулирует на том, что ген Альцгеймера можно внедрить обезьяне и затем испытывать прививочные вещества против этой болезни.
Но что он понимает под геном Альцгеймера? Утверждение, что различные варианты аполипопротеинового гена с большой степенью вероятности вызывают БА, является далеко не однозначным. И было бы крайне легкомысленно переносить результаты опытов с обезьяны на человека. Об идеальной модели животных для выявления человеческих болезней не может быть и речи.
Изучить на подопытных животных все генетические изменения в мозге в течение болезни является гигантской задачей, если представить себе, что многие десятки тысяч генов в мозге играют определенную роль, как у человека, так и у животных.
Для того чтобы реализовать техническую оценку таких массовых результатов, ученые фирмы «Биофронтера» комбинируют различные молекулярно-биологические методы. Прежде всего посредством сложных манипуляций с применением лабораторных роботов создается генетический профиль мозга, причем каждая полоска на нем при помощи индикаторной окраски показывает активность гена во времени. Количество полосок может доходить до 100 000.
С помощью такой методики может быть одновременно исследовано очень большое количество генов. Более точное определение их специфики из всего этого потока информации происходит посредством сортировки. Так, например, ученые собирают вместе гены, которые становятся активными тогда, когда в развитии болезни происходит что— то важное, решающее, например, если при кровоизлиянии в мозг повреждение нервных клеток распространяется на области, первоначально не затронутые болезнью.
Анализ и оценку результатов осуществляет мощная биоинформатика, которая опирается на генный и протеиновый банк данных. Возможно, на основании сигналов о повреждении окончаний нервных клеток можно проследить путь развития болезни, то есть определить цепочку, по которой от одной молекулы к другой перемещается процесс поражения болезнью. Именно такая цепная реакция передачи сигналов указывает на распространение изменений, которые приводят к необратимым последствиям. Конечно, она нуждается во многих дополнительных подтверждениях, но какими бы путями ни шли ученые, в конце стоит молекулярная модель развития болезни.
С повышением степени изученности генома человека появляются возможности для разработки новых медикаментов. Так, например, число «точек» (точки приложения или опасные пункты) для медикаментов растет с огромной скоростью. Если до сего времени фармакологи всего мира концентрировались на примерно 500 целевых молекулах, то теперь эта цифра достигает 10 ООО. В скором будущем можно будет разрабатывать лекарства «на заказ» — все больше специальных медикаментов для более узких групп. Медикаменты, предназначенные для определенных групп пациентов, можно будет определить посредством анализа генов.
В исследовательском центре фармацевтического швейцарского гиганта «Новартис» со штаб-квартирой в Базеле и с бюджетом 3,45 млрд евро заняты 1200 человек.
«Если в США очень часто предлагается путь, когда отдельные группы ученых внутри предприятия выступают друг против друга как конкуренты, с тем чтобы повысить общую эффективность, то в Базеле такую установку и концепцию считают неправильной», — объясняет ведущий ученый Херрлинг.
Он пытается объединить ученых в группы посредством своеобразной сетки переплетений. В погоне за новыми активными веществами, будущими медикаментами, здесь параллельно разрабатывается до 100 проектов, одни из которых заканчиваются в течение нескольких недель, другие растягиваются на годы.
В результате за год отдел покидают от 15 до 20 готовых проектов, превращаясь в дальнейшем в новые медикаменты. После последнего фильтра клинических испытаний остается дюжина новых веществ.
С помощью синтеза компьютерной техники и разгаданных структур генома разрабатываются новые лекарственные препараты. При этом создаются новые методики исследований, в которых целый ряд веществ одновременно подвергается тестам на наличие требуемых свойств. Так, например, вышеописанные «точки» можно наносить на генный чип.
Значительную помощь оказывает так называемое молекулярное моделирование. При этом в компьютере симулируется пространственная структура «опасной точки» — позиция атомов известна из анализов рентгеновских структур протеиновых кристаллов. На экранах можно проигрывать ситуации с различными активными веществами, пробовать, могут ли они пространственно вписаться в «активные центры» протеинов.
«Раньше поиск основывался на принципе «проб и ошибок», сегодня мы можем увидеть внутреннее взаимодействие между молекулами уже в компьютере, — объясняет принцип «моделирования» специалист Паскаль Фуре. — По крайней мере статически. В реальности молекулы непрерывно и постоянно двигаются».
Если целевой ген однажды будет найден, его размножают («клонируют») — и только тогда может начаться скрупулезная биологическая работа. Одновременно идет и конвейерный поиск возможных активных химических веществ. В компьютерных базах данных фирмы «Новартис» «складируется» примерно I млн подобных сложных соединений с определенными химическими свойствами, причем вредные для организма сразу же исключаются из общей концепции поиска.
Генная технология и в будущем останется методом испытаний и сама по себе не принесет много новых медикаментов, — говорит Херрлинг. — С рекомбинацией протеинов будет еще много проблем, — сожалеет он и вспоминает: — Две недели назад пациент, получивший прививку против БА во время испытаний, получил тяжелое воспаление мозга».
И тем не менее, эйфория от успехов генных технологий не пропадает, ибо, по мнению большинства ученых, именно они сулят большие возможности и могут произвести революционный переворот в существующих представлениях как о диагностике, так и о терапии этого недуга. И уже первые сообщения заставили мир вздрогнуть, и многие с надеждой вырывали друг у друга газетные статьи, которые в конце 1999 года обошли страницы мировой печати под заголовками: «Американка снова может ходить», «Клетки свиньи для жертв инсультов».
Сообщения из Бостона освещали подробности. В течение пяти лет Марибет Кук из Массачусетса вследствие перенесенного инсульта была разбита параличом и лишь с трудом могла говорить. Это улучшение оказалось возможным благодаря клеткам мозга 12 поросят.
Доктор Луис Каплейн из исследовательской клиники в Бостоне обнаружил, что ДНК свиньи почти на 90 % сходны с человеческими. Исходя из этого он разработал сенсационную теорию, согласно которой поврежденные человеческие клетки мозга можно просто заменить клетками свиньи.
Марибет Кук сразу же согласилась на такую операцию. Под местной анестезией в ее мозг было трансплантировано 30 млн клеток, взятых у 12 поросят. На следующий день после операции 39-летняя пациентка уже пыталась самостоятельно ходить, ее речь быстро восстановилась, и она снова могла работать телефонисткой.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.