О чем мечтают генетики
Природа наделила нас всех примерно одинаковой конструкцией клеточных структур или так называемых клеточных ансамблей, которые образуют электрохимические группировки, кибернетически управляемые между собой, в результате чего возникает «мелодия», «мотив», или, как говорят литераторы, «драматургия» или «сценарий» нашей жизни.
Но судьба написала для каждого из нас свой особый сценарий, который должен быть реализован в соответствии с индивидуальными «художественными» — биологическими — достоинствами или недостатками. По законам сцены, каждый из нас должен в определенном месте и в определенное время произнести определенный текст. Возможно, перефразируя именно эту мысль, лауреат нескольких Нобелевских премий Лайнус Полинг (Linus Carl Pauling) однажды сказал: «Необходимым условием хорошего здоровья является наличие нужных молекул в нужном количестве в нужном месте организма в нужное время».
Но если Полинг лишь определяет оптимальные условия для нормального функционирования организма человека, то Нобелевский лауреат в области генетики Джеймс Уотсон требует активного вмешательства современного общества в генетические тайны человеческого организма.
«Я сторонник контроля генетической судьбы наших детей, — заявляет он. — Но ни одно правительство не берет на себя ответственность за управление эволюцией человека». Джеймс Уотсон (James Dewey Watson) имеет в виду эмбриональную терапию — генетическое вмешательство, являющееся на сегодняшний день во всем мире табу, поскольку измененные гены, во-первых, будут переданы потомкам, во-вторых, эта терапия открывает путь к созданию человека «на заказ».
Современная генетическая терапия направлена на замещение, например, «плохих» генов в организме взрослого человека (при наследственных заболеваниях) или на избавление от сложных болезней, таких, например, как рак или БА. Но ограниченные возможности терапии — применение вирусов в качестве векторов-транспортеров генов — не позволяют доставить достаточное количество измененных генов к нужной цели. Поэтому 10 лет развития генетики и тысячи опытов соматической терапии почти не принесли эффекта. «Наш организм научился в ходе тысячелетней эволюции отвергать чужие гены», — дополняет доктор Френч Андерсон, участник первых опытов «соматической генетики». — Мы наивно предполагали, что трансплантировать гены — простая задача». С помощью эмбриональной терапии она становится действительно простой. «Мы неизбежно прибегнем к этому виду терапии, вопрос лишь в том, когда и как», — заключает он.
Его оптимизм не нашел резонанса на конференции 1998 года — такие генетические вмешательства отвергнуты большинством исследователей, считающих их опасными, поскольку генетические изменения, вызывающие нежелательный эффект, непросто повернуть обратно.
Все же ученые не перестают мечтать, и о мечте многих микробиологов вмешаться в клеточные процессы говорит сотрудник Венского института молекулярной патологии Ким Насмит, который за свои исследования получил одну из высших наград Германии: «Речь идет о том, как клетки репродуцируются и размножаются. Это основной вопрос всего живого. Что особенно интересно, как могут клетки выполнять эти сложные задачи деления?
В каждой человеческой клетке существует от 30 до 50 тыс. различных протеинов, мембран и других составляющих — в целом примерно 100 тыс. частей, которые должны удваиваться и делиться. Инструкции для всех этих активных процессов лежат в хромосомах, и протекание процессов деления клеток должно быть хорошо организовано. Это так называемые вопросы менеджмента, управления».
Не доставка в организм медикаментов со всем комплексом разрушительных побочных действий, а разработка медикаментов «на заказ, по размеру» и без побочных действий, то есть целенаправленная подача их в нужное «географическое» расположение очага недуга с максимальным концентрированным эффектом попадания — значительно улучшает эффект лечения и ведет к весомым экономическим эффектам. Успех в решении этой проблемы ученые видят в расшифровке генома человека.
«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.
