Генная терапия


Человек при помощи науки в состоянии исправить несовершенство своей природы.

Илья Мечников

 

За много десятков лет медицина шагнула невероятно далеко. Ученые научились бороться с главными возбудителями болезней — бактериями и вирусами. Но если проблема заключена внутри человеческого генома, заболевание может оказаться не по зубам даже самым прогрессивным методам и технологиям. Именно поэтому генетические заболевания до сих пор остаются самыми тяжелыми. Современная наука не согласна мириться с таким положением вещей. Ученые упорно пытаются отыскать способ «починить» мутировавшие гены.

 

Генная терапия: использование вирусов в лечении человека

 

ГОЛУБОГЛАЗОЕ БРАТСТВО

Голубой цвет глаз — результат мутации в гене HERC2. У его носителей снижена выработка меланина в радужке глаза. Эта мутация возникла на Ближнем Востоке 6-10 тыс. лет назад. Получается, все люди с голубыми глазами в некоторой степени родственники.

 

НЕВЕРОЯТНАЯ МАШИНЕРИЯ, ИЛИ КАК НАМ ПОМОГ МИКРОМИР

Первыми «подопытными», рассказавшими миру о возможности редактирования генома, стали бактерии. Они тоже страдают от заражения особыми вирусами — бактериофагами. В 50-х годах XIX века ученые заметили: одни виды бактерий заражаются медленнее других, но со временем вся колония теряет устойчивость к вирусу. Это случается из-за гибкости вирусов — они очень быстро мутируют и адаптируются к окружающим условиям. После некоторых метаморфоз иммунитет бактерии уже не распознает вирус, и он свободно расходится по всей колонии.

 

В 1987 году японские исследователи наблюдали за кишечной палочкой. Они заметили в ее генетическом материале повторяющиеся элементы. Эти элементы были разделены промежутками, которые, в отличие от них самих, не повторялись. Ученые обратили на это внимание, но не придали этому особого значения.

 

В 1993 году испанец Франсиско Мохика обнаружил такие же последовательности и «пробелы», но уже в генах археи. Ученый отметил, что геном по своему строению схож с геномом кишечной палочки, различна лишь нуклеотидная последовательность повторов. Мохика предположил, что повторы в коде повторяются не просто так. Он дал повторам название — регулярно разделенные короткие повторы. Позднее этот термин чуть изменили — короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами. Так появилась аббревиатура CRISPR — с английского «clustered regularly interspaced short palindromic repeats». Вскоре локусы CRISPR обнаружили и в других микроорганизмах.

 

Локусы CRISPR

 

Эти участки ДНК долгое время оставались загадкой. В 2002 году вблизи локусов CRISPR ученые нашли гены cas, кодирующие белки. Оказалось, что CRISPR — это база данных, в которой содержится информация о контактах с вирусами. Подобный архив есть в лимфоцитах человека. Благодаря этим данным иммунная система при повторном столкновении с вирусами и микробами быстрее «вспоминает» врага.

 

В организме бактерии создавали своеобразную коллекцию. Если бактерия однажды столкнулась с вирусом и ей удалось побороть его, она выделяла частицы его ДНК и встраивала их в свой геном. Таким образом, внутри генетического материала бактерии появлялся целый архив генов вирусов, с которыми она сталкивалась. При необходимости система «доставала» нужный фрагмент и списывала с него РНК-копию. Копия присоединялась к белковому комплексу, содержащему эндонуклеазу Cas9, и формировала рибонуклеопротеиновый комплекс. Этот комплекс связывался с чужим геном-мишенью, которому соответствовал исходный фрагмент, и белок Cas9 разрезал чужую цепочку ДНК. Бактерии остается лишь расщепить остатки генома вируса и использовать их по своему усмотрению. Выяснилось, что бактерии могут обмениваться своими «картотеками». Половые процессы бактерий связаны как раз с обменом генетической информацией.

 

Несмотря на кажущуюся совершенность механизма, вирусы сумели приспособиться и к ней. Они научились мутировать, чтобы обойти хитрую систему. Они начали скрывать участки своих генов, которые «засветились» перед бактерией, встраивать свои гены в промежутки в генах бактерий. И бактерии, и вирусы начали изобретать новое оружие для борьбы друг с другом. Эта война на генетическом уровне открыла перед человеком новые перспективы для изменения собственного генома.

 

Генная терапия: использование вирусов в лечении человека

 

Ученые выяснили, что CRISPR/Cas9 может функционировать не только в клетках бактерий-прокариотов, но и в клетках человеческого организма. Технология редактирования генома CRISPR стала настоящим прорывом в медицине. Появилась возможность лечить болезни еще в материнской утробе, даже если эмбрион еще не сформировался. Генетический материал можно отредактировать уже тогда, когда из мужской и женской клеток только-только зародилась зигота.

 

Наследственное генетическое заболевание присутствует в организме, когда человек представлен всего несколькими разделившимися клетками. Если на этом этапе внедрить Cas9, из зиготы разовьется человек без признаков заболеваний.

 

ДВАДЦАТИЛЕТНИЙ МЛАДЕНЕЦ

Брук Гринберг умерла в 20 лет. Всю свою жизнь по-взрослому разумная девочка выглядела как годовалый малыш. Развитие ее организма словно остановилось в 11 месяцев, после чего девочка вообще не старела. Ученые считают, что в ее ДНК может храниться ключ к бессмертию.

 

Брук Гринберг

 

ПЕРСОНАЛИЗИРОВАННАЯ МЕДИЦИНА

Наследственных заболеваний огромное множество. Лечат их по-разному в зависимости от типа болезни. К примеру, нарушения метаболизма исправляют диетами, помогающими детоксикации организма. При дефектах белка вводят его внутривенно. Эта замещающая терапия лечит, к примеру, гемофилию и иммунодефицит. Иногда для компенсации утраченных функций трансплантируют костный мозг и другие органы. Такая терапия малоэффективна, а лечение длительное и дорогостоящее. Тем не менее, эти меры хоть как-то помогают облегчить участь пациентов.

 

Генотерапия — новейший способ борьбы с генетической причиной заболеваний. Он заключается во внедрении нормальных генов в больные соматические клетки. В отличие от клинической медицины, генная терапия искореняет недуг из ядра клетки, а не устраняет его следствия.

 

Генная терапия: использование вирусов в лечении человека

 

Поскольку отрасль новая, существует масса пробелов и рисков. Например, генотерапия может принести как пользу, так и вред, например, риск заболеть раком. Однако возможности генной терапии поистине безграничны. Это лечение болезни Паркинсона, кистозного фиброза, рака и многих других, казалось бы, неизлечимых заболеваний.

 

Так что же такое генная терапия? Давайте вспомним главную функцию генов в нашем организме. Они регулируют производство белков, которые нужны для правильной работы и здоровья клеток. Но некоторые генетические изъяны препятствуют выработке необходимых белков. Генная терапия же может помочь заменить дефективные гены на здоровые. Такие исправленные клетки будут делиться, производя себе подобные клетки со здоровой ДНК. Постепенно они позволят организму полностью излечиться.

 

3 подхода генной терапии:

 

  • Активация генов организма, чтобы отключить ген-мутант.
  • Фетальная генотерапия. Чужую ДНК вводят в эмбрион на ранней стадии развития. Информация остается в ДНК и передается следующим поколениям.
  • Соматическая генотерапия. Дополнительные гены вводят в соматические клетки. «Отредактированные» гены не передаются потомкам, но состояние пациента улучшится.

 

Генная терапия может осуществляться по-разному:

 

  • Ex vivo. В этом случае клетки берут из организма пациента, модифицируют и вводят обратно. Этот метод хорош, когда клетки просто «достать» из тела и внедрить обратно. Например, при лечении заболеваний крови.

Генная терапия: использование вирусов в лечении человека

 

  • In vivo. Этот способ предполагает изменение генов внутри организма. Например, при лечении сердца клетки изъять непросто. Тогда гены доставляются туда при помощи молекул нуклеиновой кислоты. Иногда «курьерами» служат неопасные вирусы.

Генная терапия: использование вирусов в лечении человека

 

Вирусы — отличные помощники в доставке ДНК в клетки тела. Они запросто обходят иммунную защиту и легко перебираются от одной клетки к другой. Больше всего для этой цели подходят некоторые ретровирусы и аденовирусы.

 

ВЫЛЕЧИТЬ РАК ВИРУСАМИ — ВОЗМОЖНО

Вирусы, которые могут быть использованы в генной терапии рака:

 

  • вирус кори — не вызывает защитного ответа в раковых клетках;
  • вирус герпеса — способен переносить длинные цепочки «встроенных» генов;
  • лентивирус — может «встроить» гены в неделящиеся клетки;
  • ретровирус — встраивается в чужой геном и обеспечивает стабильность изменений.

 

Использование вирусов в генной терапии

 

Использование вирусов в генной терапии проходит не так гладко, как может показаться. В этом случае очень сложно контролировать соединение генов с клеткой-мишенью. Это вызывает риск превращения здоровой клетки в раковую. Это главная проблема генной терапии. Вторая проблема заключается в недостаточности одной процедуры для полноценного лечения. Терапию приходится повторять, а это тоже риск. Организм приспосабливается к вирусу и начинает борьбу с ним.

 

Еще рано говорить об успешности генной терапии в современной медицине. Риски и некоторые несовершенства методики говорят о ее возможной небезопасности. Но ученые готовы не опускать руки. Они активно ищут пути наиболее эффективного и безопасного использования генной терапии. Исследования продолжаются, а значит, путь борьбы с наследственными болезнями остается открытым.