Геном

Микроинъекции генетического материала позволили ученым разработать новый, более совершенный метод ге­нетических модификаций, с помощью которого можно то­чечно изменять отдельные гены. Для такой генетической модификации часто используются стволовые клетки трех­дневных эмбрионов. В 1988 году Марио Капекки (Mario Capecchi) обнаружил, что если добавить в такую клетку из­мененный ген, то он будет встроен в хромосому по месту нахождения копии этого гена, заменив собой тот ген, ко­торый был на хромосоме. Капекки брал нормальный онко­ген мыши int-2 и добавлял его методом электропорации в стволовую клетку, взятую от мыши с дефектным онкогеном. Затем ученый определял, заменит ли нормальный ген свое­го дефектного двойника на хромосоме. Этот метод называ­ется «гомологической рекомбинацией». В методе использу­ются естественные механизмы репарации поврежденной ДНК. Когда репаративные белки обнаруживают дефект на хромосоме, они используют в качестве шаблона аналогич­ный ген на другой хромосоме и заменяют дефектный ген нормальной копией. Если в ядро добавляются фрагменты ДНК с измененной версией гена, то репаративные белки по ошибке воспринимают их как шаблоны и копируют в соответствующие позиции на хромосомах. Генетически из­мененная стволовая клетка затем вновь помещается в эм­брион. В результате получается «химерный» организм, в котором часть клеток содержат измененный ген (Capecchi М. R. 1989. Altering the genome by homologous recombina­tion. Science 244: 1288-1292).

Метод гомологической рекомбинации позволяет уче­ным не только восстанавливать поврежденные гены, но и выполнять противоположную задачу: целенаправленно разрушать гены, добавив в ядро дефектную версию гена. В результате получаются так называемые генетически но­каутированные мыши, в которых разрушен только опреде­ленный ген, что дает возможность определить его природ­ное назначение. Так, роль генов в формировании памяти (см. главу 17) была установлена почти исключительно с по­мощью «нокаутированных» мышей.

Генетически модифицированные животные представля­ют интерес не только для ученых. Нашлось практическое применение для «модернизированных» овец, коров, сви­ней и кур. В геном овцы был добавлен ген коагулирующего фактора человека в надежде на то, что белок будет накапли­ваться в молоке и с его помощью можно будет лечить боль­ных гемофилией. (Клонированная овца Долли, наделавшая в 1997 году много шума во всем мире, была получена этой группой ученных почти случайно, когда они занимались ге­нетической модификацией яйцеклеток.) Исследователи из Квебека выделили из паука ген белка паутины и внедрили его в яйцеклетку козы с целью получить генетически моди­фицированное животное с шелковой нитью прямо в моло­ке. Другая компания нацелила свои исследования на гене­тическую модификацию кур в надежде превратить курицу в биофабрику, несущую яйца с белковыми добавками, по­лезными как для кулинарии, так и для фармацевтики. Даже если эти фантастические проекты постигнет неудача, нет сомнений в том, что со временем в области генетической модификации животных удастся достичь таких же успехов, как и с генетически модифицированными растениями, т.е. мясные породы скота будут давать больше мяса, молочные породы — больше молока, а куры — супердиетические яйца (First N., Thomson J. 1998. From cows stem therapies? Nature Biotechnology 16: 620-621).

Методы генной инженерии становятся все проще и на­дежнее. Нет сейчас никаких технических трудностей, кото­рые не позволили бы высококвалифицированной группе специалистов провести генетическое моделирование чело­века. Через несколько лет, наверное, будет возможно взять любую клетку организма, вставить в нее новый ген в опре­деленном месте на хромосоме, затем извлечь ядро клетки и заменить им ядро яйцеклетки. Из яйцеклетки можно бу­дет вырастить человека, являющегося точной трансгенной копией своего предшественника. Например, в клоне будут все гены, кроме того, который вызвал раннее облысение. Можно клонировать стволовые клетки и вырастить из них новую печень вместо той, что стала жертвой горячитель­ных напитков. Можно будет в лабораторных условиях вы­растить нейроны человека и испытывать на них новые ле­карства, сохранив жизнь множеству лабораторных живот­ных. Может, кто-то на старости лет захочет вырастить себе наследника и спокойно почить с радостной мыслью, что часть его плоти и крови продолжает жить.

С открытием стволовых клеток человека все это стало технически возможным, но насколько это этично? Ваш ге­ном принадлежит только вам. Никакое правительство не сможет его национализировать, и никакая компания не сможет его купить. Но дает ли это вам право помещать свой геном в другого индивидуума? Ведь клон, выращенный из вашей клетки, продолжит свою индивидуальную жизнь. Посягательство на печень или почки своего клона станет обычным убийством. Человечество не готово сейчас к поис­ку ответов на такие вопросы, поэтому на все эксперименты по клонированию или генетическому модифицированию человека наложен строгий запрет. Под строгим контролем также находятся исследования стволовых клеток, получа­емых из эмбрионов. Эта область исследований открывает широкое поле деятельности для мошенников и врачей-пре­ступников. Ужасающие последствия клонирования людей стали темой многих фильмов ужасов, что вселяет в людей неприятие самой возможности манипулирования с гено­мом человека. Большинство людей против клонирования. Но вряд ли по этому вопросу когда-то будет проведен миро­вой референдум. Чтобы клоны людей стали реальностью, достаточно желаний и денег немногих людей. Собственно, так и произошло с суррогатными матерями и детьми из про­бирок. Никто никогда не давал одобрения на внедрение по­добной практики. Человечество просто было поставлено перед фактом, и ему пришлось удовлетвориться тем пози­тивным моментом, что бесплодные женщины обрели счас­тье материнства.

Более того, генная инженерия — это не единственное ре­шение всех проблем. Например, дефект гена-супрессора на хромосоме 18 ведет к повышению вероятности раковых забо­леваний, но противостоять этому можно не только генетиче­скими методами. Гораздо более простое и доступное решение лежит под руками. Новые исследования показали, что рак ки­шечника успешно предотвращают аспирин и неочищенные бананы. С генетическими заболеваниями можно бороться не только генетическими методами. Наиболее перспективным путем развития медицины представляется совершенствова­ние методов ранней генетической диагностики, за которым следует обычное медикаментозное лечение.

К сожалению, автор не привел ссылки на научные публи­кации, в которых описывается чудодейственное влияние аспирина и неочищенных бананов на рак кишечника.

Хромосома 19 Меры предосторожности

Когда в медицине появляется любая новая технология, перед человечеством стоит морально-этическая дилемма. Если новая технология позволяет спасти жизнь, человек чувствует себя виноватым, не воспользовавшись этой воз­можностью, даже если это было слишком дорого или слиш­ком рискованно. В каменном веке люди вынуждены были просто наблюдать смерть своих близких от оспы. После того как Дженнер (Jenner) изобрел коровью вакцину от оспы, те, кто не воспользовался ею для вакцинации детей, становились виновными в их смерти. В XIX столетии люди были также бессильны перед туберкулезом. После откры­тия пенициллина Флемингом (Fleming) преступником ста­новился тот, кто вовремя не обратился к врачу. Моральную ответственность за смерть людей несут не только отдель­ные индивидуумы, но еще в большей степени — государство. Богатые страны не могут теперь игнорировать эпидемии дизентерии, отнимающие жизни у детей в слабо развитых странах, поскольку язык не поворачивается сказать, что ничего нельзя было сделать, — существует простая процеду­ра оральной регидратации, спасающая больных от смерти. Если можно что-то предпринять, то это нужно сделать.

В настоящей главе речь пойдет о методах генетической диагностики двух наиболее частых заболеваний современ­ного человечества. Одно из них является быстрым и безжа­лостным убийцей, а второе — медленным и немилосердным пожирателем памяти. Речь идет о сердечно-сосудистых за­болеваниях и о болезни Альцгеймера. Мне кажется, что современные ученые слишком щепетильны и предупреди­тельны, когда речь заходит о генетических предпосылках обоих заболеваний. Промедление с вводом в практику но­вых средств ранней диагностики делает ученых виновны­ми в смерти людей.

Давайте познакомимся с семейством генов аполипопро- теинов, известных еще как гены АРО. Их разделяют на че­тыре основные группы: А, В, С и, почему-то, Е. Но в каж­дой группе существует еще множество вариантов, пред­ставленных генами на разных хромосомах. Среди них нас наиболее будет интересовать ген АРОЕ, лежащий на хро­мосоме 19. Прежде чем мы приступим к рассмотрению этого гена, давайте разберемся в химических реакциях между холестерином и триглицеридными жирами. Когда вы едите бекон с яичницей, в организм поступает огромная порция жиров с холестерином — жирорастворимым веще­ством, из которого в организме образуются многие гормо­ны (см. главу 11). Печень переваривает эти вещества и от­правляет с кровотоком в другие органы и ткани. Поскольку триглицеридные жиры и холестерин сами по себе нерас­творимы в воде, их транспортировка по кровотоку осущест­вляется с помощью особого белка, называемого липопроте- идом. В серии химических превращений липопротеид по­степенно отдает свой груз тем клеткам, которые нуждаются в жирах. В начале пути в кровь поступает полностью загру­женный белок, называемый VLDL (very-low-density lipopro­tein — липопротеид очень низкой плотности). По мере того как от белка отрываются триглицериды, он превращается в LDL (low-density lipoprotein — липопротеид низкой плот­ности, или, как его еще называют, «плохой холестерин»). Наконец, отдав клеткам прицепной холестерин, белок пре­вращается в HDL (high-density lipoprotein — липопротеид высокой плотности, или «хороший холестерин»), который возвращается в печень за новой порцией жиров.

Работа белка АРОЕ (читается как «апо-эпсилон») состо­ит в контроле за взаимодействием белка VLDL и рецепто- pa на поверхности клетки, нуждающейся в триглицеридах. Другой белок, АРОВ (апо-бета), управляет обменом холесте­рина между липопротеидом и рецепторами клетки. Вполне очевидно, что мутации в генах АРОЕ и АРОВ могут вести к развитию сердечно-сосудистых заболеваний. Если они пло­хо работают, то жиры и холестерин задерживаются в крове­носном русле и в конце концов оседают на стенках сосудов. Нокаутирование у мыши гена АРОЕ ведет к быстрому раз­витию артериосклероза даже при соблюдении нормальной диеты. Безусловно, мутации генов самих липопротеидов и белков-рецепторов также влияют на циркуляцию холе­стерина и жиров в организме, что способствует развитию инфарктов. Так, наследуемое генетическое заболевание, называемое семейной гиперхолестеринемией, вызывается редкой мутацией в «тексте» гена рецептора холестерина (LyonJ., Corner P. 1996. Altered fates. Norton, New York).

Ген АРОЕ выделяется среди других генов семейства сво­им полиморфизмом. Он почти так же изменчив, как цвет глаз. Известны три основные версии этого гена: Е_т Е и Ej. Поскольку белки от разных версий гена отличаются по способности отщеплять триглицериды от липопротеидов крови, изучение распространения этих версий гена чрез­вычайно важно для прогнозирования частоты сердечно­сосудистых заболеваний. Вариант Е₃ — наиболее активный и чаще всего встречается у европейцев. Свыше 80% евро­пейцев имеют хотя бы одну версию этого гена на своих хромосомах, и у 39% ген представлен в двух копиях. Но в геноме 7% европейцев содержатся две копии гена Е₄, что значительно повышает для них риск развития сердечно-со- судистых заболеваний. Это же справедливо и для 4% насе­ления, геном которых содержит две копии гена Е₂ (Eto М., Watanabe К., Makino I. 1989. Increased frequencies of apolipo- protein E₂ and E₄ alleles in patients with ischemic heart disease. Clinical Genetics 36: 183-188).