Генная инженерия

Существуют опасения, что подобные вакцины могут встраиваться в ДНК хромосом человека, что приведет к мутации гена на этом участке. Однако эксперименты на мышах свидетельствуют, что интеграция плазмиды в ДНК мышей наблюдается приблизительно в 1000 раз реже, чем спонтанные мутации генов [15].

Однако многие специалисты не спешат делать окончательные выводы до тех пор, пока не получат достаточное количество данных клинических исследований, убедительно свидетельствующих об эффективности и безопасности рекомбинантных вакцин. В ближайшие несколько лет не следует ожидать их внедрения в медицинскую практику, поскольку большинство из разрабатываемых вакцин находится на этапе доклинических или проходят I–II фазу клинических исследований [22].

Вакцина против рака. На первый взгляд профилактика и лечение рака с помощью вакцин кажется утопией. Но, тем не менее, сегодня в арсенале ученых есть способы, позволяющие создать противораковую вакцину [6]. Так, в середине 70-х годов прошлого века из опухолевых клеток были выделены белки теплового шока, которые захватывают антигенные участки белковых молекул так называемые опухолеспецифические пептиды, вызывающие раковые перерождение клетки [7]. Поэтому введение белков теплового шока вызывает у подопытных животных сильнуюю иммунную реакцию — выработку специфических антител. Это означает, что белки теплового шока могут бьггь использованы для иммунизации больного против определенного вида опухоли. Сейчас на их основе в США уже производятся эффективные вакцины для лечения меланомы, карциномы почки и профилактики метастазирования. Но противораковая вакцина изготавливается для каждого пациента индивидуально, и для ее производства требуется не менее 5 г опухолевой ткани. В данном требовании и состоит ограничение применения метода [3].

Генотерапия. Технологии генодиагностики и генотерапии базируются на мировых достижениях в расшифровке генома человека. Технологии генодиагностики включают разработку приемов точной локализации генов в геноме человека, ответственных за наследственные и соматические заболевания, а также методологии пренатальной и доклинической диагностики. Их важной составляющей является сравнительный анализ структуры генома в норме и патологии [6].

Среди технологий генотерапии в настоящее время актуальны следующие: генотерапия соматических клеток, генотерапия репродуктивных (половых) клеток.

Генотерапия и генодиагностика  это перспективные технологии фундаментальной и прикладной биомедицины, направленные на лечение и профилактику наследственных (генетических) и приобретенных заболеваний, в том числе онкологических [9].

Важнейшей технологической задачей генотерапии является разработка системы переноса или адресной доставки корректирующего генетического материала к клеткам-мишеням в организме больного, несущего в своем геноме дефектный ген. Предлагаемые технологии характеризуются точностью выявления гена, ответственного за генетический дефект и выбора системы переноса корректирующих генов, адресностью доставки в организм больного генетического материала, исправляющего генетический дефект [12].

Технологии генодиагностики и генотерапии являются инструментом реализации новой медико-биологической стратегии, конечная цель которой - избавление человечества от генетических и приобретенных болезней. Актуальность генотерапии для человека связана с тем, что более 5000 наследственных и приобретенных заболеваний связано с генетическими дефектами. Генотерапия может использоваться не только для лечения, но и для профилактики наследственных и приобретенных заболеваний. Таким образом, данная технология имеет большое социальное и народнохозяйственное значение [15].

За рубежом генодиагностика и генотерапия рассматриваются как один из приоритетов развития биомедицины. К настоящему времени одобрено более 7 протоколов по генотерапии, в которых предложены способы лечения наследственных заболеваний. Такие протоколы разрабатываются в Китае, Франции, Великобритании, Италии, Нидерландах и ряде других стран. В США Национальным Комитетом по рекомбинантным ДНК (RAC) одобрено 18 клинических испытаний с использованием генотерапии, начато лечение одного из видов рака кожи  меланомы [3].

Генную терапию на современном этапе можно определить как лечение наследственных, мультифакториальных и наследственных (инфекционных) заболеваний. Путем введения в клетки пациентов с целью направленного изменения генных дефектов или придания клеткам новых функций [9].

Решающим условием успешной генотерапии является обеспечение эффективной доставки, то есть трансфекции (в широком смысле) или трансдукции (при использовании вирусных векторов) чужеродного гена в клетки мишени, обеспечение длительного функционирования его в этих клетках и создание условий для полноценной работы гена (его экспрессии) [6].

Основные методы доставки чужеродных генов в клетке разделяются на химические, физические и биологические. Только вирусные векторы или генетические конструкции, включающие вирусные последовательности, способны  к активной трансдукции, а в некоторых случаях и к длительной экспрессии чужеродных генов. Из более 175 уже одобренных протоколов клинических испытаний по генной терапии более 120 предполагают использовать вирусную трансдукцию и около 100 из них основаны на применении ретровирусных векторов [12].

2.4 Перспективы клонирования

Проблема клонирования животных приобрела в последнее время не только научное, но и социальное звучание, в связи, с чем она широко освещается в средствах массовой информации, зачастую некомпетентными людьми и с непониманием сути проблемы.  Под клонированием животных,  следует понимать точное воспроизведение того или иного живого объекта в каком-то количестве копий. При этом все эти «копии» должны обладать идентичной наследственной информацией, т. е. нести идентичный набор генов [5].

Для генетиков растений получение клонов  не составляет никаких проблем. Генетики получают подобные клоны, когда используемые ими объекты размножаются посредством партеногенеза, т. е. бесполым путем, без предшествующего оплодотворения. В ряде случаев и у животных получение клона не вызывает особого удивления и является рутинной процедурой, хотя и не такой уж простой. Генетики получают подобные клоны, когда используемые ими объекты размножаются посредством партеногенеза, т. е. бесполым путем, без предшествующего оплодотворения [21].

Идея клонирования животных, т.е. получение генетически идентичных копий, родилась благодаря успешным экспериментам по пересадке ядер дифференцированных клеток в энуклеированные яйцеклетки или ооциты, выполненным на амфибиях. Цель этих экспериментов была сугубо теоретическая  выяснить вопрос, способно ли ядро (геном) дифференцированной клетки к репрограммированию и восстановлению тотипотентности. Успешные опыты J.Gurdon и его сотрудников, показавшие возможность развития взрослых амфибий из реконструированных яйцеклеток после трансплантации в них ядер из клеток эпителия кишечника плавающей личинки (головастика), были интерпретированы как убедительное доказательство, что геном дифференцированных клеток способен к репрограммированию в цитоплазме яйцеклетки и восстановлению тотипотентности, подобно оплодотворенному яйцу [4].

В конце 70-х годов американец Карл Иллменсее опубликовал статью, из которой следовало, что ему удалось получить клон из трех мышек. И вновь «клональный бум» вытеснил все остальные научные новости. В тоже время была создана авторитетная комиссия, признала работу Иллменсе недостоверной. Таким образом, по самой проблеме был нанесен весьма болезненный удар, и поставлена под сомнение ее разрешимость. На какое-то время воцарилось спокойствие [7].

Однако уже в феврале 1997 г. появилось сообщение, что в лаборатории Яна Вильмута в Рослинском институте (Эдинбург, Шотландия) разработан эффективный метод клонирования млекопитающих и на основе его использования получена овечка Долли. Из 236 опытов успех сопутствовал лишь одному, в результате которого и родилась овечка Долли, содержащая генетический материал взрослой овцы, умершей три года назад [12]. После этого Вильмут заявил, что технически возможно осуществить и клонирование человека, но в этом случае возникают моральные, этические и юридические проблемы [13].

Хотя работы Яна Вильмута являются выдающимся достижением, перспективы их дальнейшего развития следует оценивать с осторожностью. На самом деле получить абсолютно точную копию данного конкретного животного намного сложнее, чем это представляется при поверхностном знакомстве с проблемой. И дело вовсе не в технической разработке методов клонирования. Дело в том, что структурно-функциональные изменения ядер в ходе индивидуального развития животных достаточно глубоки: одни гены активно работают, другие — инактивируются и молчат, при этом сам зародыш представляет собой своеобразную мозаику полей распределения таких функционально различных генов [4].

И чем организм более специализирован, чем выше ступенька эволюционной лестницы, на которой он стоит, тем эти изменения глубже, и тем менее обратимы [21].

Недавними работами американских ученых доказано, что у клонированных животных примерно четыре процента генов работают ненормально. Следовательно, невозможно ожидать точного копирования образцов. Более того, такие аномалии в работе   генов  непременно  приведут  к  развитию  уродств различного рода [9].

А ведь широкую известность получила еще одна работа, в которой показано, что в соматических клетках в ходе их развития хромосомы последовательно укорачиваются на своих концах, в зародышевых же клетках специальный белок теломераза достраивает, восстанавливает их, т. е. полученные данные опять свидетельствуют о существенных различиях между зародышевыми и соматическими клетками.

И, следовательно, встает вопрос, способны ли ядра соматических клеток полностью и эквивалентно заменить ядра зародышевых клеток в их функции обеспечения нормального развития зародыша [3].

Состояние здоровья клонированных животных уже сейчас вызывает серьезные опасения. Продолжительность жизни клонированных животных ниже нормы. Так, овечка Долли дожила лишь до половины средней продолжительности жизни овец, промучившись более 6 лет. Ее австралийский «двойник»  Матильда погибла через два года после рождения, «помешав» своему создателю отхватить гигантский грант на создание клонированной овечьей отары [20].

Клонированные в различных лабораториях мыши характеризуются пониженной жизнеспособностью и «выдерживают» на этом свете не более половины средней продолжительности жизни, их обучаемость по сравнению с «исходным образном» оставляет желать лучшего (к вопросу о клонировании гениев) [21].

Следовательно, практическое использование клонирования млекопитающих весьма проблематично. Тем не менее, опыты по клонированию следует продолжать, поскольку они имеют важное фундаментальное значение. Только в таких экспериментах можно понять, что же все-таки происходит с клеточным ядром, с его компонентами, с ДНК в процессе индивидуального развития, как взаимодействуют генные сети в ходе клеточной,   дифференцировки и можно ли этой дифференцировкой управлять. Поэтому необходимо серьезное продумывание и обсуждение этой проблемы на самом высоком уровне научного сообщества [4].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Генная инженерия – это очень молодое   направление исследований в молекулярной биологии и генетике. Однако темпы ее развития столь высоки, что в настоящий момент она занимает важнейшее место в системе современных направлений исследований. Важнейшие достижения последнего десятилетия в генетике ушедшего века связаны именно с генной инженерией.

Сейчас, в начале XXI века, перед человечеством открываются огромные перспективы. Генная инженерия дает принципиально новые методы диагностики и лечения различных заболеваний. По прогнозам генетиков, уже к концу первого десятилетия XXI века на смену привычным прививкам придут генетические вакцины, и медики получат возможность навсегда покончить с такими неизлечимыми болезнями, как рак, болезнь Альцгеймера, диабет, астма.

По прогнозам некоторых ученых примерно в 2020 году на свет будут появляться исключительно здоровые дети: уже на эмбриональной стадии развития плода генетики смогут исправлять наследственные нарушения.

Кроме того, в результате применения  генной инженерии уже появились бактерии, растения, животные, которые являются естественными биореакторами. Они продуцируют новые или измененные генные продукты, которые не могут быть созданы традиционными методами скрещивания, мутагенеза и селекции. Однако при этом возможные побочные эффекты во многих случаях трудно предсказуемы. Необходимы длительные эксперименты на животных и растениях и серьезные исследования.

Новая технология всегда рано или поздно изменяет повседневную жизнь, так произойдет и с генной инженерией, тем более, что сегодня генная инженерия вторгается буквально во все области жизни, однако но очень трудно предугадать, когда это произойдет.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.      Алиханян С.И., Акифьев А.П., Чернин Л.С. Общая генетика. – М.: Высшая школа, 1985. – 447 с.

2.      Дубинин Н.П. Общая генетика. – М.: Наука, 1970. – 488 с.

3.      Глик Б., Пастернак Д. Молекулярная биотехнология / Пер. с англ. – М.: Мир, 2002. – 589 с.

4.      Корочкин Л.И. Геном, клонирование, происхождение человека. – Фрязино: Изд-во Век 2, 2004. – 224 с.

5.      Коничев. А.С., Севастьянова Г.А. Молекулярная биология. – М.: Академия, 2005. – 400 с.

6.      http://www.students.ru  

7.      Гуляев Г.В. Генетика. – М.: Колос, 1984. – 351 с.

8.      Генетика и наследственность.  / Под ред. Васецкого С.Г. – М.: Мир, 1987. – 300 с.

9.      http://www.humbio.ru             

10. Медников Б. Власть над геном // Наука и жизнь, 1981. № 9 – С. 64 – 67.

11. Айала Ф.Д., Кайгер Дж. Современная генетика в 3 т. – М.: Мир, 1987. – Т.1− 295 с., Т. 2 – 388 с.

12. Станбеков С.Ж. и др. Генетика. – Новосибирск, 2006. – 616 с.

13. Сингер М., Берг Г. Гены и геномы. − М.: Мир, 1998, − 373 с.

14. Клещенко Е. ГМ – продукты: битва мифа  и реальности // Химия и жизнь, 2008. № 1. – С. 10 – 15.