Трансгенные организмы и их применение в фармации и медицине

       Однако  вирусы и плазмиды почти никогда не применяются в биотехнологии в своем натуральном виде. Перед использованием из них вырезается все лишнее, оставляются только гены, обеспечивающие доставку «груза» по назначению. Такие искусственные конструкции биотехнологи называют векторами. Однако мало перенести нужный ген в другую клетку — надо еще, чтобы он там начал действовать. Как известно, в каждой клетке каждого организма работают лишь те гены, продукт которых необходим в данный момент. Эти функции выполняют так называемые промоторы — участки ДНК, которые ферменты клетки воспринимают как команду начать считывание. Открывая и закрывая их промоторы для считывающих ферментов, клетка регулирует активность генов. Однако у вирусов и Tiплазмид есть свои промоторы, которые не подчиняются клеточным регуляторам и всегда открыты для ферментов, заставляя клетку считывать целый ряд примыкающих к нему генов.

       Закладка  «письма» в «конверт» происходит  так: вектор, представляющий кольцевую  молекулу ДНК, разрезают в нужном  месте рестриктазами, приводят в контакт с копией выделенного гена и добавляют сшивающий фермент — лигазу, которая соединяет ген и вектор снова в колечко. После чего остается внедрить полученную рекомбинантную ДНК в клетку-мишень. Как мы уже знаем, векторы делают это сами, но им можно помочь, повысив проницаемость клеточной мембраны с помощью некоторых солей или электрического тока. Надо сказать, что ни одна операция не имеет стопроцентного выхода, и в итоге далеко не все клетки-мишени получают донорский ген. Поэтому следующий этап работы — выявление трансгенных клеток, которые нужно отделить от неизмененных. Для этого в вектор вместе с нужным геном встраивают ген устойчивости к какому-нибудь антибиотику. Затем происходит естественный отбор. Клетки высевают на питательную среду, содержащую этот антибиотик, и те, в которые вектор не внедрился или в которых он не работает, погибнут, и останутся только трансгенные.

       Если  объектом были микроорганизмы, то  задача выполнена: создана популяция  трансгенных клеток. С растениями сложнее: из культуры клеток надо еще вырастить целостный организм. Наибольшую сложность представляют опыты с животными, ведь у них генной модификации приходится подвергать оплодотворенные яйцеклетки, более того, если речь идет о млекопитающих, их надо еще имплантировать суррогатной матери. Именно поэтому и трансгенных животных немного. А до массового разведения, в отличие от растений и микроорганизмов, пока не дошло ни одно. Это все единичные экземпляры.

Свойства трансгенных растений

       Уже в  1992 году ГМ-организмы вышли «на широкий оперативный простор»: в Китае началось выращивание трансгенного табака, устойчивого к вредителям. С 1996 года публикуется мировая статистика по трансгенным сельскохозяйственным культурам. В 2004 году общая площадь, которую они занимают на полях планеты, превысила 80 миллионов га. Общее число таких сортов исчисляется сотнями, к промышленному «применению» разрешены десятки. ГМ-кукуруза, ГМ-рапс и ГМ-хлопчатник захватили значительную долю рынка соответствующих культур. Но рекорд принадлежит сое: из каждых трех ее бобов, поступающих в продажу, два — измененные человеком.

       Успехи  могли бы быть и значительнее, если б трансгенные культуры не «наткнулись» во многих странах на яростные протесты. В 1998 году страны Евросоюза даже ввели мораторий на регистрацию новых ГМО (хотя все это время в Германии и Испании продолжали сеять ранее зарегистрированные сорта). Четыре года спустя на смену этому запрету пришли исключительно строгие и подробные правила обращения с «рукотворными» культурами и продуктами из них. Прописанные в этом документе меры безопасности мало отличаются от тех, что соблюдаются при работе с возбудителями чумы или сибирской язвы. Впрочем, швейцарцев, например, не удовлетворили даже такие строгости: в ноябре прошлого года 58% граждан альпийской конфедерации проголосовали на общенациональном референдуме за пятилетний запрет на выращивание чего-либо, генетически модифицированного.

       Почему  потребители против? Сказать трудно. С тех пор как ГМ-сорта начали выращивать в промышленных масштабах, продукты из них ели и едят миллионы людей и бессчетное число животных. И за все эти годы не зафиксировано ни одного свидетельства тому, что «творческая» научная процедура несет вред или опасность. Напротив, согласно опубликованному в 2004 году докладу Союза немецких академий наук и Гуманитарной комиссии по зеленым биотехнологиям, содержание токсичных и аллергенных веществ в продуктах из ГМ-растений оказалось ниже, чем в аналогичных традиционных, за счет более жесткого контроля и меньшей концентрации паразитических грибков. Развеялись и страхи, связанные с широким применением ГМО, — перед вытеснением трансгенными растениями диких форм, перед нестабильностью «подсаженных» генов и их бесконтрольным распространением... Тем не менее общество (особенно европейское) сохраняет предубеждение против сверхновых культур.

       Возможно, дело в общем росте недоверия  к науке и ее данным? Или  в том, что все «передовые»  свойства ГМ-растений важны, пока что лишь для производителей и переработчиков (устойчивость к засухе, морозам, вредителям, долгая «лежкость» в хранилищах...), а покупателям безразличны? Правда, все крупные биотехнологические компании обещают вот-вот изменить это положение и выпустить на рынок «второе поколение» ГМО, более «интересное» именно для публики. Например, созданный еще шесть лет назад «золотой рис» с высоким содержанием витамина А предназначен для развивающихся стран, где ежегодно полмиллиона детей получают различные нарушения зрения из-за нехватки этого вещества. При этом злые языки утверждают, что протесты экологически озабоченных организаций стали для европейских политиков лишь удобным предлогом для «защиты» своего рынка от сельскохозяйственных продуктов из США, Австралии и Латинской Америки. Во всяком случае, все нормы и соглашения, ограничивающие промышленное использование ГМО, обязательно содержат оговорку: мол, эти ограничения не касаются фармации — области, в которой Европа никогда не отставала от США и не боится никаких конкурентов. Ведущие фармацевтические компании по обе стороны Атлантики широко используют ГМО для производства пептидных (белковых) препаратов. В самом деле, миллионы людей в мире страдают сахарным диабетом I типа. Чтобы не умереть, они должны несколько раз в сутки вводить себе инсулин. Его выделяли из поджелудочных желез коров и свиней на бойнях, но этого сырья давно уже не хватало, а кроме того, человеческие клетки не всегда «понимали» гормон животных. Сегодня же в развитых странах практически весь инсулин получают из бактерий и дрожжевых клеток, в которые вставлен соответствующий человеческий ген. Такое вещество и лучше, и дешевле, и производиться может в любом количестве. Примерно так же, кстати, обстоят дела с интерфероном и другими, более специальными белковыми препаратами.

Трансгенные вакцины

       В прессе  не раз обсуждалась возможность  создать на базе ГМО безынъекционные вакцины. Представьте себе: ни детских слез и криков, ни затрат квалифицированного сестринского труда. Съел банан или морковку — и ты уже привит. Правда, энтузиастам «съедобных вакцин» пока не удалось придумать, каким образом трансгенные фрукты или молоко помогут белкам-антигенам избежать переваривания. Зато фармакологи утверждают, что на подходе принципиально новый тип лекарств — «специально сконструированные молекулы» (конечно же, белковые). Их производство непредставимо без ГМО, так что применение генетических технологий в фармацевтике в ближайшие годы станет еще шире.

Чего можно ждать от геномных исследований в ближайшие 40 лет? Прогноз Фрэнсиса Коллинза, руководителя программы «геном человека»

2010 год 

Генетическое тестирование, профилактические меры, снижающие риск заболеваний, и генная терапия до 25 наследственных заболеваний. Медсестры  начинают выполнять медико-генетические процедуры. Широко доступна предимплантационная диагностика, яростно обсуждаются ограничения в применении данного метода. В США приняты законы для предотвращения генетической дискриминации и соблюдения конфиденциальности. Не всем доступны практические приложения геномики, особенно в развивающихся странах.

2020 год 

На рынке появляются лекарства  от диабета, гипертонии и других заболеваний, разработанные на основе геномной информации. Терапия рака, прицельно направленная на свойства раковых клеток. Фармакогеномика становится общепринятым подходом для создания многих лекарств. Изменение способа диагностики психических заболеваний, появление новых способов их лечения, изменение отношения общества к таким заболеваниям. Демонстрация безопасности генотерапии на уровне зародышевых клеток при помощи технологии гомологичной рекомбинации.

2030 год 

Определение последовательности нуклеотидов всего генома отдельного индивида станет обычной процедурой, стоимость которой менее 1 000 долларов. Каталогизированы гены, участвующие  в процессе старения. Проводятся клинические  испытания по увеличению максимальной продолжительности жизни человека. Лабораторные эксперименты на человеческих клетках заменены экспериментами на компьютерных моделях. Активизируются массовые движения противников передовых  технологий в США и других странах.

2040 год 

Все общепринятые меры здравоохранения  основаны на геномике. Доступна эффективная профилактическая медицина с учетом особенностей индивида. Болезни детектируются на ранних стадиях путем молекулярного мониторинга. Замена лекарств продуктами генов, вырабатываемыми организмом при ответе на терапию. Средняя продолжительность жизни достигнет 90 лет благодаря социоэкономическим мерам. Проходят серьезные дебаты о возможности человека контролировать собственную эволюцию. Неравенство в мире сохраняется, создавая напряженность на международном уровне.

Генная терапия

       Но, если  можно, внедрив человеческий ген  в бактериальную клетку, заставить  ее производить нужное больному  вещество, почему бы не вставить  этот ген в клетки самого  пациента, раз и навсегда избавив  его от недуга?

       Идея  такой «терапии» возникла сразу  же, как только перенос генов  из одного организма в другой  стал возможным практически. Первые  клинические испытания (правда, не  в медицинских, а в исследовательских  целях) прошли еще в 1989 году. А уже через полтора года  в Медицинском центре города  Бетесда (США) стартовала экспериментальная программа лечения одного из врожденных иммунодефицитов, а именно — редкой болезни, которая исключает развитие у ребенка иммунной системы, обрекая его на смерть от первой подхваченной инфекции. До появления генной терапии ничем нельзя было помочь таким младенцам. Теперь же американские врачи берут их кроветворные клетки, вводят в них исправную копию гена, дефект которого послужил первопричиной недуга, и возвращают «отремонтированные» клетки обратно в организм.

       Борьба  с иммунодефицитами ярко продемонстрировала  миру возможности генной терапии.  Однако… уже в 2002 году самая  масштабная программа такого  рода (французская) была закрыта:  у двух из одиннадцати маленьких  пациентов обнаружилась лейкемия. Видимо, это не случайное совпадение. Вектор с доставляемыми генами  может внедриться в любой участок  генома, и у пострадавших детей  он оказался соседом гена LMO2, о  котором давно известно, что его  избыточная активность (которую  вполне может обеспечить входящий  в состав вектора мощный вирусный  промотор) приводит к белокровию. Конечно, вероятность того, что  вектор внедрится именно рядом  с LMO2 или другим протоонкогеном, мала. Но каждому ребенку ввели примерно миллион «генетически отремонтированных» клеток, а для развития лейкемии может хватить и одного рокового совпадения. Уже после закрытия программы болезнь диагностировали еще у одного ее пациента. Летальные исходы (правда, не связанные с лейкемией) отмечались и в некоторых американских программах.

       Удар  был тяжелым. «Генная терапия  переживает трудные времена», —  констатировал в ноябре 2004 года  президент Европейского общества  по изучению этого метода профессор  Бернд Гансбахер. Впрочем, неудачи скомпрометировали применение в медицине вирусных векторов, но не саму идею лечения генами. И сегодня медики рассматривают возможность безвирусной доставки в клетку нужных молекул. В биотехнологии она давно уже используется: например, с помощью липосом (жировых пузырьков-капсул, способных просачиваться сквозь клеточную мембрану) или «генных пушек», из которых ведется прямой обстрел клеток микрочастицами золота с зафиксированными на их поверхности генами. Правда, эти пути свободны как от опасностей, так и от удобств векторного переноса: вероятность встраивания переносимого таким образом гена в хромосому клетки-мишени намного меньше, и нет никаких гарантий, что даже в случае успешного попадания он начнет там работать.

       Так или  иначе, по словам заведующего  лабораторией пренатальной диагностики наследственных и врожденных болезней НИИ акушерства и гинекологии РАМН профессора Владислава Баранова, сегодня в мире одобрено более 600 проектов клинических испытаний генно-терапевтических методик. Близки к выходу в практику методики лечения иммунодефицитов, диабета, заболеваний сосудов, трофических язв, некоторых онкологических заболеваний. По единодушному мнению медицинского сообщества, через 10—15 лет «генетический ремонт» превратится в массовую процедуру.

       Следующий,  логически возникающий вопрос: если  пересадкой генов можно восстановить  физиологическую норму, то нельзя  ли тем же путем ее улучшить? Скажем, увеличить рост, изменить  пропорции фигуры, купировать склонность  к полноте, прибавить, наконец,  ума человеку? Говорят, можно.  Вот, скажем, биофизик Грегори  Сток из Калифорнийского университета  в Лос-Анджелесе несколько лет  назад торжественно провозгласил: «Начинается новая фаза жизни,  в которой мы будем контролировать  собственную эволюцию». 

       Естественно,  идея улучшения человеческой  породы не нова. В первой половине  прошлого века она даже оформилась  в особую научную дисциплину, пресловутую евгенику, которая предлагала  вести «отбор» людей так же, как домашних животных: тиражировать  удачные экземпляры, исключать из  размножения неудачные… В большинстве стран дело не пошло дальше теоретических размышлений, но в нацистской Германии не преминули перейти к практике (каждый эсэсовец обязывался иметь детей, больные стерилизовались, и тому подобное). Естественно, после Второй мировой войны о «запятнавшем себя» научном направлении старались не вспоминать.

       На самом  деле евгенику погубило не  увлечение ею нацистов, а простой  вопрос: что значит применительно  к человеку «улучшение»? Улучшить  породу, скажем, коров, значит, сделать  так, чтобы они давали больше  молока и мяса, лучше отвечали  нуждам человека. А чьим нуждам  должен отвечать «улучшенный»  человек? 

      Сегодняшние  энтузиасты надеются, что генетические  манипуляции позволят каждому  переделать свое тело так, как  это нравится ему самому. Но  это не всегда возможно. Например, рост, безусловно, в высокой мере  определяется генами (правда, очень  многими), но работают они в  основном в детском и подростковом  возрасте. «Будить» же их (свои  или чужие) у взрослого слишком  опасно. То же самое касается  многих психических способностей: нужные молекулы ДНК активно  действуют, пока идет формирование  мозга, — с третьей недели  внутриутробного развития и примерно  до шести лет. Дальше пересаживай  их, не пересаживай — ничего  уже не изменится. Выходит,  если мы и сможем на кого-то  воздействовать, так это не на  себя, а на своих детей. А  скажут ли они нам за это  спасибо?