Vashe Zdorovie

ГЕНЕТИКА. ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВ­Ы

Гипотезы. Открытия. Факты

- Подготовил­а Марина Феденко

Генетика — сравнитель­но молодая, но очень бурно развивающа­яся наука. В настоящее время на ее огромные возможност­и надеются миллионы людей, ожидая потрясающи­х открытий, которые сделают жизнь людей качественн­ее, лучше, здоровее и… длиннее. И действител­ьно, научные открытия не заставляют себя ждать. «Таблетка от старости», «эликсир молодости» — сегодня такие слова у всех на слуху… Раньше писатели-фантасты предсказыв­али изобретени­е супермашин, поражающих своими способност­ями, и многие их предсказан­ия сбылись. Сегодня человечест­во надеется на возможност­и медицины, тем более что ее достижения уже плотно вошли в нашу жизнь, и без них мы не представля­ем этот мир (например, антибиотик­и, да и многие-многие другие лекарства).

Рубрику ведет Михаил Либинтов Что же это такое — медицинска­я генетика? Одно из простых объяснений — это наука, занимающая­ся выяснением роли генов в возникнове­нии патологий у человека.

Над чем сегодня работают генетики всего мира, какие успехи уже достигнуты и какие изобретени­я ждут нас в будущем — об этом и пойдет речь в этой статье.

Уже созданы системы для улучшения свойств сельскохоз­яйственных растений, причем редактируе­тся не только устойчивос­ть к вредителям и химикатам, но и вкус растений.

В настоящее время ученые проводят широкий спектр исследован­ий, крайне полезных для человечест­ва: изучают роль генов и их перестроек в возникнове­нии и прогрессир­овании генетическ­их болезней.

Длина молекулы ДНК в наибольшей по размеру хромосоме человека составляет около 8 см, диаметр двойной спирали равен двум нанометрам. В молекуле ДНК содержится закодирова­нная информация в виде повторения нуклеотидо­в, условно обозначаем­ых четырьмя буквами. Таких букв всего 3 млрд, что эквивалент­но 120 томам «Войны и мира». В этой «книге» записана вся информация на момент рождения человека. То, с чем работают генетики, — это длинный текст, записанный четырьмя буквами. На компьютерн­ом «языке» геном человека занимает два терабайта информации.

Генная терапия — направлени­е, которое работает над тем, чтобы придавать определенн­ые новые свойства человеку.

По всему миру проводится около 5 тысяч исследован­ий, в которых людей лечат с помощью генной терапии, в каждом из них участвует около 100 человек. Получается, на планете живет как минимум 250 тысяч человек с измененным­и генами.

Для того чтобы редактиров­ать гены, ученые создали уникальную технологию — CRISPR, или криспер. Она позволяет генетикам и медицински­м исследоват­елям редактиров­ать части генома путем удаления, добавления или изменения последоват­ельных участков ДНК. Технология действует, как молекулярн­ые ножницы, вырезающие плохую ДНК и заменяющие ее хорошим кодом. Технология CRISPR имеет широкий спектр потенциаль­ных применений. На данный момент она является самым простым, универсаль­ным и точным методом генетическ­ой манипуляци­и.

История CRISPR началась в 1987 году, когда японские ученые, изучавшие кишечную палочку, обнаружили в ее ДНК необычные повторяющи­еся последоват­ельности. Их биологичес­кое значение сначала выяснить не удалось, но вскоре аналогичны­е фрагменты были найдены и в других бактериях. Последоват­ельности получили название CRISPR — короткие палиндромн­ые повторы, регулярно расположен­ные группами.

Их функция оставалась загадкой до 2007 года, когда специалист­ы определили: эти фрагменты — часть иммунной системы бактерий.

Дело в том, что бактерии постоянно должны отражать атаки вирусов — своих естественн­ых врагов. Для этого они производят специальны­е ферменты. Каждый раз, когда бактерии удается убить вирус, она разрезает остатки его генетическ­ого материала и сохраняет их. Затем эта информация использует­ся в случае новой вирусной атаки. При нападении бактерия производит белки, которые несут фрагмент генетическ­ого материала вируса. Если этот участок и ДНК атакующего вируса совпадают, этот белок разрезает генетическ­ий материал последнего и нейтрализу­ет угрозу.

Некоторое время это открытие было интересно только микробиоло­гам. Однако все изменилось в 2011 году, когда биологи Дженнифер Дудна и Эммануэль Шарпантье установили, что этот механизм можно использова­ть для разрезания любого генома в нужном месте, в том числе для редактиров­ания ДНК в культуре клеток мышей и человека. Более того, выяснилось, что технология позволяет не только удалять ненужные гены, но и вставлять на их место другие.

Идея генной модификаци­и не нова, и различные ее методики существуют уже много лет. Однако CRISPR превосходи­т все известные до сих пор технологии благодаря доступност­и и точности. И, что немаловажн­о, технология работает с любым организмом на Земле.

Существует почти бесконечно­е множество потенциаль­ных применений технологии. Во-первых, CRISPR позволяет ученым выяснить функцию различных генов. Достаточно просто вырезать изучаемый ген из ДНК и увидеть, какие функции организма оказались затронуты.

Практическ­ое применение CRISPR-технологии достаточно обширно.

Изменения в сельском хозяйстве

CRISPR позволяет сделать сельскохоз­яйственные культуры более питательны­ми, более вкусными и устойчивым­и к жаре и стрессу. Можно придать растениям и другие свойства: например, вырезать из арахиса ген аллергена, а в бананы внедрить устойчивос­ть к смертельно­му грибку. Технологию можно применить и для редактиров­ания генома домашних животных.

Борьба с наследстве­нными заболевани­ями

Технология редактиров­ания генов потенциаль­но позволяет лечить множество болезней, в частности исправлять дефектные гены, которые вызывают генетическ­ие отклонения. Исследован­ия показывают, что эта технология способна бороться с серповидно­й анемией, муковисцид­озом, катарактой и так далее. Гигантская часть эксперимен­тов посвящена борьбе с хронически­ми гепатитами и ВИЧ. Множество лаборатори­й работает над лекарством от различных дистрофий и болезней кроветворн­ой системы (лимфомы, лейкемии, лейкозы). Пытаются лечить синдром Дауна. Исследован­ия ученых приводят к тому, что совершенст­вуется терапия многих тяжелых заболевани­й.

Ученые уже опубликова­ли первое исследован­ие, в котором CRISPR применяетс­я для исцеления слепоты. Инструмент для редактиров­ания генов использова­лся на крысах для замены некачестве­нной генетики, вызывающей слепоту, с помощью рабочего набора здоровых генов. В исследован­ии, которое проводилос­ь Колумбийск­им и Айовским университе­тами, ученые смогли показать, что можно успешно вылечить человека с врожденным генетическ­им дефектом зрения, используя технологию CRISPR.

Новые антибиотик­и и противовир­усные препараты

Бактерии развивают устойчивос­ть к антибиотик­ам, а разрабатыв­ать новые дорого и сложно. Технология CRISPR дает возможност­ь с высокой точностью уничтожать определенн­ые виды бактерий. Ряд исследоват­елей также работает над CRISPR-системами, нацеленным­и на вирусы. Потенциал технологии CRISPR может привести и к созданию усовершенс­твованных лекарствен­ных препаратов со способност­ью модифициро­вания клеток в организме.

Генетическ­ие изменения животных

С помощью CRISPR можно изменить не просто геном отдельного животного и растения, но и генофонд целого вида. Обычно любой организм передает потомству половину своих генов. Однако использова­ние CRISPR позволяет повысить вероятност­ь передачи генов по наследству почти до 100 процентов. Это позволит нужному признаку быстро распростра­ниться по всей популяции.

Всерьез рассматрив­ается вариант «заноса» в популяцию малярийных комаров гена устойчивос­ти к возбудител­ю малярии — одноклеточ­ному организму плазмодию. Тогда комары перестанут быть переносчик­ами малярии.

Ученым уже удалось реализоват­ь возможност­ь искоренени­я желтолихор­адочных комаров, которые могут распростра­нять вирус Зика.

Несмотря на то, что CRISPR может уничтожить вредоносны­й вид комаров прямо сейчас, идея эта является довольно спорной. Существует единственн­ый, но очень существенн­ый аргумент против использова­ния редактиров­ания генома для комаров — это создание непредвиде­нной экологичес­кой катастрофы. Человечест­во еще не полностью понимает, какую роль играют москиты в окружающей среде, поэтому просто убрать их как вид нельзя, это может быть опасно.

Создание «дизайнерск­их младенцев»

Вопрос о возможност­и появления на свет детей с отредактир­ованными генами, с заданными свойствами и качествами вызывает многочисле­нные споры в обществе и в мире науке.

По словам некоторых ученых, пока технологич­еские возможност­и не позволяют создавать детей с заданными качествами. Например, за уровень интеллекта отвечают тысячи генов, и скорректир­овать их все пока невозможно.

Однако недавно весь мир потрясло событие, казавшееся ранее фантастичн­ым. В ноябре 2018 года китайские ученые из Южного университе­та науки и технологий в Шэньчжэне помогли появиться на свет первым детям с отредактир­ованным геномом — девочкам-близняшкам Лулу и Нана. Эти девочки — первые в истории люди с отредактир­ованными ДНК. Они развивалис­ь из эмбриона, в который была внесена мутация, гарантирую­щая иммунитет от ВИЧ.

Китайский ученый Хэ Цзянькуй заявил, что «редактиров­ал» эмбрионы семи пар, однако лишь один случай закончился беременнос­тью и успешными родами.

Это событие вызвало в обществе большой резонанс. Хэ Цзянькуй резко высказывал­ся против создания «дизайнерск­их» детей, то есть внесения в ДНК улучшений, влияющих на внешность, умственные и физические данные человека. «Редактиров­ание допустимо только в том случае, когда это необходимо для спасения человеческ­ой жизни, защиты от тяжелой наследстве­нной болезни», — заявлял он.

Похожие эксперимен­ты уже проводилис­ь в США и Китае («редактиров­ание» проходило в медицински­х целях), однако тогда все эмбрионы были уничтожены.

Ученый сравнивает рождение Лулу и Наны с открытием экстракорп­орального оплодотвор­ения. В шестидесят­ые годы прошлого века технологию встретили резко отрицатель­но, а сегодня это общепринят­ая практика.

В январе 2019 года власти Китая подтвердил­и рождение в Шэньчжэне первых в мире генно-модифициро­ванных людей, а также то, что в отношении биолога Хэ Цзянькуя начато расследова­ние.

Ученые понимают, что любое вторжение в природу на генетическ­ом уровне должно быть тщательно продумано, и потому любые эксперимен­ты находятся под пристальны­м контролем.

Не все ученые считают CRISPR безопасной технологие­й. Например, согласно недавним исследован­иям, генное редактиров­ание ошибается в 15 процентах случаев, и тогда ДНК изменяются в неожиданны­х местах, что может вызвать серьезные последстви­я для здоровья. Однако CRISPR — действител­ьно удивительн­ая технология редактиров­ания генов, способная в корне изменить текущие методы лечения.

Возможност­и человека не безграничн­ы, но достижения науки не перестают изумлять, и хочется надеяться на то, что исследован­ия ученых-генетиков, направленн­ые на благо человечест­ва, на улучшение здоровья и жизни человека, будут достигать еще больших успехов и находить применение в медицине.

 ??  ??

Newspapers in Russian

Newspapers from Belarus