Вадим Левитин - Удивительная генетика

Современная медицина насчитывает чуть более 5000 наследственных заболеваний. Лучше всего изучены хромосомные аномалии, когда меняется число хромосом или в них самих обнаруживаются нарушения – выпадение одного участка (делеция), его поворот на 180 градусов (инверсия) или его перемещение в другую хромосому (транслокация).

Например, трисомия по 21-й паре хромосом (то есть к 21-й паре присоединяется маленький «довесок» в виде дополнительной хромосомы) ведет к развитию синдрома Дауна. Такие дети сразу обращают на себя внимание малым ростом, короткопалостью, своеобразной «дальневосточной» раскосостью, монгольской складкой века (эпикантусом) и вообще монголоидной уплощенностью черт лица. Кроме того, у них отмечаются пониженный тонус мышц, недостаточность желез внутренней секреции и выраженная умственная отсталость.

Трисомия по 21-й паре хромосом

А трисомия по 13-й паре приводит к рождению детей с резким недоразвитием головного мозга и тяжелейшими пороками сердца, которые умирают в младенческом возрасте. Лишняя половая хромосома вызывает синдром Клайнфельтера, проявляющийся задержкой полового развития, умственной отсталостью и затрудненной речью. Чаще всего у больных с этим синдромом обнаруживают классический набор – XXY, но экзотические наборы XXYY, XXXY и даже XXXXY дают ту же самую клиническую картину.

Если диагностика хромосомных аномалий особых трудностей сегодня не представляет, то с точковыми мутациями, затрагивающими отдельные гены, дело обстоит значительно хуже. Кроме того, многие болезни, имеющие наследственную природу, обусловлены «неправильной» работой нескольких десятков генов (некоторые психические болезни, например шизофрения). Тем не менее, уровень развития современных биотехнологий позволяет хотя бы в принципе нащупать терапевтические подходы к лечению врожденных недугов, а порой даже получить весьма неплохие результаты.

Генная терапия некоторых наследственных болезней – задача, вполне решаемая уже сегодня. Несколько лет назад появились сообщения об успешных генно-инженерных вмешательствах при муковисцидозе и тяжелых комбинированных иммунодефицитах (ТКИД). Муковисцидоз – неизлечимая наследственная болезнь, при которой происходит кистозное перерождение поджелудочной железы, желез кишечника и дыхательных путей в результате закупорки их выводных протоков вязким слизистым секретом. А ТКИД развивается из-за дефекта синтеза особого фермента, что приводит к накоплению токсических продуктов, убивающих T– и B-лимфоциты – центральное звено системы иммунитета. Для таких больных смертельно опасна любая, самая безобидная инфекция, и они вынуждены проводить всю свою жизнь в изолированной от внешнего мира стерильной камере. Но сначала несколько слов о методах генной инженерии.

Полезный ген вырезают из хромосомы одного организма и встраивают его в хромосому другого, в любую из его клеток. Казалось бы, нехитрая операция, но она проста только на первый взгляд. Сначала «донорский» ген нужно отыскать и вырезать его из молекулы ДНК с помощью специальных ферментов-рестриктаз. А для доставки гена по адресу – внутрь чужой клетки – используют так называемые векторы – «отредактированные» фаги, вирусы и плазмиды (кольцевые молекулы ДНК). С натуральными вирусами работать нельзя: они могут проявить свои агрессивные качества, и тогда все пойдет насмарку. Поэтому сначала их подвергают своеобразной хирургической операции, вырезая все лишнее и оставляя только те гены, которые доставят груз по назначению.

Итак, теперь в распоряжении биологов есть полезный ген и средство доставки. Остается вложить письмо в конверт. Для этого кольцевую молекулу ДНК (плазмиду) режут в нужном месте рестриктазами, внедряют в нее копию гена и запечатывают конверт – возвращают плазмиде исходную форму с помощью сшивающих ферментов – лигаз.

Когда полезный ген окажется в нужном месте чужой клетки, нужно убедиться, что он «прижился» и успешно работает (детали этой процедуры мы опустим). Если объектом был микроорганизм, то задача выполнена: создана популяция трансгенных клеток, готовых синтезировать несвойственный им продукт. Таким образом уже давно получают инсулин из бактерий и дрожжевых клеток, в геном которых вставлен соответствующий человеческий ген. Сложнее с растениями, потому что из культуры клеток их нужно сначала вырастить, и еще сложнее с животными, так как приходится работать с оплодотворенной яйцеклеткой, а потом еще вдобавок подыскивать для нее суррогатную мать.