Ребята, мы вкладываем душу в сайт. Cпасибо за то,
что открываете эту
красоту. Спасибо за вдохновение и мурашки.
Присоединяйтесь к нам в Facebook
и ВКонтакте
Уже не раз художественные выдумки фантастов воплощались учеными в реальность. Телефон, подводная лодка, ракета и многое-многое другое. И вот снова идея фантастических романов обрела реальную основу - на этот раз в области генной инженерии. Вполне возможно, что мифический «источник молодости» найден, и это как раз заслуга генетиков. Ведь пока неизвестны точные механизмы старения, но доказано, что процессы увядания напрямую зависят от состояния теломер - концевых участков хромосом: чем они длиннее, тем дольше живет человек.
В 2016 году 45-летняя директор BioViva USA Inc. Элизабет Пэрриш (Elizabeth Parrish) утверждала, что успешно прошла курс генной терапии против старения. Терапия предполагала устранение двух основных эффектов от процесса старения: укорачивание теломер и потеря мышечной массы.
Теломеры - это участки хромосом, которые отвечают за количество делений клетки до ее уничтожения. Хотя длина теломер у каждого человека индивидуальна, рождается человек с длиной теломер 15–20 тыс. пар нуклеотидов, а умирает с длиной 5–7 тыс. Длина их постепенно уменьшается за счет процесса, называемого пределом Хейфлика , - это количество делений клеток, примерно равное 50. После этого в клетках начинается процесс старения. В ходе исследований выяснили, что ДНК может восстанавливаться за счет фермента теломераза , который взаимодействует с теломерами и «возвращает» их изначальную длину.
Процесс восстановления теломер на данный момент запускает модифицированная РНК, которая несет в себе ген обратной теломеразной транскриптазы (TERT). После того как РНК была введена в теломеру, она повышает активность теломеразы на 1−2 дня. За это время она активно удлиняет теломеры и после этого распадается. Полученные в итоге клетки ведут себя аналогично «молодым» и делятся во много раз интенсивнее, чем клетки контрольной группы.
Благодаря такому способу удалось удлинить теломеры более чем на 1 000 нуклеотидов, что примерно равно нескольким годам человеческой жизни. Этот процесс безопасен для здоровья и не приводит к ненужным модификациям и мутациям клеток, так как иммунная система не успевает отреагировать на введенную в организм РНК.
Лаборатория SpectraCell подтвердила , что успех терапии возможен. В 2015 году перед началом терапии у Элизабет взяли кровь на анализ: длина теломер лейкоцитов составила 6,71 тыс. пар нуклеотидов. В 2016 году после окончания терапии кровь Пэрриш снова взяли на анализ: длина теломер лейкоцитов увеличилась до 7,33 тыс. пар. И это означает, что лейкоциты крови испытуемой «помолодели» примерно на 10 лет. Процедуру Пэрриш проходила в Колумбии, поскольку в США такие эксперименты запрещены.
Результаты исследования были подтверждены двумя независимыми организациями - бельгийской некоммерческой организацией HEALES (HEalthy Life Extension Company) и британским Исследовательским фондом биогеронтологии (Biogerontology Research Foundation). Результаты пока не подвергались экспертным оценкам.
Вторая цель терапии была направлена на попытку подавить выработку белка миостатина : он подавляет рост и дифференцировку мышечной ткани. Образуется этот белок в мышцах, затем выделяется в кровь. У человека миостатин закодирован в гене MSTN. Исследования на животных уже показали, что блокирование действия миостатина приводит к значительному увеличению сухой мышечной массы с практически полным отсутствием жировой ткани.
Мнение самой Элизабет: «Нынешняя терапия по „удлинению“ теломер предлагает пока только изменение образа жизни пациента: отказ от мяса, спорт, избежание стрессовых ситуаций. Я считаю это малоэффективным. А вот достижения в области биотехнологии - лучшее решение, и если результаты эксперимента, проведенного на мне, точны, то мы сделали огромный прорыв в науке».
Данная терапия поможет проводить эксперименты для исследований медицинских препаратов и моделирования заболеваний более быстро и качественно, а в перспективе может использоваться для продления жизни.
Возможно, Элизабет Пэрриш стала пионером в области генной терапии, связанной с борьбой со старением, и даже более того, это может быть первым шагом на пути к бессмертию. А как вы считаете, мы близки к научному прорыву или это все огромных масштабов пиар-ход?
Мы намеренно не стали расшифровывать название, которое можно было бы написать следующим образом: «Человек – тоже генетически модифицированный организм». Но так не страшно, а ГМО – страшно. Генетически модифицированные продукты сделали страшилкой, также как спред , пальмовое масло, гибридные продукты и другое. Видимо, людям больше нечего бояться. Пока весь мир обсуждает проблемы ГМО, нас поят водой, которую и водой-то назвать нельзя, и кормят овощами, многократно обработанными пестицидами и отравой против тех же колорадских жуков. Картошка со встроенным геном, которую не едят жуки, - первая широко обсуждаемая тема в России, связанная с ГМО. Все россияне помнят голодные 90-тые, когда пол страны перешла на натуральное хозяйство. Сколько жуков было собрано вручную! Но все-таки больше потравлено «Анкарой» и прочей гадостью. В тот момент многие задумывались, чем же все-таки плоха генетически модифицированная картошка? Но голодные времена закончились и… мы стали покупать продукты, на которых значится « Не содержит ГМО». Мы думаем над тем, как быть здоровыми ! А что мы знаем про эти самые трансгенные организмы? Знаем, что в ДНК картошки встраивают ген скорпиона, потому ее не едят насекомые. Некоторые слышали, что есть помидоры со встроенным геном жабы, они не боятся повышенной влажности, а потому фитофтороз им не страшен. Какое счастье для нашего дачника и бабушек в деревне! Но нет, в Россию «не пущать»! А много ли людей слышало, что инсулин – это тоже продукт генной модификации? Обычную кишечную палочку изменили так, что она превратилась в бактерию, производящую инсулин. В результате спасены были и продолжают спасаться миллионы человек.
Попробуем разобраться, что есть ГМО и на чем построены страшилки, которыми пугают людей. Ну а потом сделаем предположения, зачем это надо (и кому).
Организм человека (и всего живого тоже) состоит из молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты, участок ДНК – ген, он и отвечает за ту или иную функцию организма. Заменив один ген, получим новое качество. Заменяя ген в растениях мы получаем продукцию с необходимыми нам свойствами (запомните, что заменяем направленно и искусственным путем). Ген встроен и принадлежит продукту. Мы его съедаем. Чем может быть опасен такой продукт? С какой такой стати его ген станет встраиваться в наш? А почему не встраивается ген помидора, который мы съели в обед? И почему не вырастают капустные листья вместо ушей у людей, питающихся исключительно натуральной капустой? В нашем желудке и кишечнике ДНК продуктов, которые мы съели, разделяются на отдельные части (нуклеотиды), а уже потом из этих кусочков собираются наши ДНК по шаблону нашего организма. Изменить этот процесс не так легко.
Будем объективны, чужеродная ДНК может встроиться в нашу. Но далеко не все и совсем не куда угодно. Вирусы постоянно пытаются это сделать. Но человеческий организм их уничтожает.
Как происходит процесс модификации генов ? Никто не в состоянии включить ген сразу в продукт . В научных лабораториях берут отдельную клетку и выращивают из нее организм . Этот ген теперь принадлежит данному организму , он не способен взять и включить свой ген в другой организм . Повторюсь , никакой организм (кроме вирусов ) не в состоянии встроить свой ген в цепочку дезоксирибонуклеиновой кислоты иного тела . Гены есть у любого картофеля и риса . Почему мы не опасаемся их использовать для еды ?
Теперь, когда
разобрались
в
механизме
генной
модификации
, вернемся
к
человеку
. В
молекуле
ДНК
человека
присутствует
примерно
8
% вирусных
«кусочков
», генов
, которые
были
встроены
в
человеческую
ДНК
много
тысячелетий
назад
, заразив
клетку
, отвечающую
за
репродукцию
пращуров
. Между
прочим
, некоторые
из
них
продолжают
выполнять
подобную
функцию
, но
вот
"заразить
" нас
непосредственно
как
вирусы
не
способны
. Получается
, что
человек
тоже
ГМО
, и
произошло
это
уже
очень
давно
.
Нет гена сердца или гена ноги . Не вырастет у человека нога скорпиона , потому что полный геном имеет каждая отдельная клетка . Информация записана в любой клетке нашего тела .. Или ты человек , или скорпион . Наши гены почти полностью идентичны генам обезьян , но мы не обезьяны . А как Вам покажется сходство с генами рептилий ? Но мы не крокодилы . Самое интересное , что геном каждого человека имеет отличие . Нет отдельных генов какого-либо животного , гены несут информацию , например , о том , как построить белок этого животного . Механизм этот универсален для всего живого на Земле .
Мы не можем создавать организмы из ничего. И из «чего-нибудь» пока тоже не можем. Но мы вполне можем взять готовый организм, выделить из него ген, который отвечает за что-то необходимое нам, встроить в другой организм, который им и останется, но будет обладать нужным нам свойством. Давайте на примере, который уже испробован. Если мы выделим ген камбалы, отвечающий за морозоустойчивость, и встроим его в геном клубники, она не поплывет, если мы ее будем мыть, просто наша клубника будет морозостойкой и ее плоды не померзнут при похолодании. Что в этом страшного?
Вред ГМО полностью надуман. Просто раньше мы пользовались продуктами генной модификации, произошедшей естественным путем и закрепленной селекционерами. Причем зачастую закрепляются признаки, далеко не удачные с точки зрения природы. Пшеница, которую выращивают сегодня, настоящий монстр по сравнению с тем, из чего ее вывели. А при селекции пользуются и обработкой ультрафиолетом, а то и того хуже радиацией (!). Так почему же мы не боимся такой радиации, ведь все прекрасно знают о ее вреде. Чернобыль – ведь катастрофа там была в наше время, мы знакомы с ее последствиями. Да потому что изменения произошли в гене, отвечающем за урожайность, вот и повысится урожайность пшеницы, радиоактивной она не станет! Но получить необходимый нам признак очень трудно, он и совсем может не получиться. Большинство продуктов с возможностью генной модификации находятся в основании пищевой пирамиды, человек нуждается в этих продуктах особенно. Видимо, получение достаточного количества таких продуктов тоже не выгодно пищевым магнатам.
В настоящее время появилась возможность получить желаемый признак не в результате длительных экспериментов, а сразу. Так почему противятся этому?
В интернете множество материалов о вреде трансгенных продуктов. Но если копать глубже, то Вы найдете, что все так называемые доказательства о вреде не имеют под собой никакой базы. Авторы исследований не признаны в научном мире. Ученые же говорят о полной безопасности генной модификации, она никак не влияет на состояние здоровья.
Так почему же продажа продуктов с генной модификацией запрещена в некоторых странах, в том числе и в России? А все дело в том, что создатели любой технологии должны доказать ее безвредность. Ну а если это сделать невозможно, то она считается вредной. А если против новой технологии ополчится бизнес, то ее можно похоронить. И правда, зачем допускать в Россию генетически модифицированный картофель, если запасов отравы для колорадского жука хватит на много лет? А какой простор в деятельности! Одну отраву колорадский жук стал кушать (а это происходит через 2 – 3 года), придумаем другую!
Каждый новый генетически модифицированный продукт тщательно проверяется. Такую проверку не проходит ни один продукт, полученный обычным путем. ГОСТы здесь отдыхают. Если бы такую проверку проходила каждая новая технология, мы бы жили в каменном веке. Ведь и новая технология по разжиганию огня приводила к пожарам. А действие электромагнитных волн на мозг тоже плохо изучено. Но согласимся ли мы отказаться от сотовой связи и интернета?
Что называют плюсами ГМ продукции:
- Растения приспособлены для различных погодных условий;
- Устойчивы к заболеваниям;
- Сопротивляются вредителям;
- Высокая урожайность;
- Сроки созревания уменьшены;
- Селекция происходит в короткое время;
- Понижена себестоимость производства продукции;
- А еще получено множество более дешевых, но так необходимых лекарств.
Что является минусом и комментарии:
- Аллергические реакции, которые трудно предсказать (например, в рис внедрили ген моркови, а у человека аллергия на морковь). Сразу возникает вопрос, на что конкретно аллергия? Уже было написано выше, что нет гена моркови или риса. Не лучше ли в таких случаях предупреждать на этикетках (подобно «Не содержит ГМО»), что рис содержит ген бета – каротина, потому его не следует применять людям с аллергией на бета-каротин (не на морковь!);
- Снижение иммунитета организма из-за изменения микрофлоры желудка или кишечника. А с какой такой стати микрофлора изменится? Мы уже про это наслушались: дисбактериоз и прочее. Все это надумано и никак не связано с генной модификацией;
- Возможен синтез белков, которых в организме нет. Почему должны синтезироваться новые белки? Синтез белков определяется ДНК, а мы писали, что на ДНК продукт влиять не может. Изменения возможны только при воздействиях на ДНК организма, а не на саму пищу, которую человек потребляет;
- Появление новых бактерий, которые устойчивы к антибиотикам. А они и так появляются, без генной модификации;
- Попадание в организм новых токсинов. Аргумент, связанный с накапливанием в генетически модифицированных продуктах пестицидов, которыми растения пичкают. Но здесь понятно даже неискушенному, что пестицидами больше травят именно так называемые натуральные продукты, потому что у них слабее устойчивость к заболеваниям и вредителям;
- Не известны отдаленные последствия и как это скажется на потомстве. Единственный аргумент, заслуживающий внимания. Но мы писали о вредных последствиях электромагнитных колебаний. При желании можно найти еще с десяток технологий с неизученным влиянием на потомство.
Даже когда сравниваешь плюсы и минусы, становится очевидным надуманность аргументов против ГМО. Никто не может заявить, что генетически модифицированные продукты несомненно вредны. Нет тому подтверждений. То, что мы едим может оказаться во много раз вреднее продуктов генной инженерии. Но знать или не знать о присутствии ГМО в продуктах мы получили, а вот добывать сведения о вреде того или иного консерванта (благодаря которому молоко может храниться три месяца) приходится самому.
На сегодняшний день зарегистрировано примерно 140 генетически модифицированных растений, но среди них много растений одного вида (например, 24 линии картофеля).
Конечно, рост населения планеты и не уменьшающийся голод в некоторых странах рано или поздно заставит решать проблему с обеспечением продуктов. Возможно ли возникновение мутаций, связанных с ГМО? А вот здесь скорее нет, чем да. Проблема мутаций возникнет скорее из-за плохой экологии, радиации, облучения. Вымрет ли человек в результате всего этого? И здесь скорее нет. Приспособится, как приспосабливался и раньше. Человечеству не меньше 4 миллионов лет (оговоримся, что сколько лет человечеству, цифра не установленная и отличается не только в разы, но и в тысячи раз, например, по Библии 6000 лет), а его геном изменился незначительно. Лично мы картофель, который не едят колорадские жуки, и помидоры, не болеющие фитофторозом, посадили бы на своем огороде. Но вот семена купить пока негде…
Генетическое модифицирование человечества - совсем не новая опасность, генетические эксперименты над собой человечество ставило всегда. Гигантское генетическое разнообразие человеческих популяций - а человек ничем не хуже любого другого вида - всегда таило в себе множество рецессивных мутаций, никак не проявляющихся у большинства их гетерозиготных носителей. Человек может нормально жить с довольно большим количеством вредных аллелей в геноме - норма на одного человека - в среднем 3 - 4 летальные мутации, находящиеся в геноме в количестве всего одной копии, а потому не проявленные. Другое дело, если организм получает мутантный вариант гена от обоих родителей - такая мутация проявится обязательно. Но вероятность встречи двух носителей редкой мутации очень мала - вряд ли они познакомятся и поженятся, ведь выбор партнёров в современном обществе широк и становится всё шире.
Но так было далеко не всегда. Проще всего двум вредным копиям оказаться в одном геноме - это не искать партнёра далеко, а вступить в брак с родственником. Тогда вероятность для мутации оказаться у потомства в гомозиготе прямо пропорциональна степени родства жениха и невесты. Уходящие в глубь веков традиции экзогамии - выбора брачного партнёра из другого племени - отражают инстинктивное понимание человечеством опасности сочетания в одном генотипе двух мутантных копий одного и того же гена, это своего рода первые «правила техники безопасности» для генетических экспериментов.
Недаром люди издревле убоялись близкородственных браков. Ещё в пустыне Синайской Моисей среди своих заповедей провозгласил «не возжелай жены ближнего своего», поскольку в тесных сообществах того времени она могла оказаться если не родной, то двоюродной сестрой. А это было чревато тем, что во чреве та понесёт нежелательные генетические комбинации, которые приводят к самого разного рода неприятным последствиям для потомства.
Примером древнему миру служили египетские фараоны, которые женились на собственных сёстрах и дочерях. Династия за династией в долине Нила сменяли друг друга в силу генетического вырождения. Птолемеи, пришедшие в Египет вслед за Александром Македонским, тоже переняли этот обычай фараонов. Хватило всего лишь 15 поколений, чтобы мужская линия птолемеевской династии полностью деградировала, и венцом её стала прекрасная Клеопатра, сменившая Цезаря на Антония и последнего - на чёрного египетского аспида.
То же мы видим и в Европе. В своём великолепном романе «Рэгтайм» Э. Доктороу писал о путешествии финансового магната П. Моргана в Старый Свет: «В Европе он обедал с банкирами, премьерами и королями. В этой последней группе он отметил нарастающую деградацию. Они все переженились за долгие столетия и породили в своей новой генерации невежество и идиотизм». Заметим, что сам Морган страдал каким-то аутоиммунным заболеванием, в результате чего его нос превратился в большую «спелую» клубнику. Ещё Доктороу отмечал большой живот Моргана, написав затем, что избыточный вес впоследствии стал болезнью бедных (в силу потребления большого количества дешёвой и высококалорийной пищи) !
Нарушения аппетита, например, бывают самой разной природы. Известно, что принцесса Диана, столкнувшись со стрессами Букингемского дворца, который в самом начале июля открыл в Гайд-парке пруд в её честь, страдала попеременно то анорексией, то булимией, то есть полным отсутствием аппетита и состоянием, когда человек готов «быка сожрать». Отнюдь не все люди, однако, не могут справиться со своим аппетитом, только попав во дворец.
Аппетит вызывается нейропептидом Y («игрек») , который синтезируется в гипоталамусе, управляющем нашими основными инстинктами. Пептид называют ещё «орексигенным» от латинского «ор» - рот (отсюда такие слова, как «оральный» и «пероральный») . Его полным антагонистом является белковый гормон лептин, синтезируемый под «командой» инсулина адипоцитами, или клетками белой жировой ткани (подкожной клетчатки) .
|
|
Лептин был открыт 10 лет назад. На обложке журнала «Нейчур», увидевшего свет 1 декабря 1994 года, были показаны весы, на которых мутантная по гену лептина разожравшаяся мышь перевешивает двух обычных. Учёные назвали новый гормон, использовав греческое слово «лептос», - тонкий, изящный, красивый (оно входит в наши слова «лепота» и «великолепный», знаменитая лептонная оболочка, а также «лепта» - наименьшая медная греческая монетка) .
Лептин легко проходит в мозг и поступает с кровотоком в гипоталамус, где и «гасит» аппетит, вызывая появление субъективного чувства насыщения. Так в норме регулируется потребление пищи. Однако при «выключении» гена лептина или его белкового рецептора на поверхности нейронов люди начинают страдать булимией, что приводит к ожирению, диабету, атеросклерозу и тому подобным мало приятным вещам.
Чревоугодие является седьмым смертным грехом. Люди всегда отрицательно относились к тем, кто неумерен в еде. Можно вспомнить вавилонского Молоха и Гаргантюа Франсуа Рабле, а также коварную Цирцею, которая пыталась с помощью обильной еды превратить спутников Одиссея в свиней.
Выше уже говорилось о пагубности близкородственных браков, резко повышающих вероятность «встречи» в геноме ребёнка двух мутантных генов родителей. Недаром основные нейропатии - такие как дальтонизм и паркинсонизм, а также хорея Гентингтона - описаны в Англии с её разрешёнными браками между кузинами и кузенами (кузенные браки) . Не так давно журнал «Сайенс» описал паркинсонизм в двух больших семьях из Сицилии и центральной Италии (одна из них большое семейство Контурси) , имеющих общие корни, а также в испанской семье с кузенными браками.
Болезнь возникла в результате мутации гена особого белка синуклеина, представляющей собой замену одной буквы ген-кода (в результате чего шедевр Л. Толстого превратился в «Война и мор») . В одном случае мутация привела к замене аминокислоты в белке, а в другом - к возникновению «стоп»-кодона, в результате чего в белке «недоставало» 150 аминокислот.
Но вернёмся к диабету II типа, возникающему на фоне «безлептинового» ожирения. У членов большой пакистанской семьи с кузенными браками мутация в гене лептина была представлена делецией - нехваткой цитозина (C) - буквы ген-кода в 399-м положении, в результате чего дальнейшее считывание гена пошло «наперекосяк».
Делеция - это выпадение одного или нескольких нуклеотидов. Для иллюстрации можно привести фразу «дом кино», которая в результате «делеции» букв превращается в «домино». Естественно, что смысл текста при этом нарушается. Нарушение генетического «текста» - это мутация, которая ведёт к нарушению кодируемого геном белка со всеми вытекающими последствиями в виде генетического заболевания.
В большой же турецкой семье мутация в гене лептина представляет собой замену цитозина в 315-м положении на тимин. Это изменение приводит к смене аминокислоты аргинин в 105-м положении от начала белковой цепи на триптофан, в результате чего лептин теряет свои биологические свойства. Излишне говорить, что подобные мутации в гене лептина, оказываясь из-за близкородственных браков в гомозиготном состоянии, не украшают жизнь своим носителям - такие люди полнеют буквально «от воздуха», а есть-то им хочется.
Люди встречаются, люди влюбляются, женятся
Так пел в далёкие теперь уже 70-е годы популярный певец из развалившейся как карточный домик Югославии. Никакие запреты не мешают близким родственникам вступать в кузенный брак, порождая генетически отягощённое или даже больное потомство. Некоторые такие «кузенные» патологии представлены в таблице. Страна показывает происхождение семьи, члены которой чаще всего проживают в США, Англии или других странах Европы, где и проводился генетический анализ.
Алопеция в данном случае означает «тотальное» облысение, при котором в результате полного отсутствия волосяных мешочков нет не только скальпа и бровей, но даже и ресниц.
А нет их вследствие мутации в гене специфического транскрипционного фактора, который «запускает» считывание генов, отвечающих за формирование волосяных фолликулов.
Нечто похожее, но в менее выраженной степени происходит при короткопалости, или брадидактилии. Она выявлена в двух случаях в Германии. В одном примере мутантным оказался ген ВМР белка, участвующего в образовании кости, в другом же мутацией был затронут ген фермента тирозин-киназы (поясним в скобках, что фермент «кинирует», или переносит фосфорные группы на аминокислоту тирозин в других белках, чем и запускается сигнальный каскад, доходящий до ядра. В ядре пришедший сигнал активирует транскрипционные факторы генов-«мишеней», и клетка тем самым отвечает на внешний стимул) .
Гемохроматоз представляет собой аномальное накопление железа в клетках и тканях, которое происходит при мутации в гене рецептора белка трансферина, переносящего железо. А гипогонадизм - это недоразвитие гонад, или половых желёз.
В приведённом конкретном случае у 21-летнего мужчины был вдвое уменьшен объём тестикулов и размер пениса, рост составляет всего лишь полтора метра, а плотность костей - как у 15-летнего подростка. У его сестры первая менструация случилась лишь в 16 лет. Генетическая патология вызвана мутацией в гене так называемого «релизера» - гормона, который стимулирует выделение-релизинг гормона гонадотропина, необходимого для развития гонад.
Инфаркт довольно часто возникает в результате повышения свёртываемости крови, за что ответственен витамин K и его клеточный белок-рецептор. Мутация в этом рецепторе вызывает резистентность - сопротивляемость - к «разжижающему» кровь варфарину (производному кумарина) , что и ведёт к повышению свёртываемости.
Далее речь идёт о микрогирии, или недоразвитию и «измельчению» извилин лобной и теменной коры. Происходит это при мутации в гене рецептора, который также участвует в передаче сигнала извне к ядру. Мутация другого гена приводит к недостаточному размеру всего мозга, то есть микроцефалии.
В этом случае изменение затрагивает ген ASPM - a-spindle mitosis , ответственный за нормальное деление клеток в митозе и мейозе. В результате этой мутации нервные стволовые клетки как бы «застывают» и дальше не делятся в силу отсутствия возможности «развести» хромосомы по полюсам. Естественно, что рост мозга затормаживается.
Катепсин C, ген которого мутирует при периодонтите, представляет собой фермент, расщепляющий белки в цитоплазме. Этот фермент крайне важен для функции макрофагов. Неудивительно, что мутация гена катепсина C проявляется в виде воспаления дёсен, утери зубов, артрита и повышенного кератоза стоп и ладоней.
Хорошо известно, что наша нервная система «перекрещена», поэтому при инсульте в правом полушарии отказывает левая половина тела и наоборот. Перекрёст осуществляется в эмбриональном состоянии с помощью белка ROBO (Roundabout) . Это английское слово означает поворот за угол. Белок же RОВО привлекает на другую сторону растущие аксоны нейронов.
В 10 семьях разного происхождения при кузенных браках обнаружено 10 самых разных мутаций в гене указанного протеина, которые ведут, в частности, к ярко выраженному сколиозу и другим аномалиям развития нервной системы. Нечто подобное видно при выключении одного из генов мышиной модели сколиоза, что хорошо видно на иллюстрации «сопоставления».
Мутации в генах RP - хорошо известный офтальмологам «ретинитис пигментозум» (пигментозный ретинит) - и AIPL, кодирующем «интерактивный» протеин, взаимодействующий с арильным углеводородом (так расшифровывается аббревиатура) , выявлены при кузенных браках в США, Голландии и в семье пакистанского происхождения.
Ещё один ген - NR отвечает за синтез ядерного («нуклеарного») рецептора, на который приходит сигнал через цитоплазму. При мутации в этом гене развивается ретинопатия, проявляющаяся в повышенной чувствительности колбочек сетчатки к коротковолновому синему свету, в результате чего люди теряют зрение к 20 годам.
Что делать?
Кто виноват - ясно. Это прежде всего люди, не желающие сдерживать свои сердечные порывы, чтобы не страдало их потомство. Однако всё не так просто. Раньше люди были вынуждены в силу обстоятельств вступать в близкородственные браки, пусть и в экстремальных ситуациях. Можно вспомнить библейский сюжет Лота с дочерьми, жена которого обратилась в соляной столп, оборотившись из женского любопытства, чтобы посмотреть на горящие в серном огне Содом и Гоморру.
Сейчас же выходцы из других стран оказываются в генетической изоляции, о чём писал в своём романе «Милый бо-пэр» венгерский писатель Тибор Дери: «За границей выходцы из одной нации лепятся обычно друг к другу, как слова хорошо написанной фразы; они полагают, что только вместе имеют какой-то смысл».
Можно вспомнить и тесный мирок пяти нью-йоркских мафиозных «семей», так хорошо описанный Марио Пьюзо в его «Крёстном отце». Всё это приводит к заключению кузенных браков, следствием чего являются описанные патологии.
При этом получается, что люди пусть и бессознательно, но активно модифицируют свои гены, превращаясь в ГМ-людей. Сегодня наука уже может в достаточном числе случаев поставить точный диагноз, что вселяет надежду на скорое нахождение соответствующих методов лечения путём «обратной» ген-модификации.
Но это в будущем. Сегодня же мы можем засвидетельствовать пока единственный пример успешного излечения генетической патологии в близкородственной семье. Речь идёт о членах семьи турецкого происхождения, проживающих в США, которые страдают от излишнего веса.
Открытие лептина, о чём говорилось в самом начале, позволило наладить его биотехнологическое производство. Специалисты Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе в течение полутора лет делали инъекции человеческого рекомбинантного лептина членам этой семьи, страдающим от ожирения.
Клинические испытания прошли на ура (при введении долей или целых миллиграммов лептина на килограмм веса вес тела у таких людей сократился в 2 раза, что произошло главным образом за счёт «сжигания» подкожных запасов жира) . Испытуемые стали проявлять значительно большую физическую активность, у них сам собой «разрешился» диабет II типа, наладились эндокринная функция и обмен, «исправилось» поведение и обратился вспять гипогонадизм.
Отчёт об успешных испытаниях лептина был опубликован журналом «Труды АН США» (PNAS) . Вполне возможно, что им придётся вводить себе лептин так же, как и диабетики (колят) вводят себе инсулин. Хочется надеяться, что, излечившись, они расскажут своим детям о вреде постановки на себе опытов по ген-модификации.
И на Марсе будут яблони цвести
А вот это вряд ли, причём наше вечное пребывание в колыбели Земли обусловлено эволюцией, препятствующей межвидовому гибридизированию. А больше взять новые гены неоткуда, наши же собственные гены могут мутировать, однако чаще это неблагоприятные мутации, примеры которых приведены выше. Никаких ресурсов Земли не хватит для того, чтобы переправить в марсианские колонии, одна из которых показана в знаменитом фильме Арнольда Шварценнегера и Шарон Стоун «Вспомнить всё» (или «Полное восстановление памяти») , золотой миллиард людей. Да и вряд ли на нашей планете найдётся столько смельчаков и просто достаточно здоровых людей, чтобы перенести двухлетний перелёт (обратно корабль будет возвращаться целых пять лет!)
Но даже миллиард людей довольно быстро столкнётся с проблемой близкородственного скрещивания и кузенных браков. Поэтому в далёком антиутопическом будущем можно представить себе отдельные крайне малочисленные экспедиции к Красной планете, где вполне в духе футуристического фильма будут жить трёхгрудые девицы, но не более того. Ведь есть сменные «вахтовые» экспедиции в Антарктиде, но никому в здравом уме не придёт в голову идея создать на Южном полюсе производство и постоянные поселения при нём.
Гены наши, как выяснилось, крайне малочисленны, и крайне далеки они от нужд здорового народонаселения, потомство которого довольно быстро «портится» при «сближении» родителей ко-сангвиников, или сородичей по крови (от латинского «сангве» - кровь) . Поэтому законодательства всех стран запрещают подобные браки.
Ведь об этом писал ещё Софокл в своей трагедии «Царь Эдип»:
Отцу - соложник сын и детям брат,
Что с матерью преступное общенье
и с ней детей рожу я
На отвращенье смертным племенам,
Я ль не порочней всех во Ойкумене?
Еще раз: модифицировали гены репродуктивных клеток человека и выращивают из них эмбрионы.
В то время когда я пишу этот текст, детали работы неизвестны, поэтому нельзя сказать, насколько далеко зашел эксперимент. Трансплантирован ли эмбрион матери и скоро появится первый генетически модифицированный человек? Остановлено ли его развитие в пробирке? Какие гены отредактированы?
Ответ на первый вопрос: почти гарантированно «нет», но цель экспериментов именно такова, чтобы в ближайшем будущем - не через десятилетия, а через годы - генетические модификации людей стали реальностью.
Пока известно, что эксперименты провели китайские ученые, но не стоит думать, что это единичный акт или газетная утка. По той же тематике работает множество лабораторий и групп. В марте в журнале Массачусетского технологического института опубликовано расследование Антонио Регаладо под заголовком «Конструирование идеального малыша». (Для справки: MIT - один из самых престижных научных институтов, только нобелевских лауреатов оттуда вышло 63 человека, многократно больше, чем, например, из России.) Автор подробно рассказывает о масштабных работах по исправлению и улучшению геномов животных и человека: Бостон, Гарвард, Кембридж, Массачусетс, Великобритания, Китай… Лучшие лаборатории, частные компании с огромными бюджетами…
Молекулярная биология долго шла к этому. Десятки лет совершенствовали методики, десятки лет студентам рассказывали о генетической терапии. Казалось, что это дело будущего: говорим давно, а терапии всё нет. Но в 2012 году появляется технология CRISPR - запомните эту аббревиатуру, возможно, вам доведется на практике воспользоваться ею.
Технология проста как топор, дешева, применить ее может любой студент с навыками лабораторной работы. Это молекулярная система бактериального происхождения, которая распознает заданный участок ДНК и редактирует его: можно вырезать ненужные нуклеотиды, вставить нужные, активировать или подавить работу конкретного гена. В первые же восемь месяцев эти возможности были продемонстрированы на множестве объектов, в том числе на клетках человека. Не минуло и трех лет, как в дело пошли эмбрионы. Понятно почему: инструмента такой избирательности и эффективности у молекулярных биологов до сих пор не было.
Первые мишени - генетические заболевания. Берем у женщины яйцеклетку, исправляем ген в лаборатории, проводим искусственное оплодотворение, подсаживаем эмбрион матери. Рождается здоровый ребенок, и все последующие поколения избавлены от наследственных недугов. Справедливо будет сказать, что точно ассоциированных с какими-то генами заболеваний немного, зато очень много генов предрасположенности к болезням. Кто откажется их исправить?
Пока технология находится в зародыше, потому что есть проблемы. Но учитывая взрывное развитие методов работы со стволовыми клетками, можно предположить, то эти проблемы будут решены в течение нескольких лет. Дальше - со всей очевидностью - больше: заказы на улучшение способностей (кто не захочет, чтобы ребенок был здоровым, сильным, красивым и умным?), а чуть позже и новые необычные черты вплоть до крылышек за спиной. Ангелочка заказывали? Позитивная евгеника в лучшем виде.
Но вдруг через несколько дней после публикации Антонио Регаладо в Nature появляется статья нескольких ведущих специалистов в этой области с призывом прекратить на неопределенное время работы с репродуктивными клетками человека. Логика простая: во-первых, технология недоработана даже на животных, во-вторых, мы не знаем последствий. Что будет через десять лет с «отредактированным» человеком? А с его потомством? Когда-нибудь в обозримом будущем мы в этом разберемся. А вот в чем не разберемся, пожалуй, никогда - в эволюционных последствиях генетической революции. Что произойдет с родом человеческим?
В январе один из авторов метода CRISPR Дженнифер Дудна собрала в Калифорнии два десятка специалистов, обеспокоенных темпами работ. На встречу приехал восьмидесятивосьмилетний Пол Берг, нобелевский лауреат, который организовывал историческую Асиломарскую конференцию 1975 года. Тогда ученые выработали единые стандарты для генной инженерии. Получится ли сейчас?
Будущее, как всегда, пришло не вовремя, и, как всегда, мы к нему не готовы.
17 Марта 2016Зачем ученые хотят изменять геном человеческих эмбрионов
В феврале 2016 года в Великобритании впервые разрешили эксперименты по редактированию генома человеческих эмбрионов. Этот случай стал уже вторым, когда генетика забирается в святая святых – «изначальную» ДНК, на основе которой создаются все остальные клетки человека. «Чердак» выяснил, зачем нужны и чем опасны подобные эксперименты.
Зарождение новой человеческой жизни – настоящее чудо даже с точки зрения науки. В одной-единственной клетке сначала сливаются половинки генома отца и матери, а затем этот набор из 46 хромосом создает все разновидности клеток будущего организма: от вспомогательных клеток плаценты и пуповины до остеобластов, из которых строятся кости, и светочувствительных клеток сетчатки глаза. При этом каждая разновидность клеток «знает» время и место своего появления, иначе вместо нового человека получился бы клеточный суп. Удивительная точность, с которой клетки определяют «расписание» развития, достигается благодаря тому, что ДНК и ее помощники – РНК и белки – работают как хорошо сыгранный оркестр, слаженно и четко регулируя активность генов.
Неудивительно, что с тех пор, как ученые в 1970-х научились расшифровывать последовательности ДНК и РНК, Святым Граалем молекулярной генетики стала возможность узнать, что же именно происходит с ДНК при эмбриональном развитии, какие гены отвечают за то, чтобы из одинокой маленькой клеточки получился целый человек. Но до 2012 года подходящего инструмента для таких исследований не существовало.
«Некоторые моменты изучены, но в основном это темный лес», – рассказывает член-корреспондент РАН, доктор биологических наук, заведующий лабораторией молекулярной биологии стволовых клеток Института цитологии РАН Алексей Томилин.
Есть два главных способа узнать, какую функцию выполняет ген – выключить его (это называется генный нокаут или нокдаун, по аналогии с боксерским ударом, после которого противник не может продолжать бой) или заменить его другим (трансгенез) и посмотреть, что после этого изменится в жизни клетки и целого организма.
Подобные манипуляции с геномом традиционно проводятся на эмбриональных стволовых клетках (ЭСК) мышей, которые затем вводят обратно в эмбрионы, а те, в свою очередь, подсаживают в матки мышей для имплантации. В результате на свет появляются химеры, животные, одни клетки которых несут измененную «донорскую» ДНК, а другие – ДНК суррогатной матери. Эффект введенной в геном модификации изучают на их потомках, часть которых будет носителями только модифицированного генома. «Применение подобного подхода для изучения раннего развития человека, очевидно, невозможно, – объясняет Томилин. – Единственная возможность провести генные манипуляции с зародышем человека и оценить их влияние на его развитие – это короткий промежуток в шесть дней между оплодотворением и имплантацией».
До недавнего времени перед учеными стояла еще и чисто техническая проблема. Чтобы отредактировать геном, нужно заставить ферменты-нуклеазы, расщепляющие цепочку ДНК, связаться с ней строго в нужном месте. Методы «наведения», которые применялись ранее, справлялись со своей задачей примерно в 20% случаев.
Этого вполне достаточно, чтобы создавать генномодифицированные растения, проводить опыты на мышиных эмбрионах или клетках «взрослых» человеческих тканей. Во всех этих случаях можно взять сразу много подопытных клеток, а потом отобрать для дальнейшего использования только те, в которых редактирование прошло успешно. Но человеческие эмбрионы – слишком ценный объект для исследований. В лабораторию ученого они могут попасть лишь как подарок от пар, прошедших процедуру ЭКО (при этом оплодотворяются сразу несколько яйцеклеток, но матери имплантируются одна-две, остальные остаются на хранении в заморозке или уничтожаются). Учитывая неточность технологий по изменению генома, такого числа яйцеклеток категорически недостаточно.
«Ситуация в корне изменилась после открытия технологии генного редактирования CRISPR/Cas9», – рассказывает Томилин. Система CRISPR/Cas9, впервые испытанная в 2012 году, к 2015-му показала эффективность в 90% на эмбрионах мышей и 94% на незрелых Т-лимфоцитах и гемопоэтических стволовых клетках человека. Казалось бы, пора отправляться в поход за Граалем.
Этика остановила
В апреле 2015 года впервые в мире опыты по провели китайские ученые из Университета Сунь Ятсена под руководством Цзюньцзю Хуана (Junjiu Huang). Они взяли 86 оплодотворенных человеческих яйцеклеток и с помощью CRISPR/Cas9 попытались исправить в них мутантный ген, вызывающий бета-талассемию, тяжелое наследственное заболевание крови. Результат оказался неожиданным. CRISPR/Cas9 правильно изменила геном лишь в 28 эмбрионах, а при дальнейшем делении новый ген сохранили только четыре из них. Впрочем, это не остановило китайских исследователей. Цзюньцзю Хуан собирается и дальше экспериментировать с человеческими эмбрионами, в первую очередь, чтобы найти способы повысить эффективность действия CRISPR/Cas9.
«Исследования Хуана показали, что еще рано говорить о редактировании генома человека на предимлантационной стадии, – поясняет Алексей Томилин. – Слишком низкая эффективность и слишком высокий риск побочных изменений в геноме (так называемый off-target effect). Когда обе проблемы будут решены, тогда можно будет говорить о генетической коррекции зародышевой линии человека. Почему CRISPR/Cas9 часто бьет мимо цели в эмбриональном геноме, сказать сложно. Работы над повышением точности и эффективности редактирования с помощью CRISPR/Cas9 ведутся. Нет сомнений, что прогресс будет».
Статья китайских исследователей неожиданно вызвала громкий отклик у их европейских и американских коллег, причем ученых беспокоила вовсе не низкая точность редактирования, а этическая сторона вопроса. Уже в апреле 2015 года в журнале Science появилась ответная статья за подписью 18 специалистов по геномике и стволовым клеткам, среди которых были и исследователи, которые непосредственно участвовали в разработке и улучшении метода CRISPR/Cas9, – Дженнифер Дудна и Мартин Жинек. Они призывали коллег с осторожностью отнестись к перспективе редактирования эмбрионального генома, настаивая, что людям нужно время, чтобы осмыслить возможные последствия такого вмешательства, иначе недалеко и до евгеники – выведения «породы» людей с заданными характеристиками. Беспокойство авторов статьи в октябре 2015-го поддержал Международный комитет по биоэтике при ЮНЕСКО, призвав наложить временный мораторий на подобные работы с человеческими клетками.
Чего так боятся ученые? Этические вопросы вызывают вовсе не страдания или уничтожение эмбрионов в ходе генетических экспериментов. На стадии одного–шести дней после оплодотворения эмбрион представляет собой комочек всего из нескольких десятков клеток. Беспокойство вызывает как раз не-уничтожение модифицированных эмбрионов. Изменения, внесенные в гены половых клеток, оплодотворенной яйцеклетки и клеток эмбриона на ранних стадиях развития, передаются по наследству всем потомкам модифицированного организма. Это называется изменением зародышевой линии.
Первый шаг
Несмотря на неоднозначные результаты группы Цзюньцзю Хуана и этическую дилемму генетического редактирования эмбрионов как такового, 1 февраля 2016 года , что британское Управление по оплодотворению человека и эмбриологии (HFEA – Human Fertilisation and Embryology Authority) выдало разрешение на редактирование эмбрионального генома доктору Кэти Ниакан из института Френсиса Крика.
Ниакан почти 10 лет занимается изучением того, как стволовые клетки определяются со своей будущей специализацией в человеческих и мышиных эмбрионах. В последнее время ее исследовательская группа пыталась узнать ответ на этот вопрос, расшифровывая последовательности РНК – молекул-посредников, передающих информацию из ДНК рибосомам, клеточным машинам, которые синтезируют белки. Ученым удалось определить несколько генов, которые работают только в человеческих клетках и определяют отличия в раннем развитии человека от тех же мышей, например ген KLF17. Чтобы понять, какие функции выполняют эти гены, и нужны эксперименты, требующие редактирования ДНК. В этом смысле цели, которые ставят перед собой Ниакан и ее коллеги, гораздо ближе к поиску генетического Грааля, то есть к ответам на фундаментальные научные вопросы, чем цели китайских ученых.
Другая задача британских биологов – понять, какие гены ответственны за успешное развитие эмбриона в целом, и особенно за правильное формирование плаценты. Это знание может многое изменить в диагностике и лечении бесплодия. Статистика говорит, что 15–20% всех беременностей заканчивается выкидышем на самых ранних сроках, при этом женщины даже не знают, что были беременны. С другой стороны, при процедуре ЭКО в матку будущей мамы успешно имплантируются только 25% эмбрионов. Чаще всего это связано именно с генетическими неполадками самого эмбриона, который в нужный момент не может прикрепиться к стенке матки или позже сформировать полноценную плаценту для своего развития. У Ниакан и тут есть свой «подозреваемый» – ген Oct4, недостаточная активность которого у мышей связана с замедлением производства стволовых клеток.
Человеческий эмбрион на разных стадиях развития.
Клетки, в которых активны отмеченные слева гены, выделены соответствующим цветом.
Фото: Kathy Niakan group, Francis Crick Institute
Третья цель Ниакан – разобраться, чем развитие эмбриональных стволовых клеток (ЭСК) в естественных условиях отличается от их роста и специализации в пробирке. Заместительная терапия эмбриональными стволовыми клетками – одновременно очень многообещающий и очень опасный метод. Многообещающий – потому что ЭСК не вызывают иммунного ответа, который приводит к отторжению донорских тканей при обычной пересадке. Кроме того, из ЭСК можно вырастить клетки любого органа. В перспективе с их помощью можно будет лечить болезнь Альцгеймера, ишемическую болезнь сердца, недостаточность функции щитовидной железы, ДЦП и много чего еще.
Опасен же этот метод потому, что вне эмбриона стволовые клетки часто ведут себя непредсказуемо. Например, у подопытных животных они вызывают образование опухолей. Чтобы превратить такие последствия, нужно выяснить, какие гены у ЭСК в пробирке работают иначе, чем в эмбрионе, и какие условия на это влияют. У опять же у Ниакан и ее команды уже есть гены-кандидаты, например ARGFX.
Разобраться со всеми этими вопросами британским биологам предстоит в сжатые сроки – разрешение HFEA действительно только три года. И это не единственное ограничение, наложенное на проект Ниакан. В ходе экспериментов эмбрионы могут развиваться лишь 14 дней, после чего должны быть уничтожены.
Последовательная активация и прекращение работы тех или иных генов в процессе эмбрионального развития не просто прописана в ДНК, на нее влияют факторы среды – гормоны матери, вещества, попадающие в ее тело извне. При этом известно, что у млекопитающих условия, в которых развивался эмбрион, могут определять дальнейшую судьбу родившегося существа – программировать некоторые заболевания или склонность к ним, например гипертонию или метаболический синдром.
Для человека многие из этих факторов даже не описаны, ведь никто не станет проводить эксперименты на беременных женщинах. Технологии редактирования ДНК еще слишком несовершенны, чтобы выводить генномодифицированных людей, но с их помощью уже можно выяснить, откуда берутся врожденные заболевания и как их предотвратить. Как считает Алексей Томилин, «зеленый свет» проекту Кэти Ниакан – первое, но не последнее «послабление». В тех странах, где эксперименты с предимплантационными человеческими эмбрионами не запрещены напрямую (так обстоят дела, например, в Германии), наверняка вскоре появятся новые исследовательские проекты, стремящиеся заглянуть в святая святых.
