Генная терапия. Лечение наследственных болезней

Развитие человека обусловлено генетическими факторами и фактором внешних условий. Генетическая информация содержится в ДНК хромосом и митохондрии.

Генотип - это генетическое строение человека; данный термин может относиться к генетическому составу человека во всей его полноте или только в одной области (положении) хромосомы. Кариотипом называется полный набор хромосом в клетках человека.

Понятия «генотип» и «фенотип» тесно связаны между собой, однако не тождественны. Фенотип представляет собой выражение или проявление генотипа, обнаруживающее себя по прошествии времени наряду с воздействием внешних условий. Фенотип находит выражение в чертах человека. Черта может быть простой (цвет глаз) или сложной (предрасположенность к диабету). Если черта является доминирующей, то для ее проявления необходима только одна копия доминирующего гена. Проявление рецессивной черты требует двух копий рецессивного гена.

Проявление черты может затронуть только один ген в одном положении хромосомы. Черты такого рода («менделевские черты») наследуются в виде легко узнаваемых моделей. В проявлении других черт принимает участие более одного гена - это придает им более сложный характер. У третьих черт проявление требует более одного гена и взаимодействия с фактором внешних условий. Результатом такого взаимодействия не всегда являются легко узнаваемые модели выражения или наследования. Выражение генов, отвечающих за узнаваемые черты, еще более усложняется за счет митохондриальных и нетрадиционных моделей наследования.

Гены (у человека - от 20 000 до 30 000) содержатся в хромосомах и митохондрии. Нормой содержания хромосом в соматических (неэмбриональных) клетках человека являются 46 хромосом, организованных в 23 пары. Каждая пара состоит из одной хромосомы матери и одной хромосомы отца. Двадцать две пары из 23 - аутосомы - обычно являются гомологическими (идентичными по размеру, форме, расположению и количеству генов). Одна пара - половые хромосомы (X- и Y-) - определяет пол человека. В ядре каждой соматической клетки женщины располагаются две Х-хромосомы (гомологические), клетки мужчин содержат одну X- и одну Y-хромосому (гетерологические). Х-хромосома содержит гены, отвечающие за многие наследственные черты. Маленькая, отличная от нее по форме Y-хромосома содержит гены, отвечающие за половую дифференциацию наряду с другими генами. Эмбриональные клетки (яйцеклетка и сперматозоиды) подвергаются мейозу, который сокращает количество хромосом до 23 - это половина от общего числа соматических клеток (46). Таким образом, когда яйцеклетка оплодотворяется сперматозоидом при зачатии, нормальное количество в 46 хромосом восстанавливается. При мейозе генетическая информация, унаследованная человеком от матери и отца, воссоединяется посредством кроссинговера (обмена между гомологическими хромосомами).

Гены - фундаментальные единицы наследственности - расположены в линейной последовательности вдоль ДНК хромосом; каждый ген имеет свое собственное расположение в хромосомах. Число и размещение таких участков в гомологических хромосомах обычно идентичны.

Однако специфические гены могут задавать незначительные структурные изменения - полиморфизмы. Гены, занимающие одно и то же положение в каждой хромосоме пары (один из них наследуется от матери, второй - от отца), называются аллелями. Каждый ген состоит из определенной последовательности нуклеотидов. Два аллельных гена могут иметь либо одинаковые последовательности нуклеотидов, либо слегка различные. Человек, обладающий парой идентичных аллелей для определенного гена, является гомозиготным, носитель же пары неидентичных аллельных генов является гетерозиготным.

Генная структура - лишь часть комплекса биологических взаимодействий, имеющих своим конечным результатом выражение гена. Среди других факторов различают контрольные элементы (промоторы и гены-усилители), кодирующие последовательности (экзоны), промежуточные последовательности, расположенные между экзонами и не несущие информации о белках (интроны), а также сигналы завершения.

Выразительность и пенетрантность

На фенотипическое выражение гена (его выразительность) могут оказывать влияние как внешние условия, так и другие гены, в результате чего люди, обладающие одинаковым геном, отличаются фенотипом. Пенетрантность - это степень проявления гена в той или иной черте. У некоторых черт невозможно обнаружить клиническую аномалию в ряде носителей (явление получило название «непенетрантности»). Однако здоровый носитель аномальной аллели может передать ее своим детям, у которых все аномалии способны проявиться в полной мере. В таком случае тип пропускает одно поколение. Однако некоторые случаи очевидной непенетрантносги являются следствием незнания исследователем незначительных проявлений расстройства или результатом диагностической ошибки. Случаи минимального выражения иногда называются неманифестной формой (formes frustes) расстройства.

Плейотропия

Дефект одного гена может породить аномалии в системах многочисленных органов. К примеру, остеогенезис имперфекта (патология соединительной ткани, часто вызываемое аномалиями в генах, кодирующих синтез коллагена) может вызвать слабость кости, глухоту, синеватость глазных белков, дисплазию зубов, сверхподвижность суставов и аномалии сердечных клапанов.

Наследственность, ограниченная полом

Черта, проявляющаяся только у одного пола, называется ограниченной полом. Ограниченная полом наследственность отличается от наследственности сцепленного с Х-хромосомой гена, которая отсылает к чертам, переносимым Х-хромосомой. Ограниченная полом наследственность, или, точнее, обусловленная полом наследственность, относится к особым случаям, при которых половые гормоны и другие физиологические различия между полами вносят изменения в выразительность и пенетрантность гена. Например, раннее облысение является аутосомной доминантной чертой, но, вероятно, из-за характера женских половых гормонов облысение редко проявляется у женщин, но и тогда обычно после менопаузы.

Мутации

Мутации - это спонтанные изменения в генетической информации (ДНК), новые мутации, таким образом, порождают новую черту в семейном типе. Так, около 80 % людей с ахондропластической микросомией (аутосомной доминантной чертой) не имеют истории микросомии в семье, а значит, представляют новые мутации. В случае ахондроплазии мутации происходят в очень специфическом месте в гене. Что касается многих других черт, новые мутации могут происходить в разных областях гена (или даже в разных генах). В целом, у здоровых родителей не повышается риск впоследствии родить детей с аномалией, но у некоторого числа казавшихся здоровыми родителей действительно появились 2 или даже 3 ребенка с типичной доминантной ахондропластической микросомией. Объяснением может служить эмбриональная мутация, которая происходит рано в эмбриональной жизни кажущегося здоровым родителя, когда есть только небольшое количество зародышевых клеток. Клетка, в которой заключена новая мутация, может затем порождать большое количество клеток для развития половых желез. Существование эмбриональных мутаций было доказано в ходе молекулярных исследований генной мутации у родителей и детей.

Генная терапия

Терапия генных расстройств часто похожа на терапию других болезней. Так, комбинаций продуктов, опасных для пациента (например, при фенилкетонурии, гомоцистинурии), можно избежать при помощи специальных диет. Витамины и другие агенты могут улучшить биохимический метаболический путь и, таким образом, сократить уровень токсичности комбинации. К примеру, фолиевая кислота уменьшает уровень гомоцистина у людей с полиморфизмом в 5,10-метилентетрагидрофолатредуктазой. Терапия может включать замещение недостающего состава или блокировку сверхактивного метаболического пути. Ребенка в материнском чреве можно лечить посредством лечения матери (например, кортикостероиды конгенитальной вирилизирующей адренальной гипоплазии) или при помощи уретроклеточной терапии (например, трансплантация стволовых клеток). Новорожденным с генетическим расстройством может понадобиться трансплантация стволовых клеток или органов.

Генная терапия может предполагать внедрение нормальных копий гена в клетки людей со специфическим генетическим расстройством. Испытания соматической генной терапии проводились при очень серьезных генетических болезнях (например, дефицит аденозиндеаминазы). Генная терапия зародышевой линии может также предполагать корректировку аномалии в генах спермы или яйцеклетки, однако использование такой терапии сопряжено с вопросами этики. Генная терапия может также включать отключение генов (например, при помощи противоаллергена ДНК).

Клиническая диагностика

Клиницист должен уметь сделать выбор из большого количества тестов и интерпретировать огромный объем клинической информации, при этом сталкиваясь с такими проблемами, как неоднозначность показателей, риск для пациента и стоимость лечения. Клиницист должен решить, какую именно информацию следует собрать, какие анализы назначить, как их интерпретировать и как интегрировать эту информацию в гипотезу диагноза, какой способ лечения назначить - это все и есть проблема под названием «клиническая диагностика».

Клинические правила

Традиционно, клиническая диагностика следует логическому правилу «если..., то...» (например, если у пациента наблюдается лихорадка и нейтропения, то следует прописать антибиотики широкого спектра). Подобные правила можно четко сформулировать и представить в виде алгоритмов или руководства. Подобные руководства пользуются все большей популярностью, но должны применяться только к тем пациентам, которые попадают под определенный клинический контекст, ясно и четко выраженный в алгоритме.

Однако большая часть пациентов обладает некоторой чертой, которая отличает их от групп, представленных в подобных формальных руководствах. Руководства не могут адекватно охватить степень вариативности среди пациентов с различными демографическими характеристиками, сопутствующими патологиями и историями болезней. Руководства могут помогать при решении различных клинических проблем, но клиницист всегда должен использовать свою способность к вынесению уместного клинического суждения и интерпретировать противоречивые данные, которые не попадают под четкое правило. Для того чтобы сочетать неоднозначность показателей и относительную ценность потенциальных последствий, а также для того, чтобы следовать логике и принципам принятия клинических решений, клиницисты должны правильно оперировать понятием «вероятность».

Формализация процесса принятия клинического решения вынуждает клинициста столкнуться с неоднозначными факторами, которые лежат в основе принятия решений. И хотя клиницисты принимают сложные решения и неофициально взвешивают риск и преимущество различных возможностей в непосредственных или обычных ситуациях, иногда количество информации, которую они должны принять во внимание, выходит за пределы их когнитивных возможностей. При принятии клинического решения определенную роль могут также сыграть математические подсчеты, которые, даже при отсутствии точных цифр, все равно могут усовершенствовать определение клинических возможностей и их логических последствий.

Принятие решений и степень вероятности

Клиницисты часто составляют список возможных причин заболевания для того, чтобы лучше понять симптомы пациента - это дифференцированный диагноз. Некоторые причины более или менее вероятны. Клиницисты часто используют нечеткие термины «высоко вероятно», «невероятно» и «невозможно» для того, чтобы описать вероятность развития болезни. И клиницист, и пациент могут неправильно интерпретировать такие неоднозначные термины. Неточная терминология может быть улучшена при помощи четких показателей, называемых вероятностями.

Вероятность болезни (или события) у пациента, чья клиническая информация неизвестна, есть частота, с которой эта болезнь или событие происходит среди населения. Вероятности ранжируются от 0,0 (невероятно) до 1,0 (точно) и часто выражаются в виде пропорции на 100 пациентов (т.е. процент от 1 до 100). Если только два состояния (болезнь и не болезнь) принимаются во внимание, то вероятности могут иногда быть лучше поняты при рассмотрении соотношения числа больных и здоровых пациентов (т.е., неравенство «болезнь и не болезнь»). Таким образом, вероятность 0,2 (20 %) соответствует неравенству 0,2/0,8 (20 %/80 %) или 0,25 (иногда это выражается как 1 из 4). Неравенство и вероятности можно конвертировать друг в друга, так, / (1-)или /(1+). Округление очень маленьких вероятностей до 0, которое исключает малейшую вероятность болезни (что иногда делается при невыраженном клиническом рассуждении), может привести к неверным выводам количественного рассуждения.

Диагностирующее тестирование

Для принятия решений клиницисты часто используют лабораторные тесты. Результаты теста могут снизить степень неопределенности, поставить диагноз (диагностирующее тестирование) или определить пациентов, которые имеют склонность к развитию скрытой болезни (скрининг-тест). Однако результаты теста могут также увеличить степень неопределенности, если тесты плохо определяют больных и здоровых пациентов, если результаты теста контрастируют с клинической картиной или если результаты теста неверно интегрированы в клинические контекст.

Лабораторные тесты не идеальны, они могут неверно определить тех, кто не болен, как больных (ложноположительный результат) или наоборот (ложноотрицательный результат). Способность теста верно определять наличие и отсутствие болезни зависит от того, насколько вероятно наличие и отсутствие болезни у пациента.

В дополнение к риску распространения неверной информации лабораторные исследования основываются на ограниченных ресурсах, что может отсрочить необходимое лечение, повлечь за собой ненужное лечение и подвергнуть пациента риску неблагоприятных последствий самого теста.

Несмотря на то, что единичный анализ может обеспечить информацией о разнообразных болезнях, анализ часто используется для того, чтобы диагностировать наличие или отсутствие только одной болезни. Также многие анализы обеспечивают количественный результат (например, сахар крови 120 мг/дл) или один из нескольких результатов (например, ЭКГ с нагрузкой с < 1,1 - 2, > 2 мм ST-сегментная депрессия), определяемых как положительные только тогда, когда они совпадают или превышают некоторый установленный критерий или предел. Такие пределы могут базироваться на статистических данных или могут быть приспособлены к отражению проблемы ложноположительных и ложноотрицательных результатов. Когда лабораторные тесты используются для того, чтобы установить наличие или отсутствие той или иной болезни, а результаты теста могут быть только положительными или отрицательными, может быть определена чувствительность теста и его точность.

    Чувствительность - это вероятность положительного результата теста у больных пациентов. Она описывает то, насколько эффективно данный тест или анализ определяет наличие болезни. Ложноотрицательная норма - компонент чувствительности (т.е. ложноотрицательная норма + чувствительность = 100 %).

    Точность есть вероятность отрицательного результата анализа у здоровых пациентов. Она отражает то, насколько хорошо данный анализ определяет отсутствие болезни. Ложноположительная норма - компонент точности.

    Условная вероятность - вероятность того, что болезнь (или случай) произойдет, если можно констатировать наличие другого случая, результата анализа или условия. Чувствительность и точность - это специальные типы условных вероятностей; вероятность получения положительного или отрицательного результата, если болезнь присутствует или отсутствует, определяется согласно некоторому золотому стандарту (часто основанному на гистологических, микробиологических или радиографических критериях, которые определяют наличие или отсутствие болезни).

    Предварительная (или предтестовая) вероятность - это вероятность того, что пациент имеет определенное состояние или болезнь прежде, чем станет известен результат теста или анализа. Предварительная вероятность основывается на следующем клиническом суждении: насколько убедительно симптомы и признаки свидетельствуют о том, что болезнь действительно присутствует, что именно в истории пациента и факторах риска подтверждает диагноз, а также насколько распространена данная болезнь среди населения.

    Послетестовая вероятность - это вероятность того, что определенное состояние или болезнь присутствуют после того, как становятся известны результаты анализа. То, насколько результаты анализа изменяют оценку вероятности болезни, зависит от чувствительности и точности анализа.

Пациенты часто должны решить, согласны ли они на прохождение скрининг-теста для обнаружения скрытой болезни. Предпосылкой для скрининг-теста является возможность раннего обнаружения болезни, что может улучшить результаты у пациентов со скрытой болезнью, кроме того, ложноположительные результаты, которые клиницист часто получает в ходе скрининг-теста, не мешают раннему выявлению болезни. При множестве доступных сегодня методов скрининга следует изучить все возможности таких методов. Так, анализ с точностью 95 % закончится тем, что 5 % пациентов не получат информации о диагностируемой болезни из-за ложноположительного результата. Если были применены два различных метода скрининга, каждый из которых был проделан относительно другой скрытой болезни у пациента, который фактически не страдает ни одной, ни другой болезнью, вероятность того, что оба результата будут отрицательны, составит 95 % 95 % или 90 %. При этом с вероятностью 10 % можно утверждать получение ложноположительного результата.

Если бы были применены три различных метода скрининга для диагностики трех несвязанных болезней, вероятность того, что все три будут отрицательны, составит 95 % или 86 %, что соответствует 14 % вероятности получения хотя бы одного ложноположительного результата. Если же будут применены 12 различных методов анализа для распознавания 12 различных болезней, вероятность получения хотя бы одного ложноположительного результата составит 46 %! Все это подчеркивает потребность в осторожности при выборе системы методов скрининга и при интерпретации результатов.

Лечение генетических болезней - вопрос чрезвычайно сложный. Очень многие из них вызывают точечные мутации. Это одиночная замена нуклеотидов в зародышевой клетке или зиготе. Поэтому болезнь невозможно распознать на стадии эмбриона. Она проявляет себя лишь у взрослого человека. Только отдельные заболевания можно диагностировать, исследуя набор хромосом под микроскопом. Поэтому ребёнок с генетическим дефектом рождается на первый взгляд абсолютно здоровым. И только по прошествию ряда лет выясняется, что он неизлечимо болен.

Некоторые заболевания характеризуются как генетические мины замедленного действия. К примеру, в Латинской Америке существует доминантная мутация. Проявляется она фенотипически лишь в возрасте 30-40 лет. К этому времени больной уже обзаводится семьёй и имеет детей. В течение буквально нескольких месяцев внешне нормальный и нестарый человек впадает в маразм. А так как мутация доминантная, то и половина его детей тоже обречена.

Случается, что мутация вообще не проявляется фенотипически, но её нужно уметь выявлять, чтобы уберечь последующие поколения. Такую задачу по силам решить белковой инженерии . В настоящее время разработана методика, позволяющая отбирать мутантов по нуклеотидной последовательности ДНК. Данная методика позволяет предупреждать генетические болезни.

Рассмотрим одно из самых распространённых заболеваний подобного типа - серповидноклеточную анемию. Это очень тяжёлый генетический дефект. Вызывается он точечной мутацией в гене, который отвечает за кодировку β–цепи гемоглобина. В данном случае в мутантном гене А заменено на Т. В результате этой замены шестым аминокислотным остатком белковой цепи становится не глютаминовая кислота, а валин.

Результат получается катастрофический. Полностью меняются структура и свойства белка: он теряет способность переносить кислород. Меняется даже форма эритроцитов (красных кровяных шариков). Они из круглых шайбочек превращаются в серповидные (отсюда и происходит название заболевания).

Серповидноклеточная анемия - мутация рецессивная. Проявляется она фенотипически лишь в том случае, если ребёнку достаются мутантные гены от обоих родителей. При этом серповидная анемия никак не проявляется на стадии эмбриона.

В наши дни диагностика этого заболевания на уровне ДНК стала обычной процедурой. Предположим, что у родственников мужа и жены были зафиксированы случаи данного заболевания. Следовательно, можно опасаться, что эти люди являются носителями мутантного гена, находящегося в рецессивном состоянии.

Раньше таким супругам сообщалось на консультации, что у них существует вероятность, равная 25%, произвести на свет больного ребёнка. В наши дни будущую мать берут под тщательнейшее наблюдение. На 12-й недели беременности (раньше, к сожалению, пока не получается) специалисты отбирают клетки эмбриона из жидкости, окружающей плод, и отправляют на анализ в лабораторию.

Там клетки размножают, высеивают и проводят тест на заданный ген. Ищут при этом нормальный ген, так как мутация рецессивная. Поэтому эмбриону вполне достаточно иметь лишь один нормальный ген. Если тест показывает, что у эмбриона имеется нормальный ген от одного из родителей, то всё в порядке. Ребёнок в этом случае родится абсолютно здоровым. Если же нормального гена не оказалось вообще, то у родившегося ребёнка будет серповидноклеточная анемия.

В случае неблагоприятного диагноза существует возможность прервать беременность. В наши дни уже выросли люди, которые прошли через такую генетическую диагностику ещё на стадии эмбрионального развития. Полным ходом выясняется молекулярно-генетическая природа многих других наследственных недугов. Таким образом, лечение генетических болезней вовсе не является фантастикой, а методы и способы борьбы с этой напастью постоянно совершенствуются.

Лечение генетических заболеваний

Длительное время диагноз наследственной болезни оставался как приговор обреченности больному и его семье. Несмотря на успешную расшифровку формальной генетики многих наследственных заболеваний, лечение их оставалось лишь симптоматическим.

Симптоматическое лечение применяют при всех наследственных болезнях. Для многих форм патологии симптоматическое лечение является единственным.

Однако следует понимать, что ни один из существующих ныне методов не устраняет причину заболевания, так как не восстанавливает структуру поврежденных генов. Действие каждого из них продолжается сравнительно короткое время, поэтому лечение должно быть непрерывным. Кроме того, приходиться признать ограниченность возможностей современной медицины: еще многие наследственные болезни не поддаются эффективному подавлению. Особые надежды в связи с этим возлагают на использование методов генной инженерии для введения нормальных, неизмененных генов в клетки больного человека. Таким путем можно будет добиться кардинального излечения данного больного, но, однако это дело будущего.

Этиологическое лечение любых наследственных болезней является наиболее оптимальным, поскольку оно устраняет первопричину заболевания и полностью излечивает его. Однако устранение причины наследственного заболевания означает такое серьезное "маневрирование" с генетической информацией в живом организме человека, как "включение" нормального гена (или подсадку его), "выключение" мутантного гена, обратная мутация патологического аллеля. Эти задачи достаточно трудны даже для манипулирования с прокариотами. К тому же, чтобы провести этиологическое лечение какого-либо наследственного заболевания, надо изменить структуру ДНК не в одной клетке, а во всех функционирующих клетках (и только функционирующих). Прежде всего, для этого нужно знать, какое изменение в ДНК произошло при мутации, то есть наследственная болезнь должна быть записана в химических формулах. Сложности этой задачи очевидны, хотя методы для их решения уже имеются в настоящее время.

Принципиальная схема для этиологического лечения наследственных заболеваний как бы составлена. Например, при наследственных болезнях, сопровождающихся отсутствием активности фермента (альбинизм, фенилкетонурия), необходимо синтезировать данный ген и ввести его в клетки функционирующего органа. Выбор способов синтеза гена и его доставки в соответствующие клетки широкий, и они будут пополняться с прогрессом медицины и биологии. Вместе с тем необходимо отметить важность соблюдения большой осторожности при применении методов генетической инженерии для лечения наследственных болезней, даже если будут сделаны решительные прорывы в синтезе соответствующих генов и способах их доставки в клетки-мишени. Генетика человека еще не располагает достаточными сведениями обо всех особенностях функционирования генетического аппарата человека. Пока еще неизвестно, как он будет работать после введения дополнительной генетической информации .

ГЕННАЯ ТЕРАПИЯ

ГЕННАЯ ТЕРАПИЯ , лечение болезней путем введения пациенту здоровых ГЕНОВ вместо недостающих или поврежденных. Первый раз человека подвергли такому лечению в США в 1990 г. Это был четырехлетний ребенок, страдающий дефицитом редкого энзима, отсутствие которого разрушает иммунную систему человека. Исправление или замещение поврежденных генов производится по методам ГЕННОЙ ИНЖЕНЕРИИ. Здоровый ген вводят в какой-нибудь вирус (обычно переносчик легко поддающейся лечению инфекции) так, чтобы он был непосредственно нацелен на поврежденные клетки. С самого начала генная терапия была задумана как средство лечения наследственных заболеваний - муковисцидиоз или серповидная анемия, но также исследовались возможности применения метода для лечения других болезней, таких как рак, при которой ген поражается только спустя некоторое время. Хотя тысячи больных уже были излечены, главным образом в США, генная терапия еще не сказала своего слова. Не все из вводимых генов достигают цели, и не все, попавшие в поврежденную клетку, эффективно срабатывают. Существует также проблема использования вируса в качестве переносчика гена. Организм встречает вирус как «чужака», и у некоторых пациентов из-за этого наблюдается тяжелая иммунная реакция. Существует и теоретический риск того, что сам вирус может распространиться и вызвать рак.

Генная терапия используется для лечения тяжелых состояний иммунодефицита, когда исчезает ген, ответственный за выработку энзима адено-зина дезаминазы (АДА). Так как АДА очень важен для выработки лейкоцитов(белых кровяных телец), это приводит к тому, что организм становится беззащитен против инфекций. Тогда два ретро-вируса (1) вводятся в костный мозг, который может выработать РНК из своего ДНК (2), используя резервный энзим транскриптазы (3). Потом эта ДНК объединяется с человеческими хромосомами (4). Когда количество хромосом увеличивается, вырабатывается новая вирусная РНК, ви русные протеины и АДА (5). Вирусная РНК и вирусные белки вырабатывают много новых вирусов, а АДА используется организмом для производства жизненно важных лейкоцитов. Потом процесс повторяется и распространяется на весь костный мозг.


Научно-технический энциклопедический словарь .

Смотреть что такое "ГЕННАЯ ТЕРАПИЯ" в других словарях:

    генная терапия - Введение гена в организм для придания клеткам организма новых свойств Тематики биотехнологии EN gene therapy …

    Термин генная терапия Термин на английском gene therapy Синонимы Аббревиатуры Связанные термины доставка генов, биологические нанообъекты, генная инженерия, геном, ДНК, капсид, РНК, многофункциональные наночастицы в медицине, олигонуклеотид,… …

    Генная терапия - (gene therapy). Подход, занимающийся лечением генетических заболеваний, которое можно осуществлять в любой момент, от изменения структуры ДНК до изменения процесса синтеза протеинов … Психология развития. Словарь по книге

    Генная терапия (генотерапия) - совокупность генно инженерных (биотехнологических) и медицинских методов, направленных на внесение изменений в генетический аппарат соматических клеток человека в целях лечения заболеваний;... Источник: Федеральный закон от 05.07.1996 N 86 ФЗ… … Официальная терминология

    генная терапия половых клеток - Генетические манипуляции с половыми клетками для придания организму новых свойств Тематики биотехнологии EN germ cell gene therapy … Справочник технического переводчика

    генная терапия соматических клеток - Технология внедрения новых генов в соматические ткани, использующаяся в терапевтических целях Тематики биотехнологии EN somatic cell gene therapy … Справочник технического переводчика

    генная избыточность - * генны лішак * genetic redundancy наличие большого количества копий к. л. структурного гена на хромосоме, обычно в составе мультигенного семейства. Генная инженерия * генная інжынерыя * gene enginеering раздел генетической инженерии (см.), для… … Генетика. Энциклопедический словарь

    Комплекс средств и методов коррекции и предотвращения наследственных заболеваний. Включает методы метаболомики, генотерапии, диетотерапии и др. Содержание 1 Симптоматическое лечение 2 Генная терапия … Википедия

    Термин генная инженерия Термин на английском genetic engineering Синонимы генетическая инженерия Аббревиатуры Связанные термины доставка генов, биоинженерия, биологические моторы, геном, ДНК, РНК, олигонуклеотид, плазмида, фермент, генная терапия … Энциклопедический словарь нанотехнологий

    Или технология рекомбинантных ДНК, изменение с помощью биохимических и генетических методик хромосомного материала основного наследственного вещества клеток. Хромосомный материал состоит из дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Биологи изолируют… … Энциклопедия Кольера

Книги

  • Вы просто не умеете молодеть! Простые советы долгожителей. Тибетская йога "Долгой жизни" . Даосские системы омоложения. Кайя-кальпа "Вечное тело" . Рассаяна Аюрведы. Стволовые клетки против старости. Генная терапия. Худеть - значит молодеть! , Захаров Ю.. Главная особенность доктора Гаврилова, что он лечит не звезд, а нас с вами. Среди похудевших с помощью его методики уже несколько десятков тысяч (!) человек. Забудьтевсе, что вы знали до…

Миодистрофия Дюшенна — одно из нечасто встречающихся, но все же относительно распространенных генетических заболеваний. Болезнь диагностируется в трех-пятилетнем возрасте, обычно у мальчиков, проявляясь поначалу лишь в затрудненных движениях, к десяти годам страдающий такой миодистрофией уже не может ходить, к 20−22 годам его жизнь заканчивается. Она вызвана мутацией гена дистрофина, который находится в Х-хромосоме. Он кодирует белок, соединяющий мембрану мышечной клетки с сократительными волокнами. Функционально это своеобразная пружина, обеспечивающая плавное сокращение и целостность клеточной мембраны. Мутации в гене приводят к дистрофии скелетных мышечных тканей, диафрагмы и сердца. Лечение заболевания носит паллиативный характер и позволяет лишь немного облегчить страдания. Однако с развитием генной инженерии появился свет в конце тоннеля.

О войне и мире

Генная терапия — это доставка внутрь клетки конструкций на основе нуклеиновых кислот для лечения генетических заболеваний. С помощью такой терапии можно исправить генетическую проблему на уровне ДНК и РНК, меняя процесс экспрессии нужного белка. Например, в клетку можно доставить ДНК с исправленной последовательностью, с которой синтезируется функциональный белок. Или, напротив, возможны удаления определенных генетических последовательностей, что также поможет уменьшить вредные последствия мутации. В теории это просто, однако на практике генная терапия базируется на сложнейших технологиях работы с объектами микромира и представляет собой совокупность передовых ноу-хау в области молекулярной биологии.


Инъекция ДНК в пронуклеус зиготы — одна из самых ранних и наиболее традиционных технологий создания трансгенов. Инъекция производится вручную с помощью сверхтонких игл под микроскопом с 400-кратным увеличением.

«Ген дистрофина, мутации которого порождают миодистрофию Дюшенна, огромный, — рассказывает директор по развитию биотехнологической компании «Марлин Биотех», кандидат биологических наук Вадим Жерновков. — Он включает в себя 2,5 млн пар нуклеотидов, что можно было бы сравнить с количеством букв в романе «Война и мир». И вот представим себе, что мы вырвали из эпопеи несколько каких-то важных страниц. Если на этих страницах описываются существенные события, то понимание книги было бы уже затруднено. Но с геном все сложнее. Найти другую копию «Войны и мира» несложно, и тогда недостающие страницы можно было бы прочитать. Но ген дистрофина находится в X-хромосоме, а у мужчин она одна. Таким образом, в половых хромосомах у мальчиков при рождении хранится лишь одна копия гена. Другую взять негде.


Наконец, при синтезе белка из РНК важно сохранение рамки считывания. Рамка считывания определяет, какая группа из трех нуклеотидов считывается как кодон, что соответствует одной аминокислоте в белке. Если произошло удаление в гене фрагмента ДНК, не кратное трем нуклеотидам, происходит сдвиг рамки считывания — кодировка изменяется. Это можно было бы сравнить с ситуацией, когда после вырванных страниц во всей оставшейся книге все буквы заменятся на следующие по алфавиту. Получится абракадабра. Вот то же самое происходит с неправильно синтезируемым белком».

Биомолекулярный пластырь

Один из эффективных методов генной терапии для восстановления нормального синтеза белка — пропуск экзонов с помощью коротких нуклеотидных последовательностей. В «Марлин Биотех» уже отработана технология работы с геном дистрофина с помощью такого метода. Как известно, в процессе транскрипции (синтеза РНК) сначала формируется так называемая прематричная РНК, заключающая в себе как кодирующие белок участки (экзоны), так и некодирующие (интроны). Далее начинается процесс сплайсинга, в ходе которого интроны и экзоны разъединяются и формируется «зрелая» РНК, состоящая только из экзонов. В этот момент некоторые экзоны можно заблокировать, «залепить» с помощью особых молекул. В итоге в зрелой РНК не окажется тех кодирующих участков, от которых мы предпочли бы избавиться, и таким образом восстановится рамка считывания, белок будет синтезироваться.


«Эту технологию мы отладили in vitro, — рассказывает Вадим Жерновков, то есть на клеточных культурах, выращенных из клеток пациентов с миодистрофией Дюшенна. Но отдельные клетки — это не организм. Вторгаясь в процессы клетки, мы должны наблюдать последствия вживую, однако привлечь к испытаниям людей не представляется возможным по разным причинам — от этических до организационных. Поэтому возникла необходимость получения модели миодистрофии Дюшенна с определенными мутациями на основе лабораторного животного».

Как уколоть микромир

Трансгенные животные — это полученные в лаборатории животные, в геном которых целенаправленно, осознанно внесены изменения. Еще в 70-е годы прошлого века стало понятно, что создание трансгенов — это важнейший метод исследования функций генов и белков. Одним из самых ранних методов получения полностью генно-модифицированного организма стала инъекция ДНК в пронуклеус («предшественник ядра») зигот оплодотворенных яйцеклеток. Это логично, так как модифицировать геном животного проще всего в самом начале его развития.


На схеме продемонстрирован процесс CRISPR/Cas9, в котором участвуют субгеномная РНК (sgRNA), ее участок, работающий как РНК-гид, а также белок-нуклеаза Cas9, который рассекает обе нити геномной ДНК в указанном РНК-гидом месте.

Инъекция в ядро зиготы — весьма нетривиальная процедура, ведь речь идет о микромасштабах. Яйцеклетка мыши имеет диаметр 100 мкм, а пронуклеус — 20 мкм. Операция происходит под микроскопом с 400-кратным увеличением, однако инъекция — это самая что ни на есть ручная работа. Разумеется, для «укола» применяется не традиционный шприц, а специальная стеклянная игла с полым каналом внутри, куда набирается генный материал. Один ее конец можно держать в руке, а другой — сверхтонкий и острый — практически не виден невооруженным глазом. Конечно, такая хрупкая конструкция из боросиликатного стекла не может храниться долго, поэтому в распоряжении лаборатории есть набор заготовок, которые непосредственно перед работой вытягиваются на специальном станке. Используется особая система контрастной визуализации клетки без окрашивания — вмешательство в пронуклеус само по себе травматично и является фактором риска для выживания клетки. Краска стала бы еще одним таким фактором. К счастью, яйцеклетки достаточно живучи, однако количество зигот, которые дают начало трансгенным животным, составляют лишь несколько процентов от общего числа яйцеклеток, в которые была сделана инъекция ДНК.

Следующий этап — хирургический. Проводится операция по трансплантации микроинъецированных зигот в воронку яйцевода мыши-реципиента, которая станет суррогатной матерью будущим трансгенам. Далее лабораторное животное естественным путем проходит цикл беременности, и на свет появляется потомство. Обычно в помете находится около 20% трансгенных мышат, что также говорит о несовершенстве метода, ибо в нем присутствует большой элемент случайности. При инъекции исследователь не может контролировать, как именно внедренные фрагменты ДНК встроятся в геном будущего организма. Высока вероятность таких комбинаций, которые приведут к гибели животного еще на эмбриональной стадии. Тем не менее метод работает и вполне годен для ряда научных целей.


Развитие трансгенных технологий позволяет производить животные белки, востребованные фармацевтической промышленностью. Эти белки экстрагируются из молока трансгенных коз и коров. Также есть технологии получения специфических белков из куриного яйца.

Ножницы для ДНК

Но есть более эффективный способ на основе целевого редактирования генома по технологии CRISPR/Cas9. «Сегодня молекулярная биология в чем-то подобна эпохе дальних морских экспедиций под парусами, — говорит Вадим Жерновков. — Практически каждый год в этой науке происходят значительные открытия, которые могут изменить нашу жизнь. Например, несколько лет назад микробиологи обнаружили у давно, казалось бы, изученного вида бактерий иммунитет к вирусным инфекциям. В результате дальнейших исследований выяснилось, что ДНК бактерий содержат в себе особые локусы (CRISPR), с которых синтезируются фрагменты РНК, умеющие комплементарно связываться с нуклеиновыми кислотами чужеродных элементов, например с ДНК или РНК вирусов. С такой РНК связывается белок Cas9, представляющий собой фермент-нуклеазу. РНК служит для Cas9 гидом, помечающим определенный участок ДНК, в котором нуклеаза совершает разрез. Примерно три-пять лет назад появились первые научные труды, в которых разрабатывалась технология CRISPR/Cas9 для редактирования генома».


Трансгенные мыши позволяют создавать живые модели тяжелых генетических заболеваний человека. Люди должны быть благодарны этим крохотным существам.

По сравнению со способом введения конструкции для случайного встраивания, новый метод позволяет подобрать элементы системы CRISPR/Cas9 таким образом, чтобы точно нацелить РНК-гиды на нужные участки генома и добиться целенаправленной делеции или вставки нужной последовательности ДНК. В этом методе тоже возможны ошибки (РНК-гид иногда соединяется не с тем участком, на который его нацеливают), однако при использовании CRISPR/Cas9 эффективность создания трансгенов составляет уже около 80%. «Этот метод имеет широкие перспективы, и не только для создания трансгенов, но и в других областях, в частности в генной терапии, — говорит Вадим Жерновков. — Однако технология находится только в начале пути, и представить себе, что в ближайшее время исправлять генный код людей будут с помощью CRISPR/Cas9, довольно сложно. Пока есть вероятность ошибки, есть и опасность, что человек лишится какой-то важной кодирующей части генома».


Молоко-лекарство

Российской компании «Марлин Биотех» удалось создать трансгенную мышь, в которой полностью воспроизведена мутация, приводящая к миодистрофии Дюшенна, и следующим этапом станут испытания технологий генной терапии. Вместе с тем создание моделей генетических заболеваний человека на основе лабораторных животных — не единственное возможное применение трансгенов. Так, в России и западных лабораториях ведутся работы в области биотехнологий, позволяющие получать важные для фарминдустрии лекарственные белки животного происхождения. В качестве продуцентов могут выступать коровы или козы, у которых можно изменять клеточный аппарат производства содержащихся в молоке белков. Из молока можно экстрагировать лекарственный белок, который получен не химическим способом, а с помощью природного механизма, что повысит эффективность лекарства. В настоящее время разработаны технологии получения таких лекарственных белков, как лактоферрин человека, проурокиназа, лизоцим, атрин, антитромбин и другие.

 

Возможно, будет полезно почитать: