Удивительная генетика
Шрифт:
Через год после лечения пациент смог отказаться от переливаний крови и вот уже 21 месяц успешно обходится без них, хотя прежде вынужден был делать их ежемесячно, начиная с трехлетнего возраста (больному на момент операции исполнилось 15 лет. – Л.Ш.). По сути дела, речь идет о радикальном и полном излечении от тяжелой генетической болезни.
Но бить в литавры пока рано. Авторы, к сожалению, не пишут о том, каким образом им удалось выявить и нейтрализовать латентные онкогены. Быть может, притаившаяся лейкемия еще покажет себя во всей красе. Или не покажет, так как выборка минимальна – один-единственный человек. А вот когда счет пойдет на десятки, тогда и поговорим.
Стволовые клетки, или Сделай сам
«У
Помните о клоне наиболее пластичных стволовых клеток, умеющих превращаться в любую ткань? Их называют эмбриональными стволовыми клетками, потому что они образуются в процессе эмбрионального развития и откладываются в организме «про запас». Эти клетки получают в наши дни методом терапевтического клонирования. Суть его сводится к тому, что у человека в любом возрасте берут самую обычную клетку и пересаживают ее ядро в донорскую яйцеклетку, которая немедленно начинает дробиться – прямо в пробирке. Через пять дней она достигает стадии бластоцисты – полого шарика из нескольких сотен клеток, значительная часть которых приходится на универсальные стволовые. Такие клетки можно размножать и неограниченно долго поддерживать в виде клеточной культуры, а их полная генетическая идентичность тканям пациента исключает проблемы с иммунитетом.
Эмбриональные стволовые клетки человека под микроскопом
Но в клинической медицине их используют крайне редко – только по жизненным показаниям, когда никакое другое лечение уже не помогает. Беда в том, что они способны превратиться во что угодно, очень плохо понимают химические команды взрослого организма и склонны к неограниченному делению. Если их ввести в организм, они легко могут спровоцировать злокачественный рост или вызвать образование тератом [51] , что и было не раз показано в экспериментах на животных. Например, крысам, страдающим искусственно вызванной болезнью Паркинсона [52] , пересадили эмбриональные стволовые клетки и добились массового их превращения в нейроны. Сначала все шло хорошо, и состояние крыс заметно улучшилось вплоть до полного исчезновения симптомов болезни. Однако на 10-й неделе эксперимента дифференцировку [53] сохранили всего 25 % нейронов, остальные же вновь превратились в неспециализированные клетки, которые начали активно размножаться, заселяя крысиный мозг. Руководитель опытов Стивен Голдман так прокомментировал наблюдаемую картину: «Не нужно быть нейроонкологом, чтобы понять, что этот процесс – начало образования опухоли».
51
Тератома – уродливое разрастание различных тканей в совершенно неподходящем для них месте.
52
Болезнь Паркинсона – хроническая болезнь головного мозга, проявляющаяся в скованности движений, дрожании рук и ног, нарушении походки и речи; в конечном счете приводит к слабоумию и смерти.
53
Дифференцировка – специализация универсальной стволовой клетки, когда она превращается в зрелую клетку той или иной ткани.
Однако не все так безнадежно. Стволовые клетки находят применение в ортопедии: с помощью особого сигнального белка ученые стимулируют их трансформацию в остеобласты – клетки костной ткани. Биологи научились выращивать образцы различных тканей прямо в лабораторной посуде, если удается как следует «объяснить» универсальным стволовым клеткам, во что они должны превратиться. Больному пересаживают уже готовый продукт.
Биолог Борис Жуков пишет:
В лабораториях разных стран сегодня выращивают лоскуты живой кожи (для пересадок на обожженные места), хрящи
А совсем недавно пришло сообщение о том, что американские ученые сумели восстановить у цыплят ранее ампутированные крылья, «запустив» группу генов семейства Wnt. Эти гены управляют формированием конечностей в период эмбрионального развития, но у взрослых животных они «молчат». Американцам удалось заставить их работать, в результате чего произошла полная регенерация удаленного крыла. А поскольку удалось активизировать эти гены у цыплят, то, в принципе, их можно «разбудить» и у человека, так как в нашем геноме они тоже присутствуют. Быть может, пройдет не так уж много лет, и технология по отращиванию утраченных рук и ног станет реальностью.
А теперь вернемся к синтетической биологии. Под ней понимается не банальная генная инженерия наподобие внедрения в бактериальную клетку полезных генов (генно-инженерный инсулин применяется с 1982 года), а создание искусственных микроорганизмов, которые будут делать абсолютно все, что мы захотим. Сотруднику швейцарского политехнического института в Цюрихе Свену Панке это видится примерно так:
Мы примемся собирать бактерии из отдельных модулей, так что они станут соответствовать нашим представлениям <…> о производстве того или иного вида сырья, и вовсе не будут отвечать своему природному назначению.
Перспективы открываются воистину ошеломляющие. Ведь запасы нефти на нашей планете неуклонно тают, а с биотопливом из растительного сырья, о котором рассказывалось выше, дела обстоят не так хорошо, как хотелось бы. Например, энергоемкость спирта почти вдвое уступает бензину, поэтому и в бак его придется заливать в два раза больше, чтобы проехать то же самое расстояние. Выходом из положения мог бы стать бутиловый спирт, но его в процессе дрожжевого брожения образуется сравнительно немного. Если же заменить крахмал целлюлозой, то технология ощутимо усложнится, потому что целлюлозу нужно будет разлагать на отдельные компоненты.
А вот если «перепрограммировать» дрожжевые грибы таким образом, чтобы они питались целлюлозой вместо сахара и крахмала, хитрая проблема разрешится сама собой. По словам Джея Каслинга, сотрудника Калифорнийского университета, подобная технология станет реальностью уже к середине текущего десятилетия. Использование модифицированных дрожжей позволит получать биологическое топливо из древесины, соломы и других сельхозотходов. «На смену нефтяной индустрии должна прийти биология», – уверенно заявляет Крейг Вентер, бесспорный первопроходец в области микробного конструирования.
Крейг Вентер
Работы Вентера как раз и положили начало синтетической биологии. Первым делом он реконструировал бактериофаг phi X 174, кольцевая молекула ДНК которого содержит 11 генов и 5386 нуклеотидных пар. Это серьезное достижение, ибо фаги, паразитирующие на бактериях, устроены достаточно сложно.
Бактериофаг phi X174 (его объемная модель). Относительная простота этого микроорганизма позволила американским ученым «собрать» его в лаборатории из отдельных «деталей»
А вот самая примитивная среди известных вирусоподобных частиц (вироидов) носит очень длинное название – «вироид кокосовой пальмы каданг-каданг» и состоит всего из 246 нуклеотидов. Однонитчатая РНК этого вироида замкнута в кольцо и не содержит даже истинных генов, кодирующих белки, поэтому у него отсутствует белковая оболочка, позволяющая ввести генетический материал через неповрежденную клеточную стенку.
Российский биолог Александр Чубенко пишет:
Геном наиболее простых вирусов содержит всего три гена, которые кодируют белки, необходимые для воспроизводства: белок, вызывающий разрыв клеточной стенки хозяина; фермент, обеспечивающий многократную репликацию своего генома; и белок капсида – оболочки, покрывающей вирусную ДНК или РНК. Пример такого вируса – бактериофаг Q, инфицирующий кишечную палочку Escherichia coli. Его РНК состоит примерно из 3500 нуклеотидов. Самые большие вирусы содержат две-три сотни генов, закодированных в двухцепочечной нити ДНК длиной в несколько сотен тысяч пар нуклеотидов.