Человек редактированный, или Биомедицина будущего - Киселев Сергей Владимирович

Возникает естественный вопрос: почему бы вместо заместительной терапии не исправить работу генов, которые находятся внутри организма?

В общем виде задача выглядит так: ДНК и гены — это осмысленный текст, с которым можно работать, то есть брать большой кусок какого-то гена, прикреплять к нему другой кусок генетического текста (называемый регуляторной последовательностью), и все это вместе вводить в определенные клетки организма, чтобы оно попало туда, куда нужно, а главное — стало работать. Но как это сделать?

Если посмотреть на достижения цивилизации, то синтетических открытий[6] типа теоремы Пифагора или теории относительности Эйнштейна было сделано не так уж много. Люди не столько изобретают нечто «из головы», сколько видят, как это устроено в природе, и потом немножко по-другому используют для собственных нужд. Возьмем, например, аденовирусы, с которыми каждый из нас сталкивается ежегодно, а то и по нескольку раз в году. Вдруг запершило в горле, потекло из глаз, из носа, а через два-три дня все прошло. Скорее всего, причиной была аденовирусная инфекция, так как этот вирус очень легко проникает в клетки слизистых оболочек глаз, носа и верхних дыхательных путей.

Цитомегаловирус, напротив, инфицирует преимущественно эпителиальные клетки легких, печени, кишечника, почек, мочевого пузыря, молочных и слюнных желез, половых органов.

Существуют ретровирусы, которые очень эффективно инфицируют другие специализированные клетки, в том числе клетки крови, включая также входящие в ее состав стволовые клетки. Одним из таких ретровирусов является хорошо известный вирус иммунодефицита человека (ВИЧ).

Но теперь, когда мы узнали, какие вирусы есть, какие клетки они предпочитают, каков механизм инфицирования и вирусного размножения, давайте попробуем использовать эти знания, чтобы сделать искусственный вирус. Он должен эффективно заражать нужные нам клетки, нести гены, нужные нам, а не вирусу, и при этом не должен в этих клетках размножаться. Такие искусственные генетические конструкции на основе биологических молекул получили название вектор.

ЧТО ТАКОЕ ВЕКТОР

Вспомните математику: там вектор это направленный отрезок, а в генетике, молекулярной биологии и сегодняшней биомедицине вектор — это биологическая молекула, которая направленно может что-то доставлять в определенный тип клеток или тканей. Это тот «паровозик», который протаскивает нужный нам терапевтический материал в нужное время в нужное место и заставляет его работать. Вектором (то есть несущим) он называется потому, что обеспечивает направленность доставки терапевтического средства. Слово «вектор» очень часто используется и в фармакологии, где оно тоже означает некий носитель, позволяющий осуществить направленную доставку лекарства. В случае генной терапии вектор — это сопутствующая генетическая последовательность (чаще всего молекула ДНК), которая обеспечивает терапевтический эффект внедряемого нами лечебного гена. Векторы не обязательно должны быть вирусами, но вирусные векторы очень эффективны.

В результате работы генных инженеров появились вирусы, в которые встроен ген человека, но они не могут размножаться. Такая вирусная частица проникает в клетку человека и может либо встроиться в геном клетки и там остаться навсегда, не производя потомства, либо будет обеспечивать работу гена на протяжении некоторого времени. Например, всем сегодня известная вакцина «Спутник V» как раз состоит из вируса, который проникает в клетки, находится в них какое-то время и осуществляет там синтез S-белка коронавируса. Длительность работы вектора зависит от того, какой тип вируса использовался. Если в клетке поврежден какой-то ген и она не может синтезировать правильный белок, мы можем инфицировать эту клетку вирусом, который несет неповрежденную копию гена и может встроиться в геном клетки, например, ретровирусом, — в результате в клетке окажется работающая копия гена, которая будет синтезировать правильный белок. Мы вылечили клетку! А если мы возьмем в качестве вектора, скажем, аденовирус, то он не встраивается в геном клетки, поэтому доставленный вектором ген будет работать в ней только некоторое время, так как клетка утилизирует старый материал или погибает.

Детство генной терапии

Вся совокупность биомедицинских и генно-инженерных методов исправления (коррекции) функции генов с их использованием на уровне организма получила название генная терапия. Хотя генная терапия, несмотря на свою уже тридцатилетнюю историю, все еще пребывает в юношеском возрасте, у нее уже имеется колоссальное преимущество перед многими современными медицинскими подходами в том, что ее цель — устранить причину заболевания, а не просто симптомы болезни.

ВСЕ БОЛЕЗНИ - ОТ ГЕНОВ

Все болезни человека так или иначе связаны с генами. Посмотрите вокруг: один человек каждый год болеет гриппом, а другой не подхватывает даже насморк десятилетиями. Бывает, что человек, ведущий здоровый образ жизни, начинает принимать лекарства от болезней сердца уже в сорок лет, а иной курильщик и в шестьдесят может не знать, где оно находится. У одного аллергия на кашу, у другого на рыбу. Это все заложено в наших генах и в их проявлении.

Первый случай успешного применения генной терапии для лечения врожденного иммунодефицита у четырехлетней девочки относится к 1990 году, который считается годом рождения генной терапии. Четырехлетняя Ашанти де Сильва получила генетическое лечение от тяжелого заболевания — сложного комбинированного иммунодефицита, связанного с недостатком фермента ADA. В лимфоциты малышки была введена генетическая конструкция, содержащая нормальный ген, а потом лимфоциты были возвращены обратно в организм. Процедура привела к долговременному, но не постоянному восстановлению иммунной системы у девочки. Этот первый успех был закреплен еще несколькими аналогичными случаями. Однако были и неудачи. Самый тяжелый удар в 1999 году нанесла генной терапии смерть Джесси Гелсинджера, восемнадцатилетнего американца. Этот трагический случай, серьезно приостановивший развитие нового лечебного метода, был связан с использованием аденовирусного вектора.

Проблема в том, что вирусы, как бы мы ни пытались сделать их безопасными, все равно могут вызвать у человека какие-то негативные последствия. Именно это произошло с Джесси Гелсинджером. У него было редкое генетическое заболевание, которое приводило к накоплению аммония в крови. Более тяжелые формы этой болезни приводят к гибели на первом месяце жизни, но у Джесси была относительно легкая форма, которую у него диагностировали в двухлетнем возрасте, и он находился на специальной диете, потребляя еще и по несколько десятков различных лекарственных препаратов ежедневно. Ему ввели нормальную копию гена в составе аденовирусного вектора, но, увы, какой-то фактор оказался неучтенным. Молодой человек в короткий срок скончался от побочных явлений. Дальнейшие исследования в области генной терапии по требованию регулятора (американского Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов, FDA) пришлось немедленно прекратить.

Когда стали разбираться, почему произошла эта дня, то выяснились два важных момента. Во-первых был нарушен протокол и пациенту ввели чуть ли не в сто раз больше вирусного вектора, чем было запланировано. Во-вторых, у пациента, который был тяжело болен на протяжении последних шестнадцати лет, оказалась гиперчувствительность именно к аденовирусу, который использовался в качестве вектора.

В общем-то, произошел несчастный случай, но если мы хотим применять генную терапию, то должны гораздо лучше знать особенности индивидуальных геномов, чтобы не возникали неожиданные побочные последствия.

Несмотря на все «недетские» проблемы первоначального периода, генная терапия продолжала интенсивно развиваться. В 2009 году авторитетный научный журнал Science назвал успех генной терапии одним из величайших достижений первого десятилетия XXI века.