Геном человека: Энциклопедия, написанная четырьмя буквами - Вячеслав Тарантул

Интересно, что мутации генов не всегда приводят к негативным последствиям — они иногда могут быть даже полезными для конкретного индивидуума. Приведем один пример. Некоторые спортсмены используют в качестве допинга гормон эритропоэтин, который стимулирует размножение клеток крови. За это их строго наказывают. А вот у двухкратного призера зимних Олимпийских игр 1964 года в Иннсбруке финна Еро Мянтиранта имелась редкая мутация в гене-рецепторе этого гормона (выяснилось это значительно позже). Эта мутация, доставшаяся спортсмену от деда, и внесла существенный вклад в его победы. Дело в том, что благодаря мутации у него образовывалось в крови красных кровяных клеток на 50% больше, чем в норме, что приводило к существенному повышению обмена кислорода и сильно увеличивало выносливость организма к перегрузкам.

Конечно, золотые медали — это хорошо, но, скажем, устойчивость к вирусу иммунодефицита не менее важна для человека. Ведь в период до 2020 года от СПИДа в мире может погибнуть до 70 миллионов человек! Эти пугающие цифры приводятся в отчете, представленном в 2002 году на ежегодном заседании Экономической и социальной комиссии ООН.

В Уганде и Танзании инфицированность вирусом иммунодефицита среди проституток доходит до 60–80%, однако некоторые из них не только не умирают от СПИДа, но и рожают здоровых детей. Было предположено, что имеется мутация (или мутации), защищающая человека от СПИДа. Люди с такой мутацией могут быть инфицированы вирусом иммунодефицита, но не заболевают СПИДом. В конечном итоге был идентифицирован ген, получивший имя CCR–5, с которым все это связано. За этой непонятной для непросвещенного читателя аббревиатурой скрывается ген, определенное изменение в котором (выпадение небольшого участка ДНК) придает человеку невосприимчивость к вирусу иммунодефицита человека. Большинство людей подвержено этой страшной вирусной инфекции, а вот индивидуумам с такой мутацией она не страшна. В настоящее время создана карта, примерно отражающая распределение этой мутации в гене CCR–5 в Европе. Особенно часто (до 15% населения) она встречается среди финно-угорской группы населения. Обнаружение такого мутантного гена может привести в конечном итоге к созданию надежного способа борьбы с одним из самых страшных заболеваний нашего века.

Полиморфизм в генах-триггерах (генах-переключателях) часто связан с тяжелыми мультифакторными заболеваниями. В частности, отдельные варианты гена ApoE ассоциированы с развитием таких патологий, как атеросклероз и болезнь Альцгеймера. В качестве генов-триггеров рассматривают также многочисленные онкогены и антионкогены, мутации в которых изменяют метаболизм клетки в целом и приводят к ее злокачественному перерождению.

Зная все это, молекулярная медицина имеет возможность предсказать развитие тех или других патологий у конкретного человека. За этим следует ряд превентивных мер, а в отдельных случаях и направленное лекарственное воздействие. Уже в ближайшем будущем вполне реален такой сюжет. После проведения анализа медики говорят пациентке так: курение вредно для организма, но многие, зная об этом с детства, тем не менее курят. Однако предупреждаем — у вас лично в геноме присутствует «вредный» вариант гена N-ацетилтрансферазы 2. Если другим женщинам курение еще может и сойти с рук, то вам почти на 100% гарантирован рак молочной железы. Вряд ли после этого пациентка будет курить.

Важной особенностью человека служит способность говорить, общаться с себе подобными. Но у некоторых людей эта способность нарушена. Изучение причины такой патологии в одной довольно многочисленной семье, где все ее члены не могли членораздельно выражать свои мысли, привело к обнаружению «гена речи», дефект в котором и вызывал эту аномалию.

Многочисленные важные для медицины результаты получают на животных как на моделях. Для этого работу мутантного гена изучают с использованием специально полученных культур клеток и трансгенных животных. Смоделировав на животных болезнь человека, их можно затем использовать для подбора лекарств, влияющих на разрушительное действие мутантных генов, например препаратов, которые останавливают гибель клеток.

Иногда идут другим путем. У лабораторных животных с помощью «генного нокаута» полностью выключают тот или иной ген-кандидат, чтобы лучше понять его функцию. Так, итальянские ученые обнаружили ген, играющий ключевую роль в развитии кокаиновой наркотической зависимости. У мышей без гена mGluR5 (этот ген был выключен — нокаутирован), в отличие от нормальных мышей, пристрастие к кокаину не возникало. Нормальные же мыши быстро привыкали к наркотику. С помощью специального приспособления они вводили себе дозу кокаина по 25 раз за два часа. Эти эксперименты открывают новое направление в изучении причин наркомании у людей и поиска путей борьбы с этим тяжелым недугом.

Когда установлена связь заболевания с одним из генов, можно начинать поиск методов лечения. Выяснение механизмов развития того или иного заболевания помогает разрабатывать новые препараты, которые действуют на причину болезни, а не на симптомы. В конечном итоге должны быть разработаны способы и средства лечения большинства болезней человека. На это, скорее всего, потребуются десятилетия, может быть, даже сменится нынешнее поколение людей, однако любой успех на этом пути, без сомнений, стоит затраченных средств, усилий и времени. Благодаря молекулярной медицине в будущем, вероятно, будут созданы новые лекарства, гораздо более избирательные и эффективные, чем ныне существующие, поскольку они будут целенаправленно действовать на строго определенные генные и белковые мишени.

По мнению главы американской программы исследований генома человека Френсиса Коллинза, уже в первой половине XXI века лечение самых разных недугов будет основано на использовании синтетических генных продуктов, которые станут изменять работу заболевших клеток и органов в нужном направлении.

Теперь, когда молекулярная природа многих наследственных патологий установлена, их можно обнаружить даже на внутриутробной стадии. Это позволяет прерывать беременность или заблаговременно начать лечение ребенка. Например, в результате таких мер в некоторых странах за последние годы доля детей, больных талассемией (болезнь крови), снизилась более чем в 20 раз. Моногенные наследственные заболевания легче определяются, часто первые клинические симптомы проявляются на сравнительно поздних стадиях. Это дает возможность диагностировать их до появления первых признаков патологии. Речь идет о таких заболеваниях, как рак молочной железы, хорея Хантингтона, рак толстой кишки, миотоническая дистрофия и др.

Прогресс в секвенировании генома человека ускорил понимание и молекулярной природы сложных генетических заболеваний. Со строго определенными генами связано относительно немного заболеваний. Подавляющее же их большинство, в том числе такие «главные убийцы», как сердечные, возникает при участии многих генов и белков, с одной стороны, и под влиянием окружающей среды — с другой. Все это сильно усложняет ситуацию. Для выхода из этого положения используют несколько методов. Один из них, весьма трудоемкий, заключается в изучении большого числа семей с определенным типом заболевания. Так, американец Р. Лифтон провел со своими коллегами обширное исследование многочисленных семей с синдромом повышенного давления. Это позволило обнаружить у них специфические мутации примерно в десятке разных генов. Многие из этих генов кодируют почечные белки, которые участвуют в транспорте солей и других метаболитов.

Другой путь — изучение соответствующих мутаций у больных мышей, которые имеют значительное генетическое родство с человеком. Однако и здесь пока не все так просто.

Весьма полезной базой для решения этих вопросов может служить большая клиническая информация, разбросанная сейчас по разным институтам и медицинским центрам. Для формирования такой информационной системы сейчас уже создаются огромные международные базы данных по сложным генетическим заболеваниям. Например, программа LURIC (The Luwigshafen Risk and Cardiovascular Health Study) поставила своей целью идентифицировать новые факторы риска генетической природы и окружающей среды для болезней сердечно-сосудистой системы. Далее с помощью функциональной геномики будет осуществляться поиск новых маркеров и генов, вовлеченных в эти сложные заболевания.

К сожалению, наши новые знания пока еще слабо отражаются в медицинской практике на процессе лечения. И это понятно — мы находимся только на первом этапе пути к полному пониманию функций человеческого генома. Тем не менее, в самое ближайшее время наиболее важный практический выход наших знаний о геноме человека ожидается в генной диагностике болезней, лечении и профилактике наследственных и врожденных заболеваний и пороков.