Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Геном человека. Генная терапия

Псковский Государственный Педагогический Университет имени С. М. Кирова

Реферат

Геном человека. Генная терапия.

Выполнила:

Студентка факультета

2006 г. Псков

Содержание

Введение…………………………………………………………………………….3

Геном человека. Проект « Геном человека»….……………………………….….4
Расшифровка генома человека. СПТ……………………………………………...8
Протеомика…………………………………………………………………….…..11
Мнение экспертов………………………………………………………………....12
Генная терапия…………………………………………………………………….12
Заключение………………………………………………………………………...16

Введение

Интенсивное развитие в истекающем XX в. медико-биологических наук и технологий на их основе позволяет не только описывать в терминах молекулярных структур и процессов тонкое строение отдельных частей тела и их согласованную работу, но и создавать принципиально новые методы диагностики, лечения и профилактики многих заболеваний. Такое проникновение в ультратонкую организацию и жизнедеятельность организма стало возможным благодаря установлению химического строения и функций нуклеиновых кислот, содержащих передаваемые от поколения к поколению генетические тексты, согласно которым реализуется программа развития организма. В действительности в ходе онтогенеза часто происходят ошибки. Многие оплодотворенные яйцеклетки не способны пройти все стадии внутриутробного развития, что приводит к спонтанным абортам или появлению нежизнеспособных плодов. Но и среди новорожденных младенцев 4 - 5% составляют дети с различными врожденными заболеваниями и (или) пороками развития наружных и (или) внутренних органов, порой несовместимыми с послеутробной жизнью. Однако далеко не все наследственные заболевания проявляются при рождении человека. Около 15% населения отягощено позже развивающимися, но также зависящими от наследственной предрасположенности болезнями: сахарным диабетом, бронхиальной астмой, гипертонической болезнью, псориазом, большой группой неврологических расстройств и др. Приведенные данные относятся к нормальным условиям жизни. А каковы они будут с учетом влияния экологических катастроф и антропогенных загрязнений биосферы, пока нельзя сказать. Ясно только, что наследственный груз человечества станет значительно больше. В России каждый год на 1.2 - 1.3 млн. родов появляется около 60 тыс. детей с врожденными пороками развития и наследственными болезнями, в том числе около 15 тыс. младенцев с очень тяжелыми поражениями. Часть таких детей умирает в раннем возрасте, многие становятся инвалидами. Ежегодно число инвалидов с детства в России увеличивается на 15 - 20 тыс. при средней продолжительности их жизни 20 - 40 лет. Наследственные болезни и пороки развития, весомую долю которых составляют семейные формы патологии, ложатся тяжким бременем на семью и общество. Все это говорит о том, что диагностика, лечение и профилактика наследственных и врожденных заболеваний и пороков - одна из самых актуальных задач медицинской генетики. В развитых странах большинство современных подходов к ее решению базируется на результатах молекулярно-генетических исследований, объединенных в самый крупный в истории человечества международный биологический проект "Геном человека", курируемый HUGO (Human Genome Organization).
В расшифровке генома человека непременно должна присутствовать медико-генетическая часть. Сегодня это один из самых больших разделов программы, который включает генетическое картирование локусов, ответственных за те или иные заболевания, ДНК-диагностику и генотерапию наследственной патологии, изменения генома при опухолевых заболеваниях, правовые и этические проблемы геномных исследований и их медицинских приложений.

Геном человека.

   Генодиагностика. Многообразие форм наследственных болезней, изменчивость их клинических проявлений и часто отсутствие радикального лечения делают особенно актуальной разработку точных ранних (преклинических и пренатальных) методов диагностики этих болезней. А это прежде всего ДНК-диагностика, молекулярная цитогенетика, тонкая биохимическая и иммунодиагностика, компьютерный информационный анализ. К сожалению, сегодня в России такие методы доступны пока только федеральным медико-генетическим центрам, академическим и университетским клиникам. Своеобразную группу форм наследственной патологии представляют синдромы, обусловленные генетическими дефектами, которые занимают промежуточное положение между собственно генными мутациями и хромосомными перестройками (обычно это - микроделеции). Сочетание тонкого цитогенетического и молекулярного анализа соответствующих участков хромосом позволило точно картировать их и секвенировать прилежащие к точкам разрыва последовательности ДНК. Эти результаты помогают понять природу таких синдромов и открывают новые возможности для их точного диагноза и прогноза. Тонкий молекулярный анализ позволяет также открывать и исследовать новые, ранее неизвестные гены человека.
      В последние годы в России наметился прогресс в создании собственных русскоязычных информационно-поисковых систем по цитогенетическому картированию и порокам развития человека. Уже разработаны две компьютерные системы: "SYNGEN", включающая 1920 синдромов врожденных пороков развития, и "CHRODYS" - по цитогенетике и клиническим проявлениям синдромальных форм врожденной патологии, связанной с образованием в организме клеток с варьирующим числом некоторых неполовых хромосом (анеусомия аутосом человека). За последние три года эти программы прошли испытания на практике в нескольких направлениях. С помощью "SYNGEN" проведена компьютерная диагностика и изучены формы врожденной патологии, связанные с поражением центральной нервной системы. Кроме того, эту программу использовали как вспомогательное средство при оценке новых технологий для диагностики угрожающих состояний плода и новорожденного, а также врожденной патологии ЛОР-органов и сердечно-сосудистой системы. Сегодня можно уверенно сказать, что система "SYNGEN" значительно ускоряет постановку объективного диагноза. Оперируя почти двумя тысячами синдромов и словарем, обозначающим полторы тысячи признаков, можно достаточно быстро составить список диагнозов-кандидатов по исходным клиническим характеристикам. Таким образом, информационно-поисковая система "SYNGEN" помогает выявить синдромальные формы заболеваний и может стать незаменимым средством в профилактике врожденных болезней. Хотя многие случаи врожденных пороков развития относятся к тем или иным синдромам, на практике без применения компьютерных систем половина из них остается неузнанной. Новые компьютерные технологии позволяют врачам оперативно обмениваться медицинским опытом. Никакие издания не успевают за потоком новой информации. В этом ключе особое значение приобретают уникальные генетические банки данных. В системе "CHRODYS" собраны сведения более чем о 600 хромосомных синдромах точно установленных или заявленных как возможные формы по всем аутосомам (они представлены по каждому виду патологии несколькими или единичными случаями). Те, кто уже работает с данными генетических банков, успели убедиться в их несомненной эффективности для практики (например, Томский научно-исследовательский институт медицинской генетики). Вместе с тем некоторые версии систем используются в качестве электронных пособий для студентов-медиков на кафедрах генетики Российского государственного медицинского университета им.Н. И. Пирогова и Московской медицинской академии им.И. М. Сеченова, а также для повышения квалификации врачей-генетиков и педиатров - в Российской медицинской академии постдипломного образования. Завершена работа по созданию компьютерного медико-цитогенетического банка, в котором содержатся сведения по 623 моно- и трисомиям аутосом, выявленным у 2015 пациентов. Банк предназначен для цитогенетического картирования генома и уже применяется для диагностики хромосомных аномалий в медико-генетических консультациях России.
                              Проект "Геном человека".О генной дактилоскопии.
         Один из крупнейших научных проектов современности - международный проект "Геном человека", который должен составить основу всей медицины XXI века - вышел на важнейший рубеж. Группа ученых, занятых в проекте, заявила в журнале "Science", что к настоящему времени удалось выделить половину всей совокупности человеческих генов. Целью проекта является полная расшифровка человеческой наследственности, что дало бы ключ к лечению любых заболеваний и, более того, к пониманию самой биологической природы человека. Идея создания международной программы по исследованию генома человека витала в воздухе с конца 80-х. Инициаторами могли выступить только США и СССР - прочим странам такой проект был бы не под силу. Весной 1988 года профессор Института молекулярной биологии Александр Баев написал Горбачеву письмо, в котором предложил начать исследования генома человека. Проект пришелся ко времени, под программу были отпущены солидные деньги, благодаря чему удалось создать хорошую базу для исследований. Вскоре о создании собственной программы объявили и США - в 1990 году был запущен специальный проект "Геном Человека" (Human Genome Project), рассчитанный на 15 лет. На его развитие правительство США выделило $3 млрд (российские ученые до сих пор располагали средствами, равными примерно 1% от финансирования американской программы).Глобальные задачи обоих проектов были схожи: выделение каждого отдельно взятого гена человека (а их полный набор в ядре клетки колеблется от 70 до 110 тыс.), а также выяснение их функций с большей или меньшей степенью вероятности. По предварительным расчетам ученые надеялись завершить работу к началу нового тысячелетия, однако их ожидания не оправдались: проект оказался чрезвычайно дорогостоящим. Стало ясно: одной стране не под силу провести эти исследования. Вскоре была создана международная организация HUGO (Human Genome Orga-nisation), в которую вошли страны, располагающие передовыми биотехнологиями. Среди 1100 членов организации - 65 российских ученых. Мы встретились с руководителем отечественной программы исследования генома человека доктором медицинских наук профессором Института молекулярной биологии РАН Александром Зелениным. Профессор рассказал, что после семи лет работы генетикам есть, чем похвастаться - работа хоть и медленно, но движется. Полностью картированы пока две из 23 пар хромосом человека- 3-я и 21-я. В настоящее время разрабатывается генная карта еще трех пар хромосом. Как ни странно, нашлись и деньги: если в прошлом году средств было выделено катастрофически мало, то в этом - финансирование программы увеличилось втрое, из федерального бюджета выделено $600 тыс. В 1993 году Нобелевская премия по химии была торжественно вручена генетикам Даллесу и Смиту, разработавшим так называемое "дактилоскопирование" ДНК, с успехом применяемое в криминалистике. "Генные отпечатки" дают криминалистам возможность с определенной уверенностью идентифицировать того или иного человека по образцам биологического материала - слюны, крови или кожи - найденным на месте преступления. Самые большие перспективы открываются перед медициной. Молекулярная диагностика генетических нарушений на стадии зародыша в настоящее время достаточно развита для того, чтобы в Москве, Санкт-Петербурге или Новосибирске можно было бы всесторонне обследовать развивающийся в организме матери плод на предмет возможных аномалий. Профессор Зеленин рассказал об уникальных опытах, которые проводятся в его лаборатории. С помощью специальной пушки, созданной в лаборатории, на микрочастицах золота или вольфрама в организм вносятся участки ДНК донора с необходимыми генами. Частицы настолько малы, что проникают сквозь кожу, а затем через клеточные оболочки, не повреждая их. Оказавшись в клетке, гены постепенно включаются в синтез нужного белка. Так у больных неизлечимой ранее болезнью - миодистрофией Дюшена (когда ребенок с дефектом гена, ответственного за синтез белка мышцы, к пяти годам начинает слабеть, к 10 - перестает ходить, а в 15 - умирает) появилась надежда если не на полное выздоровление, то хотя бы на продление жизни. Расшифровка генов, ответственных, например, за предрасположенность к заболеванию раком, открыла бы перспективы для продления жизни тысячам онкологических больных: генные инженеры могли бы просто отключить этот участок ДНК еще в младенчестве. Известно, что предрасположенность к инфаркту также обусловлена генетически, однако соответствующий ген пока не идентифицирован. Сейчас ученые пытаются расшифровать также ген, отвечающий за устойчивость организма человека к никотину (ведь, как известно, одни курильщики заболевают раком легких, а другие благополучно доживают до старости). Например, уже выяснено, что редкая мутация гена, отвечающего за синтез белка под названием ариламин, при постоянном курении способствует заболеванию раком крови. В 1994 году генетик Джон Васмут открыл ген карликовости, позволяющий в раннем возрасте определить, достигнет ли младенец нормального роста. Планируется также создание карт генов, присутствующих только у людей определенной популяции (например, американского континента): уже две тысячи патриотично настроенных американцев предложили свой биологический материал для этого проекта. Тем не менее, профессор Зеленин считает, что до полной расшифровки генома человека еще далеко: выяснена функция только 10% всех человеческих генов. Однако благодаря объединенным усилиям генетиков, молекулярных биологов, иммунологов и микробиологов всего мира удалось успешно разгадать геномы многих микроорганизмов. Частично картированы геномы дрозофилы и мыши. Полученные при этом данные стали основой для новой науки - биоинформатики, полем деятельности, которой станет сбор, хранение, анализ и последующее моделирование всех данных, касающихся исследования ДНК и изучения последовательности ее генов. На очереди - создание специального каталога всех изученных генных патологий, что позволит людям, входящим в группу риска, по крайней мере, подготовиться к ожидающим их заболеваниям. А лет через десять-пятнадцать в биотехнологии может произойти новый качественный скачок: с помощью так называемых ДНК-чипов, любой человек сможет оперативно проверить свои гены на наличие и предрасположенность к болезнетворным мутациям. Ошибки природы можно будет быстро исправить. Однако в этом случае особую важность приобретают вопросы этики. В рамках программы "Геном человека" профессором Баевым была создана секция биоэтики (в глобальных масштабах вопросами генетической этики занимается ЮНЕСКО). Необходимо юридически защитить право человека на секретность генома. Судите сами - геномный портрет человека, попавший в распоряжение работодателей, страховщиков, наконец, приемной комиссии университета - любого, от кого в данный момент зависит его судьба, мгновенно выдаст все тайны своего хозяина, расскажет о его наклонностях, продолжительности жизни, болезнях, настоящих и будущих, и о многом другом. А подобного вторжения в частную жизнь допустить нельзя.
Еще немного, еще чуть-чуть. Тайна генома человека может стать собственностью частной корпорации.
Амариканская частная геномная компания "Целера Корпорэйшн" объявила, что ее ученые установили химический состав всех 80 тыс. генов человека. Пока это предварительные результаты, однако сейчас уже ясно: частной корпорации удалось составить первый, пока еще "черновой" проект генома человека. Над расшифровкой генома уже более 10 лет трудятся исследователи всего мира, объединившиеся в межгосударственной программе HUGO - Human Genom Organisation. Договоренность о ее создании была достигнута на международной конференции в Валенсии в 1988 году. "В одиночку это сделать слишком дорого даже для США. Сначала работа была рассчитана на 15 лет - она должна была быть закончена к 2005 году. Но потом стало ясно: проект будет завершен уже к 2001 году", - сказала "Сегодня" ученый секретарь научного совета российской программы "Геном человека" Нина Беляева. И вот в 1999 году корпорация "Целера" бросила вызов международному коллективу, объявив, что начинает собственный проект расшифровки генома человека и что сделает это лучше и быстрее. "Целера" - не новичок в области геномики. Именно ее исследователи полностью расшифровали в прошлом году геном мушки дрозофилы - любимого объекта генетиков."Начало положено, - сказал в интервью "Си-эн-эн" руководитель проекта Крег Вентер. - Медицинские исследования будут продвигаться теперь невиданными темпами. Скоро ученые изобретут такие способы излечения болезней, о которых раньше никто и помыслить не мог".Проект пока не закончен. "Анализируя химический состав генов, ученые разделяют их на кусочки и определяют, из каких пар нуклеотидов - "строительных кирпичиков" генов и хромосом - они состоят", - прокомментировал для "Сегодня" это сообщение директор Института клинической генетики РАМН Евгений Гинтер. - Теперь нужно будет определить, в каком порядке находятся эти "кирпичики" в генах". Необходимость такой работы подтвердил и Крег Вентер, говоря о том, что ему еще предстоит собрать "самый большой паззл в мире, который только можно представить - из десятков миллионов кусков". По его словам, это займет не так уж много времени: от трех до шести недель. Так что "Целере", почти без сомнений, будет принадлежать первенство. То, что открытие, равное по значимости полету человека на Луну или созданию водородной бомбы, может стать собственностью частной компании, беспокоит многих специалистов по биоэтике. Если "Целера" запатентует свое открытие, им смогут воспользоваться только те страны и компании, которые в состоянии выложить за это значительные деньги. Бедные же страны, например африканские, могут оказаться отрезанными от достижений прогресса в геномике.
Изучая проект "Геном человека" учёныё столкнулись с величайшим открытием века- это электромагнитный апокалипсис.
Так, недавно ученые с помощью лазера извлкли звуки из молекул ДНК. Они услышали из "радиоприемника" удивительные мелодии, в которых зашифрована наследственная информация. Оказывается, она передается с помощью электромагнитных волн. Это - открытие колоссального значения. В разных руках оно может стать инструментом массового оздоровления или, наоборот, уничтожения людей. И очень важно знать, по какому пути будут направлены эти исследования. Один из авторов открытия доктор биологических наук, старший научный сотрудник Института проблема управления Российской академии наук Петр ГАРЯЕВ в связи с этим открытием отвечает на вопросы нашего корреспондента. На Земле современные технические устройства генерируют чудовищное количество радиоволн. По мнению астрономов, если бы ученые другой галактики навели на Землю радиотелескоп, то обнаружили бы нечто подобное сверхновой звезде: так велика мощность техногенного радиоизлучения планеты. Исследования нашего института и других научных организаций показали, что в человеческом организме идет очень сложный радиоволновый обмен наследственной и другой регуляторной информации. И в эти тончайшие, жизненно важные процессы внедряются грубые поля современных технических устройств. Этот внешний шум накладывается на "разговоры", которые ведут человеческие органы и системы. В результате искажаются "слова" и "фразы", вносится посторонняя информация. Из огромного количества техногенных радиоволн могут возникнуть такие сочетания, которые служат как бы спусковым крючком для разрушительных процессов в организме, ведущих к болезням и преждевременной смерти. Эти процессы запускает генетический аппарат человека по случайной команде, возникшей в эфире.- А может быть, дело не только в случае? Нет ли уже сегодня неких злых гениев, которые с помощью радиоволн преднамеренно разрушают здоровье людей? Например, давно пишут о вреде бытовых СВЧ-печей, но их усиленно рекламируют и продают в больших количествах.- Подобные устройства, безусловно, вредны, но вряд ли их можно использовать для целенаправленного разрушения генетического аппарата. Ведь чтобы на него воздействовало электромагнитное поле, в нем должен возникнуть особый сигнал, который имеет смысл на языке ДНК и хромосом. А понять этот сложнейший язык и "говорить" на нем ученые сумеют разве что в третьем тысячелетии.- А как влияет на здоровье людей огромная мощность радиоизлучения на нашей планете?- Обычный шум в эфире не разрушает генетический аппарат. Он ничего не понимает в таком "радиогудении" и потому не реагирует на него. Но достаточно тихонько "шепнуть" одно словцо, как аппарат на него живо откликнется. От громкости радиозвука мало что зависит. Весь секрет в смысловом содержании. Ведь ядра клеток обмениваются информацией с помощью кодовых слов. Если они образуются из внешних волн и содержат негативный смысл, клетки испытывают электромагнитный шок. Они начинают вырабатывать особые белки, которые вызывают тяжелые расстройства и даже смерть.- Характер разрушительных белков сегодня установлен?- Пока нет, но я предсказываю это открытие. Рано или поздно ученые обнаружат эти белки. Ведь нечто подобное происходит во время теплового шока. Как показали наши исследования, при температуре 41 градус плавятся жидкие кристаллы хромосом, в которых записаны наследственные программы. В результате синтез белков идет по командам, в которых есть ошибки. И эти белки чрезвычайно вредны для здоровья. Например, они могут вызвать перерождение леток и раковые заболевания. Сродни этому электромагнитный шок. При нем корежатся волновые программы, в них появляются неверные "фразы", "слова"-убийцы. От такого потрясения может наступить внезапная смерть. По статистике, которая до недавнего времени была секретной, в последние годы стремительно возросло количество таких смертей, причину которых не могут объяснить даже опытнейшие патологоанатомы.- Но почему при таком зловредном эфире одни люди могут внезапно умереть, а другие живут чуть ли не до ста лет?- Генетический аппарат имеет колоссальную устойчивость к внешним воздействиям, но сегодня она же недостаточна. Окружающая среда настолько загрязнена, что геном повреждается практически у всех людей, но в разной степени, которая зависит от иммунитета. В подтверждение тревожной ситуации на планете сошлюсь на такой пример. По данным ВОЗ, еще двадцать лет назад рождался один абсолютно здоровый ребенок из десяти тысяч. А сегодня все сто процентов детей появляются на свет в какой-то степени больными. А с возрастом их здоровье отнюдь не улучшается. Раньше основными повреждающими факторами считали химические яды, радиацию и стрессы. А теперь выясняется, что не меньший вред приносит загрязнение эфира. Обычная бытовая техника, которая создает чужеродные для нас электромагнитные поля, может разрушать здоровье подобно радиации...- Выходит, не ведая сами, мы превращаем свои квартиры в своеобразные мини-чернобыли?- Именно так. Но самое печальное, что цивилизованный человек уже не может покинуть эту зону электромагнитного поражения. Мы не способны отказаться от компьютеров, радиоприемников, телевизоров, холодильников, электрических плит и приборов, прочих благ. Хотя и видим, что здоровье людей ухудшается с каждым поколением.- В ваших последних опытах даже обычный радиоприемник улавливал "мелодии" ДНК. Другие ваши исследования показали, что ДНК передают наследственную информацию и с помощью света. Но, может, и обычные бытовые светильники тоже вплетают свои строки в генетические тексты?- Считаю, что подобные вплетения вряд ли полезны для здоровья. Уже рождаются люди с рогами и хвостами, без рук и ног, без больших полушарий головного мозга. Появляются кошки с крыльями, жеребята с восемью копытами и другие монстры. Небывалое количество мутантов и уродов свидетельствует о том, что мы уже подошли к краю, а дальше - гибель. Это - проблема не какой-то отдельно взятой страны, а всей планеты.- Неужели положение столь безнадежно и человечеству в будущем суждено погибнуть от электромагнитной бойни? - Есть единственный выход - срочно направить огромные средства на комплексные исследования человека, его резервных способностей, мобилизация которых обеспечит выживание в условиях глобального экологического кризиса. Пока же, к сожалению, колоссальные средства направляются на изыскание все новых средств уничтожения человека - на разработку обычного, ядерного, химического, радиологического и других видов оружия. Зачем создавать эти неисчислимые арсеналы смерти? Не лучше ли вместо этого объединить усилия ученых мира на изучение естественной мудрости нашего организма, читать божественные тексты генетического аппарата? Именно в них находятся новые откровения, которые помогут человеку выжить. Если мы не можем отказаться от научно-технического прогресса, то надо переориентировать его с разрушения на защиту окружающей среды и человека. Например, уже в недалеком будущем мы сможем создать искусственные системы, которые будут отражать вредные излучения, но пропускать и генерировать полезные.- Что это будут за системы?- С помощью новых технических систем надо запустить защитные механизмы нашего генетического аппарата и ввести в него новые волновые программы, которые многократно усилят эти резервные возможности. Тогда человеку не опасны будут никакие электромагнитные поля, никакая химия и даже радиация. Для начала надо узнать принципы записи волновой информации ДНК. Они нам уже немного известны. Мы научились вводить в ДНК простейшие программы с помощью инфракрасного лазера, ультразвука и других воздействий. Так что первые шаги в этом направлении сделаны. - И еще один, казалось бы, парадоксальный вопрос. С древних времен монахи и отшельники проводили жизнь в молитве - непрестанно славили Бога. Долгие десятилетия это считалось чуть ли не мракобесием. А ваши исследования - волновая генетика - показали, что все наоборот: монахи поступают мудро - благодатными песнопениями создают в организме такой волновой режим, который защищает их от грязи в эфире. Так ли это? Да, слова молитвы очень благотворны для здоровья. Ведь наши предки сотни лет повторяли эти слова. В результате они впечатались в наш волновой геном. И произнося молитвы, мы включаем наследственные программы оздоровления души и тела. Дело не столько в физическом действии акустических волн, сколько в смысле слов. Как видим, задачи сохранения жизни на земле носят глобальный характер. Значит, и за решение их нужно браться в планетарном масштабе.

Расшифровка генома человека

Завершение работ по расшифровке генома человека консорциумом ученых планировалось к 2003 г. – 50-летию открытия структуры ДНК. Однако конкуренция сказала свое слово и в этой области.

Крейг Вентер основал частную компанию «Селера», которая продает генные последовательности за большие деньги. Включившись в гонку по расшифровке генома, она за один год сделала то, на что у международного консорциума ученых из разных стран ушло десять лет. Это стало возможным благодаря новому методу чтения генетических последовательностей и использованию автоматизации процесса чтения.

Итак, геном прочитан. Казалось бы, надо радоваться, но ученые пришли в недоумение: уж очень мало генов оказалось у человека – примерно в три раза меньше, чем ожидалось. Раньше думали, что генов у нас около 100 тыс., а на самом деле их оказалось около 35 тыс. Но даже не это самое главное.

Недоумение ученых понятно: у дрозофилы 13 601 ген, у круглого почвенного червя – 19 тыс., у горчицы – 25 тыс. генов. Столь малое количество генов у человека не позволяет выделить его из животного царства и считать «венцом» творения.

Основную часть ДНК наших хромосом занимают пустынные участки и так называемые тандемные повторы. В пустынных участках просто-напросто не закодировано никаких генов, а повторы бессмысленны и следуют друг за другом наподобие велосипедов-тандемов, откуда и получили название. ДНК повторов называют также паразитической. Такое презрительное название она получила за то, что ничего не делает в геноме, однако сохраняется и увеличивает массу хромосом.

Зато там, где располагаются гены, активность ДНК и ферментов, синтезирующих ее копии в виде молекул информационной РНК, повышается в 200–800 раз! Это – «горячие точки» генома.

В геноме человека ученые насчитали 223 гена, которые сходны с генами кишечной палочки. Кишечная палочка возникла примерно 3 млрд лет назад. Зачем нам такие «древние» гены? Видимо, современные организмы унаследовали от предков какие-то фундаментальные структурные свойства клеток и биохимические реакции, для которых необходимы соответствующие белки.

Нет поэтому ничего удивительного и в том, что половина белков млекопитающих имеют сходство аминокислотных последовательностей с белками мухи дрозофилы. В конце концов мы дышим одним и тем же воздухом и потребляем животные и растительные белки, состоящие из одних и тех же аминокислот.

Удивительно, что с мышью мы имеем 90% общих генов, а с шимпанзе – вообще 99%!

В нашем геноме много последовательностей, доставшихся нам в «наследство» от ретровирусов. Эти вирусы, к которым относятся вирусы рака и СПИДа, вместо ДНК в качестве наследственного материала содержат РНК. Особенностью ретровирусов является, как уже говорилось, наличие обратной транскриптазы. После синтеза ДНК по РНК вируса вирусный геном встраивается в ДНК хромосом клетки.

Таких ретровирусных последовательностей у нас много. Время от времени они «вырываются» на волю, в результате чего возникает рак (но рак в полном соответствии с законом Менделя проявляется лишь у рецессивных гомозигот, т.е. не более чем в 25% случаев). Совсем недавно было сделано открытие, которое позволяет понять не только механизм встраивания вирусов, но и назначение некодирующих последовательностей ДНК. Оказалось, что для встраивания вируса необходима специфическая последовательность из 14 букв генетического кода. Таким образом, можно надеяться, что вскоре ученые научатся не только блокировать агрессивные ретровирусы, но и целенаправленно «внедрять» нужные гены, и генотерапия из мечты превратится в реальность.

В организме млекопитающих ретровирусы играют и еще одну немаловажную роль. В отношении млекопитающих, у которых плод развивается внутри организма матери, правомерен вопрос: почему иммунная система матери позволяет развиваться организму, который наполовину генетически ей чужероден, поскольку половина генома плода отцовская?

Все дело в ретровирусах, которые блокируют активность иммунных Т-лимфоцитов, ответственных за отторжение органов и тканей, содержащих чужеродные белки, например, после трансплантации органов. Эти ретровирусы активируются в геноме клеток плаценты, которая образуется тканями плода.

Недавно был обнаружен вирус, который блокирует развитие (экспрессию) ретровируса. Если этим вирусом-блокатором заразить беременную мышь, то мышата рождаются нормальными и в срок. Но если его ввести в клетки плаценты, то происходит выкидыш плода, так как активируются Т-лимфоциты матери.

Не стоит забывать, что ретровирусные последовательности возникают также непосредственно на концах хромосом – теломерах. Как известно, теломеры состоят из одноцепочечной ДНК, которая синтезируется ферментом теломеразой по матрице РНК. Считается, что теломеры являются нашими молекулярными часами, поскольку они укорачиваются с каждым клеточным делением. Раньше считалось, что в теломерах нет генов, однако расшифровка генома показала, что генов там довольно много и они активны в детстве и молодом возрасте, постепенно «угасая» по мере старения организма.

Не так уж бездеятельны и тандемные повторы. В норме они имеют определенное число повторяющихся троек, пятерок и даже семерок букв. Но в некоторых случаях в результате мутаций число повторов начинает нарастать, что ведет к нестабильности генома. Дело доходит даже до «поломок» концов хромосом. Фрагментация концевых участков хромосомы может привести к перемещениям (транслокации) участков ДНК в другую хромосому, а также синтезу таких форм белка, которые вызывают гибель нервных клеток, как это наблюдается при наследственной хорее Гентингтона.

К.Вентер говорил, что понимание генома потребует сотни лет. Ведь мы до сих пор не знаем функций и роли более чем 25 тыс. генов. И даже не знаем, как подступиться к решению этой задачи, поскольку большинство генов просто «молчит» в геноме, никак себя не проявляя.

Следует учитывать, что в геноме накопилось множество псевдогенов и генов-«перевертышей», которые также неактивны. Похоже, что некодирующие последовательности являются как бы изолятором активных генов. В то же время, хотя генов у нас и не слишком много, они обеспечивают синтез до 1 млн (!) самых разных белков. Как же это достигается при таком ограниченном наборе генов.

Как оказалось, в нашем геноме существует специальный механизм – альтернативный сплайсинг. Заключается он в следующеем. На матрице одной и той же ДНК происходит синтез разных альтернативных и-РНК. Сплайсинг и означает «расщепление», когда образуются разные молекулы РНК, которые как бы «расщепляют» ген на разные варианты. Этот приводит к невообразимому разнообразию белков при ограниченном наборе генов.

Функционирование генома человека, как и всех млекопитающих, регулируется различными транскрипционными факторами – специальными белками. Эти белки связываются с регуляторной частью гена (промотером) и таким образом регулируют его активность. Одни и те же факторы могут по-разному проявлять себя в разных тканях. У человека есть свои собственные, присущие только ему, транскрипционные факторы. Выявить эти чисто человеческие особенности генома еще только предстоит ученым.

СПТ

Существует и еще один механизм генетического разнообразия, который выявился только в процессе прочтения генома. Это сингулярный нуклеотидный полиморфизм, или, так называемые факторы СНП.

Полиморфизмом в генетике называют ситуацию, когда гены одного и того же признака существуют в разных вариантах. Примером полиморфизма, или, другими словами, множественных аллелей, служат группы крови, когда в одном хромосомном локусе (участке) могут находиться варианты генов А, В или О.

Сингулярность по-латыни означает одиночество, что-то единственное. СНП – это изменение «буквы» генетического кода без «последствий для здоровья». Считается, что у человека СНП встречается с частотой 0,1%, т.е. каждый человек отличается от других одним нуклеотидом на каждую тысячу нуклеотидов. У шимпанзе, представляющей собой более древний вид, и к тому же гораздо более гетерогенный, число СНП при сравнении двух разных особей достигает 0,4%.

Но если различия в СНП не сказываются на здоровье особей, то чем они интересны и важны? Во-первых, изучение СНП имеет большое теоретическое значение. Именно они позволяет сравнивать возрасты популяций и определять пути их миграции. Так, например, в мужской половой хромосоме (Y) выделены 22 фактора СНП, анализ которых у 1007 европейцев позволил определить, что 80% европейских мужчин имеют сходный «СНП-паттерн», т.е. «рисунок». Это говорит о том, что тысячи поколений назад 4/5 европейских мужчин имели общего предка!

Но и практическое значение СНП велико. Возможно, не все знают, что сегодня самые распространенные лекарства эффективны не более чем для четверти населения. Минимальные генетические отличия, обусловленные СНП, определяют эффективность лекарств и их переносимость в каждом конкретном случае. Так, у больных диабетом выявили 16 специфических СНП. Всего при анализе 22-й хромосомы определили местоположение 2730 СНП. В одном из генов, кодирующих синтез рецептора адреналина, выявлено 13 СНП, которые могут комбинироватьcя друг с другом, давая 8192 различных варианта (гаплотипа).

Насколько скоро и полно начнет использоваться полученная информация, пока не совсем ясно. Пока же приведем еще один конкретный пример.

Среди астматиков довольно популярно лекарство албутерол, который взаимодействует с указанным рецептором адреналина и подавляет приступ удушья. Однако из-за разнообразия гаплотипов людей лекарство действует не на всех, а некоторым больным оно вообще противопоказано. Это обусловлено СНП: люди с последовательностью букв в одном из генов ТЦТЦЦ (Т–тимин, Ц–цитозин) не реагируют на албутерол, если же концевой цитозин заменен на гуанин (ТЦТЦГ), то реакция есть, но частичная. Для людей же с тимином вместо концевого цитозина в этом участке – ТЦТЦТ – лекарство токсично!

Протеомика

Эта совершенно новая отрасль биологии, изучающая структуру и функции белков и взаимосвязи между ними, названа по аналогии с геномикой, занимавшейся геномом человека. Само рождение протеомики уже объясняет, зачем нужна была программа «Геном человека». Поясним на примере перспективы нового направления.

В далеком 1962 г. вместе с Уотсоном и Криком в Стокгольм были приглашены из Кембриджа Джон Кэндрью и Макс Перутц. Они были удостоены Нобелевской премии по химии за впервые осуществленную расшифровку трехмерной структуры белков миоглобина и гемоглобина, ответственных за перенос кислорода в мышцах и эритроцитах соответственно.

Напомним, что даже в начале 1990-х гг. расшифровка структуры каждого нового белка представляла значительные трудности. Каждый анализ занимал до десятка лет. И хотя сейчас вместо рентгеновских лучей используют ядерно-магнитный резонанс (ЯМР), однако времени и денег на определение пространственной структуры каждого белка уходит очень много.

Протеомика позволяет ускорить и удешевить эти работы. К.Вентер отметил, что он 10 лет потратил на выделение и секвенирование гена адреналинового рецептора человека, теперь же его лаборатория тратит на это 15 с. Еще в середине 90-х гг. нахождение «адреса» гена в хромосомах занимало 5 лет, в конце 90-х – полгода, а в 2001 г. – одну неделю! Кстати, ускорению определения положения гена помогает информация о СНП, которых сегодня насчитываются уже миллионы.

Вернемся к протеомике. Знание аминокислотных последовательностей и трехмерной структуры определенных белков позволило разработать программы сопоставления генетических последовательностей с аминокислотными, а затем программы предположительного расположения их в трехмерной структуре полипептидов. Знание трехмерной структуры позволяет быстро находить химические варианты молекул, в которых блокирован, например, активный центр, или определять положение активного центра у мутантного фермента.

Известно, что повышение артериального давления вызывается ферментом АСЕ, сокращенное название которого переводится с английского как ангиотензин-конвертирующий фермент. Образующийся под действием фермента ангиотензин воздействует на стенки артерии, что и ведет к гипертонии. Уже относительно давно были найдены блокаторы фермента АСЕ, которые стали продаваться в качестве лекарств от повышенного давления. Однако, эти лекарственные средства оказались малоэффективными.

Анализ генома позволил выделить ген АСЕ-2, который кодирует более распространенный и эффективный вариант фермента. Затем была определена виртуальная структура белкового продукта, после чего подобраны химические вещества, активно связывающиеся с белком АСЕ-2. Так был найден новый препарат против артериального давления, причем за вдвое меньшее время и всего лишь за 200 вместо 500 млн долларов!

Признаемся, что это был пример «догеномного» периода. Теперь же, после прочтения генома, на первый план выходит протеомика, цель которой – быстрее разобраться с тем миллионом белков, которые потенциально могут существовать в наших клетках. Протеомика позволит более тщательно диагностировать генетические отклонения и блокировать неблагоприятное действие мутантных белков на клетку.

А со временем можно будет планировать и «исправление» генов.

Мнение экспертов

Николай ЯНКОВСКИЙ, профессор, заведующий лабораторией анализа генома Института общей генетики РАН:

– Расшифровка структуры генома создает базис для развития очень многих прикладных направлений в медицине. Если раньше, анализируя генетические причины какого-то заболевания, мы «открывали» своего рода мешок с обрывками, то теперь будем иметь четкую инструкцию, где что нужно искать. 12 лет назад, когда расшифровка генома начиналась, мы знали 100 заболеваний, которые вызываются «опечатками» одного гена, теперь знаем уже 1400, но это лишь 5 процентов от всего числа болезней. Остальные 95 процентов – мультифакторные заболевания, связанные с несколькими генами, но в их числе такие болезни, как диабет, рак, ишемическая болезнь сердца и т.п. Сейчас работы в этом направлении ведутся очень интенсивно. Эти знания позволят создать не только средства ранней диагностики, но и методы их коррекции.

Лев КИСЕЛЕВ, академик РАН, заведующий лабораторией Института молекулярной биологии РАН:

– Расшифровка структуры генома – это точка на первой странице в толстой книге, которую еще должно написать человечество. Начинается новый, третий этап в биологии: после дарвиновской, описательной, и молекулярной биологии последних 50 лет начинается биология функциональная, которая будет напрямую влиять на жизнь людей. А мы всех своих ученых-биологов молодого поколения подарили Америке. Если они не вернутся, наука в России закончится. Но пока все разговоры о том, что их надо вернуть, остаются разговорами. И дело не в том, что не хватает средств. Не хватает понимания места, которое наука занимает в жизни общества. Нелепыми мне кажутся разговоры о том, что мы сможем пользоваться чужими достижениями. Чтобы ими пользоваться, нужны квалифицированные люди, а их не будет.

Генная терапия

Решающие достижения молекулярной биологии и генетики в изучении тонкой структуры генов эукариот, их картировании на хромосомах млекопитающих, и прежде всего человека, впечатляющие успехи проекта "Геном человека" в идентификации и клонировании генов, мутации которых приводят к многочисленным наследственным болезням, и, наконец, бурный рост в области биотехнологии и генной инженерии явились необходимыми предпосылками для того, чтобы от опытов на животных и теоретических построений уже в 1989 году предпринять первые попытки лечения моногенных болезней.

Что же такое генная терапия? Подразумевает ли она лечение с помощью гена как лекарственного препарата или только лечение путем коррекции мутантного гена? Эти и многие другие вопросы неминуемо возникают при рассмотрении такого многообещающего, а возможно, и потенциально опасного для человечества направления медицины грядущего XXI века, как генная терапия.

Краткая историческая справка.

Генную терапию на современном этапе можно определить как лечение наследственных, мультифакториальных и ненаследственных (инфекционных) заболеваний путем введения генов в клетки пациентов с целью направленного изменения генных дефектов или придания клеткам новых функций. Первые клинические испытания методов генной терапии были предприняты 22 мая 1989 года с целью генетического маркирования опухоль-инфильтрующих лимфоцитов в случае прогрессирующей меланомы. Первым моногенным наследственным заболеванием, в отношении которого были применены методы генной терапии, оказался наследственный иммуннодефицит, обусловленный мутацией в гене аденозиндезаминазы (ADA ). 14 сентября 1990 года в Бетесде (США) четырехлетней девочке, страдающей этим достаточно редким заболеванием (1 : 100 000), были пересажены ее собственные лимфоциты, предварительно трансформированные вне организма (ex vivo) геном ADA (ген ADA + ген neo + ретровирусный вектор). Лечебный эффект наблюдался в течение нескольких месяцев, после чего процедура была повторена с интервалом 3-5 месяцев. За три года терапии в общей сложности проведены 23 внутривенные трансфузии ADA-трансформированных Т-лимфоцитов без видимых неблагоприятных эффектов. В результате лечения состояние пациентки настолько улучшилось, что она смогла вести нормальный образ жизни и не бояться случайных инфекций. Столь же успешным оказалось и лечение второй пациентки с этим заболеванием. В настоящее время клинические испытания генной терапии этого заболевания проводятся в Италии, Франции, Великобритании и Японии.

В 1997 году число допущенных к клиническим испытаниям протоколов уже составляло 175, более 2000 пациентов приняли участие в их реализации. Большинство таких проектов (около 80%) касаются лечения онкологических заболеваний, а также ВИЧ-инфекции (СПИДа). Вместе с тем и в современных исследованиях по генной терапии необходимо учитывать, что последствия манипулирования генами или рекомбинантными ДНК in vivo изучены недостаточно.

В странах с наиболее продвинутым уровнем исследований в этой области, особенно в США, медицинские протоколы с использованием смысловых последовательностей ДНК подвергаются обязательной экспертизе в соответствующих комитетах и комиссиях. В США таковыми являются Консультативный комитет по рекомбинантным ДНК (Recombinant DNA Advisory Committee, RAC) и Управление по лекарствам и пищевым продуктам (Food and Drug Administration, FDA) с последующим обязательным утверждением проекта директором Национальных институтов здоровья (National Institutes of Health). В Европе такие протоколы составляют и утверждают в соответствии с рекомендациями Европейской рабочей группы по переносу генов и генной терапии (European Working Group on Human Gene Transfer and Therapy).

Методы генетической трансфекции в генной терапии.

Решающим условием успешной генотерапии является обеспечение эффективной доставки, то есть трансфекции (в широком смысле) или трансдукции (при использовании вирусных векторов) чужеродного гена в клетки-мишени, обеспечение длительного функционирования его в этих клетках и создание условий для полноценной работы гена (его экспрессии). Трансфекция может проводиться с использованием чистой ("голой" - naked) ДНК, легированной (встроенной) в соответствующую плазмиду, или комплексированной ДНК (плазмидная ДНК, соединенная с солями, белками (трансферрин), органическими полимерами (DEAE-декстран, полилизин, липосомами или частицами золота), или ДНК в составе вирусных частиц, предварительно лишенных способности к репликации.

Основные методы доставки чужеродных генов в клетки разделяются на химические, физические и биологические. Эффективность трансфекции и интеграционная способность трансдуцированной чужеродной ДНК при различных способах трансфекции в ДНК-клетки мишени. Только вирусные векторы или генетические конструкции, включающие вирусные последовательности, способны к активной трансдукции, а в некоторых случаях и к длительной экспрессии чужеродных генов. Из более 175 уже одобренных протоколов клинических испытаний по генотерапии более 120 предполагают использовать вирусную трансдукцию и около 100 из них основаны на применении ретровирусных векторов.

Обзор данных позволяет прийти к заключению, что, несмотря на усилия многих лабораторий мира, все уже известные и испытанные in vivo и in vitro векторные системы далеки от совершенства. Если проблема доставки чужеродной ДНК in vitro практически решена, а ее доставка в клетки-мишени разных тканей in vivo успешно решается (главным образом путем создания конструкций, несущих рецепторные белки, в том числе и антигены, специфичные для тех или иных тканей), то другие характеристики существующих векторных систем - стабильность интеграции, регулируемая экспрессия, безопасность - все еще нуждаются в серьезных доработках.

Прежде всего это касается стабильности интеграции. До настоящего времени интеграция в геном достигалась только при использовании ретровирусных либо аденоассоциированных векторов. Повысить эффективность стабильной интеграции можно путем совершенствования генных конструкций типа рецептор-опосредованных систем либо путем создания достаточно стабильных эписомных векторов (то есть ДНК-структур, способных к длительной персистенции внутри ядер). В последнее время особое внимание уделяется созданию векторов на базе искусственных хромосом млекопитающих (Mammalian Artificial Chromosomes). Благодаря наличию основных структурных элементов обычных хромосом такие мини-хромосомы длительно удерживаются в клетках и способны нести полноразмерные (геномные) гены и их естественные регуляторные элементы, которые необходимы для правильной работы гена, в нужной ткани и в должное время.