Было бы странно, если бы проблемой СПИДа не заинтересовались генные инженеры. Так называют ученых, которые занимаются выделением генов, их синтезом, искусственным конструированием таких молекул ДНК, которые никогда не существовали в природе. Создаваемые ими «конструкты» получили название рекомбинантных. Уже свыше 20 лет генные инженеры активно участвуют в решении разнообразных медицинских проблем. B молекулярной биологии и медицине появилось даже новое направление — генная терапия. Суть генной терапии заключается в исправлении ошибок генетического аппарата клеток с помощью искусственно сконструированных рекомбинантных молекул ДНК. Когда в клетках нарушена нормальная функция того или иного гена, проблему можно решить, внеся в клетку полноценный ген, способный компенсировать недостающую функцию. Но это лишь одно из направлений генной терапии. Другое, не менее важное, связано с тем, что часто болезнь вызывается избыточной работой собственных генов клетки или генов, привнесенных извне бактериями и вирусами. B такой ситуации генному инженеру (теперь уже вернее сказать, генному терапевту) следует озаботиться, чтобы эту излишнюю функцию подавить. При СПИДе требуется именно такая стратегия. Нужно предотвратить появление в клетке новых вирусных белков или помешать вирусу входить в клетку. И генные терапевты пытаются это сделать с помощью своих подходов. Рассмотрим вкратце, в чем состоит суть этих подходов, которые уже реально существуют и испытаны на модельных системах, но которые, к сожалению, пока еще не внедрены в практическую медицину. Сегодня они, наряду с вакциной, — наша основная надежда на будущее.
Антисмысловые молекулы
Один из относительно новых подходов заключается в создании и использовании так называемых противо-ВИЧ-антисмысловых конструкций (вещества, повторяющие генетический код ВИЧ «с точностью до наоборот», как негатив фотографии), которые способны блокировать жизнедеятельность вируса. Раз вирус вносит чужеродную информацию, «лжепрограмму», следует ответить ложью на ложь, создав помехи для работы этой программы.
Суть этого подхода заключается в следующем. Хорошо известно, что молекула ДНК построена из двух комплементарных нитей, т. е. она двунитевая. Обычно лишь одна ее нить кодирует однонитевую матричную РНК (мРНК), в которой вместо нуклеотида Т вставляется нуклеотид У. По этой причине одна цепь ДНК называется смысловой (т. е. кодирующей белок), а вторая — антисмысловой (ничего не кодирующей). Чтобы образовалась смысловая мРНК, синтез ее должен происходить с комплементарной антисмысловой нити ДНК. Затем на мРНК, как на матрице, синтезируется соответствующий белок (рис. 31 А). РНК, синтезированная на смысловой нити ДНК, будет антисмысловой (рис. 31 Б). Если в клетке одновременно будут присутствовать смысловая мРНК и антисмысловая РНК, то в силу комплементарности эти две РНК способны образовать между собой дуплекс (двунитевую молекулу). А такой дуплекс не в состоянии транслироваться (для трансляции нужна только одна нить), и, следовательно, синтез белка на мРНК не будет происходить.
Для подавления работы того или иного вирусного гена обычно с помощью генной инженерии конструируют искусственный ген (назовем его условно Анти-ГЕН), на котором молекула РНК синтезируется не с той цепи, как положено, а с противоположной (рис. 31 Б). На таком гене образуется РНК, которая является антисмысловой (т. е. комплементарной) мРНК. В силу существующей комплементарности вирусная РНК и искусственная антисмысловая РНК образуют в клетке комплекс, состоящий из двух связанных между собой цепей РНК. Вхождение вирусной РНК в такой комплекс должно препятствовать ее нормальной работе в рибосоме. Она теряет способность обеспечивать синтез того белка, который кодирует. Другими словами, РНК есть, а белка нет. В результате определенные вирусные белки не синтезируются в клетке, и без них вирус теряет способность размножаться и создавать новые вирусные частицы.
В качестве мишений для действия антисмысловых РНК уже испытаны как различные вирусные гены, так и некоторые клеточные гены, «помогающие» вирусу размножаться. В частности, хорошей мишенью оказался ген, кодирующий белок-рецептор CCR5, подавление которого препятствует проникновению вируса в клетку. Анти-ВИЧ-активность присуща и антисмысловой РНК для гена циклофолина А, продукт которого не важен для жизни клетки, но который очень важен для размножения вируса. Возможности использования такого приема для подавления репликации ВИЧ уже показаны на различных простых системах (в частности, в культуре клеток, инфицированных ВИЧ). Не исключено, что по мере совершенствования противо-ВИЧ-антисмысловых конструкций они найдут применения в лечебной практике.
Рис. 31. Применение антисмысловых молекул РНК основано на их способности образовывать двунитевые гибриды (дуплексы) с мРНК и этим препятствовать их трансляции, т. е. образованию белка (А). Ген (участок ДНК, кодирующий белок) состоит из двух комплементарных цепей ДНК (смысловой и антисмысловой) (Б). В ядре клетки транскрибируется антисмысловая цепь, в результате чего образуется комплементарная ей смысловая матричная РНК (мРНК). На ней в результате трансляции синтезируется кодируемый геном белок. Если искусственно сконструировать такой ген (Анти-ГЕН), у которого происходит транскрипция не антисмысловой, а смысловой цепи, то при одновременной работе гена и Анти-ГЕНа образующиеся в клетке мРНК и антисмысловая РНК в силу комплементарности должны формировать двуцепочечные структуры (дуплексы) (В). Находясь в составе дуплекса, мРНК не способна к трансляции, т. е. к синтезу белка, который она кодирует. В результате этого соответствующий белок не образуется в клетке. Если антисмысловая РНК направлена на вирусную мРНК, то синтез этого белка не происходит и ВИЧ не может размножаться
Рибозимы
На модельных системах уже опробован и другой вариант подавления ВИЧ-инфекции. Для этой цели используется необычное свойство некоторых молекул РНК — их способность разрушать другие виды РНК. Американцы Т. Чех и С. Альтман за это открытие получили в 1989 г. Нобелевскую премию. И было за что. Ведь до этого считалось, что все биохимические реакции в организме происходят с необходимыми для обеспечения жизни скоростями благодаря высокоэффективным специфическим катализаторам, которыми служат только белки, называемые ферментами. И тут совершенно неожиданно сообщается о существовании в природе некоторых видов РНК, которые подобно белкам обладают высокоспецифической каталитической активностью. После того как стало известно, что определенные РНК обладают ферментативной активностью, их стали называть рибозимами. Рибозимы содержат внутри себя все те же антисмысловые участки, но, кроме того, и участки, осуществляющие ферментативную реакцию. То есть они не просто присоединяются с мРНК, а еще и разрезают ее. Суть приема подавления ВИЧ-инфекции с помощью рибозимов изображена на рис. 32. Присоединяясь к комплементарной РНК-мишени, рибозим расщепляет эту РНК, результатом чего является прекращение синтеза белка, кодируемого РНК-мишенью. Если такой мишенью для рибозима будет вирусная РНК, то рибозим ее «испортит», и соответствующий вирусный белок образовываться не будет. А в результате вирус прекратит свое размножение в клетке. Такой подход в равной мере применим и к некоторым другим патологиям человека, например для лечения рака.
