Как работает генетическая терапия?
Ученые ищут пути воздействия на ген с мутацией, приводящий к возникновению заболевания. В большинстве случаев идея заключается в замещении патологического гена или недостаточности его работы. Для этого проводятся попытки доставить в клетку нормальных (правильных) фрагментов нуклеиновых кислот и включить их в копирование. Обычно используются модифицированные вирусы, способные проникать в клетки человека и размножаться в них. Возможно, вирус сможет доставить в клетку нужный участок ДНК, благодаря которому будет производиться нужный белок.
Генетическая терапия может быть применима к заболеваниям, в которых основную роль играют гены, активные после рождения. Некоторые проявления генов могут быть завершенными к моменту обращения пациента за генетической терапией или произошедшими во время формирования органа или ткани. Например, патология перекреста зрительных путей и макулярной области при альбинизме происходит внутриутробно, и вряд ли это можно будет изменить в будущем у родившегося человека с помощью генетической терапии. В то же время при некоторых типах альбинизма будет возможным увеличить количество пигмента в клетках, что облегчит течение заболевания.
Например, формирование радужки, зрительного нерва, макулярной области при врожденной аниридии обусловлено тем, что ген PAX6 при внутриутробном развитии работал не в полной мере (необходимо два гена PAX6, а у пациентов с врожденной аниридией нормально работающий только один). Однако недостаточность гена PAX6 проявляется и после рождения нарушением формирования эпителия роговицы, катарактой, глаукомой. Поскольку активность гена необходима и продолжается после рождения, на нее можно воздействовать при помощи генетической терапии (и такие попытки уже есть).
Основные возможные пути приложения генетической терапии такие:
• замена гена с мутацией нормальным;
• инактивация мутированного гена, работающего неправильно;
• внесение нового гена, который поможет бороться с заболеванием.
Генетическая терапия призвана внести генетический материал в клетку, чтобы компенсировать работу патологических генов (или ее отсутствие), и в итоге получить нормальный белок. Если ген, содержащий мутацию, кодирует неправильный белок или синтез белка вообще блокируется, генетическая терапия позволяет внести нормальный ген, который будет правильно функционировать и вести к синтезу белка.
Если просто ввести ген в клетку, он не будет работать. Необходимо использовать векторы – специальные вирусы – переносчики генов.
Некоторые вирусы часто выступают векторами, потому что могут доставить нужный ген в клетку. Вирусы генетически изменяются так, что не могут вызвать заболевание у человека. Некоторые типы вирусов, такие как ретровирусы, интегрируют свой генетический материал (включая нужный ген) в генетический материал человека. Другие вирусы (аденовирусы) доставляют свою ДНК в ядро клетки, но их ДНК не интегрируется в хромосомы человека.
Вектор может быть введен внутривенно или напрямую в нужную ткань. Возможно, некоторые клетки человека можно будет на время забирать для обработки вектором, а затем возвращать их в тело человека.
Исследователи должны решить множество задач, прежде чем генетическая терапия может быть технически применима для лечения заболеваний. Например, необходимо найти лучший путь для доставки гена к определенным тканям и быть уверенным, что экспрессия нового гена адекватна необходимости.
Иммунитет бактерий и генетическая терапия
Мы немного отвлечемся непосредственно от генетической терапии и углубимся в физиологию бактерий. Бактерии – это простые одноклеточные организмы, не имеющие хромосом, их генетический материал меньше клетки человека. Бактерии живут в воздухе, воде, почве и появились на Земле намного раньше, чем все животные и растения.
Бактерии, как и люди, могут подвергаться вирусным заболеваниям. Есть вирусы, опасные для бактерий, – у них нет такой иммунной системы, как у человека, в иммунном ответе которого задействовано много клеток. Бактерия – сама по себе цельный и законченный одноклеточный организм с иммунной системой. И она имеет отношение к методам генной терапии.
В конце 1980-х годов в одном из видов бактерий ученые обнаружили повторяющиеся участки генома, которые ничего не кодировали. У бактерии генетический материал намного компактнее, чем у нас, и бессмысленная протяженность ДНК не может не вызывать вопросов. Между повторяющимися участками располагались и отличающиеся друг от друга. Позднее они были обнаружены и у других бактерий. Сравнивая эти участки с открытыми, ученые пришли к выводу, что это участки генома различных вирусов, которые могут атаковать бактерии и вредить им.
Такие повторяющиеся участки были названы CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats – короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами). Позднее рядом с ними были найдены гены, названные Cas-генами (CRISPR associated genes). Они кодируют белки, определяющие, что в клетку проник вирус, сравнивают его с последовательностью, которая находится между повторяющимися участками генома, и, если они идентичны, уничтожают ДНК вторгшегося вируса. Так устроен противовирусный иммунитет бактерий.
Существует несколько механизмов того, как Cas-белки взаимодействуют и уничтожают вторгшиеся вирусы. Их еще предстоит изучить. Тем не менее некоторые из них уже изучены настолько, что могут применяться в генной терапии.
Белок Cas9 разрезает ДНК вируса в нужном месте, узнавая его по 20–30 нуклеотидам. Можно запрограммировать всю систему так, что она будет делать разрез там, где необходимо. Тридцать нуклеотидов – это уникальная последовательность, позволяющая использовать молекулярный скальпель с высокой точностью. Такая точность позволяет проводить «разрез» ДНК именно в заданном месте, где есть определенная последовательность нуклеотидов, удалять участок, который ведет к проявлению заболевания и вставлять нужный участок. В настоящее время это один из вариантов работы генной терапии будущего.
Можно ли использовать генетическую терапию прямо сейчас?
Генетическая терапия применяется лишь при очень немногих заболеваниях. Большинство методов находятся в состоянии разработки и совершенствования. В настоящее время в мире проводятся сотни исследований для изучения применения генной терапии в лечении генетических заболеваний, рака, ВИЧ-инфекции.
Какие этические или юридические вопросы есть в использовании генетической терапии?
Современная генетическая терапия направлена на лечение состоявшегося организма. Чтобы предотвратить заболевание у будущих поколений, необходимо воздействовать на половые клетки. Поскольку отдаленные последствия такой терапии до конца не известны, невозможно принять решение за судьбу человека, который только будет рожден. Исследования генетической терапии, направленные на будущие поколения людей, в США, например, по закону не могут финансироваться из бюджетных средств.
