Генна інженерія, як метод дослідження впливу змін у геномі людини

виявлення нових можливих шляхів дослідження. Але ще важливіше, що

попереджує нас про небезпеку можливих зловживань досягненнями науки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. ГЕНОТЕРАПІЯ, ЯК МЕТОД  ПОПЕРЕДЖЕННЯ І ЛІКУВАННЯ

    СПАДКОВИХ І ГЕНЕТИЧНИХ ХВОРОБ

 

        Найбільш молодою і привабливою, але поки що не реалізованою

областю застосування генної інженерії в медицині можна вважати терапію

генів. Термін «генна терапія», або «генотерапія» все рішучіше входить в

життя. Статті і книги на дану тему з’являються найбільш частіше. Отже,

ланцюгова реакція почалася і проходить вона з прискоренням . Приблизно

половина відомих спадкових хвороб людини викликана пошкодженням одного

гена, тобто є моногенною. Ця обставина дозволяє сподіватися, що коли буде

створена теорія генної інженерії еукаріот, дослідники зможуть спробувати

лікувати моногенні спадкові захворювання шляхом заміни дефектних генів

нормальними. Генотерапія може бути міцним засобом лікування спадкових

хвороб, продовження довголіття людини. Вперше питання про генотерапію спадкових хвороб поставлене в 1971 році на IV Міжнародному конґресі з генетики людини. Причиною було наступне спостереження. В організмі експериментаторів-онкологів, що працювали з кролячою папеломою   Шопа виявили зниження в крові амінокислоти аргініну. Але проявів хвороби не спостерігалось. Існувала здогадка, що вірус папіломи Шопа містить ген аргінази, який при попаданні в організм починає синтезувати фермент, що прискорює переробку цієї амінокислоти. Але при деяких захворюваннях спостерігається підвищена кількість аргініну в крові. Ось чому була спроба лікувати ці стани введенням вірусу папіломи Шопа. Спроби були безуспішними. Але тому, що, як

виявилося пізніше, в складі вірусного генома немає гену аргінази.

Причини для використання генної терапії до середини 70-х років

накопичувалося все більше і більше. Це і одержання ізольованих генів, і

включення їх в геном людини, і успішна гібридизація клітин, і спрямований

хімічний мутагенез. Принципова схема етіологічного лікування поки що

орієнтована на хвороби, що викликані мутацією одному гені і

супроводжуються відсутністю життєдіяльності гена.

Вимог до генотерапії багато. Якщо вводити генетичний матеріал в

організм, то потрібно бути впевненим, що він досягне потрібних клітин.

Сучасна генотерапія повинна досягнути того, щоб вмонтовування здорового

гена в генотип організму мало місце поза тілом. Для цього потрібно отримати

відповідні клітини з організму, опрацювати їх в лабораторії і повернути

пацієнту. Поки що таким чином можна маніпулювати тільки з двома типами

клітин: кісткового мозку та шкіри.

       Ось які обмеження і вимоги обережності існують при відборі хвороб для

проведення генотерапії - її можна здійснити, якщо:

1. Хвороба загрожує життю і невиліковна без генотерапії;

2. Ушкоджені хворобою орган, тканини і клітини ідентифіковані;

3. Нормальний алель дефектного  гена ізольваний і клонований;

4. Нормальний ген буде  введений в суттєву частину  клітин з ушкодженої

тканини, або введення гена доступне в таку тканину мішень, як кістковий

мозок і при цьому введення гена буде змінювати процес хвороби в

ушкодженій тканині;

5. Введений ген буде  функціонувати адекватно;

6. Генно-інженерні методики  застосовуються для уточнення  безпеки

процедури .

       В широкому розумінні терапія включає в себе як попередження, так і

лікування генетичних хвороб шляхом пренатальної діагностики.Про це вже

говорилося, тому зупинимося на проблемі лікування. З генно-інженерних

позицій терапія генетичних захворювань   пропонує введення в генетичний

апарат людини, що містить пошкоджений ген, нормальної генетичної

інформації. Ця операція може бути проведена з заплідненою яйцеклітиною з

наступною пересадкою її так званої прийомною матір’ю, щоб введена

генетична інформація успадковувалася. Однак при цьому виникає така

кількість проблем, що говорити про реальність використання цього підходу в

медицині поки що рано.

       Генотерапія через соматичні клітини - це поки що єдиний метод, який

може застосовуватися на людині. Включення одинарного гена в соматичні

клітини індивіду з загрозливою життю спадковою хворобою визначається

єдиною метою - виключити клітинні наслідки хвороби. Включений в клітини

ген не передається в майбутні покоління. В цьому випадку питання безпеки

вирішується так, як і при застосуванні нових ліків.

Поряд з генною терапією важких хвороб може бути поставлене питання

про генетичну інженерію, що покращує стан хворого. Мета цього – не

лікування хвороби, а корекція специфічних характеристик в бажаному

напрямку. Наприклад, мова може йти про включення гормона росту для

підвищення росту індивіда. Ризик такої процедури може бути значним. Вчені

знають дуже мало про комплексні зворотні механізми, які контролюють

біохімічні реакції в тілі. Дисбаланс, викликаний штучним збільшенням

кількості генного продукту, може мати непередбачені ефекти. В цей же час

ефект підвищення росту може бути досягнутий шляхом введення гормону

росту. У випадку необхідності можна перервати введення препарату. Якщо ген

введений додатково, то повернути його неможливо.

       У 1980 році група американських генетиків вирішила почати лікування

хворих талассемією шляхом введення двом пацієнтам клітин з ніби-то

вмонтованим геном глобіну. Ця спроба була безуспішною.

Стан справ у 1984 році було розглянуто у Френч Андерсона. Необхідно

чітко розрізняти дві цілі генотерапії - корекцію генетичних дефектів в

соматичних клітинах і корекцію в зародкових клітинах або на ранніх стадіях

розвитку зиготи. Дотепер перша ціль не викликала сумнівів, тоді як другу

більшість дослідників або відкидають, або ставляться до неї скептично.

Однак соматичну генну терапію слід застосовувати тільки при певних

умовах. Їх можна розглянути під трьома пунктами: доставка,   експресія і

засоби безпеки.

       В наш час єдиними клітинами людини, які можна використовувати для

перенесення генів, є клітини кісткового мозку або фібробласти. Інші клітини

неможливо отримати з тіла і використати в культурі для того, щоб перенести

ген і знову ввести його пацієнту. Для перенесення клонованих генів в такі

клітини існує чотири методи:

а) вірусний (за допомогою РНК - ретровірусів і

ДНК - вірусів);

 б) хімічний (за допомогою  фосфату кальцію);

 в) метод злиття

(за допомогою злиття  клітин з ДНК ліпосомами, тінями  еритроцитів або

протоплазми);

 г) фізичний (за допомогою мікроін’єкцій або електропорації).

  

       На сьогодні найбільш перспективним є перенесення, по’язане з

використанням ретровірусів. Ген спадковості до неоміоцину вводили в кровотворні клітини дорослих мишей і людський ген ферменту гіпоксантин-гуанін- фосфорибозинтрансферази (HPRT) переносили і активували в клітинах з

недостатністю цього ферменту. Експеримент дає надію на можливість

генотерапії при синдромі Леша-Найхана. Всі інші спроби лікування цієї

хвороби не ефективні, тому що HPRT працює за принципом «завжди

включений», навіть невелика кількість продукуючого ферменту могла б дати

покращення. З іншого боку, є сумніви в тому, що введення генів HPRT в

клітини кісткового мозку можна буде вплинути на порушення поведінки при

цьому синдромі, визнані недостатністю ферменту в клітинах головного мозку.

Це могло б відбуватися in vitro і покращувати роботу нервових клітин. Ще

кращим кандидатом для генної терапії є недостатність аденозиндезамінази, що

призводить до дефектів імунної системи.

Було доведено, що цю хворобу можна лікувати шляхом пересадки

кісткового мозку. Отже, терапія гену заключається в одержані від пацієнта

кісткового мозку, введені в його клітини нормального гену і повернення мозку

з новими генами до пацієнта.

       Щоб застосувати на практиці методи генної інженерії потрібно бути

впевненими в їх безпеці. Наприклад, людські онкогени за структурою

гомологічні ретровірусам. При зараженні таким вірусом потрібно мати

гарантії безпеки. Існують небезпеки, пов’язані з іншими системами

перенесення. Знешкодити їх можуть експерименти, що проводяться на

декількох рівнях - на клітинах кісткового мозку людини in vitro і на мишах і

приматах in   vitro.

       В національному онкологічному інституті США 22 травня 1989 року

почалися клінічні дослідження генноінженерних методів лікування пухлин.

Перший етап роботи полягає в тому, щоб визначити, яка кількість

лімфоцитів, підлягає генній обробці, проникає в пухлинну тканину.

Лімфоцити «помітили», вводячи в них генстійкості до антибіотика -

неоміоцину. Хворим вводять лімфоцити з цим геном. Потім беруть зразки

крові і біопсію кусочків пухлини і обробляють їх неоміоцином. У зразках, що

вивчаються, гинуть лімфоцити пацієнта, а залишаються живими тільки

«генноінженерні». Другий етап - введення інших «генноінженерних» лімфоцитів, в геном яких будуть включені такі протипухлинні гени, як інтерлейнін-2, інтерферон, фактор некрозу пухлин. Життя покаже, чи буде цей метод ефективним .

       Розробляються підходи до лікування генетично обумовленого

захворювання - діабету. Лікування діабету генетичним втручанням можна

вирішити двояко. Перша можливість: викликати синтез інсуліну в інших

суміжних клітинах підшлункової залози шляхом активації гена,

відповідального за синтез інсуліну, певними біологічно активними

речовинами (гормонами). Є можливість включення таких генів у відповідних

клітинах підшлункової залози на одній з ембріональних стадій розвитку

організму. Друга можливість: ввести у клітину ген або групу генів, в яких

закодований синтез інсуліну, використовуючи при цьому вірус, що не

шкідливий для клітини .На думку медичних генетиків метод генної терапії не слід в майбутньому застосовувати до запліднених яйцеклітин людини. Небезпека

дуже велика. Крім цього існують інші способи досягнення цієї мети. Важливо

те, що для генної терапії немає медичних показників більшість метаболічних

захворювань успадковується по рецесивному типу. Співвідношення між

хворими і здоровими дітьми гетерозиготної пари складає 1:3. Звичайно,

яйцеклітину одразу після запліднення (in vitro) можна було б обробити. Але

спочатку потрібно встановити гомозиготність мутантного алеля. Оскільки

гени ще не активні це потрібно виконати на рівні ДНК. Однак, клітина не

переживе діагностичної процедури, коли не розділиться на дві: тоді з одного

проводить діагностика, а інша зберігається для перенесення гена.

       При цьому виникають наступні проблеми:

1. Як діагностувати - чи  є патологічний генотип в заплідненій  яйцеклітині?

Чи потрібно експериментувати усі яйцеклітини?

2. Як   здійснювати «вмонтовування»  гена в запліднене яйце? Ін’єкція дає

високий процент помилок.

3. Відсутність контролю  по відношенню включення гена. Це питання

виникає і при генній терапії через соматичні клітини, але при умові всіх

пошкоджених клітин випадкове включення нової ділянки ДНК спостерігається

частіше.

4. В деяких випадках  не може бути питання генної  терапії і не дивлячись

на досягнуті успіхи симптоматичного і патогенетичного лікування спадкових

хвороб, питання про можливість їх етіологічного лікування не повинне