Генная инженерия в медицине – уникальные технологии лечения

Трансплантация органов и тканей — сложный, но весьма эффективный инструмент в борьбе со смертельно опасными заболеваниями. Многочисленные пересадки сердца, печени, почек, продлившие жизни тысяч безнадежных, казалось бы, пациентов, стали вполне штатными операциями. Сегодня хирурги и физиологи стремятся расширить сферу возможностей медицины и вывести трансплантологию на принципиально новый уровень. Так сказать, освоить те области, о которых раньше могли помыслить только писатели-фантасты.

О чем речь?

Что же реально дала человечеству модификация живых организмов на генетическом уровне? По сути, биотехнология или генетическая инженерия (ГИ) — это совокупность методик, позволяющих вычленять отдельные гены из клеток, вводить их в генотип других организмов и получать рекомбинантные (т. е. расщепленные и собранные заново) ДНК и РНК. Более того, расшифровка последовательности аминокислот в белках позволяет искусственно синтезировать необходимые гены из базовых нуклеотидов.

Практическая сложность работы биотехнологов укладывается в обманчиво простой алгоритм. Если внедрить ранее выделенный или «собранный вручную» ген в ДНК живой клетки, она начнет воспроизводить требуемый белок. Это открывает поистине неограниченные возможности.

Хотим мы того или нет, генетическая модификация ненавязчиво, но прочно закрепилась в современной медицине. Ее достаточно широкое распространение объясняется бесценной возможностью перекраивания реалий под свои нужды.

Первый успех ГМО

Последствия такого тяжелого заболевания, как диабет, известны во всем мире. В первую очередь оно поражает сердечно-сосудистую и нервную системы, что влечет за собой угнетение всех функций организма. Ежегодно миллионы людей пополняют печальную статистику заболевших, и единственное, по сути, на что могут положиться диабетики, — это инсулин.

Вплоть до 80-х годов прошлого века препарат производился по технологии 1925 года — путем извлечения гормона из коровьей или свиной поджелудочной железы. Такой способ производства едва покрывал 10% потребностей. Учитывая же современные темпы распространения болезни, он не справился бы со столь массовым спросом на инсулин даже с применением полусинтетических методик. Широкодоступный сейчас препарат стал бы критически дефицитным, если бы не прорыв, совершенный совместными усилиями ученых из НИИ Бекмана и биотехнологической корпорации Genentech. В 1978 году Артур Риггс и Кэйити Итакура при участии Герберта Бойера успешно использовали технологию рекомбинантной ДНК для внедрения гена синтеза человеческого инсулина в геном бактерий — пекарских дрожжей и кишечной палочки. Клетки полученных в результате эксперимента генетически модифицированных бактерий успешно росли, делились и в результате своей незатейливой жизнедеятельности вырабатывали инсулин, идентичный человеческому.

Синтетический человеческий инсулин стал первым одобренным для использования лекарством, полученным путем генной инженерии. По сей день он считается одним из лучших препаратов, поддерживающих жизнь диабетиков по всему миру, а испытанная при его создании технология прочно вошла в обиход фармацевтических предприятий. Уже в 2000 году количество лекарств, полученных аналогичным путем, перевалило за сотню и продолжает расти.

Генные вакцины

В последние десятилетия правительства многих стран дали добро на разработку инновационных вакцин. Причины развязывания рук исследователей на государственном уровне вполне понятны: катастрофическое распространение устойчивых к антибиотикам микроорганизмов, рост числа заболевших теми инфекциями, с которыми раньше удавалось успешно справляться, банальное отсутствие эффективных вакцин против туберкулеза, СПИДа и малярии…

Для борьбы с этой напастью из невидимого невооруженным глазом мира создаются рекомбинантные вакцины. Таким способом уже удалось получить эффективные вакцины против гепатита В и вируса папилломы человека.

Для создания прививок методами генной инженерии из ДНК патогенного организма выделяется ген, кодирующий продукцию вызывающего иммунную реакцию белка, после чего ген встраивается в плазмиду, стабильную молекулу ДНК нейтрального микроорганизма, например дрожжевой бактерии. Готовый антиген вводят в культуру для последующего самокопирования путем клеточного деления, после чего молекулу вновь выделяют, очищают и используют в качестве вакцины. Проще говоря, все эти высокоточные манипуляции позволяют получить белки, безопасные для человека, но при этом вызывающие такой же иммунный ответ, как и болезнетворный гость. Попадая в организм, модифицированная молекула запускает в клетках самого тела синтез чужеродных протеинов, которые могут быть распознаны иммунной системой и нейтрализованы.

К сожалению, большинство подобных препаратов пока еще обладают недостаточной иммуногенностью, но работы по исправлению этого недостатка ведутся неустанно.

Исцеление на генетическом уровне

Следующей ступенью эволюции биотехнологий в медицине стала генотерапия, хоть ее методы пока находятся на стадии экспериментальных разработок. В ее основе лежит будоражащая воображение идея о коррекции наследственных и приобретенных генетических недостатков живого организма.

Важнейшая проблема, препятствующая внедрению генной терапии в медицинскую практику уже сейчас, — обеспечение эффективной трансфекции, доставки генов к клеткам-«мишеням». Наиболее перспективными считаются методики транспортировки встроенной в плазмиду модифицированной ДНК или молекулы в составе неонкогенных вирусных частиц.

Согласитесь, подобные замыслы привычнее видеть на страницах научно-фантастических романов. Тем не менее будущее планирует наступить раньше, чем может показаться.

30 августа 2017 года свершилось историческое событие, которое в ближайшие годы полностью изменит процесс лечения онкологии. Экспертный совет американского Управления по контролю продуктов питания и лекарств (FDA) единогласно одобрил генную терапию острого лимфобластного лейкоза детей и взрослых до 25 лет, разработанную группой ученых из Университета Пенсильвании и компании Novartis. С помощью модифицированного вируса иммунодефицита в собственные Т-лимфоциты пациента внедряется ген, помогающий распознавать и уничтожать злокачественные клетки. Звучит невероятно, но ВИЧ в буквальном смысле «учит» клетки организма бороться с раком!

Правда, успевший снискать славу революционного препарат, выпущенный на рынок под названием Kymriah, еще далеко не совершенен. Из-за ряда опасных побочных действий его можно применять только в клиниках под надзором прошедших специальную подготовку докторов. Хотя тот факт, что во время испытаний у 83% пациентов с острым лейкозом наступила ремиссия, позволяет решиться на этот рискованный шаг с оптимизмом.

В дальнейшем генная терапия сможет применяться для исправления дефектов центральной нервной системы, заболеваний сердца и сосудов, гемофилии, коррекции иммунного ответа (в т. ч. ВИЧ) и даже мутаций генома.

Значение ГИ для медицины

Некоторым гематологическим, кардиологическим, эндокринологическим и противовирусным лекарствам жизненно необходимо максимально соответствовать естественным аналогам в человеческом организме. В этом плане синтетические препараты имеют ряд неоспоримых преимуществ. Во-первых, в отличие от лекарств, получаемых из секреции животных, они аналогичны человеческим по структуре. Во-вторых, генная модификация в фармацевтике позволила отказаться от неподдающегося полной очистке специфического сырья, как, например, гипофизы трупов или моча женщин в менопаузе. И в-третьих, решающим фактором нередко оказывается дешевизна и рациональность производства. Для производства 200 граммов очищенного порошка инсулина необходима 1000 литров питательной среды, населенной генетически модифицированными бактериями, или 6000 коров, из чьих поджелудочных желез посмертно будет извлечен ценный гормон.

Когда вопрос встает таким «ребром», тысячи подопытных животных, принесенных в жертву прогрессу, кажутся меньшим из зол.

Несмотря на заметные, почти что футуристические успехи, медицинская генная инженерия остается областью, которую ученые только начинают осваивать.

По-прежнему остается масса чисто технологических трудностей, не говоря уже о несовершенстве способов преодоления иммунной реакции организма и риска заражения при использовании модифицированных вирусов. Тем не менее маячащие на горизонте светлого будущего перспективы заставляют упорных исследователей без сожаления поступаться принципами и страхами.