«А ещё интересно, каким образом доставляются нужные кусочки ДНК к месту встраивания? Как это всё работает уже в организме? Если я захочу вписать эпизод с лечением в произведение, то что это будет? Аэрозоль с вирусами? Инъекция наноботов? Как часто? И сколько времени повреждённые ДНК будут лататься?»
(Т. Яланский)
Напоминаю, что в прошлой публикации я не полностью ответила на вопрос Тима, а коснулась лишь принципа молекулярных ножниц, то есть, ответила на вопрос, как вставить нужный кусочек генетической информации в строго определённое место. Вопрос же касался прежде всего способов доставки информации в организм.
И вот тут мне повезло найти очень симпатичный обзор в журнале «Онкология». Оставалось лишь внимательно его прочитать и изготовить «лайт-версию». Тех же, кому пересказа покажется мало, я отсылаю к первоисточнику: Безбородова О.А., Немцова Е.Р., Якубовская Р.И., Каприн А.Д. «Генная терапия — новое направление в медицине» (Онкология. Журнал им. П.А. Герцена. 2016;5(2): 64‑72)
История генной терапии началась с того же, с чего началась и история редактирования генома и получения генно-модифицированных организмов. В 1972 году в США Стэнли Коэн и Герберт Бойер обнаружили, что бактерии могут передавать друг другу плазмиды — небольшие закольцованные фрагменты ДНК. Два года спустя появилась первая в мире биотехнологическая компания «Genetech», где выращивали новые бактериальные культуры с чужими генами.
В 1976 г. в Университете Пенсильвания, США, Уильям Андерсон предложил использование вирусов в качестве носителей ДНК. В 1990 г. он же в клинике Университета Пенсильвания ввел больной Ашанти ДеСильва с синдромом комбинированного иммунодефицита (СКИД) ее собственные лимфоциты, которые перед этим генетически модифицировали. Для излечения больной потребовались двадцать три внутривенных вливания изменённых лимфоцитов. Лечение заняло три года.
Сейчас в мире уже проведено и продолжает проводиться более 2210 клинических испытаний по генной терапии. Наибольшее число их приходится на Америку (63,9%) и некоторые страны Европы. Больше половины исследований касаются лечения онкологических заболеваний, ещё примерно четверть — сердечно-сосудистых заболеваний, инфекционных и связанных с мутациями в каком-либо одном гене.
Для того чтобы терапевтический ген работал как надо, недостаточно собственно «записи» о структуре нужного белка. Нужны ещё вспомогательные участки ДНК — промоторы. Эти участки указывают, как часто требуется считывать информацию о белке (то есть, сколько его нужно получить) и, главное, где именно, в каких клетках и тканях организма это будет происходить.
Например, при лечении сердечно-сосудистых заболеваний используют промоторы, которые обеспечивают считывание информации с трансгена преимущественно в миокарде (сердечной мышце). Есть специальные промоторы и даже целые системы промоторов, используемых при лечении различных онкологических заболеваний: при раке лёгкого, предстательной железы, молочной железы, печени — всего не перечесть.
Как же доставить полученную конструкцию в организм?
Это делается двумя путями. Можно ввести в организм либо «голую» ДНК в виде плазмиды, либо использовать вектор — «переносчик» вирусной или невирусной природы.
Доставка плазмиды — проще всего. Это можно сделать, например, путём прямой инъекции. Можно поступить и хитрее: например, поместить клетки в чашку Петри и обработать их с помощью генной пушки частицами металлов (сейчас это золото или серебро), покрытых плазмидными ДНК. Для повышения проницаемости мембран клеток используют электрические разряды, ультразвук или гидродинамический удар.
Всё это относительно просто, доступно, легко поддаётся стандартизации, полученный высокоочищенный материал стабилен и хорошо хранится — но… Но не очень надёжно (давайте остановимся на этом расплывчатом утверждении, чтобы не лезть в дебри и кущи).
Поэтому больше восьмидесяти процентов всех разработок связаны с использованием векторов (переносчиков) — вирусных либо химических.
Когда мы говорим о векторах вирусной природы — надо обязательно помнить: живые, полные вирусные частицы никогда не используются. Сперва вирусы подвергаются изменениям, лишающим их способности размножаться в клетках человека. Зато такие векторы гораздо лучше связываются с искомыми клетками.
Чаще всего используют векторы на основе аденовирусов и ретровирусов.
Вирусные векторы хорошо изучены, эффективны, для их получения есть коммерческие клеточные линии. Векторы на основе аденовируса не встраиваются в геном клетки, и это уменьшает риск появления мутаций, ведь они могут быть спровоцированы внедрением вируса в геном. При этом, благодаря специфическим промоторам, гены, введенные с помощью таких векторов, всё равно работают по большей части именно в целевых клетках.
Ретровирусные векторы встраивают гены в геном хозяина. Результат лечения оказывается гораздо стабильнее, хотя, с другой стороны, и риск мутагенеза оказывается выше.
Ну а ещё при использовании вирусных векторов можно получить иммунный ответ организма. Эта проблема решаемая: при разработке векторов стараются полностью очистить их от тех частей вирусного генома, которые могли бы вызвать такой ответ.
Сейчас на долю векторов вирусной природы приходится от двух третей до трёх четвертей всех клинических испытаний.
А что такое невирусные векторы? Это такая обманка для клетки: искусственные комплексы из липидов и других веществ, которые имитируют поверхность вируса и могут связываться с рецепторами, находящимися на поверхности клеток. Комплексы проникают в клетку примерно так же, как еда попадает в амёбу: мембрана клетки образует впячивание, комплекс оказывается в небольшом мембранном пузырьке, а уже потом высвобождается и проникает в ядро клетки.
Ну и, наконец, когда и где эти векторы проникают в клетку? Одно из двух. Либо стволовые клетки пациента, полученные из крови или других тканей, обрабатываются ими вне организма и затем трансплантируются обратно, либо, наоборот, генетический материал доставляется в организм путём внутривенного введения, а иногда — внутримышечного либо подкожного введения. Можно даже в виде капелек в нос! Всё зависит от того, где в конце концов должен оказаться этот генетический материал. Вот, например, при лечении сердечно-сосудистых заболеваний делают прямые игольные инъекции в миокард, а при лечении болезней печени — в печёночную артерию. Ну и уже потом эта искусственная конструкция проникает в клетки.
Сейчас есть и готовые, уже разрешенные в ряде стран препараты, предназначенные для генной терапии. На текущий момент их зарегистрировано три, но в разработке и на стадии испытаний находятся уже сотни препаратов.
— Как бы то ни было, Никки… завтра мы с тобой поедем в Солстис, чтобы посетить там клинику. Мы никогда тебе об этом не говорили, но у тебя такая болезнь, которая называется дистрофия Форзонна.
— А что это? — На рожице мальчика появилось недоуменное выражение.
— Это нарушение, при котором с возрастом твое тело перестает вырабатывать протеины нужной кондиции, чтобы выполнять положенную им работу. Сейчас доктора могут ввести тебе ретрогены, правильно производящие протеин, чтобы исправить нарушение. Ты еще слишком молод, чтобы проявились симптомы, и если это полечить, то они никогда и не появятся. <…>— Катриона сухо отметила про себя, как ловко сумела избежать жуткого слова «мутация».
(Л. М. Буджолд. Комарра)
Здесь неловкий перевод: "протеины нужной кондиции" звучит так себе; лучше было бы сказать — "белки нужной формы", "белки правильной структуры". Тем не менее: дистрофия Форзонна из «Комарры» — вероятно, результат точечной мутации, а метод лечения заключается в том, что вектор, изготовленный на основе ретровируса, доставляет в клетки «правильный» вариант гена, который затем встраивается в ядерную ДНК.
Роман «Комарра» был написан в 1998 году, двадцать пять лет назад. Лечение с помощью вирусоподобных носителей ДНК уже существовало, но тогда генная терапия всё же была гораздо менее известна, чем сейчас. И тогда ещё не использовали для редактирования ДНК "принцип молекулярных ножниц" - систему CRISPR/Cas. Впрочем, и сейчас всё, что относится к генной терапии, — это передовой край науки.
©Татьяна Виноградова для Синего Сайта
Не пропустите новые публикации, подписывайтесь на наш канал, оставляйте отзывы, ставьте палец вверх – вместе интереснее! Приносите своё творчество на Синий Сайт! Самые интересные работы познают Дзен!
#синий сайт #полезно для авторов #литература #биология
