Категории

Генная инженерия: торжество науки

Медицинский портал Ru-med / Медицинские статьи /  Новые технологии в медицине

Опубликовано: 14 мая 2012 г.  Просмотров: 1546

Греческие философы V века справедливо полагали, что раз дети похожи на родителей, значит, оба пола вносят определенный вклад в формирование потомства. Под этим вкладом подразумевались некие материальные начала, сконцентрированные в мужском и женском «семени». Демокрит представлял их в виде частиц, размер, форма и строение которых предопределяют свойства потомков. Обнаружить эти «частицы» удалось лишь через полтора тысячелетия. На сегодняшний день ученые не только выяснили, как хранимая ими информация передается от поколения к поколению, но и научились изменять ее.

На заседаниях Общества естествоиспытателей в Брюнне (ныне город Брно) 8 февраля и 8 марта 1865 года Грегор Мендель докладывал о результатах опытов по скрещиванию гороха Pisum sativum, которые он проводил в садике августинского монастыря святого Томаша. Доклады были встречены более чем прохладно, ученые мужи не задали Менделю ни одного вопроса, однако решили опубликовать полученные им результаты. «Труды Общества естествоиспытателей в Брюнне» были разосланы в 120 библиотек. В 117 из них страницы с материалами упомянутых докладов даже не были разрезаны. В те времена никто и не подозревал о зарождении новой науки, имя которой — генетика.

Опыты «ботанического математика», как шутливо называли Менделя, доказали: существуют «биологические программы», которые определяют признаки организмов и управляют их жизнедеятельностью; эти программы передаются по наследству — от родителей к потомкам. Перед учеными встала задача выяснить, где хранятся и как запускаются эти программы.

Молекулы-руководители

Наиболее крупные и сложные молекулы, которые можно обнаружить в живых организмах, являются молекулами нуклеиновых кислот. Эти соединения были открыты в конце XIX века швейцарским биохимиком Фридрихом Мишером. Исследуя спермии — мужские половые клетки растений, он обнаружил вещества кислотной природы, связанные с белками ядра. От латинского слова nucleus (ядро) они и получили свое название. К удивлению химиков и биологов, оказалось, что несмотря на многообразие живых организмов (будь то вирус, растение, животное или человек) их нуклеиновые кислоты очень похожи. Экспериментальные данные говорили о том, что именно эти молекулы осуществляют первичный контроль над важнейшими процессами жизнедеятельности организма.

Нуклеиновые кислоты строятся из небольшого набора мелких молекул, соединенных химическими связями. Молекула нуклеиновой кислоты представляет собой длинную цепь, состоящую из нуклеотидов четырех видов. Нуклеотиды — это строительные блоки, которые могут располагаться в молекуле множеством способов, подобно тому как красные, синие, зеленые и желтые бусины можно в разном порядке нанизать на нитку. Считается, что живые организмы различаются по количеству и порядку расположения нуклеотидов в нуклеиновых кислотах. Именно эти различия и определяют все разнообразие живых существ на Земле!

Ключ к разгадке

Биологи надеялись, что, построив модели нуклеиновых кислот, они смогут понять, каким образом эти молекулы создают свои копии — те самые, что передаются от родителей потомкам. Существует два вида нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК). С передачей наследственной информации, то есть «биологических программ» развития, ученые связывали молекулу ДНК.

Ключ к тайне ДНК удалось подобрать Джеймсу Д. Уотсону и Френсису Х. С. Крику, британским биохимикам из Кембриджского университета. Уотсон и Крик описывали свое открытие так: «Мы хотим предложить структуру соли дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Эта структура обладает весьма необычными свойствами, представляющими большой биологический интерес… Она образована двумя спиральными цепочками, закрученными вокруг общей оси… В длинной молекуле возможно неограниченное число перестановок, и нам кажется вполне вероятным, что точная последовательность оснований содержит в закодированном виде генетическую информацию».

Согласно этой модели, молекула ДНК напоминает лестницу. Представьте себе весьма неудобную лестницу с гибкими перилами. Ее нижняя часть жестко закреплена и двигаться не может. Закручивая лестницу вверх, мы получаем двойную спираль. Ступеньки лестницы — пара нуклеотидов. Посредине этих ступенек проходит застежка-молния — слабые водородные связи, скрепляющие между собой нуклеотиды. При «расстегивании» спирали к отдельным ее нуклеотидам присоединяются другие, соответствующие именно этим участкам ДНК. Так происходит самоудвоение молекулы ДНК. Этот механизм объясняет, почему структура и свойства ДНК в однотипных клетках остаются постоянными от поколения к поколению.

Таким образом, ученые выяснили, какая клеточная структура является носителем «биологических программ», каким образом живой организм может получить их от своих родителей и передать потомкам. Следующим шагом стало изыскание возможности управлять информацией, которую заключают в себе нуклеиновые кислоты. Так появилась генная инженерия.

Триумфальное шествие

Отсчет своей истории генная инженерия, по мнению зарубежных авторов, ведет с семидесятых годов прошлого века. В 1973 году американские ученые Стэнли Коэн и Герберт Бойер показали, как можно, объединив элементы нуклеиновых кислот разных организмов, получить новую генетическую структуру. Дело это не простое. Не каждая клетка захочет принять «чужака» — фрагмент молекулы ДНК другого организма. Например, из тысячи клеток кишечной палочки только одна проявляет «гостеприимство». Природа словно защищает генетический набор, хорошо отлаженный в процессе эволюции. Но человек настойчиво ищет — и находит — способы «поселить гостя». Ну а дальше дело за малым: заставить новую ДНК работать.

В 1978 г. калифорнийским ученым удалось выделить участки ДНК, кодирующие человеческий инсулин, и присоединить их к ДНК обычной кишечной палочки (Escherichia coli). Преобразованные бактериальные клетки заработали как самые настоящие фабрики по производству человеческого инсулина, столь необходимого диабетикам. Сегодня этим никого не удивишь, но в те времена воображение фантастов будоражили замысловатые сюжеты. Полчища удивительных микробов поставлены на службу человеку: они уничтожают разлившуюся нефть, вытесняют химические удобрения; человек создает новые виды животных и растений.

Подобные мечты о роге изобилия ХХ века усиленно подпитывались всевозможными публикациями и видеосюжетами. Но научный мир откликнулся мораторием на многие эксперименты, считавшиеся потенциально опасными. Коэн, Бойер и группа их коллег провозгласили запрет на собственные исследования, так как полагали, что объединение генов двух разных организмов может привести к созданию нового организма с нежелательными и даже опасными свойствами. Постепенно страсти улеглись. Исследования энтузиастов и последовавшие за ними технологические разработки инженеров-генетиков внесли значительный вклад в развитие практически всех биологических дисциплин.

Надежда медицины

По мере развития медицины становится все более очевидной роль генетических факторов в возникновении и развитии многих заболеваний. Свыше тысячи болезней человека являются наследственными. Еще недавно возможности их лечения сводились к применению медикаментов, смягчающих проявления генетического дефекта, назначению различных диет и переливанию крови. Сегодня при лечении целого ряда заболеваний (злокачественных новообразований, гемофилии, гиперхолестеринемии, муковисцидоза и других) используются методы генной терапии. Уже на подходе препараты нового поколения, дающие надежду на продление полноценной жизни тысячам больных. В процессе доклинических испытаний эти лекарства проверены на клеточных культурах и лабораторных животных. Теперь их безопасность и эффективность должны быть доказаны путем клинических испытаний.

Конечной целью медико-генетических исследований является разработка методов лечения наследственных заболеваний. В настоящее время все исследования в области генной терапии нацелены на исправление генетических дефектов соматических, а не половых клеток. Это объясняется не только техническими и этическими причинами, но и соображениями безопасности: ведь ДНК, введенная в половые клетки, будет передаваться по наследству.

Одним из наиболее перспективных направлений генной терапии является создание лекарственных препаратов на основе нуклеиновых кислот — олигонуклеотидов. Многие заболевания (рак, паразитарные и вирусные инфекции) связаны с увеличенной выработкой нормального белка в клетке. Олигонуклеотиды способны подавлять патологический синтез белка на уровне генного аппарата клетки. Такие препараты — надежда современной медицины.

Что будет завтра?

Если в начале своего пути молекулярная биотехнология считалась неким эзотерическим направлением, то сейчас ее называют «самой революционной из всех технологий ХХ века». Вместе с тем нельзя не думать о последствиях, к которым может привести бурное развитие столь молодой отрасли. Не будут ли организмы, полученные методами генной инженерии, оказывать вредное влияние на окружающую среду? Вправе ли мы изменять генетическую природу человека? Не уменьшат ли наши эксперименты природное генетическое разнообразие? Эти и многие другие вопросы волнуют ученых и общественных деятелей, чувствующих ответственность за будущее человечества.

Автор: Александра МОЖЕИТОВА

Оставте свой комментарий:
* Ваше имя:
* Ваш e-mail:
* Ваша оценка:
* Отзыв:
* Введите число больше 6 и при этом меньше 8:
   
Форма резерва лекарств:

Найти другой препарат
Оформление заказа:
Я согласен на передачу моих контактных данных в аптеку

Отмена