Генная инженерия против гемофилии

Здравствуйте! Меня зовут Александр и сегодня мне исполнилось 33 года.

В 2015 году вышла моя первая научно-популярная книга «Сумма Биотехнологии. Руководство по борьбе с мифами о генетической модификации растений, животных и людей». За эту книгу я получил Премию «Просветитель». Многие…

Science China Press Китайские ученые отредактировали геном макака-крабоеда с помощью метода CRISPR/Cas9, а затем клонировали его, получив еще пять обезьян — у животных «отключен» ген BMAL1, отвечающий за регуляцию циркадного ритма. Помимо демонстрации самой технологии клонирования…

Holly Hayes / Flickr Ученые из шотландского Рослинского института, где создали первое клонированное млекопитающее, овцу Долли, планируют с помощью метода генетического редактирования CRISPR отредактировать геном курицы так, чтобы птица была неуязвима для гриппа. Первого цыпленка…

Мы с Виталием Крауссом из Лаборатории научных видео сделали ремейк классической лекции о безопасности ГМО. С хорошим качеством съемок, звука и полноценным хронометражем. Это та лекция, которую стоит кидать своим друзьям, если они все еще боятся генной инженерии. Приятного просмотра.

Изображение: yourgenome Гемофилия А – наследственное заболевание, поражающее в среднем одного из 5000 мужчин. Из-за врожденной мутации X-хромосомы у таких пациентов развивается дефицит VIII фактора свертывания крови, что проявляется частыми кровотечениями. До недавнего времени единственными…

Сегодня 14 января, а значит наступил день любви к ГМО!Все ставят хэштег #ЯлюблюГМО и пишут, почему оно нужно, важно и не страшно.Три события в разных частях света произошли в один день ровно два года назад.

В Италии было обнаружено, что противники ГМО подделали фотографии…

Мне прислали ссылку на крупный паблик, вбросивший на большую аудиторию очередной набор старых добрых мифов о ГМО. Все эти мифы я подробно разбирал в книге «Cумма биотехнологии». Поэтому приведу [сильно] сокращенную версию одной из глав. Тут и про аллергии и про суицид фермеров и про…

Вчера завершился главный международный конкурс по синтетической биологии и генной инженерии — International Genetically Engineered Machine Competition (iGEM). Ежегодно в нем соревнуются команды университетов со всего мира. В 2017-м соревновались почти триста команд: только от Китая заявились 74…

Все-таки генная инженерия пока не дает возможности создавать людей с «заданными характеристиками». Да и способности людей зависят не только от генов, но и среды.

«Бесстрашные» люди существуют. Например, при болезни Урбаха — Вите. Это наследственное заболевание, ведущее к разрушениям…

Комплекс белка Cas13 с РНК Liang Liu et al / Cell 2017 Недавно открытый белок Cas13a — компонент системы CRISPR/Cas, который способен целенаправленно разрушать молекулы РНК — заставили работать в клетках человека. Ученые из Массачусетского технологического института показали, что при помощи…

Что такое ГМО? И почему его все боятся? Как сделать с помощью «страшного» ГМО козу-паука, лекарственные препараты и почему все мы являемся ГМО своих предков

Управление по контролю за продуктами питания и лекарственными средствами США (Food and Drug Administration, FDA) официально одобрило терапию генномодифицированными лимфоцитами (CAR-T) для лечения лейкемии. Это первый случай выхода подобного препарата на рынок в США. Официальный пресс-релиз появился…

Редактирование генов позволило обратить отрицательное наложение действия генетических мутаций на повышение урожайности. Фото Cold Spring Harbor Laboratory. Каждый раз при обнаружении нового полезного признака селекционеры пытаются добавить его к ценным сортам растений через скрещивание. Но…

Симптомы заболевания у собак не проявлялись на протяжении двух лет после получения лишь одной инъекции. Иллюстрация ColiN00B/pixabay.com. Исследователи применили технологию редактирования генома, чтобы устранить симптомы заболевания у собак с мышечной дистрофией Дюшенна (это генетическая…

Клонирование собак всегда считалось наиболее сложным процессом, несмотря на многочисленные успехи с другими млекопитающими. Фото SinoGene. Двадцать восьмого мая в лаборатории частной биотехнологической компании SinoGene родилась клонированная из соматической клетки собака породы бигль по…

Исследователи из США и Южной Кореи впервые в мире удалили из ДНК человеческого эмбриона ген с мутацией, отвечающей за развитие заболевания, и заменили его на исходный. Используя инструмент редактирования генома CRISPR/Cas9, исследователи смогли вырезать ген с мутацией, вызывающей гипертрофическую…

Эмбрионы на ранних стадиях развития. Технология, позволяющая изменять гены человеческого эмбриона, была впервые использована в США. Об этом сообщается в отчёте Орегонского университета здоровья и науки (Oregon Health and Science University, OHSU), на базе которого проводилось исследование. По…

Гемофилия и генная терапия: первые победы

17 апреля — Всемирный день гемофилии. Традиционно в этот день мы вспоминаем, что это за болезнь и как далеко продвинулась наука в борьбе с ней. MedAboutMe разбирался в достижениях генной терапии для лечения гемофилии.

Эта редкая болезнь приводит к нарушениям свертывания крови. В результате гемофилик может погибнуть от незначительной травмы из-за тяжелого кровоизлияния в мозг или другие органы.

Гемофилия — наследственное заболевание, поэтому им нельзя заразиться. Более того, оно сцеплено с полом. Ген, мутация которого отвечает за гемофилию, расположен на Х-хромосоме. У девочек болезнь не проявляется, потому что у них есть вторая, здоровая хромосома.

А вот у мальчиков такой «страховки» нет, поэтому гемофилия — это болезнь представителей сильного пола. Добавим, что медицине известны несколько случаев, когда у девочек «поломанными» оказывались обе Х-хромосомы — тогда болезнь проявлялась и у них.

Но для такой редкой болезни это — исключительный случай.

Гемофилия — очень дорогая болезнь. Пациенты вынуждены постоянно принимать весьма недешевые препараты, поэтому в большинстве стран мира лечение гемофиликов оплачивает государство. В нашей стране эта болезнь входит в программу «7 нозологий», благодаря чему люди, больные гемофилией, имеют шанс прожить полноценную жизнь, если соблюдают правила приема лекарств.

Как известно, свертывание крови — это довольно сложный процесс, в котором задействовано более десятка различных факторов свертывания крови, имеющих обозначения от I до XIII. Гемофилия развивается при:

• дефиците фактора VIII — гемофилия А,
• дефиците фактора IX — гемофилия В.

Оба этих фактора, VIII и IX, сцеплены с Х-хромосомой.

А есть еще схожее заболевание, которое связано с нехваткой фактора Виллебранда — оно так и называется: «болезнь Виллебранда», а также болезнь, вызванная дефицитом фактора XI — раньше ее называли гемофилией С.

Но в этих двух последних случаях гены, кодирующие факторы свертывания, расположены не на Х-хромосоме, поэтому гемофилией в прямом смысле слова данные патологии не являются.

Следует добавить, что мутации генов, кодирующих эти жизненно важные факторы, тоже бывают разные. Для нормального свертывания крови необходимо, чтобы содержание в крови факторов VIII и IX составляло от 50 до 200% от среднего показателя. Выделяют несколько степеней тяжести заболевания:

• Тяжелая форма: концентрация факторов VIII и IX в крови менее 1%.
• Средняя форма: концентрация факторов — от 1 до 5%.
• Легкая форма: концентрация факторов — от 6 до 30%. Данная форма гемофилии может долго не выявляться.

Сегодня гемофилию «лечат», а точнее, поддерживают больного тем, что ему вводят недостающие факторы свертывания крови. Настоящим же лечением станет генная терапия, которая позволит исправить «поломку» гена.

В ходе генной терапии в организм пациента вводят недостающий правильный ген. Транспортом для него служит вирус, который модифицирован таким образом, чтобы не вызывать болезнь, а перенести ген и встроить его в ДНК клеток печени.

В случае генов, кодирующих факторы гемофилии, используют обычно аденоассоциированный вирус — небольшой безопасный для человека организм.

Если терапия проходит успешно, клетки начинают вырабатывать недостающий фактор, а человек получает возможность отказаться от приема лекарств.

Еще год назад это казалось чудом, но в декабре 2017 года британские ученые из клиники Barts Health NHS Trust в Лондоне объявили об успешно проведенном лечении 13 пациентов с гемофилией А. Разработчиком генной терапии стала компания BioMarin Pharmaceutical.

После однократного введения препарата у 85% пациентов (11 из 13) даже через несколько месяцев после процедуры был отмечен нормальный или почти нормальный уровень фактора свертывания VIII. Все пациенты продемонстрировали значительное снижение числа эпизодов кровотечения и увеличения концентрации факторов свертывания крови.

Ученые осторожно говорят об успехах. Дело в том, что в ходе экспериментов на мышах оказалось, что перенос гена, кодирующего фактор VIII, может приводить к развитию довольно серьезного осложнения.

Речь идет об аутоиммунном ответе организма пациента на введение чужого гена. При этом производство нужного белка блокируется.

Теперь исследователи ищут пути снижения иммунной реакции организма, а также пытаются понять, почему в одних организмах такая реакция возможна, а другие поддаются генной терапии без сопротивления.

И в декабре же прошлого года пришло еще одно вдохновляющее сообщение — на сей раз о генной терапии гемофилии В.

В исследовании, проходившем в Children's Hospital of Philadelphia, участвовали 10 мужчин с гемофилией В. Им ввели ген, кодирующий белок Factor IX-Padua (FIX-Padua) — это более активная разновидность фактора IX. Препарат был разработан компанией Spark Therapeutics.

Через год после единственной внутривенной инъекции концентрация ранее дефицитного фактора свертывания крови у них составила 33%, что, как мы помним, уже не считается даже легкой степенью болезни.

Если до лечения эпизоды кровотечений отмечались у них, как минимум, раз в месяц, то после лечения они сократились до менее чем одного случая за год.

8 из 10 пациентов на сегодняшний день больше не нуждаются в постоянном приеме лекарств, содержащих недостающий фактор крови, а остальные пациенты перешли на существенно меньше дозы препаратов. И никаких серьезных побочных эффектов.

Проблема пока заключается в том, что со временем эффект будет уменьшаться. Клетки с новым геном пока не могут передавать его новым гепатоцитам. Эксперименты с участием людей говорят о расчетном 8-летнем сроке действия терапии, а с использованием собак — о 12-летнем. Но ученые надеются, что в ближайшие годы им все-таки удастся разработать «одноразовое» лечение.

Проблема гемофилии в развитых и развивающихся странах постоянно становится источником споров между страховыми компаниями, пациентами и государством из-за высокой стоимости лечения. Стоимость лекарств для одного гемофилика в США в среднем составляет 270 тысяч долларов ежегодно, а в отдельных случаях эта сумма может достигать миллиона.

Генная терапия, с одной стороны, намного более дорогая процедура. Но если ученым удастся создать стабильно работающую технологию, позволяющую даже на 8 лет отменить регулярный прием таблеток, это будет, несомненно, более выгодным для государства, чем медикаментозное лечение. Ну, а уж если болезнь будет лечиться навсегда одним-единственным уколом, то о выгоде даже говорить не придется.

А пока разработки требуют времени и вложений. В прошлом году наука сделала мощный рывок вперед в области генной терапии гемофилии. Возможно, еще несколько лет — и тяжелая наследственная болезнь будет лечиться сразу при появлении ребенка на свет.

Как генная инженерия может изменить будущее

Фергюс Уолш Корреспондент Би-би-си в области медицины

Image caption Так выглядит молекула ДНК. Ученые считают, что в ближайшее время они смогут вносить в нее изменения с помощью технологии CRISPR

Запомните аббревиатуру CRISPR уже сегодня, потому что завтра она, вероятнее всего, изменит ваше будущее.

Технология CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) произносится как «криспер» и представляет собой биологическую систему для изменения ДНК. Технология эта, известная также как генная инженерия, может изменить будущее всей планеты.

Звучит как довольно смелое заявление, но именно такого мнения придерживаются многие ведущие мировые генетики и биохимики.

CRISPR была открыта в 2012 году молекулярным биологом, профессором Дженнифер Дудной. Ее команда ученых в Университете Беркли в Калифорнии изучала, как бактерии защищаются от вирусной инфекции.

Сейчас профессор Дудна и ее коллега Эммануэль Шарпентье входят в число самых влиятельных ученых мира. Природный механизм, который они обнаружили в ходе своих исследований, может быть использован биологами для того, чтобы вносить точечные изменения в любую ДНК.

• «С тех пор как мы опубликовали свое исследование четыре года назад, многие мировые лаборатории стали применять эту технологию на животных, растениях, людях, грибках, других бактериях — другими словами, практическими на каждом изучаемом организме», — рассказала профессор в интервью Би-би-си.
• Когда бактерию атакует вирус, она производит генетический материал, соответствующий генетической последовательности нападающего.
• Этот материал в сочетании с ключевым белком Cas9 может прикрепиться к ДНК вируса, взломать генетический код и нейтрализовать вирус.
• Теперь ученые могут применять эту же схему, чтобы вставлять в ДНК новые элементы, удалять или исправлять ее участки.
• Этот процесс настолько точный, что ученые могут перебрать миллиарды химических комбинаций, составляющих ДНК клетки, чтобы внести в генетический код какое-то конкретное ключевое изменение.

Важно и то, что это простой и недорогой метод. Поэтому он ускорит все виды исследований — от создания генетически модифицированных моделей человеческих болезней у животных до поиска мутаций ДНК, которые провоцируют возникновение заболеваний или, наоборот, предохраняют от них.

Когда и как мы сможем начать ощущать на себе последствия лечения с применением CRISPR? Учитывая, что этой технологии всего лишь несколько лет, неудивительно, что испытания ее на пациентах еще не начались, однако некоторые эксперименты уже находятся на стадии планирования.

Бостонская биотехническая фирма Editas Medicine планирует запустить клинические испытания первого генномодифицирующего лекарства к 2017 году. Предполагается, что при его помощи можно будет лечить амавроз Лебера (LCA10) — редкое заболевание сетчатки глаза, которое приводит к слепоте, так как в результате мутации генов происходит постепенная утрата расположенных в глазу фоторецепторов.

Цель — лечение рака

В области биотехнологий существует сразу несколько недавно созданных фирм, которые надеются внедрить применение технологии CRISPR в больницах.

Они предполагают, что «крисперы» могут быть использованы для усиления функций Т-клеток организма, что может улучшить способность иммунной системы распознавать раковые клетки и бороться с ними. Еще одна потенциальная область применения технологии — лечение заболеваний крови и иммунной системы.

Правообладатель иллюстрации SPL Image caption С помощью CRISPR ученые смогут вмешиваться в ДНК

Лишь одно омрачает будущее CRISPR – борьба за патент на технологию. С одной стороны, на него претендует команда профессора Дудны, с другой – группа ученых из Бостона, штат Массачусетс.

Две более ранние технологии генной инженерии уже применяются на практике.

Одна из них – TALENs – в прошлом году была использована в лондонской больнице Грейт-Ормонд-стрит для успешного лечения рака. У пациентки Лайлы Ричардс была агрессивная форма лейкемии, и ей не помогало никакое лечение. На сегодняшний день Ричардс остается первым и единственным человеком, чья жизнь была спасена при помощи редактирования генома.

Первые в мире испытания генной инженерии происходили в Калифорнии с использованием другой технологии — ZFNs.

Тогда иммунные клетки были изъяты из крови около 80 пациентов с ВИЧ. Затем ученые удалили ген под названием CCR5, который ВИЧ-инфекция использует для доступа к клеткам.

1. Лечение было основано на редкой генной мутации, которая дает людям естественный иммунитет к заболеванию.
2. Одним из волонтеров в том исследовании был Мэтт Чаппелл, который прожил с вирусом большую часть взрослой жизни и имел возможность своими глазами наблюдать тот ужасающий эффект, который ВИЧ и СПИД оказали на гей-сообщество Сан-Франциско.
3. С тех пор как ген его иммунных клеток был отредактирован, Чаппелл уже два года не пользуется антиретровирусными препаратами.
4. Несмотря на то что исследования эти были лишь небольшими и экспериментальными, а следовательно, к их результатам нужно относиться с определенной долей осторожности, тем не менее их результаты выглядят многообещающе.
5. Генетическое лекарство от ВИЧ было опробовано фирмой Sangamo Biosciences (Ричмонд, штат Калифорния), которая обладает эксклюзивной лицензией на технологию ZFN.

Правообладатель иллюстрации RIA Novosti Image caption Науке известны случаи излечения от ВИЧ с помощью генной инженерии

Компания собирается начать испытания на пациентах с гемофилией – серьезным заболеванием, связанным с нарушением свертываемости крови, – а также уже работает над лечением бета-талассемии.

Самый спорный вопрос в редактировании генома – это внесение изменений в зародышевую линию клеток человека, то есть тех генов, которые будут передаваться из поколения в поколение.

Теоретически можно было бы изменять ДНК эмбрионов, которые несут в себе ген болезни Хантингтона или муковисцидоза. Однако в таком случае можно говорить и о проведении других генетических «улучшений», что фактически может привести к «генетическому проектированию» младенцев.

Генная инженерия и эмбрионы

Никто из ученых не предлагает (во всяком случае, пока) «производство» генетически модифицированных младенцев. Однако несколько групп китайских ученых уже провели некоторые базовые исследования в этой области, а Великобритания стала первой страной, которая формально разрешила генную модификацию человеческих эмбрионов – исключительно в научных целях.

Исследования будут проходить в лондонском институте Френсиса Крика, который откроется через несколько месяцев. Там будет находиться крупнейшая биомедицинская лаборатория в Европе и центр генной инженерии.

Правообладатель иллюстрации Science Photo Library Image caption Генетическая модификация эмбрионов человека может помочь значительно улучшить процедуру искусственного оплодотворения

Команда под руководством Кэти Ниакан, недавно вошедшей в список из 100 самых влиятельных людей мира по версии журнала Time, будет использовать CRISPR для редактирования основных генов эмбриона, чтобы выявить генетические ошибки, приводящие к повторяющимся выкидышам. В рамках исследования эмбрионам дадут развиваться лишь несколько дней.

«Я надеюсь на то, что это позволит нам более точно разобраться в механизмах раннего развития человека. Я думаю, что это также поможет выяснить, как мы можем улучшить технологию экстракорпорального оплодотворения, и понять, какие эмбрионы с большей вероятностью продолжать развиваться и приведут к рождению здоровых детей», – сказала в разговоре с Би-би-си Кэти Ниакан.

Этическая сторона

Однако эти исследования вызывают этические вопросы у Марси Дарновски из Центра генетики и общества в Сан-Франциско.

По ее мнению, генетическая модификация человеческих эмбрионов при недостаточно контроле приведет к тому, что рано или поздно в одной из лабораторий будет создан первый генетически модифицированный младенец.

«Найдутся богатые родители, которые захотят приобрести для своего потомства последний «апгрейд». Вполне возможно, что люди разделятся на тех, кто может позволить себе «улучшить» свое потомство, и тех, кому это не по карману или кто не захочет этого делать. А это приведет к еще большему неравенству, чем то, с которым мы уже имеем дело», — считает Дарновски.

Многие ведущие ученые в этой области обеспокоены тем, что потенциально технология может быть использована в интересах евгеники, для создания генетической дискриминации.

В разговоре с Би-би-си профессору Дудна призналась, что ее мучал кошмарный сон. В нем она заходила в темную комнату, в которой спиной к ней сидел человек.

• «Когда он повернулся ко мне лицом, я с ужасом поняла, что это Гитлер и что он вызвал меня, чтобы обсудить новую технологию, в использовании которой он очень заинтересован», — рассказала профессор.
• По словам Дудны, несмотря на то что очень важно регулировать использование «крисперов», вместе с тем необходимо и прийти к согласию относительно дальнейших действий.
• «Я не хочу давать невыполнимых обещаний, но мне кажется, что это поможет положить конец болезням – и мы должны дать шанс ученым и докторам претворить это в жизнь», — говорит профессор.

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.

Читать:  Редактирование ДНК человека

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.

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.

Читать:  Первые генетически модифицированные дети родились в Китае

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.

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.

Читать:  Учёные нашли «ген плотоядности»

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.

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.

Оставить эмоцию

Нравится Тронуло Ха-Ха Ого Печаль Злюсь

    5257      

Поддержите проект Мир Знаний, подпишитесь на наш канал в Яндекс Дзен

Генотерапия гемофилии: новый вектор – новые успехи

Многолетнее исследование, проводимое под руководством доктора Тимоти Николаса (Timothy Nichols) из университета Северной Каролины и доктора Луиджи Налдини (Luigi Naldini) из института генной терапии Сан-Рафаэля-Телетона в Милане, продемонстрировало безопасность и эффективность нового метода генной терапии гемофилии В.

Гемофилия – это сцепленное с полом наследственное заболевание, вызывающее неконтролируемые кровотечения, нередко заканчивающиеся ранней гибелью пациентов.

При гемофилии А, частота встречаемости которой составляет примерно 1 случай на 5 000 младенцев мужского пола, печень не обеспечивает синтез достаточного количества фактора свертываемости крови VIII. При гемофилии В, выявляемой у 1 из 35 000 младенцев мужского пола, в организме отсутствует фактор свертываемости крови IX.

Генная терапия способна радикально изменить ситуацию, так как она подразумевает однократное введение в организм терапевтического гена, который обеспечит стабильный синтез недостающего белка в течение продолжительного времени.

Чаще всего для разработки геннотерапевтических препаратов используются аденовирусные векторы.

Однако при отборе пациентов для клинических исследований с помощью таких векторов примерно у 40% потенциальных участников выявлялись антитела к аденовирусу, что делало их невосприимчивыми к лечению.

Авторы предлагают решить эту проблему с помощью разработанного ими альтернативного вектора, представляющего собой модифицированный лентивирус, относящийся к семейству ретровирусов.

Они удалили из генома вируса гены, отвечающие за его репликацию, что не лишило вирус способность проникать в организм, но сделало его абсолютно безвредным для человека.

При этом подавляющее большинство людей не имеет антител к лентивирусу, что минимизируется вероятность снижения эффективности терапии из-за нейтрализации вирусных векторов иммунной системой.

(Мы недавно писали об успехе клинических исследований на первых 10 добровольцах генотерапии гемофилии В с использованием еще одного вектора – аденоассоциированного вируса).

Еще одно преимущество нового лентивирусного вектора заключается в его большом размере и, соответственно, способности переносить большое количество генетического материала.

В данном случае – достаточно крупный ген, кодирующий фактор свертывания крови IX.

(Этот подход может использоваться и для лечения гемофилии А, несмотря на еще более крупные размены гена, кодирующего фактор свертывания крови VIII.)

До терапии у собак в год развивалось в среднем 5 спонтанных кровотечений, требующих лечения в условиях клиники. Через три с лишним года после проведения терапии частота спонтанных кровотечений у животных снизилась до 0-1 раза в год.

При этом ни у одного из животных не было зарегистрировано нежелательных побочных эффектов.

Для дальнейшего подтверждения безопасности подхода исследователи провели эксперименты на трех линиях мышей с высокой предрасположенностью к развитию осложнений, таких как формирование злокачественных опухолей, при встраивании в их геном чужеродной ДНК. Несмотря на предрасположенность, ни в одном из экспериментов у мышей не было зарегистрировано никаких неблагоприятных побочных эффектов.

Несмотря на впечатляющие результаты экспериментов на животных, авторы признают, что до проведения клинических исследований еще предстоит проделать немало работы. В частности, они планируют повысить эффективность терапии.

До терапии фактор свертывания крови IX вообще не регистрировался в организме подопытных собак, тогда как после терапии продукция этого белка в печени животных составляла 1-3% от нормального показателя.

Этого было достаточно для значительно снижения риска развития спонтанных кровотечений.

Однако исследователи отмечают, что им хотелось бы усовершенствовать разработанный подход таким образом, чтобы он обеспечивал увеличение продукции фактора свертывания крови IX до 5-10% от нормального уровня с сохранением безопасности для пациента.

Евгения РябцеваПортал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам UNC School of Medicine: New gene therapy for hemophilia shows potential as safe treatment.

13.03.2015

Ген’иальная медицина

Егор Баторов о магии генной инженерии

Человек — это промежуточное звено эволюции, необходимое для создания венца творения пpиpоды — рюмки коньяка и дольки ­лимона.

Стругацкие «Понедельник начинается в субботу»

Череда поистине великих достижений в области генетики, молекулярной биологии и вирусологии связывает между собой литры жизненно необходимого инсулина и сою в колбасе, повседневный «ИФА на сифилис» и будущие сады на Марсе. Сугубо теоретические знания о структуре ДНК да лигазах-рестриктазах обернулись в недалеком прошлом вполне практической генетической инженерией. Полученные с ее помощью продукты могут обидно называться «генетически модифицированными» и стоить значительно дешевле на полке в супермаркете либо гордо именоваться «рекомбинантными» и быть заслуженно дорогими, находясь в аптеке. Последующее же неизбежное развитие генной инженерии, по разным прогнозам, может привести как к долгой счастливой жизни без голода и болезней, так и к зомби-апокалипсису в результате побега инфицированной мартышки от доигравшихся, наконец, ­ученых.

Суть вопроса

Генетическая (генная) инженерия — совокупность приёмов, методов и технологий, которые ­позволяют:

• получать рекомбинантные РНК и ­ДНК;
• выделять гены из организма ­(клеток);
• осуществлять манипуляции с генами и вводить их в другие ­организмы.

Свойства любого организма (цвет лепестков/шерсти/волос, способность усваивать глюкозу, возможность вырасти до 2 метров и т. д.) зависят от белков. Белки кодируются определенными генами.

Ген можно «вырезать» из ДНК какого‑либо организма ферментами или, зная последовательность аминокислот в нужном белке, собрать ген этого белка из отдельных нуклеотидов, затем «вставить» его в ДНК бактерии (растения, животного), которая начнет производить заданный белок.

За кажущейся простотой — десятилетия научного поиска, отмеченные несколькими Нобелевскими ­премиями.

• Для тех, кто забыл
• Вектор — молекула ДНК или РНК, способная переносить включенные в нее чужеродные гены в ­клетку.
• Лигазы — ферменты бактерий и вирусов, которые соединяют концы двух фрагментов ­ДНК.

Плазмида — внехромосомная молекула ДНК бактерий или дрожжей, как правило, кольцевая, способная к автономной репликации. В генной инженерии используется как ­вектор.

Рестриктазы — ферменты бактерий, узнающие и атакующие определенные последовательности нуклеотидов в ДНК. В генной инженерии рестриктазы «вырезают» фрагменты из молекулы ДНК вектора, что позволяет вставить на освободившееся место нужный ­ген.

Значение генной инженерии для медицины

Продукты генной инженерии как‑то исподволь, но прочно вошли в медицинскую практику: лекарства для лечения редких болезней, рекомбинантный инсулин, вакцины против вируса гепатита В — без них современному врачу трудно представить себе мир.

Генно-инженерными методами производят некоторые высокоселективные аллергены для кожных проб, некоторые реагенты для иммуноферментного анализа и многое другое. На этапе доклинических испытаний медикаментов приносятся в жертву миллионы генетически измененных ­животных.

Ниже в порядке усложнения технологии и степени отрыва от реальности представлены основные примеры применения генной инженерии в медицине.

Лекарства из бактерий

Сегодня на вооружении у врачей есть ряд препаратов, для которых критически важно точное соответствие аналогам в организме.

Это препараты заместительной терапии при эндокринологических заболеваниях, гематологических болезнях (эритропоэтин, гранулоцитарный колониестимулирующий фактор, факторы свертывания крови, некоторые моноклональные антитела и др.

), вирусных инфекциях (интерфероны), инфаркте миокарда и ишемическом инсульте (фибринолитики) и многих ­других.

Методы генной инженерии имеют следующие преимущества при получении такого рода ­лекарств:

• Идентичность веществ по структуре человеческим. Инсулин, производившийся из поджелудочных желез свиней и крупного рогатого скота, отличался от человеческого по одной и трем аминокислотам, соответственно, это часто приводило к нежелательным ­реакциям.
• Более низкая цена и удобное производство. Для получения 200 г сухого вещества того же инсулина требуется поджелудочных желез от более чем 6000 коров (или свиней). То же количество может быть произведено бактериями, содержащимися в 1000 л культуральной ­жидкости.
• Отказ от специфического сырья, которое полностью не очищается, например, гипофизы трупов использовались для получения соматотропного гормона, а моча женщин в менопаузе — традиционный источник фолликулостимулирующего и лютеинизирующего ­гормонов.

Лекарства из флоры и фауны

Бактерии и дрожжи, культуры клеток яичника китайского хомячка и моркови, продуцирующие сырье для препаратов, — это хорошо, но довольно дорого, к тому же сборка некоторых сложных молекул тем же бактериям недоступна из‑за биохимических различий с человеком. Идея перевода «биореакторов» на подножный корм или удобрения давно витала в воздухе.

Механизм в целом тот же: нужный ген встраивается в ДНК животного или растения. ДНК микроинъекцией вводится в ядро оплодотворенной яйцеклетки, которая имплантируется в матку. Большинство эмбрионов, конечно, погибает, а среди родившихся животных далеко не все производят нужное вещество.

Тем не менее на сегодняшний день мы имеем трансгенных коров, коз, свиней, кроликов, кур, лососей и шелкопряда.

Растения-биореакторы удобнее тем, что лишены болезней млекопитающих, как правило, быстрее растут, проще и дешевле в разведении и хранении урожая. Ассортимент трансгенной флоры не уступит нашим рынкам в конце лета: от огурцов с подсолнухами до клубники и киви.

«Любимая» же зелень генных инженеров-фармакологов — это табак, соя, картофель, рис и кукуруза.

Набор возможных лекарств примерно соответствует «животным»: гормоны, гемоглобин, белки крови, моноклональные антитела для диагностики и лечения онкологии и вирусных инфекций, интерферон, а также антигены вирусов и бактерий — потенциальные вакцины. Ни одного препарата пока не ­зарегистрировано.

Плодовые вакцины

Логическое продолжение трансгенных растений — так называемые съедобные лекарства (в основном вакцины).

В самом деле, зачем тратить время и средства на выделение белков холерного вибриона, малярийного плазмодия, вирусов гепатита В, бешенства и иммунодефицита человека из томатов, бананов и картофеля, если их можно съесть и так? По крайней мере, в опытах на мышах удается достигнуть развития иммунного ответа, и даже термическая обработка в ряде случаев не снижает эффективности съедобной вакцины. Антигены в кишечнике «встречаются» с антигенпрезентирующими клетками, далее всё, как обычно. Преимущества очевидны: очень дешево, вкусно и в большом количестве. Основные недостатки: возможность развития иммунологической толерантности вместо иммунного ответа, вариабельность содержания интересующего белка от плода к плоду даже с одного куста, и в итоге — неясность ­«дозирования».

Вакцины

«Австралийский антиген», белок оболочки вируса гепатита В и капсидные белки нескольких типов вируса папилломы человека для соответствующих вакцин продуцируют трансгенные дрожжи. Принцип тот же, что и с инсулином, только вместо человеческого синтезируется вирусный белок.

Этим же путем идут создатели испытываемой сейчас противогриппозной вакцины, в основе которой лежит иммуногенный белок клеточной стенки М2, высококонсервативный, в отличие от почти ежегодно «обновляемых» гемагглютинина и нейраминидазы (тех самых «H» и «N» с порядковыми номерами в названии очередного подтипа ­вируса).

Также возможно создание вирусных и бактериальных векторов. При этом гены высокоиммуногенных белков вводятся в непатогенные вирусы и бактерии, после чего, например, штаммы шигелл начинают экспрессировать антигены малярийного плазмодия, а сальмонеллы — белки вируса иммунодефицита человека.

Попадая в организм, такие «овцы в волчьих шкурах» индуцируют не только гуморальный, но и клеточный иммунный ответ.

Важнейшим успехом генной инженерии в медицине, венцом иммунопрофилактики и перспективным методом лечения опухолей и аутоиммунных заболеваний считаются ДНК-вакцины. В плазмиду встраивают промотор и ген интересующего белка (оболочки вируса, клеточной стенки бактерии, опухолевый антиген).

Полученные векторы тем или иным путем вводятся в организм и попадают в ядро антигенпрезентирующей клетки. В ней продуцируется чужой белок, который «режется» на короткие пептиды и представляется для распознавания клеткам иммунной системы. Таким образом, роль «биореактора» играют уже клетки организма человека.

Большинство таких вакцин пока обладают недостаточной иммуногенностью, ведутся работы по ее ­повышению.

Генная терапия

Дальнейшее развитие данной отрасли науки привело к появлению генной терапии. Тут уже всё по‑взрослому, хотя пока и экспериментально. Устраняются посредники типа бактерий, коз и бананов.

Как правило, так пытаются лечить тяжелые и редкие наследственные или спорадически возникающие заболевания, патогенез которых обусловлен дефектом какого‑либо одного гена, например, первичные иммунодефициты.

При этом другие методы лечения неэффективны или труднодоступны, и терять, в общем, нечего. Результаты впечатляющие, но и цена нежелательных реакций ­высока.

В начале 2000‑х гг. в Англии и Франции проводились клинические испытания генной терапии Х-сцепленного тяжелого комбинированного иммунодефицита, при котором нарушен синтез общего рецептора нескольких цитокинов, отвечающих за дифференцировку и пролиферацию лимфоцитов.

Блестящие результаты — восстановление функций иммунной системы, отсутствие рецидива в течение всего периода наблюдения (4–11 лет) — были омрачены развитием Т-клеточного острого лимфобластного лейкоза у 5 детей (известно, что один ребенок погиб). Выяснилось, что ген белка и вирусный промотор у всех 5 заболевших встроились в ДНК рядом с протоонкогенами, т. е.

генами, при усилении экспрессии которых возможно неконтролируемое деление клеток. Встраивание генного материала в ДНК хозяина в наше время в основном дело ­случая.

Первые ошибки были учтены, в настоящее время исследователи выбирают неонкогенные вирусы с известными местами встраивания в человеческую ДНК, или ­плазмиды.

Ведутся разработки препаратов генной терапии и для более «народных» болезней: ишемической болезни сердца, хронической критической ишемии нижних конечностей (местно вводятся гены фактора роста эндотелия сосудов — с целью стимуляции ангиогенеза), опухолей различной локализации (блокада онкогенов, индукция апоптоза) и, конечно, сахарного диабета I типа. Есть надежда, что они будут ­дешевле.

В общем, в генной инженерии остается достаточно технологических трудностей, иммунологического несоответствия, опасности инфицирования человека вирусами животных с потенциальным появлением новых болезней. Всего этого упрямые и беспринципные ученые не очень‑то и боятся. Понятно, что у человечества хватит мозгов, чтобы как‑то решить эти проблемы, остается надеяться, что хватит ума не наделать ­новых.

Испытания препаратов генной терапии с разным успехом проходят при синдроме Вискотта — Олдрича, хронической гранулематозной болезни, муковисцидоза, мышечных дистрофиях Дюшенна и Беккера, болезни Паркинсона, лизосомальных болезнях накопления. Первое зарегистрированное в Европе в конце 2012 г. лекарственное средство генной терапии при редкой болезни гиперхиломикронемии стоит около $ 1,6 миллиона на ­курс.

online.wsj.com