ОТ ГЕНА И БЕЛКА — К ЛЕЧЕНИЮ (медицинская геномика)
ОТ ГЕНА И БЕЛКА — К ЛЕЧЕНИЮ (медицинская геномика)
Медицина поистине есть самое благородное из всех искусств.
Гиппократ
Самые худшие болезни — не смертельные, а неизлечимые.
Эбнер-Эшенбах
Известный русский биолог Н. Тимофеев-Ресовский писал: «В удивительном по своей стройности и сложности индивидуальном развитии многоклеточных организмов, к каковым относится и организм человека, с высокой точностью в должное время в должном месте происходит должное». Это верно для здорового человека, однако медицине приходится иметь дело главным образом с исключениями из этого правила, безусловно верного для здорового организма.
Многие годы важную роль в решении всех этих «исключений из правила» играло специальное направление в медицине — молекулярная генетика. Основоположниками медицинской генетики в России были С. Н. Давиденков, занимавшийся изучением роли наследственности в болезнях нервной системы, и С. Г. Левит, организовавший в Москве и возглавивший первый в России (и один из первых в мире) Медико-генетический институт. Это направление сыграло важную роль на начальных этапах, когда мало что было известно о структуре генома человека.
Первоначально в медицине было принято считать, что любое заболевание представляет собой результат дисбаланса биохимических реакций, возникающих в результате тех или иных молекулярных поломок. В связи с этим на первом этапе нужно всего лишь определить «молекулярную мишень», а затем с помощью лекарства исправить существующее нарушение. Такой подход в целом оправдал себя при разработке лекарственной терапии инфекционных заболеваний, где в качестве мишени выступали различные бактерии и вирусы. Но при других типах заболеваний, таких, как, например, атеросклероз, рак, преждевременное старение, заболевания нервной и сердечно-сосудистой систем, старая идеология «забуксовала», потому что у этих заболеваний оказалось слишком много разных причин, включая и генетические. Стало понятным, что надежда на одну единственную «волшебную пулю», направленную на одиночную мишень, здесь не может помочь — во многих случаях «мишеней» в клетках очень много, к тому же они еще и подвижны.
Только революция, которая произошла в медицине в последние годы — как результат развития молекулярной генетики и полного секвенирования генома человека, позволила перейти от в известной мере иррационального знания к рациональному. Сегодня на основе геномики возникли такие направления, как медицинская геномика и биомедицина, которые тесно переплетаются с функциональной геномикой человека.
Опытные врачи говорят, что нет двух одинаковых болезней и двух одинаковых пациентов. И не менее чем на 50 % эти различия связаны с особенностями структуры генома. Если в будущем удастся проводить сравнение генов больных людей с генами идеального, «чистого» гомо сапиенс, это существенно поможет поиску пути к эффективному лечению.
Геном — это в первую очередь реальный текст, опечатка в котором, допущенная Природой, может сделать человека или уродом, или инвалидом, или даже не позволит ему родиться вообще. В результате реализации проекта «Геном человека» появилась твердая уверенность, что уже в недалеком будущем большинство болезней можно будет лечить на генетическом уровне. А потому медицинскую геномику считают чуть ли не самым перспективным направлением в развитии современной медицины. В конце прошлого столетия с этим согласились даже политики, когда правительства Америки, Англии, России и ряда других стран стали инциаторами грандиозного научного проекта под названием «Геном человека».
Полное секвенирование генома человека стало важнейшим этапом для всей мировой медицины. На основе успехов в молекулярной генетике и определения полной последовательности генома человека произошла «генетизация» медицины, что привело к возникновению медицинской геномики, или молекулярной медицины. Если раньше считали, что генетика имеет отношение только к наследственным заболеваниям (а они составляют всего около 2 % от общего числа заболеваний человека), то сейчас стало совершенно очевидным, что все болезни в той или иной мере от генов (а не от нервов, как это широко было принято считать, хотя и они, конечно, тоже играют свою роль). Один из руководителей геномного проекта Френсис Коллинз высказался на этот счет весьма категорично: «Нет болезней, за исключением некоторых случаев травм, которые не имели бы наследственного вклада. Я не знаю ни одного примера».
При наследственных болезнях наблюдаются опечатки в ДНКовом тексте, которые приводят к дефекту гена. В случае других заболеваний нарушения обычно затрагивают не структуру гена, а скорее регуляцию его экспрессии.
Что же дало для медицины полное секвенирование генома человека? Как теперь ясно — очень многое. В первую очередь то, что теперь стало возможным диагностировать большинство (а в перспективе практически все) известных наследственных заболеваний на любой стадии развития человека, в том числе и до рождения (пренатальная диагностика). ДНКовый текст позволяет обнаружить предрасположенность индивидуума к тем или иным заболеваниям, включая и заболевания, обусловленные внешними причинами (химическими факторами среды, вирусами, питанием и др.). ДНК стала базой для генотипирования, идентификации личности. Далее, детальные данные об индивидуальных особенностях генома пациента служат основой для фармакогеномики — новой науки, изучающей, как генетика влияет на вариабельность ответа пациентов на лекарства. Рассмотрим теперь все эти вопросы по порядку.
Любая болезнь, для которой не существует эффективной терапии, представляет собой тайну, которую не так легко раскрыть. Ученым-медикам, прежде чем изготовить эффективное лекарство или найти иной способ лечения пациента, нужно узнать первопричину заболевания, а не его внешнее проявление. Ключ к этому — ген или гены, так или иначе вовлеченные в патологию. Не так давно в науке появилась новая профессия — «охотник за генами». По аналогии с популярными в конце прошлого века «охотниками за микробами» — микробиологами — век спустя «охотниками за генами» называют молекулярных биологов, которые выслеживают, находят и секвенируют (расшифровывают) человеческие гены, и в первую очередь гены серьезных наследственных болезней. Как же осуществляется «охота»? Один из наиболее многообещающих способов сделать это — проведение тщательного сравнения ДНКовых текстов у людей, связанных родственными узами, одна часть которых подвержена какому-то характерному заболеванию, а другая — нет. Конечная цель такого поиска — определить у носителей болезни ответственный за нее ген с нарушенным генетическим кодом.
Уже говорилось, что геномы всех нас с вами очень похожи друг на друга. Если и имеются различия, то они весьма незначительные. Однако в них-то и заключается проблема. По этой причине медицинская геномика существенное внимание уделяет генетическому полиморфизму. Ранее уже шла речь о полиморфизме генома человека и об использовании этого явления для решения различного рода теоретических проблем. Но для медиков полиморфизм нашего генома имеет не столько теоретическое, сколько сугубо практическое значение.
Достоверно установлено, что многочисленные наследственные заболевания связаны с мутациями в генах, то есть с изменениями в самой структуре белков. Иногда достаточно мутации лишь в одном гене (такие патологии называют моногенными наследственными болезнями), иногда заболевание связано с наличием мутаций одновременно в нескольких генах (мультигенные наследственные болезнями). Медикам, конечно же, проще иметь дело с первыми, хотя и здесь могут быть проблемы с лечением. Наряду с эти, выяснилось, например, что белки содержат специальные сигнальные последовательности, которые можно сравнить с адресами на почтовых отправлениях или с ярлычками на багаже, где написано место, куда предполагается его доставить. Фактически такие сигнальные последовательности представляют из себя цепочки аминокислот, которые или прикреплены к белковой молекуле в виде хвоста, или, иногда, лежат непосредственно внутри нее самой. Очень важно, что множество наследственных заболеваний человека вызывается нарушениями именно в этих сигналах и в транспортных механизмах, с ними связанных. Таким образом, человеческие патологии связаны не только с нарушением структуры генов и кодируемых ими белков, но и с транспортом (перемещением) функционально активных белков в клетке.
Полиморфизм генома чаще всего для человеческого организма нейтрален. Тем не менее, изменения в целом ряде генов (и в их регуляторных участках) при определенных условиях могут способствовать, а иногда, наоборот, препятствовать проявлению отдельных заболеваний. Если обнаруживают гены, определенный полиморфизм в которых ассоциируется с тем или иным заболеванием, то их называют «генами предрасположенности» и они становятся объектом пристального внимания медиков. Первоначально определяют, к какому классу относятся эти гены. Принято считать, что среди генов предрасположенности к заболеваниям есть «гены детоксикации», которые реагируют на факторы внешней среды, и «гены-триггеры», связанные с запуском патологического процесса под действием внутренних факторов организма.
В поиске «больных» генов весьма полезными оказались уже упоминавшиеся снипсы. На них сейчас возлагают большие надежды. Изучение «снипсов» показало, что иногда замена одного-единственного нуклеотида может вызвать у данного человека повышенную склонность к развитию того или иного заболевания. Это происходит в тех случаях, когда, например, точковая мутация возникает вблизи гена, на участке ДНК, регулирующем его работу. Изучение «точечных» различий между индивидуумами может открыть путь к «индивидуализированной» медицине. Большая роль здесь отводится новому направлению — фармакогеномике, о котором подробнее мы поговорим в следующем разделе.
Расскажем о том, как секвенирование генома человека и анализ снипсов существенно изменили стратегию обнаружения и клонирования генов, ответственных за наследственные заболевания. Итак, имеется некая наследственная патология. Понятно, что за нее отвечает какой-то ген или группа генов. Что требуется, чтобы обнаружить такой ген? Сначала надо грубо определить локализацию этого неизвестного гена (его называют геном-кандидатом) на одной из 23 хромосом. Начинается масштабный поиск каких-либо изменений в ДНК разных больных с этой патологией. Обычно сперва в результате такого анализа на определенной хромосоме выявляется довольно большой район, в котором могут располагаться десятки или даже сотни разных генов. Для поиска конкретного гена-кандидата заболевания необходимо сузить исследуемый участок ДНК. На это уходило раньше несколько лет. Однако после расшифровки генома ситуация упростилась. Теперь почти вся нуклеотидная последовательность генома человека известна и помещена в базы данных, с которыми можно связаться в любой момент по Интернету. Если известна хромосомная локализация какого-либо заболевания, достаточно запросить информацию о нуклеотидной последовательности этого района, провести компьютерный поиск генов, содержащихся в нем, а затем выбрать один или несколько наиболее подходящих и протестировать их на мутации у ряда пациентов с данной патологией. Ген, в котором таковые будут обнаружены у большинства больных и не обнаружатся у здоровых людей, и есть искомый ген заболевания.
Подробные генетические и физические карты генома человека и особенно последовавшее за этим полное секвенирование ДНК позволили в последние годы успешно клонировать многие гены, ответственные за различные наследственные заболевания. Как уже говорилось, важная роль в этих достижениях принадлежит и сравнительному анализу геномов разных индивидуумов, принадлежащих к одному семейству, а также геномов нормальных и «больных» клеток.
Важными материалами для медицинской геномики служат относительно изолированные популяции людей и наличие подробных данных об их родственных связях. Так, в отличие от многих других стран, Исландия уникальна не только своим климатом, но и своими жителями. В течение многих веков здесь строго документировали все формировавшиеся брачные отношения, и, что очень важно, эти сведения сохранили в целости и сохранности до наших дней. Это дало в руки исследователей огромный материал, охватывающий около 270 тыс. ныне живущих людей и 330 тыс. их ранее живших предков. В результате появилась возможность создавать родословную для каждого из исландцев на глубину до 10 веков. Сейчас там проводят массовый анализ геномов жителей и исследуют взаимосвязь наиболее распространенных заболеваний с различными генетическими маркерами. И это уже начинает приносить первые плоды. Во-первых, удалось обнаружить связь между развитием панических расстройств психики и аномалиями строения хромосомы 9. Во-вторых, исследователи выявили ген, мутация в котором резко увеличивает вероятность развития ишемического инсульта (эта мутация получила название STRK 1 от англ. «stroke» — инсульт).
В принципе существует два основных подхода к поиску гена-кандидата, отвечающего за патологию: от белка к гену и от генома к гену. Последний путь оказался наиболее эффективным. Часто для поиска «больного» гена используют полиморфизм микросателлитных маркеров, расположение которых на хромосомах хорошо известно. Сначала выявляют «сцепление» между заболеванием и определенной формой того или иного микросателлита, затем по расположению микросателлита определяют область, которая может иметь отношение к развитию заболевания. В этой области и ищут ген-кандидат болезни. Новая стратегия получила название «позиционного клонирования гена-кандидата».
Так, в частности, поступил российский генетик Е. И. Рогаев совместно со своими зарубежными коллегами для обнаружения одного из генов, ответственного за болезнь Альцгеймера, который определяет прогрессирующее старческое слабоумие. Это заболевание начинается с незначительных на первый взгляд нарушений памяти (на имена и близкие по времени события), но уже в течение двух — трех лет приводит к полной деградации личности и мучительной смерти. Болезнь Альцгеймера как причина смертности стоит на четвертом месте в развитых странах. Еще несколько лет назад врачи не могли предвидеть развитие болезни Альцгеймера у своих пациентов, а порой даже неправильно ее диагностировали. И вот к этой проблеме подключились «охотники за генами». Они проанализировали ДНК, выделенные из крови больных и их здоровых родственников, и определили, что у всех больных есть некий особый общий участок хромосомы 14. Схема дальнейшего поиска гена-кандидата изображена на рис. 33. На следующем этапе определили, с какими маркерами (микросателлитами) сцеплен искомый ген (на рисунке указано 8 таких микросателлитов). На следующем этапе в библиотеке генов человека были найдены большие (около 1 млн. п. н.) фрагменты хромосомы 14, соответствующие исследуемому участку ДНК. С их помощью был более точно установлен участок хромосомы, несущий «больной» ген (на рисунке он обозначен двунаправленной стрелкой). Половина дела была сделана. Далее определили, какие гены здесь имеются. Их оказалось несколько десятков (отмечены светло-серыми прямоугольниками). И вот конечный результат: лишь в одном из множества генов были найдены мутации, которые встречаются только при болезни Альцгеймера (отмечен темным прямоугольником).
Рис. 33. Схема процедуры поиска гена-кандидата, ответственного за болезнь Альцгеймера. Фрагмент с геном пресенилина указан внизу темным цветом
Так был найден ген, ответственный за изучаемую патологию, который назвали пресенилин 1. Позднее еще один похожий ген (ген пресенилина 2) был найден на хромосоме 1. Люди с мутациями генов пресенилинов заболевают к 30–60 годам. При этом никакие условия среды, к сожалению, не могут предотвратить или остановить развитие болезни, ведущей в конечном итоге к летальному исходу.
А первый успех на пути использования полиморфизма для определения гена, ответственного за такое заболевание человека, как болезнь Хантингтона, пришел еще в 1983 году. Тогда был локализован на коротком плече хромосомы 4 ген, ответственный за это заболевание. Затем последовали другие успешные работы. В частности, геномный скрининг аллелей предрасположенности в семьях с накоплением диабета типа 1 позволил выявить в хромосоме 6 полиморфный вариант гена, тесно связанного с развитием этого заболевания.
В настоящее время более-менее детально картировано около 1000 генов, связанных с различными болезнями человека. А всего в Энциклопедии человека описано свыше 7,5 тыс. участков, существенные изменения в которых потенциально являются причинами тех или иных наших болезней. Но со всем этим придется еще долго разбираться. Сейчас установлено, что продукты большинства (около 30 %) из хорошо изученных генов, вовлеченных в патогенез, обладают энзиматической активностью. Еще примерно 14 % составляют гены, продукты которых модулируют функции различных белков. Функции продуктов остальных генов многочисленны: факторы транскрипции и их рецепторы, белки, входящие в матрикс, трансмембранные транспортеры и др.
Уже известны гены, мутантные формы которых приводят к сердечно-сосудистым заболеваниям, атеросклерозу, раку и другим заболеваниям. Удалось уже выделить группу генов, которые отвечают за предрасположенность к наркомании и алкоголизму, за различные психические заболевания человека. В частности, обнаружены молекулярные механизмы свыше десятка неврологических заболеваний, получивших общее название болезней триплетных повторов. Суть генетических изменений в этих случаях заключается в размножении (это называют экспансией, захватом) микросателлитов — повторяющихся триплетов — внутри или на концах отдельных генов. Так, давно был известен синдром ломкости X-хромосомы, который проявляется в виде разрывов в длинном плече этой хромосомы. Результат этого — нарушение нормального функционирования центральной нервной системы. «Охотники за генами» обнаружили «больной» ген, который определяет эту патологию (ген FMR1). Оказалось, что в первом экзоне гена FMR1 имется участок, состоящий из повторяющихся тринуклеотидов ЦГГ. У здоровых людей число таких повторов варьирует от 6 до 20, а вот у больных число копий резко увеличено (до 230), в результате чего этот ген перестает работать. Другие заболевания, связанные с увеличением (экспансией) тринуклеотидного повтора, — болезнь Хантингтона (здесь триплет в «больном» гене другой — ЦАГ), миотоническая дистрофия (триплет ЦТГ), болезнь Кеннеди (снова триплет ЦАГ). В сумме умеренная экспансия триплетов ЦАГ (они кодируют аминокислоту глутамин) обнаружена при 8 нейродегенеративных заболеваниях. В этом случае экспансия глутамина вызывает, по-видимому, приобретение белком токсических свойств.
Анализ «больных» генов показал, что часто разные мутации в одном гене приводят к одному и тому же типу патологии. Например, в уже упоминавшемся гене пресенилина обнаружено множество различных мутаций, и все они ассоциированы с болезнью Альцгеймера. Синдром Холта — Орама, характеризующийся скелетными и сердечными аномалиями, обусловлен мутациями в так называемом гомеобоксном гене, расположенном на 12-ой хромосоме. Продукт этого гена скорее всего функционирует как фактор транскрипции в сердце и конечностях. В гене обнаружено 8 мутаций, большая часть которых связана с возникновением преждевременного стоп-кодона. При муковисцидозе — болезни одного гена — проявление патологии весьма разнообразно. Выяснилось, что разные формы этого заболевания связаны чуть ли не с 600 различными мутациями в одном гене.
С другой стороны, в отдельных случаях разные мутации в одном и том же гене могут приводить к развитию разных патологий. Например, четыре вида заболеваний связывают с мутациями в одном гене тирозинкиназы (RET). Одно из них — болезнь Гиршспрунга — представляет собой сложное наследственное заболевание. Кроме того, с другими мутациями в гене RET связаны такие болезни, как множественные эндокринные неоплазии двух разных типов.
Кроме болезнетворных генов обнаружены еще некоторые гены, имеющие прямое отношение к здоровью человека. Выяснилось, что существуют гены, обуславливающие предрасположенность к развитию профессиональных заболеваний на вредных производствах. Так, на асбестовых производствах одни люди болеют и умирают от асбестоза, а другие устойчивы к нему. В будущем возможно создание специальной генетической службы, которая будет давать рекомендации по поводу возможной профессиональной деятельности с точки зрения предрасположенности к определенным профессиональным заболеваниям.
Оказалось, что предрасположенность к алкоголизму или наркомании тоже может иметь генетическую основу. Открыто уже семь генов, повреждения которых связаны с возникновением зависимости от химических веществ. Из тканей больных алкоголизмом был выделен мутантный ген, который приводит к дефектам клеточных рецепторов дофамина — вещества, играющего ключевую роль в работе центров удовольствия мозга. Недостаток дофамина или дефекты его рецепторов напрямую связаны с развитием алкоголизма. В хромосоме 4 обнаружен ген, мутации которого приводят к развитию раннего алкоголизма. Уже в раннем детстве это отражается на поведении ребенка в виде повышенной подвижности и заметного дефицита внимания. Например, недавно выяснилось, что более двух третей всех полинезийцев наделены особой аллелью гена алкогольдегидрогеназы 2, которая оберегает их от алкогольной зависимости. Большинство людей с таким геном признают, что попытки выпить пива, водки или вина неизбежно оставляют после себя очень неприятное чувство и стойкое отвращение к спиртным напиткам.
В настоящее время также интенсивно изучается проблема зависимости психики человека, его способностей и талантов от его генов. Главная задача будущих исследований — это изучение однонуклеотидных вариаций (снипсов) в ДНК и выявление различий между людьми на генетическом уровне. Это позволит создавать генные портреты людей и, как следствие, эффективнее лечить болезни, оценивать способности и возможности каждого человека, выявлять различия между популяциями, оценивать степень приспособленности конкретного человека к той или иной экологической обстановке и т. д. Подробнее об этом мы расскажем далее в специальной главе.
Сейчас уже выявлено свыше двух сотен генов детоксикации, полиморфизм которых тесно взаимосвязан с существенно измененной функциональной активностью и отражается в результате в предрасположенности индивидуума к различным заболеваниям под действием ксенобиотиков — чужеродных для организма веществ, таких, как пестициды, препараты бытовой химии, лекарственные средства и т. п. Рассмотрим несколько характерных примеров. Функционально неполноценный вариант гена детоксикации, называемого геном N-ацетилтрансферазы 2, влияет на возникновение рака молочной железы, и этот эффект напрямую связывают с курением. У женщины с данным вариантом гена курение, особенно в молодые годы, повышает риск заболевания раком почти в 20 раз! С определенным видом полиморфизма другого гена (ген GSTM1), участвующего в детоксикациии ароматических углеводородов, связан у курильщиков повышенный риск развития такого злокачественного заболевания, как карцинома.
Интересно, что мутации генов не всегда приводят к негативным последствиям — они иногда могут быть даже полезными для конкретного индивидуума. Приведем один пример. Некоторые спортсмены используют в качестве допинга гормон эритропоэтин, который стимулирует размножение клеток крови. За это их строго наказывают. А вот у двухкратного призера зимних Олимпийских игр 1964 года в Иннсбруке финна Еро Мянтиранта имелась редкая мутация в гене-рецепторе этого гормона (выяснилось это значительно позже). Эта мутация, доставшаяся спортсмену от деда, и внесла существенный вклад в его победы. Дело в том, что благодаря мутации у него образовывалось в крови красных кровяных клеток на 50 % больше, чем в норме, что приводило к существенному повышению обмена кислорода и сильно увеличивало выносливость организма к перегрузкам.
Конечно, золотые медали — это хорошо, но, скажем, устойчивость к вирусу иммунодефицита не менее важна для человека. Ведь в период до 2020 года от СПИДа в мире может погибнуть до 70 миллионов человек! Эти пугающие цифры приводятся в отчете, представленном в 2002 году на ежегодном заседании Экономической и социальной комиссии ООН.
В Уганде и Танзании инфицированность вирусом иммунодефицита среди проституток доходит до 60–80 %, однако некоторые из них не только не умирают от СПИДа, но и рожают здоровых детей. Было предположено, что имеется мутация (или мутации), защищающая человека от СПИДа. Люди с такой мутацией могут быть инфицированы вирусом иммунодефицита, но не заболевают СПИДом. В конечном итоге был идентифицирован ген, получивший имя CCR–5, с которым все это связано. За этой непонятной для непросвещенного читателя аббревиатурой скрывается ген, определенное изменение в котором (выпадение небольшого участка ДНК) придает человеку невосприимчивость к вирусу иммунодефицита человека. Большинство людей подвержено этой страшной вирусной инфекции, а вот индивидуумам с такой мутацией она не страшна. В настоящее время создана карта, примерно отражающая распределение этой мутации в гене CCR–5 в Европе. Особенно часто (до 15 % населения) она встречается среди финно-угорской группы населения. Обнаружение такого мутантного гена может привести в конечном итоге к созданию надежного способа борьбы с одним из самых страшных заболеваний нашего века.
Полиморфизм в генах-триггерах (генах-переключателях) часто связан с тяжелыми мультифакторными заболеваниями. В частности, отдельные варианты гена ApoE ассоциированы с развитием таких патологий, как атеросклероз и болезнь Альцгеймера. В качестве генов-триггеров рассматривают также многочисленные онкогены и антионкогены, мутации в которых изменяют метаболизм клетки в целом и приводят к ее злокачественному перерождению.
Зная все это, молекулярная медицина имеет возможность предсказать развитие тех или других патологий у конкретного человека. За этим следует ряд превентивных мер, а в отдельных случаях и направленное лекарственное воздействие. Уже в ближайшем будущем вполне реален такой сюжет. После проведения анализа медики говорят пациентке так: курение вредно для организма, но многие, зная об этом с детства, тем не менее курят. Однако предупреждаем — у вас лично в геноме присутствует «вредный» вариант гена N-ацетилтрансферазы 2. Если другим женщинам курение еще может и сойти с рук, то вам почти на 100 % гарантирован рак молочной железы. Вряд ли после этого пациентка будет курить.
Важной особенностью человека служит способность говорить, общаться с себе подобными. Но у некоторых людей эта способность нарушена. Изучение причины такой патологии в одной довольно многочисленной семье, где все ее члены не могли членораздельно выражать свои мысли, привело к обнаружению «гена речи», дефект в котором и вызывал эту аномалию.
Многочисленные важные для медицины результаты получают на животных как на моделях. Для этого работу мутантного гена изучают с использованием специально полученных культур клеток и трансгенных животных. Смоделировав на животных болезнь человека, их можно затем использовать для подбора лекарств, влияющих на разрушительное действие мутантных генов, например препаратов, которые останавливают гибель клеток.
Иногда идут другим путем. У лабораторных животных с помощью «генного нокаута» полностью выключают тот или иной ген-кандидат, чтобы лучше понять его функцию. Так, итальянские ученые обнаружили ген, играющий ключевую роль в развитии кокаиновой наркотической зависимости. У мышей без гена mGluR5 (этот ген был выключен — нокаутирован), в отличие от нормальных мышей, пристрастие к кокаину не возникало. Нормальные же мыши быстро привыкали к наркотику. С помощью специального приспособления они вводили себе дозу кокаина по 25 раз за два часа. Эти эксперименты открывают новое направление в изучении причин наркомании у людей и поиска путей борьбы с этим тяжелым недугом.
Когда установлена связь заболевания с одним из генов, можно начинать поиск методов лечения. Выяснение механизмов развития того или иного заболевания помогает разрабатывать новые препараты, которые действуют на причину болезни, а не на симптомы. В конечном итоге должны быть разработаны способы и средства лечения большинства болезней человека. На это, скорее всего, потребуются десятилетия, может быть, даже сменится нынешнее поколение людей, однако любой успех на этом пути, без сомнений, стоит затраченных средств, усилий и времени. Благодаря молекулярной медицине в будущем, вероятно, будут созданы новые лекарства, гораздо более избирательные и эффективные, чем ныне существующие, поскольку они будут целенаправленно действовать на строго определенные генные и белковые мишени.
По мнению главы американской программы исследований генома человека Френсиса Коллинза, уже в первой половине XXI века лечение самых разных недугов будет основано на использовании синтетических генных продуктов, которые станут изменять работу заболевших клеток и органов в нужном направлении.
Теперь, когда молекулярная природа многих наследственных патологий установлена, их можно обнаружить даже на внутриутробной стадии. Это позволяет прерывать беременность или заблаговременно начать лечение ребенка. Например, в результате таких мер в некоторых странах за последние годы доля детей, больных талассемией (болезнь крови), снизилась более чем в 20 раз. Моногенные наследственные заболевания легче определяются, часто первые клинические симптомы проявляются на сравнительно поздних стадиях. Это дает возможность диагностировать их до появления первых признаков патологии. Речь идет о таких заболеваниях, как рак молочной железы, хорея Хантингтона, рак толстой кишки, миотоническая дистрофия и др.
Прогресс в секвенировании генома человека ускорил понимание и молекулярной природы сложных генетических заболеваний. Со строго определенными генами связано относительно немного заболеваний. Подавляющее же их большинство, в том числе такие «главные убийцы», как сердечные, возникает при участии многих генов и белков, с одной стороны, и под влиянием окружающей среды — с другой. Все это сильно усложняет ситуацию. Для выхода из этого положения используют несколько методов. Один из них, весьма трудоемкий, заключается в изучении большого числа семей с определенным типом заболевания. Так, американец Р. Лифтон провел со своими коллегами обширное исследование многочисленных семей с синдромом повышенного давления. Это позволило обнаружить у них специфические мутации примерно в десятке разных генов. Многие из этих генов кодируют почечные белки, которые участвуют в транспорте солей и других метаболитов.
Другой путь — изучение соответствующих мутаций у больных мышей, которые имеют значительное генетическое родство с человеком. Однако и здесь пока не все так просто.
Весьма полезной базой для решения этих вопросов может служить большая клиническая информация, разбросанная сейчас по разным институтам и медицинским центрам. Для формирования такой информационной системы сейчас уже создаются огромные международные базы данных по сложным генетическим заболеваниям. Например, программа LURIC (The Luwigshafen Risk and Cardiovascular Health Study) поставила своей целью идентифицировать новые факторы риска генетической природы и окружающей среды для болезней сердечно-сосудистой системы. Далее с помощью функциональной геномики будет осуществляться поиск новых маркеров и генов, вовлеченных в эти сложные заболевания.
К сожалению, наши новые знания пока еще слабо отражаются в медицинской практике на процессе лечения. И это понятно — мы находимся только на первом этапе пути к полному пониманию функций человеческого генома. Тем не менее, в самое ближайшее время наиболее важный практический выход наших знаний о геноме человека ожидается в генной диагностике болезней, лечении и профилактике наследственных и врожденных заболеваний и пороков.
Уже давно бытует хорошо известное мнение, что все болезни от нервов. Это утверждение, как и многие другие категоричные заявления, конечно же, однобоко. Из вышеизложенного очевидно, что в основе большинства патологий лежат не нервы, а человеческий геном. Большая часть заболеваний человека имеет генетический компонент. Роль генетических нарушений может быть ведущей или второстепенной, но она есть почти всегда. «Психологический фактор» действительно играет порой существенную роль как в развитии заболевания, так и при его лечении. Но это уже проблема не генетиков, а психологов.
На фоне современных достижений медицинской геномики довольно архаичным звучит заявление Ватикана, сделанное в начале 2002 года, что ему удалось найти источник всех человеческих болезней. По мнению иерархов католической церкви, все заболевания становятся результатом тех или иных грехов каждого конкретного человека, поэтому все люди могут, в принципе, быть абсолютно здоровыми и хорошо выглядеть. Вот так! И ничего делать не надо. Зачем только ученые тратили и продолжают тратить баснословные денежные средства на изучение структуры и функции генома человека?
Данный текст является ознакомительным фрагментом.