Генная инженерия – миф или реальность? Оказывается, учёные во всём мире делают успехи в области, которая недавно казалась вымыслом из мира фантастической литературы. На днях в издании Nature Medicine было опубликовано новое исследование врачей из Германии. Пяти пациентам с волчанкой, тяжёлым аутоиммунным заболеванием, применили CAR-T-клеточную терапию: из организма взяли здоровые лимфоциты и генетически модифицировали их в пробирке. Вставили в них особый ген. Затем "переученный" Т-лимфоцит вернули в организм больного, где он начал уничтожать заражённые клетки. Пациенты смогли отказаться от приёма тяжёлых лекарств на срок от 5 до 17 месяцев.
Генной инженерией называют манипулирование генами организма с использованием биотехнологий. Это технология, которая позволяет изменить состав клеток для создания улучшенных или новых организмов. Российские учёные также работают над тем, чтобы "перепрограммировать" клетки и создать лекарства от сложнейших заболеваний. Совсем недавно учёные разработали новый метод контроля доставки генов в клетки. Metro спросило Дмитрия Жданова, одного из разработчиков, доктора биологических наук, заведующего лабораторией Института биомедицинской химии имени В. Н. Ореховича, о том, какие заболевания они стараются вылечить.
Дмитрий Дмитриевич, генная инженерия – сегодняшняя реальность?
– Во всём мире учёные уже несколько лет работают над этим. В нашей лаборатории мы также пытаемся изменить клетки человека и придать им необходимые качества, и процедура трансфекции является одной из основным в нашей работе. Трансфекция – это процесс внедрения материала в клетки для получения генетически модифицированных клеток. В процессе трансфекции "обработанный" ген в часть клеток попадает, а в часть – нет. Наша задача – отследить, в какие клетки вошли трансфекцированные гены. Почему это важно? Потому что сейчас активно развивается процедура генетического редактирования.
Давайте начнём с самого начала, чтобы было проще разобраться. Что такое ДНК?
– Человек состоит из клеток. Клетки формируют ткани. В тканях могут находиться клетки различного назначения. ДНК – это дезоксирибонуклеиновая кислота, сложная макромолекула, которая способна хранить и передавать генетическую информацию. Это своеобразный чертёж жизни. ДНК находится в ядре клетки и кодирует все белки, которые синтезируются в клетке. Белки, строительный материал клетки, берут на себя функциональную активность. Проще говоря, песни, которые играют на магнитофоне, это белки, а магнитная лента – это ДНК. Белки – это исполнители, а ДНК – программа, которая даёт белкам рабочие задачи.
ДНК наследуется от родителей?
– Да. Есть различные заболевания, которые непосредственно связаны с генными мутациями. Это означает, что в структуре ДНК, в этой программе, есть некая ошибка. Мы называем её мутацией. И белок этой ДНК мутантный, он не выполняет свою функцию. Наследованные заболевания, если есть у родителя, с большой вероятностью будут и у ребёнка. На сегодня насчитывают более 3000 болезней, связанных с нарушением наследственного материала. А есть болезни, которые не связаны с мутациями, а связаны с процессом реализации генетической информации. В норме так: с ДНК считывается РНК, с РНК считывается последовательность белка.
А как связаны ДНК и РНК?
– РНК – рибонуклеиновая кислота, также как и ДНК, макромолекула, которая содержится в клетке. ДНК хранит генную информацию, с неё считывается РНК. Белок синтезируется в матрице РНК. Чем больше РНК считывается с гена ДНК, тем больше белка будет синтезировано. Это и есть процесс реализации генетической информации. Некоторые вирусы используют РНК вместо ДНК как раз для хранения и передачи генетической информации (например, коронавирус).
Я говорю (в контексте проблем со считыванием – Прим. Ред.) о ненаследственных заболеваниях на генном уровне. Например, ген нормальный, в нём последовательность не нарушена, но что-то случилось на уровне считывания РНК в этой последовательности. Недостаточно интенсивно считывается или считывается, но по каким-то причинам деградирует в клетке. У человека идентифицировано 30 тысяч генов в организме, 30 тысяч последовательностей, кодирующих белок, однако белков гораздо больше. При заболевании может происходить другой профиль синтеза белка: в опухолевых клетках, при сердечно-сосудистых и аутоиммунных заболеваниях.
Что означает "другой профиль синтеза белка"?
– Белки здоровые, но есть отклонения от нормы, в норме должно быть много – при заболевании становится мало или наоборот. То есть с генетическим материалом всё нормально, мутаций нет, но реализация его ненормальная.
Как вы находите эту ошибку в программе ДНК?
– Если это мутация с ДНК, то мы можем провести анализ нуклеотидной последовательности ДНК и выявить мутацию. Если изменения происходят на уровне белка – то есть наука, протеомика, она изучает изменения уровней белка в клетке. Белок никогда в клетке поодиночке не работает, всегда работает с другими белками-партнёрами, их может быть достаточно много. Даже изменение одного белка может кардинально изменить всю функциональную активность клетки. Чтобы исследовать влияние одного белка на судьбу клеток, применяется как раз процедура трансфекции: когда в клетку внедряется ДНК или РНК, они кодируют интересующий нас белок, он синтезируется в клетке, причём в гораздо больших количествах, дальше исследуется реакция клеток на этот процесс. Трансфекция также позволяет и затормозить синтез белка. Условно говоря, как определить, что белок влияет на клетку? Нужно сделать так, чтобы в клетке его стало много, либо оставить небольшое количество.
Таким образом нашли лекарство от спинальной мышечной атрофии?
– Именно так. Это заболевание, при котором нарушена функция моторных нейронов в головном мозге: нервы не могут прикрепиться к мыщцам и передать сигнал о сокращении. Между ними нет контакта. В гене, который кодирует основной белок, называется он SMN-1, мутация. Что сделали американские учёные? Они взяли вирус, который условно непатогенный, и вставили в него нормальный ген SMN-1, так создали препарат "Золгенсма", самый дорогой препарат в мире. Введение данного препарата больным вызывает вирусное заражение больных клеток, что приводит к встраиванию нормального гена SMN-1 в геном клеток пациента. Это и есть трансфекция. Клетки сами начинают синтезировать нормальный белок SMN-1. Организм восстанавливается. Нервы начинают нормально прикрепляться к мыщцам, мыщцы нормально сокращаются. Это яркий пример того, каким образом процесс трансфекции способен доставлять нужный генетический материал в клетку живого организма, в ткани человека.
Расскажите о вашем недавнем открытии
– Раньше во время процедуры трансфекции мы использовали так называемый репортный ген. Он кодирует светящийся белок. Этот светящийся белок нужен, чтобы отследить доставлен ли генетический материал в клетку. Как это делается? Вместе с геном, который нас интересует, в клетку в составе одной и той же последовательности ДНК вставляется ген белка, который светится, если на него посветить лазером. Зелёный белок тяжёлый, много весит, чем тяжелее генетический материал, тем труднее он проходит в клетку. Мы в новом методе предлагаем отказаться от зелёного белка, что уменьшит размер генетического материала и увеличит эффективность трансфекции. Количество этих трансфецированных клеток будет больше – так вероятность успеха повышается.
Над поиском лечения каких заболеваний вы работаете сейчас?
– Мы ищем лечение рассеянного склероза. В патогенезе рассеянного склероза важную роль играют так называемые регуляторные Т-клетки. Все мы болеем различными инфекционными заболеваниями. В ответ на вирус активируется иммунная система, лимфоциты активируются, размножаются и становятся армией: они нацелены убить вирус и клетки, поражённые вирусом. Когда со своей задачей справились, их нужно успокоить, иначе начнут мародёрствовать. В здоровом организме это происходит автоматически при помощи регуляторных Т-клеток. Что происходит в организме больных с аутоиммунными заболеваниями? У этих больных иммунные клетки активированы не против вируса, а против тканей собственного организма. У больных рассеянным склерозом – против нервной ткани в головном мозге. Псориаз – лимфоциты направлены против клеток кожи. Ревматоидный артрит – против клеток хряща. Системная красная волчанка – против клеток кожи. Количество регуляторных Т-клеток мало или их функциональная активность понижена. Мы в лаборатории пытаемся с помощью метода трансфекции восстановить регуляторные Т-клетки у больных с рассеянным склерозом для того, чтобы наладить их "успокоительную" функцию. Мы берём у пациента эти Т-клетки, выделяем их из крови, делаем их активными и вводим обратно пациенту. Это называется регенеративная медицина.
Эти заболевания приобретённые?
– Чаще всего всего да, в силу какого-то фактора воздействия. Либо у организма неожиданно случился глюк в реализации генетической информации. Причины не изучены. Стресс также является одной из возможных причин. Считается, что к рассеянному склерозу может привезти травма головного мозга. Люди, если говорить о строении тела, на 90 процентов одинаковые, но вот эти 10 процентов, помноженные на отличный образ жизни и мышления, могут вносить вклад в развитие и течение разных болезней. Сейчас развивается новое направление – персонализированная медицина, она учитывает молекулярно-генетические, биохимические, демографические особенности и факторы окружающей среды конкретного человека. Мы берём клетки у больного и вводим их обратно уже очищенными, можем только этому же больному, иначе будет отторжение. Персонализированная медицина никогда не станет массовой, это довольно дорогие услуги. Но это большой шанс на спасение для тех, для кого обычная медицина бессильна.