Когда заменят бракованные гены?

Использование генетически модифицированных бактерий, дрожжей и растений – это давно уже банальная повседневная вещь. Объем рынка инсулина, производимого трансгенными микроорганизмами, к 2018 году перейдет рубеж 30 миллиардов долларов. Генетически модифицированными растениями в 2012 году было засеяно 170 миллионов гектаров – это больше 10% пахотных земель планеты. Внедрение генетически модифицированных животных в повседневную жизнь продвигается чуть медленнее, но, например, в научных экспериментах они уже давно занимают лидирующие позиции. В Великобритании, подсчитывающей все на свете, в 2012 году был проведен 3 058 821 эксперимент на мышах, из них в 1 741 913 участвовали именно трансгенные животные.

Применительно к людям все далеко не так радужно. Большинство новостных сообщений о «генетически модифицированных детях» посвящены обычной преимплантационной диагностике – выбору здорового эмбриона во время ЭКО. В остальных случаях под звучным заголовком о генной модификации скрывается всего лишь ооплазматический перенос – введение цитоплазмы и митохондрий женщины-донора в яйцеклетку женщины-реципиента. Эта методика разработана для лечения некоторых форм бесплодия, но в качестве побочного эффекта еще и приводит к рождению детей, сочетающих митохондриальную ДНК от двух женщин. Сходные технологии могут использоваться для предотвращения генетических заболеваний, связанных с поломками митохондрий матери, но даже здесь до широкого внедрения еще далеко. 

А что касается полномасштабной генетической модификации, изменения ядерного генома половых клеток или эмбрионов, она вполне осуществима, эксперименты на животных дают неплохие результаты, но применительно к людям такая стратегия лечения вряд ли выйдет в ближайшие годы из области теоретических рассуждений. С этической точки зрения вмешательство в геном на уровне целого организма (при текущем уровне развития технологий) может не только не вылечить болезнь, но и привести к новым нарушениям. А если этика нас не интересует, то тем более непонятно, зачем возиться с больным эмбрионом, вместо того чтобы имплантировать здорового.

Но картина полностью меняется, когда речь идет о взрослых. В этой ситуации неправильно работающую ДНК можно и нужно пробовать заменять на нормальную. Генная терапия – комплекс мер, направленных на изменение ДНК отдельных клеток, – это вполне работоспособное направление современной медицины. К июлю 2013 года было проведено уже около двух тысяч клинических испытаний генной терапии – правда, абсолютное большинство из них пока так и осталось на первой фазе, то есть осуществлялась только оценка безопасности метода, а не его эффективности. Генная терапия вынуждена преодолевать массу методологических проблем, связанных с адресной доставкой генов в клетки, возможностью иммунного ответа на используемые генетические конструкции, работоспособностью внедренных генов и так далее, и поэтому огромная доля исследований так и не приводит к реальным результатам. 

Тем не менее уже существуют первые методы генной терапии, разрешенные в Евросоюзе (американская FDA пока что более консервативна), и есть надежда, что по крайней мере к середине XXI века люди наконец-то смогут управлять своим геномом – во всяком случае, для компенсации угрожающих жизни состояний.

1. Гены против рака

Максимальное количество клинических испытаний генной терапии связано вовсе не с классическими наследственными болезнями (типа гемофилии или муковисцидоза), а с лечением онкологических заболеваний. Это логично: они очень распространены, интенсивно изучаются, всегда связаны с нарушением генетических механизмов контроля за делением клеток. К тому же генная терапия часто направлена не на подавление самой опухоли, а на тонкую настройку иммунных клеток, предназначенных для борьбы с ней. Это означает, что клетки можно извлечь из крови пациента и модифицировать в пробирке, вместо того чтобы вводить ДНК в организм и сталкиваться со всеми трудностями доставки в нужные ткани.

Иногда из тела пациента извлекают для генетической модификации не иммунные клетки, а, наоборот, клетки опухоли: смысл в том, чтобы сделать их более заметными для иммунной системы, чтобы она могла бороться с метастазами. Этот подход развивается и в России, например в НИИ онкологии им. Петрова под Петербургом. Еще одно направление генной терапии рака, в развитии которого участвуют отечественные исследователи, – разработка методов доставки «суицидных генов», которые включаются в раковых клетках и убивают их. Например, академик Евгений Свердлов и его коллеги из Института биоорганической химии РАН работали над схемой лечения, основанной на внедрении в раковые клетки генов тимидинкиназы вируса простого герпеса. Идея в том, что опухолевая клетка начинает использовать в хозяйстве вирусный фермент, и из-за этого становится уязвима к банальному противовирусному лекарству – ганцикловиру.

Именно к лечению рака относится первая в мире схема генной терапии, одобренная для коммерческого применения – в Китае, в 2003 году. Речь идет об аденовирусном векторе, доставляющем в клетки опухолей головы и шеи ген белка p53. Это один из важнейших супрессоров образования злокачественных опухолей, и его работа очень часто нарушается в раковых клетках. Если вернуть белок p53 в клетки, то рост опухоли замедлится, и ее будет намного проще уничтожить с помощью облучения.

2. Мое сердце остановилось

Сегодня сердечно-сосудистые заболевания – главная причина смерти не только в развивитых странах, но и в мире в целом. Вполне естественно, что их интенсивно изучают. Похоже, что добавление нужных генов в мышечные клетки сердца и сосудов во многих случаях может предотвратить развитие нарушений, несовместимых с жизнью. В случае ишемической болезни используют гены, стимулирующие рост новых кровеносных сосудов. Сердечная недостаточность обычно связана с нарушением обмена ионов кальция, и можно добавлять гены, которые помогут клетке вернуть контроль за этим процессом. Даже аритмия – на уровне испытаний на животных – поддается лечению методами генной терапии, нужно добавлять гены, повышающие восприимчивость клеток сердечной мышцы к поступающим сигналам.

Судя по результатам клинических испытаний, один из наиболее перспективных препаратов для лечения сердечно-сосудистых заболеваний – это ген фактора роста гепатоцитов. Вопреки названию он способен стимулировать не только размножение клеток печени, но и рост кровеносных сосудов. Введение вирусного вектора или плазмиды с этим геном в клетки мышечной ткани с помощью банальной инъекции вызывает достоверное улучшение кровоснабжения соответствующего участка. В Китае фактор роста гепатоцитов надеются использовать для лечения ишемической болезни сердца, а в Японии уже получены неплохие результаты применения этого гена у пациентов с нарушенным кровоснабжением конечностей.

3. Заменить бракованный ген

Самое очевидное направление генной терапии – это лечение моногенных наследственных заболеваний. Если в ДНК есть мутация и из-за этого какие-то клетки работают неправильно, то надо ввести в соответствующие ткани корректную версию гена, чтобы организм мог начать функционировать нормально.

Более 20% клинических испытаний в этой области посвящены муковисцидозу, широко распространенному наследственному заболеванию, при котором дыхательная и пищеварительная системы не могут нормально работать из-за слишком густой слизи, покрывающей стенки протоков. Лидер в этой области исследований – британский Консорциум по генной терапии муковисцидоза. В 2013 году его сотрудники сообщили о том, что клинические испытания методики введения нужного гена в легкие благополучно добрались до фазы IIB, это означает, что клиническая эффективность лечения уже в целом подтверждена и теперь речь идет об определении оптимальной дозировки препарата и схемы лечения.

Нарушения зрения и слуха в некоторых случаях также могут быть скорректированы с помощью генной терапии. Введение гена RPE65 в глаза людей, страдающих наследственным заболеванием сетчатки под названием амавроз Лебера приводит у них к существенному улучшению зрения и веры в светлое будущее (правда, как показали дальнейшие исследования, не останавливает в полной мере разрушение сетчатки).

Самые первые испытания генной терапии в начале девяностых были направлены на лечение SCID, тяжелого комбинированного иммунодефицита. При этой болезни иммунная система не работает до такой степени, что люди вынуждены жить в абсолютно стерильной среде – в буквальном смысле в стеклянной камере. При генной терапии из крови выделяют иммунные клетки, вводят в них ген аденозиндеаминазы, которая не работает у больных, и вводят их обратно в организм. Это приводит к восстановлению нормальной работы иммунитета, но, как выяснилось, при использовании вирусных векторов такое лечение повышает вероятность развития лейкемии, и поэтому сейчас генная терапия SCID приостановлена, так как необходимо разработать более безопасные методы доставки гена.

4. Противовирусная ДНК

В 2008 году американец Тимоти Рэй Браун полностью вылечился от ВИЧ-инфекции. Это произошло благодаря тому, что он болел лейкемией и нуждался в трансплантации костного мозга. Его лечащий врач, Геро Хюттер, смог подобрать донора костного мозга с мутацией в гене CCR5, нарушающей проникновение ВИЧ в иммунные клетки. Таким образом, новая иммунная система Тимоти была уже невосприимчива к атакам вируса.

Разумеется, такой способ лечения не подходит всем: пересадка костного мозга сложнее и опаснее, чем ВИЧ-инфекция, развитие которой современная антиретровирусная терапия в целом позволяет удерживать под контролем. Но было бы здорово воспользоваться тем же самым принципом и модифицировать собственные лимфоциты, чтобы сделать их защищенными от инфекции. По этому пути лечения ВИЧ идет, например, биофармацевтическая компания Sangamo. Этой осенью ее представители объявили на одной из профессиональных конференций, что вторая фаза клинических испытаний идет хорошо: у трех из семи пациентов, получивших генную терапию, концентрация вирусных частиц упала настолько, что имеющиеся способы лабораторной диагностики уже не позволяют их обнаружить. Компания обещает официально опубликовать эти результаты к концу года, и это может оказаться одним из главных научных прорывов десятилетия.

5. Трансгенный мозг

Генная терапия в перспективе может использоваться и для лечения нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера или болезнь Паркинсона. Это, пожалуй, наиболее сложная область – как с точки зрения доставки генов, так и с точки зрения потенциальных рисков, – тем не менее первые клинические испытания есть и тут. Пациенты, страдающие от болезни Альцгеймера и получавшие ген фактора роста нервов (NGF), демонстрировали повышение активности нейронов и улучшение когнитивных функций. При этом побочные эффекты были слишком велики, чтобы клинические испытания могли перейти на вторую фазу. С болезнью Паркинсона дела обстоятлучше. Например, введение гена GAD, контролирующего синтез гамма-аминомасляной кислоты, привело к хорошим результатам уже в двух фазах клинических испытаний, и есть надежда перейти на третью, во время которой проводится двойное слепое плацебо-контролируемое исследование препарата на сотнях или тысячах пациентов.

Если говорить о далеком-далеком будущем, то в принципе генная терапия мозга может позволить не только бороться с болезнями, но и менять характер человека. Во всяком случае, делать это с грызунами наука уже умеет: если ввести в мозг полигамной луговой полевки дополнительные копии гена, кодирующего рецептор к вазопрессину, то животное начнет проводить больше времени рядом со своей постоянной половой партнершей, то есть вести себя так, как свойственно моногамным полевкам. В принципе, существуют данные о том, что особенности строения вазопрессиновых рецепторов влияют на отношения с партнершами и у мужчин. Остается только надеяться, что любая генная терапия всегда будет требовать добровольного информированного согласия.

Ася Казанцева, Слон.ру