Рафаил Нудельман - Неизвестное наше тело. О полезных паразитах, оригами из ДНК и суете вокруг гомеопатии...
Так вот, до сих пор все занимались «исправлением» одиночных генов. А группа профессора Лоуренс сделала следующий шаг — применила эту методику к «лечению» целой хромосомы — той «третьей лишней», которая вызывает болезнь Дауна. С помощью одного из четырех ныне существующих видов «сконструированных нуклеаз» (а именно — нуклеазы, молекула которой похожа на ножницы с атомом цинка вместо винтика) они ввели в стволовую клетку, содержащую три 21-х хромосом, ген XIST, причем нуклеаза была сконструирована так, чтобы ввести этот ген прямиком в одну из трех 21-х хромосом. Операция оказалась удачной: этот ген заработал, то есть по его программе в клетке стали появляться молекулы XIST. Но главное — эти молекулы стали обволакивать лишнюю 21-ю хромосому и полностью выключать ее из действия. Иными словами, эта операция привела к устранению трисомии 21!
Правда, пока только в пробирке. Но лиха беда начало — уже это лабораторное достижение позволило ученым сравнить дальнейшие судьбы стволовых нервных клеток, получивших «лечение» и не получивших его. Оказалось, что операция устранила два последствия трисомии 21 на клеточном уровне. Не прошедшие операцию клетки размножались медленнее и дифференцировались (то есть приобретали разную специализацию) плохо, тогда как в прошедших операцию клетках эти «дауновские» дефекты были устранены. Такое вот обнадеживающее начало, — а продолжение я предоставляю вашему воображению.
Закончу этот затянувшуюся главу еще одной приятной новостью. Она касается раннего выявления болезни. Средства такого выявления были известны и раньше, они сводятся к анализу материнской крови во время беременности, но прежние методы страдали двумя существенными недостатками. Во-первых, эта проба крови требовала «вторжения» в женский организм (конкретней — прокалывания околоплодного пузыря), которое часто приводило к выкидышу. Еще существенней было то, что такой анализ давал уверенный ответ только на продвинутой стадии беременности — во втором триместре, примерно на пятнадцатой неделе.
Вы спросите: почему это недостаток и к тому же существенный? Дело в том, что, как я уже говорил, многие родители, даже узнав о болезни ребенка, зачастую отказываются от аборта. Это особенно характерно для стран с распространенной религиозностью. Например, в США 60 процентов женщин при опросе заявили, что, получив позитивный результат «анализа на синдром Дауна» на пятнадцатой неделе, они ни за что не сделают аборт. А вот против аборта в первом триместре беременности категорически возражают всего 30 процентов женщин.
Так вот, в июле 2013 года авторитетный медицинский журнал «New England Journal of Medicine» опубликовал сообщение о том, что разработан совершенно новый метод «анализа на синдром Дауна», свободный сразу от обоих этих недостатков. Во-первых, он не требует вторжения в околоплодный пузырь. А во-вторых, дает уверенный ответ уже на девятой (!) неделе беременности, что резко улучшает шансы на безвредный (для женщины) аборт и тем самым может существенно повлиять на решение родителей. Чувствительность нового метода весьма высока: он верно обнаруживает трисомию в 98 процентах случаев и верно различает трисомии 21, 18 и 13 в 99,5 процента случаев. Как пишет журнал, этот метод, по ряду причин, еще требует доработки, но уже сейчас можно думать, что он произведет подлинную революцию в своей области.
Загадка испорченного гемоглобина
В отчете Всемирной организации здравоохранения за 2011 год сказано, что в 2010 году смертность от малярии составила около 655 тысяч человек. 90 процентов умерших пришлось на долю тропической Африки, причем около 60 процентов в ее доле смертности составили дети в возрасте до пяти лет.
Малярия, вообще говоря, распространена по всему земному шару. Тем не менее основное число заболеваний сосредоточено в Африке и частично в Индии и Юго-Восточной Азии. Причина того, что 90 процентов смертей от малярии приходится именно на Африку, состоит в том, что африканская, или тропическая, малярия вызывается самым опасным видом малярийного паразита, «плазмодиум фалципарум». В семействе паразитов Plasmodium до недавнего времени насчитывалось четыре вида паразитов: Plasmodium vivax, Plasmodium ovale, Plasmodium malarie и Plasmodium falciparum; недавно в Малайзии был обнаружен пятый вид, Plasmodium knowlese, но, как оказалось, он в основном поражает обезьян и лишь очень изредка — людей. Так вот, первые три из четырех главных видов плазмодия вызывают относительно легкие формы болезни с малым числом смертных случаев. А главный виновник почти всей малярийной смертности — это плазмодий вида «фалципарум». И распространен он в основном именно в Африке, южнее Сахары.
В то же время именно в Африке, в самых ее малярийных местах, более всего распространено другое заболевание — серповидно-клеточная анемия, которое в некоторых случаях тоже заканчивается смертью, причем тоже в основном в детском возрасте. Изучая эту болезнь, ученые давно уже установили, что она вызвана мутацией (порчей) определенного гена, а именно — гена, связанного с гемоглобином. Но наличие этой мутации не всегда ведет к смерти. Дело осложняется тем, что каждый ген в нашем организме представлен в двух копиях. Поэтому среди людей, имеющих мутацию в гене гемоглобина, могут быть такие, у которых эта мутация поразила только одну копию гена (они называются гетерозиготными, то есть «разно-генными»), и такие, у которых мутация присутствует в обеих копиях (они называются гомозиготными, то есть «одинаково-генными»). Первых врачи называют «больными», а вторых — всего лишь «носителями болезни». Так вот, в детстве умирают, как правило, гомозиготные больные. А вот гетерозиготные «носители», как правило, выживают, хотя и страдают тяжелыми нарушениями кровообращения и т. п., которые сокращают длительность их жизни до 45–50 лет (при постоянной врачебной помощи они могут дожить до 53–60 лет). И, как я уже сказал, больше всего таких «носителей болезни» насчитывается в тропической Африке. Здесь они составляют более трети всего населения, а в самых малярийных районах — даже до 45 процентов.
Если вдуматься, есть некая странность в том, что именно в тропической Африке, где свирепствует смертельная малярия, так много носителей испорченной копии гемоглобинового гена. Ведь все эти носители, особенно дети, должны, казалось бы, первыми умирать от малярии, поскольку их организм ослаблен серповидно-клеточной анемией. А это значит, что за минувшие столетия все носители этого гена должны были вымереть подчистую, причем в Африке — в первую очередь. А в действительности как раз в Африке их больше всего. Эта странность давно привлекала внимание врачей и заставила их думать, что между малярией и серповидноклеточной анемией имеется какая-то связь. И действительно, в 1940-х годах британский военный врач Бит, работавший в Родезии, заметил, что в крови малярийных пациентов, имеющих одну копию мутированного гена, всегда обнаруживается меньше плазмодиев, чем в крови пациентов, вообще не имеющих этой мутации. Вслед за тем заирский врач нашел, что среди «носителей болезни» наблюдается меньше случаев тяжелой малярии, чем среди людей без мутации. А в 1954 году еще один британский врач, Энтони Аллисон, работавший в Кении, обобщил эти наблюдения и выдвинул гипотезу, по которой серповидно-клеточная анемия дает своим носителям какую-то защиту от малярийного плазмодия. Дальнейшие исследования показали, что это действительно так и что наибольшую защиту анемия дает своим носителям в детском возрасте, до того, как у них окончательно сформируется иммунная система. Но и у взрослых носителей есть частичная защита, и потому у них малярия протекает не так тяжело и реже кончается смертельным исходом, чем у людей, совсем защиты не имеющих.
Это открытие поставило серповидно-клеточную анемию в ряд наследственных болезней, объединенных термином «гетерозиготное преимущество». Да, медицина знает еще несколько примеров подобных болезней. Хороший пример дает другое генетическое заболевание, фенилкетонурия, при которой гомозиготность ведет к ранней смерти из-за накопления испорченного белка в нервной системе, тогда как гетерозиготность (у женщин) защищает от выкидышей. Или вот болезнь Тея-Сакса (открыта Уореном Теем, изучена Бернардом Саксом), тоже разрушающая нейроны головного мозга. Гомозиготность в этом случае проявляется уже в самом раннем возрасте, и ребенок обычно гибнет к четырем-пяти годам, но гетерозиготы выживают, потому что эта мутация одновременно каким-то образом защищает своего носителя от туберкулеза. (Видимо, именно поэтому такая гетерозиготность сохранилась почти у 11 процентов ашкеназийских евреев, которые многие века жили в условиях гетто, особенно располагавших к туберкулезу.)
Заметим, кстати, что такое «странное» на первый взгляд сохранение потенциально смертельной мутации в коллективе людей, — это, в свою очередь, частный вид еще более широко распространенного биологического явления, которое называется «сбалансированным полиморфизмом», или проще — сбалансированным многообразием. Сбалансированный полиморфизм внутри какого-то коллектива возникает не только в случае болезнетворной, но и в случае вполне благотворной мутации, если она дает своему носителю какое-то выживательное преимущество. Иными словами, сбалансированный полиморфизм возникает во всех тех случаях, когда гетерозиготы оказываются в тех или иных ситуациях более жизнеспособными, чем гомозиготы (будь то гомозиготы с двумя мутированными копиями или с двумя здоровыми). Во всех этих случаях в коллективе возникает и затем стабильно сохраняется определенная пропорция (баланс) между числом гетерозиготных и гомозиготных членов коллектива.
