Генная инженерия и герпес

В конце ноября 2017 года американский минздрав опубликовал предупреждение об опасных последствиях экспериментов в генной инженерии в домашних условиях: в открытом письме упоминаются риски, связанные с испытаниями самодельных препаратов на людях.

Суета в министерстве началась после того, как биохакеры один за другим стали демонстративно делать себе инъекции непротестированных веществ, чтобы вызвать генетические изменения.

Среди них был и экстравагантный молодой человек по имени Аарон Трайвик. На конференции по биохакингу он забрался на стул, приспустил брюки и публично вколол себе разработанный в собственной лаборатории генный препарат против герпеса. За что ученые из государственных институтов обозвали его психом, а такие же биохакеры, как он, — визионером. Сработало ли лекарство, никто уже не узнает: 30 апреля 2018 года труп Трайвика нашли в вашингтонском спа-центре. Он лежал лицом вниз в наполненной водой камере сенсорной депривации.

Трайвик каких-то пару недель не дожил до результатов последних анализов, по которым стало бы ясно, сработал ли препарат. История его гибели остается загадкой: полиция Вашингтона заявила, что рассматривает версию о насильственной смерти. Ему было 28.

Лекарство от герпеса, которое Аарон Трайвик хотел испытать на себе, было разработано с использованием популярной и сравнительно недорогой технологии направленного редактирования генома CRISPR/Cas9. Последовательность CRISPR умеет запоминать фрагменты ДНК, а белок Cas9 — вырезать их. В 2013 году ученые начали использовать механизм CRISPR/Cas9 для редактирования ДНК, но пока в академической среде эту технологию испытывают на людях осторожно и редко.

Первыми неофициальными экспериментами с CRISPR занялся биогенетик Джозиа Зайнер — с него и пошла мода ставить генетические опыты на себе. Зайнер выглядит как рок-звезда: ряд из десяти колец в каждом ухе, осветленные волосы, выбритые виски, татуировки на руках.

Раньше офис ODIN располагался в гараже Зайнера, но недавно переехал в арендованный дом в бедном районе Западного Окленда, штат Калифорния. В компании меньше десяти сотрудников, и для всех это основная работа.

Два года назад он ввел себе раствор, содержащий зеленый флуоресцентный протеин, который производят медузы. Прошлой осенью он вколол в правое предплечье ген, блокирующий выработку миостатина — белка, подавляющего рост мышц. Миостатин вырабатывается у большинства животных. Лабораторные мыши, которым ученые отключили выработку этого белка, больше похожи на крошечных бойцовых собак. Статьи по исследованиям этих мышей Зайнер читал перед инъекцией. Также его согласился проконсультировать профессор Гарварда Джордж Чёрч.

Зайнер вел онлайн-трансляцию введения препарата и после укола выпил рюмку скотча — говорит, что это традиция: он всегда пьет в дни публичных выступлений.

Джозиа Зайнер не превратился в Халка и не начал светиться в темноте, но он и не собирался: говорит, те инъекции в руку были несерьезными и безопасными. Таким образом он хотел популяризировать медицину и науку. Как минимум ему удалось поставить свой бизнес на ноги: за 2017 год на продаже наборов для генетических экспериментов компания ODIN заработала полмиллиона долларов.

У покойного Аарона Трайвика настрой был куда более радикальным, чем у Зайнера. Его собственный медицинский стартап Ascendance Biomedical занимался производством экспериментальных вакцин. Компания планировала раздавать ампулы с растворами в Венесуэле и других развивающихся странах. На сайте Ascendance не указаны телефон и адрес, поскольку лаборатория Трайвика занимает небольшой арендованный гараж в пригороде Вашингтона. Зато можно записаться в очередь желающих опробовать их экспериментальные лекарства — не только от герпеса, но и от ВИЧ.

Триллионы плазмидов в шприце должны были наладить в теле Тристана выработку антител N6. Эти антитела, обнаруженные учеными из Национального института здравоохранения США в 2016 году, вырабатываются в человеческом организме самостоятельно и нейтрализуют до 98% вируса в лабораторных условиях, вот только счастливых обладателей N6 в крови единицы во всем мире. Код спасительного антитела умещается в два файла по тридцать килобайт, его биохакеры скачали в интернете и распечатали в одной из частных лабораторий, занимающихся молекулярной биологией.

Тристан говорит, что не боялся инъекции, а ждал ее. В первый месяц после укола его кожа покрылась красной сыпью, но оказалось, что это были укусы постельных клопов. Спустя полгода количество частиц ВИЧ в его крови не уменьшилось — видимо, лекарство не сработало. Тристан намерен вернуться на антиретровирусную терапию, а пока он работает над новой вакциной от ВИЧ. После смерти Аарона Трайвика он, как и другие биохакеры из Ascendance, решил не бросать работу в компании.

Тристан говорит, что фармакологические гиганты тормозят разработку лекарств, чтобы подсаживать пациентов на временные решения вроде антиретровирусной терапии, но после паузы добавляет, что доказательств этого нет. Его можно понять: тяжело читать об успешных лабораторных испытаниях N6, когда корчишься из-за побочного эффекта от прописанных средств. Чтобы выпустить на рынок новый препарат, нужно от 10 до 15 лет. Средняя стоимость исследований — 2,6 миллиарда долларов. Причина популярности биохакинга объясняется тем, что у многих не хватает терпения ждать, когда большие фармкомпании выпустят очередное чудодейственное лекарство.

Биохакеры из Ascendance кажутся безумцами, но и во все времена медики проводили испытания на себе — такие поступки считаются безупречными с точки зрения этики. В конце 1920-х российский врач Александр Богданов делал себе переливание крови. Он верил, что переливание поможет ему достичь вечной молодости. Идеи Богданова так воодушевили Сталина, что он распорядился создать Институт крови. Ученый провел десять успешных переливаний, но одиннадцатое его убило. Причины смерти засекретило правительство СССР, но, вероятно, Богданову не подошла группа крови, резус-фактор открыли только в 1940 году.

В 1984 году австралийский врач Барри Маршалл после неудачных тестов на животных выпил раствор с бактерией Helicobacter pylori, чтобы доказать ее связь с возникновением гастрита и язвы. Эксперимент сработал: уже спустя несколько дней его ежечасно тошнило. История закончилась хорошо: изучение бактерии стало главным делом жизни Маршалла, а в 2005 году он получил за это Нобелевскую премию.

Весной у биохакеров появился новый герой. Джастину Аткину 22 года. Кажется, возможность есть сыр была его главной мечтой: свою непереносимость лактозы он решил победить с помощью генной инженерии. Аткин обошелся без инъекций и CRISPR, вместо этого сделав таблетки с вирусом-транспортировщиком, который доставил новый ген в ДНК. Биохакер говорит, что теперь его организм выделяет ферменты, расщепляющие лактозу. Джастин пожелал, чтобы у этого лекарства был открытый исходный код — так говорят о софте, который может запустить и улучшить каждый.

ДНК-вакцина от герпеса, разрабатываемая Санкт-Петербургским научно-исследовательским институтом особо чистых биопрепаратов ФМБА России, намного безопаснее существующих, которые содержат ослабленный вирус или его инактивированные компоненты.

Сейчас в мире применяется и разрабатывается несколько вакцин от герпеса, которые можно использовать для увеличения продолжительности ремиссий и снижения тяжести рецидивов. Каждая из них справляется только с каким-то одним типом этого вируса, поэтому для профилактики герпеса их не применяют.

По словам ученого, новая вакцина — продукт генной инженерии — обеспечивает высокий уровень биобезопасности, потому что содержит только гены фрагментов белков. Наличие в вакцине фрагментов, специфичных для разных типов вируса, защищает человека почти от всех разновидностей этой болезни.

Вакцину можно применять и для взрослых, и для детей. Она будет использоваться как с целью профилактики заболевания, так и для лечения людей, уже инфицированных герпесом.

По словам Андрея Симбирцева, вакцина позволит увеличить интервалы между рецидивами и снизить тяжесть их течения, то есть существенно повысить качество жизни пациента.

— Нельзя исключить и возможность полного выздоровления на фоне применения вакцины, — отметил ученый. — В долгосрочной перспективе всеобщая профилактическая вакцинация может искоренить это заболевание как таковое или снизить его эпидемическую актуальность до минимальных значений.

— Многие даже не подозревают, что они носители вируса. Но это опасная болезнь. При определенных условиях наличие герпеса у человека может привести к отказу иммунитета. Непрерывно рецидивирующая форма течения, с клиническими проявлениями от шести раз в год, встречается у 60% инфицированных и приводит к вторичному иммунодефициту, а это уже риск тяжелых бактериальных инфекций и даже развития онкологии. Универсальная ДНК-вакцина против вируса — это прорыв в лечении заболевания, — рассказал он.

Уже проведены пилотные исследования препарата. Следующий этап — масштабирование технологии и полноценные регистрационные доклинические исследования для получения разрешения на проведение клинических испытаний.

— Доклиника сработала великолепно, и высока вероятность, что клинику мы успешно пройдем и получим универсальную вакцину против герпеса, — добавил руководитель ФМБА России.

Замдиректора Центрального НИИ эпидемиологии Роспотребнадзора Виктор Малеев считает, что важно создать вакцину от герпеса отечественного производства.

— Герпес широко распространен. Это условно-патогенный вирус. Он есть у всех, но не у каждого проявляется, — отметил эксперт. — Сейчас нет отечественных вакцин от герпеса, так что создание собственного препарата необходимо.

Доктор медицинских наук, врач-иммунолог Владислав Жемчугов, напротив, не видит смысла в вакцинации от герпеса. Он пояснил, что вирусов герпеса много, и сделать одинаково эффективную вакцину против всех крайне сложно. К тому же чаще всего вирус активизируется на фоне других заболеваний. Поэтому, чтобы подавить активность герпеса, нужно искать причину и вылечить или компенсировать основной процесс. А им может быть хроническая инфекция вплоть до СПИДа, обменные или гормональные нарушения.

— Вирус опасен для тех, у кого есть нарушения иммунитета. Это, например, люди с хроническими инфекциями, онкологическими заболеваниями, ВИЧ, туберкулезом. Случается, что вирус активизируется у детей, не долеченных от простудных заболеваний. Он может вызвать тяжелейшие повреждения мозга, — рассказал Вячеслав Жемчугов.

Но бывает и так, что сам герпес является причиной заболевания. Например, он может спровоцировать бесплодие, невынашиваемость беременности, инфекционный мононуклеоз и заболевания крови (вирус Эпштейн-Барра — это один из видов герпес-вирусов). В таких случаях рекомендуется медикаментозно подавить его активность (противовирусными средствами) на некоторое время в расчете на то, что дальше организм будет справляться сам.

Во что генная инженерия превратит человечество

Когда бактериофаг проникает внутрь бактерии, каждая повторяющаяся последовательность и примыкающий к ней спейсер используются в качестве шаблона для синтеза молекул, называемых crРНК. Образуется множество различных цепочек РНК, они связываются с белком Cas9, задача которого крайне проста: разрезать ДНК вируса. Однако сделать это он сможет только после того, как crРНК найдет комплементарный ей фрагмент вирусной ДНК. После того как Cas9 разрывает чужеродную нуклеиновую кислоту, последняя уничтожается до конца другими нуклеазами.

Чтобы произвести замену одного специфического участка в геноме на другой, необходимо синтезировать направляющую РНК, которая по принципу действия аналогична crРНК. Она указывает Cas9, где необходимо произвести двуцепочечный разрыв в ДНК модифицируемого организма. Однако нам нужно не испортить ген, а модифицировать его — например, заменить один или несколько нуклеотидов и убрать зловредную мутацию. Тут на помощь опять приходит природа. Естественные механизмы репарации тут же начинают восстанавливать перерезанную цепочку. Фокус в том, что для этого удаляются некоторые фрагменты РНК рядом с разрывом, после чего туда вставляются похожие последовательности. Ученые могут заменить их собственными последовательностями ДНК и таким образом модифицировать геном.

Схематическое изображение CRISPR

Однако нет ничего идеального. Несмотря на относительную точность, CRISPR-система иногда делает ошибки. Одна из причин лежит в самой природе системы. Бактерии невыгодно, чтобы crРНК совпадали на 100 процентов с фрагментом вирусной ДНК, который может отличаться на один-два нуклеотида. Для нее лучше, чтобы некоторые нуклеотиды могли отличаться, что дает микроорганизму больше шансов побороть инфекцию. В то же время в генной инженерии невысокая специфичность грозит ошибками: изменения могут быть внесены не там, где нужно. Если это произойдет в ходе экспериментов на мышах, то трагедии особой нет, но редактирование генома человека может обернуться катастрофой.

Однако CRISPR/Cas9 не была бы такой замечательной, если бы ее невозможно было усовершенствовать. Так, ученые научили Cas9 разрезать не две цепочки сразу, а только одну. Разрез вносится в двух различных местах ДНК-последовательности на разных цепях, поэтому система должна уметь распознавать в два раза больше нуклеотидов, чем обычно, что делает ее более точной.

Белок Cas и crРНК

Фото: Thomas Splettstoesser / Wikipedia

Ученые из университета Западного Онтарио нашли еще один способ усовершенствовать эту технологию. Они пытались решить проблему репарации разрезанной ДНК. Быстрое восстановление нуклеиновой цепочки приводит к тому, что ученые не успевают внести в геном свои исправления. Таким образом создается порочный круг: отремонтированную нежелательным образом цепочку вновь приходится разрезать белком Cas9.

Кристаллическая структура Cas9, связанного с ДНК

Фото: Cas9 wiki project / Wikipedia

Уже сейчас технологию CRISPR используют для лечения таких серьезных заболеваний, как лейкоз и рак легких, а также испытывают для очистки иммунных клеток от ВИЧ. По мере того как ученые находят все новые способы совершенствования этого метода, будет открываться все больше возможностей его применения.

Поделиться сообщением в

Внешние ссылки откроются в отдельном окне

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.

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.

Это вряд ли остановит исследователей в применении "крисперов", но может серьезно повлиять на то, кто получит финансовую выгоду от новой технологии.

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.

Лечение было основано на редкой генной мутации, которая дает людям естественный иммунитет к заболеванию.

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.

С тех пор как ген его иммунных клеток был отредактирован, Чаппелл уже два года не пользуется антиретровирусными препаратами.

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.

Генетическое лекарство от ВИЧ было опробовано фирмой Sangamo Biosciences (Ричмонд, штат Калифорния), которая обладает эксклюзивной лицензией на технологию ZFN.

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.

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.

Фундаментальная биология обогатилась за последние годы множеством новых прогрессивных технологий. Идет настоящая биотехнологическая, генноинженерная революция, в основе которой лежат методы трансгенеза, то есть переноса в геном растений и животных чужих генов. Люди, в основном далекие от науки, относятся к трансгенезу с большим подозрением. А трансгенные растения многие принимают буквально в штыки, устраивая шумные показательные демонстрации, протестующие против самой идеи и полученных результатов. Есть ли какие-то основания для подобного отношения к новым технологиям генной инженерии об этом наш корреспондент Людмила ЮДИНА беседует c кандидатом биологических наук Еленой ДЕЙНЕКО (лаборатория гетерозиса растений Института цитологии и генетики СО РАН).

Елена Викторовна, как специалист, вплотную занимающейся проблемой, объясните, чем так пугают трансгенные растения?

Думаю, прежде всего своей необычностью. На самом деле, с их помощью и при участии решаются и будут решаться в будущем великое множество проблем. Это технологии будущего. Методами генной инженерии значительно расширяется спектр признаков у растений, появляются характеристики, которые обычными, традиционными методами не создашь.

Пугает и то, что в геном трансгенного растения попадают гены вируса человека, каких-то микроорганизмов, отдаленных видов растений. Ведь мы выбираем нужный материал из других гетерологических систем, которые не скрещиваются, не взаимодействуют друг с другом. Нарушаются как бы естественные барьеры.

То есть, в природе ничего подобного не встретишь?

Отнюдь! И в природе подобное встречается, и необычным при этом не называется. Например, вирус герпеса, заражая человека, интегрирует в него свою ДНК. И она прекрасно приживается, может существовать там очень долго, и при благоприятных условиях (простуда) вновь индуцировать новые вирусные частицы, вызывая герпес.

Хочу подчеркнуть генная инженерия ничего абсолютно нового, того, чего нет в природе, не изобретает. Да, генетики создают нечто оригинальное, можно сказать, уникальное, но используя уже наработанный материал, реальные конструкции. И ставят их на службу целенаправленно, решая конкретные задачи.

Улучшение признаков у растений устойчивость к вирусам, насекомым-вредителям, к гербицидам. Вот сейчас стремительно наступает колорадский жук. Проблема! Сибирь только начинает входить в зону, где он размножается, и надо постараться остановить его. Ведь там, где он буйствует, настоящая катастрофа: один-два дня, и уничтожены все посевы. Требуется индуцировать устойчивость к колорадскому жуку.

А когда в самом растении действует ген, отвечающий за синтез дельта-токсина, он нарабатывает препарата столько, сколько требуется, в значительно меньших количествах, но достаточных для того, чтобы блокировать путь развития личинки жука. Личинка не превращается в куколку, численность популяции постепенно сокращается.

Генный подход в данном случае основан на выработке индукции устойчивости к колорадскому жуку.

В скором времени вы готовитесь защищать докторскую диссертацию в области трансгенеза. На чем делаете акцент?

Поскольку я представляю Институт цитологии и генетики, акцент сделан на изучение фундаментальных проблем, на два главных аспекта. Предстояло разобраться, что происходит с теми трансгенами, которые мы синтезируем в пробирке и внедряем в собственные гены растений. В задачу моей группы входило исследовать, как чужеродный ген будет при этом вести себя, как его примут соседи, станет ли новый ген, трансген, своим, будет ли наследоваться, сохраняться в поколениях и т.д.

И второе. Поскольку встраивание чужеродного гена в растительный геном происходит не по заданной программе, случайным образом, то мы не можем определить точное место, куда он попал.

Случайным образом это как?

Стреляем ДНК, а ДНК, как известно, длинная цепочка генов. Куда и что попадает заранее сказать нельзя. Мы можем попасть в собственный ген, что и происходит при мутагенезе. В нашем случае тоже может случиться нарушение генов. В результате получаем ТДНК-индуцированные мутации. Правда, они происходят не так часто. Если, скажем, создаются трансгенные растения для коммерческих целей, такие мутации сразу отсеиваются, не принимаются во внимание.

Для исследователей такие изменения, возникающие под действием чужеродного гена, просто настоящий клондайк. Мы их сразу берем на вооружение, изолируем, начинаем изучать самым подробнейшим образом. А происходят, надо заметить, вещи совершенно удивительные. Трансгены, которые мы переносим из пробирки в растение, начинают вести свою деятельность, взаимодействовать (или нет) с соседними участками, осуществляя разного рода превращения. Какие? Вот об этом я и говорю в своей диссертации.

Что-то неожиданное, любопытное удалось выявить?

То есть, исходя из запросов практики, можно осуществить самые смелые проекты?

В принципе, да. Но для исследователей во всем этом есть один весьма интересный, волнующий, захватывающий аспект когда трансгенные растения служат моделями для изучения фундаментальных проблем функционирования генов в целом.

Как можно изучать ген, не имея трансгенов? Если нарушить его работу. А нарушили значит получили мутации.

Но с другой стороны, мы не можем сказать, где же этот нарушенный ген располагается. Не знаем, как найти его. А когда получаем мутацию под влиянием чужеродного гена, тех фрагментов ДНК, которые мы синтезировали и внедрили, то этот самый чужеродный ген служит для нас как бы флажком, маркером среди генов самого растения. И становится возможным, используя молекулярные методы, изучать те участки, растительные ДНК, которые располагаются рядом с чужеродным геном. И когда мы видим мутации, измененные клетки, то есть все основания считать, что именно трансген нарушил нормальное функционирование гена растений.

А исследователь имеет возможность не просто изучать нарушенные гены, но и клонировать эти гены, прочитать их и получить полнейшую информацию.

Трансгенные растения в качестве фундаментальных моделей служат чрезвычайно богатым материалом для изучения фундаментальных проблем генетики, функционирования генов, клонирования генов.

Елена Викторовна, а всегда ли растение принимает чужеродные гены?

Нет, не всегда. Это зависит от того, в какой район попал наш синтезированный в пробирке ген. Бывает, он сразу воспринимается растением, как свой, собственный, наследуется согласно законам Менделя. А случается отторгается. В эволюционном плане все это чрезвычайно любопытно. Сейчас многих ученых занимает вопрос почему в одних случаях происходит опознавание, а в других нет.

Феномены отторжения чужеродных генов растительного генома как бы напоминают борьбу организма с вирусными инфекциями. Ведь когда вирус проникает в растительную клетку, включается механизм защиты от чужеродной ДНК.

Эффект, когда внедренный чужеродный ген растением не принят, и растение как бы пытается от него избавиться, называется инактивирование, или замолкание трансгенов.

В чем выражается стремление растения избавиться от непонравившегося соседа?

Какую работу провела конкретно ваша группа?

Мы проанализировали огромное количество данных по тысячам трансгенных растений, пытаясь найти случаи, когда трансген инактивируется, и в основе инактивации лежат несколько механизмов. Удалось обнаружить и сами механизмы. Создали в итоге несколько моделей в зависимости от способа инактивации. И не просто создали модели. Попытались смоделировать сам процесс. Очень интересные результаты! Причем, полученные изменения сохраняются в поколениях, наследуются.

И теперь, привлекая молекулярные методы, можно фундаментально исследовать феномен, ибо есть трансгенные растения с соответствующими проявлениями.

Вообще эта тема просто необъятное поле деятельности. По ней готовятся несколько кандидатских диссертаций и одна докторская.

Елена Викторовна, разговор у нас с вами в основном идет о фундаментальной стороне дела. А что новые технологии дают практике?

В мире довольно широко культивируются трансгенные растения более 100 форм. Во многих лабораториях мира активно ведутся работы по получению съедобных вакцин: в растения переносятся гены, которые работают как антигены. Например, гены оболочки бактерии туберкулеза, гены вирусов гепатита. Идет речь о том, чтобы по большинству инфекционных заболеваний создать так называемые съедобные растительные вакцины, ввести в растения гены этих возбудителей и проводить в будущем тотальную вакцинацию против целого ряда заболеваний. В программах участвует и наш институт.

В этом году окончил университет и блестяще защитился мой студент Андрей Турчанович он как раз сделал работу по цитокинам. Клонировал ген интерлейкина-18 (эта работа проводится нами совместно с Институтом биоорганической химии СО РАН), перенес его в растения табака (как модельные растения для изучения действия этого гена), показал, как ген в растениях работает.

Вы долго, целых шесть месяцев работали в одном из университетов Голландии

И два раза за это время участвовала в работе семинаров по трансгенным растениям. На одном особенно остро дискутировали на тему, почему растение так решительно порой отторгает чужеродные гены, что за механизмы действуют, как их постигнуть. Накопление информации в данной области идет самым активным образом. Ученые постоянно встречаются, обмениваются новыми фактами.

И вам было что доложить?

Интерес к работам Института цитологии и генетики Сибирского отделения всегда высок. И если бы нам хоть малую частицу тех возможностей, которыми располагают зарубежные ученые! Но наши люди настоящие подвижники. На том и стоим!

Читайте также: