И вот из последних новостей: английские ученые утверждают, что они нашли способ подправить ДНК, переписав код таким образом, чтобы можно было убрать все генетические ошибки и дефекты. Таким образом, можно предупредить развитие болезней вроде кистозного фиброза, мышечной дистрофии и некоторых видов рака.
Ведь ДНК влияет на работу организма через производство белков, качество которых может страдать от ошибок или мутаций, возникающих в ходе прочтения нитей ДНК. Одна из самых распространенных мутаций заключается в том, что клетка перестает считывать генетические «инструкции» раньше времени и в итоге получается неполный, укороченный протеин.
Данные неполные протеины как раз и стоят за названными выше генетическими расстройствами. Ученые утверждают, что им удалось разработать методику, позволяющую сигнал «стоп» перевести в сигнал «продолжать». Это даст возможность клетке нормально считывать информацию и создавать нормальной длины протеин.
Исследователи смогли добиться успеха как в пробирке, так и с живыми клетками дрожжей. По словам руководителя научной работы профессора И-Дао Ю, суть метода заключается в изменении мРНК (матричной рибонуклеиновой кислоты), которая обычно передает инструкции ДНК клеткам относительно того, как образовывать протеины.
Кто знает, что готовит уже завтрашний день генной инженерии?
Часть IV. Легенда о стволовых клетках
Каких только чудес не приписывают стволовым клеткам! Они и молодость продлевают, и рак лечат, и позволяют получить органы для трансплантации практически из «ничего». Правда, при детальном рассмотрении оказывается, что слухи об их всемогуществе оказываются сильно преувеличенными. Но что из перечисленного правда, а что – раздутая рекламой ложь, можно понять, лишь познакомившись со стволовыми клетками поближе.
Глава 1. Мы были первыми!
Настоящий бум «ревитализации» (омоложения человеческими стволовыми клетками) начался в 1995 году, когда американцы обнародовали сведения о результатах введения этих клеток пожилым людям. У пациентов темнели седые волосы, разглаживались морщины, у мужчин увеличивалась потенция, а у женщин прекращались менопаузы. Для геронтологии (науки о старении) наступили золотые времена.
На эксперименты со стволовыми клетками решились и знаменитости: недавно личный врач Фиделя Кастро заявил, что кубинский диктатор будет жить до 140 лет, и при этом намекнул на использование последних достижений в области клеточной медицины. Ревитализацию опробовали на себе Энтони Хопкинс и Софи Лорен, Элизабет Тейлор и Хосе Каррерас. К клеточной медицине прибегали не только с целью омоложения, но и для лечения серьезных травм и болезней: например, актриса Дэрил Ханна, потерявшая палец на съемках фильма «Убить Билла», собиралась восстанавливать его с помощью имплантата, выращенного из стволовых клеток.
Но что бы ни писали в американских учебниках по биологии, впервые серьезно изучением стволовых клеток занялись все же в Советском Союзе. Еще в 1975 году президиумом Академии наук при Институте цитологии был создан отдел клеточных культур. Параллельно шло формирование легендарной всесоюзной коллекции (сегодня это около 300 тысяч ампул), аналогов которой нет нигде в мире. Естественно, в те времена в основном интересовались лечебным аспектом клеточной медицины и, что называется, экспериментировали с техникой. «Вы не представляете, в какой эйфории пребывали врачи и ученые после того, как стало очевидно, что из стволовых клеток можно воспроизвести любую ткань и орган, – вспоминает генеральный директор клиники «НейроВита» профессор Андрей Брюховецкий. – Мой коллега-американец Майк Мэбэр, например, специально к Олимпиаде в Солт-Лейк-Сити создал из стволовых клеток олимпийские кольца. Другой ученый из Америки вырастил на спине у крысы человеческое ухо… При таких возможностях использовать стволовые клетки в косметических целях никому даже в голову не приходило». Меж тем первые эксперименты с омоложением начались еще в 20-е годы: пионерами были русский врач-эмигрант Воронцов и основатель знаменитой клиники Ла Прери (Clinique La Prairie) Поль Ниеханс – правда, работали они исключительно с клеточным материалом животных. Но даже когда научились выделять стволовые клетки из человеческого зародыша, широкого применения ревитализация в России не получила.
Итак, мы точно можем сказать, что стволовые клетки отличаются от всех остальных тем, что могут давать начало любым клеткам организма – и кожным, и нервным, и клеткам крови. Сначала полагали, что во взрослом организме таких клеток нет и существуют они лишь в самом раннем периоде эмбрионального развития. Однако в 1970-е годы А. Я. Фриденштейн с соавторами обнаружили стволовые клетки в костном мозге; в дальнейшем их стали называть стромальными клетками.
Тогда же появились работы, доказывающие наличие стволовых клеток практически во всех органах взрослых животных и человека. В связи с этим принято разделять стволовые клетки на эмбриональные стволовые клетки (выделяют из эмбрионов на стадии бластоцисты – очень ранней стадии развития, когда еще нет ни тканей, ни закладок органов) и региональные стволовые клетки (выделяют из органов взрослых особей или из органов эмбрионов более поздних стадий), которые сохраняют свойства эмбриональных клеток, о чем свидетельствуют обнаруженные в них эмбриональные белковые маркеры.
Стволовые клетки можно выделять и растить отдельно от организма – в культуре ткани. При этом образуются шарообразные клеточные образования. Способность давать множество разнообразных клеточных типов делает стволовые клетки важнейшим восстановительным резервом в организме. Они используются телом как универсальный материал, которым можно заделать все «дыры», возникающие в ходе жизни человека.
Особое удивление биологов вызвало присутствие стволовых клеток в центральной нервной системе. Как известно, сами нервные клетки утрачивают способность к размножению уже на самой ранней стадии своего формирования. Но когда нервная система серьезно повреждена, на помощь нервным приходят стволовые клетки, которые начинают делиться с последующим превращением в нервные и глиальные (одна из разновидностей клеток нервной ткани).
Обнаружить стволовые клетки можно с помощью специальных методов. Дело в том, что в в них производятся специфические белки, которые можно выявить, используя определенную методику. Сначала на каждый белок получают антитела, которые метят светящимся красителем. Такой реагент выявляет белки, присутствующие в стволовых клетках на разных стадиях развития.
Но что заставляет обычные с виду клетки сохранять способность превращаться в любые другие? Очевидно, ответ на этот вопрос также кроется в расшифровке их генной составляющей. И наоборот, изучение хромосом стволовых клеток позволяет ответить на вопрос – где кроется секрет дифференциации тканей?
В ходе сложных анализов и экспериментов выяснилось, что в стволовых клетках гены работают на опережение – производя различные виды рибонуклеиновой кислоты («программы» для производства белков) задолго до того, как в ней возникнет необходимость.
Удивительное открытие – среди клеток есть «господа» и «рабы»
Многочисленные данные, полученные в ходе изучения стволовых клеток, позволили уточнить организацию соответствующих генных сетей (в условиях целостного организма это иногда не так-то просто). В частности, можно выявить пути взаимодействия так называемых генов-господ и генов-рабов. Господами называют ключевые гены, от которых зависит специфика развития данной ткани или органа, рабами – каскады структурных генов (запускаемые генами-господами), обеспечивающих производство характерных белков и, соответственно, формирование того или иного органа или ткани.
Разделение клеток на «господ» и «рабов» присуще всем животным. Так, у дрозофилы есть ген безглазости, который обусловливает развитие глаза. Если его заставить работать в необычном месте, то глаза могут появиться на брюхе, на лапках, на крыле и в любом другом месте. Сходный ген-диктатор есть и у млекопитающих. Введенный в геном дрозофилы, он дает тот же эффект, что и собственный ген хозяина. Все это свидетельствует о том, «господа» могут распоряжаться клеточными структурами в любом организме!
Так, есть ген, который запускает развитие поджелудочной железы; ген, который отвечает за развитие селезенки, за развитие сердца и так далее. Известны гены-господа и для отдельных зародышевых листков. Так, мутация определенного гена блокирует развитие всей энтодермы в зародыше – при раннем выявлении такой мутации беременность у женщины искусственно прекращают.
Наконец, по сигналу соответствующих генов-господ формируются специализированные ткани и типы клеток. Выявлен ген, который инициирует созревание слоя клеток, выстилающего внутреннюю поверхность сосудов.
