Если век XIX по праву вошел в историю мировой цивилизации как век физики, то веку XXI, в котором нам счастливилось жить, по всей вероятности, уготовано место века биологии, а может быть, и генетики.
Середина и вторая половина XX столетия ознаменовались значительным уменьшением частоты и даже полной ликвидацией ряда инфекционных заболеваний, снижением младенческой смертности, увеличением средней продолжительности жизни. В развитых странах мира центр внимания служб здравоохранения был перемещен на борьбу с хронической патологией человека, болезнями сердечно-сосудистой системы, онкологическими заболеваниями.
Стало очевидным, что прогресс в области медицинской науки и практики тесно связан с развитием общей и медицинской генетики, биотехнологии. Потрясающие достижения генетики позволили выйти на молекулярный уровень познания генетических структур организма, и наследования, вскрыть сущность многих серьезных болезней человека, вплотную подойти к генной терапии.
Получила развитие клиническая генетика – одно из важнейших направлений современной медицины, приобретающих реальное профилактическое значение. Выяснилось, что множество хронических болезней человека есть проявление генетического груза, риск их развития может быть предсказан задолго до рождения ребенка на свет, и уже появились практические возможности снизить давление этого груза.
В феврале 2001 года два наиболее авторитетных научных журнала в мире "Nature" и "Science" опубликовали отчеты двух научных групп, расшифровавших геном человека. В журнале "Nature" от 12 февраля 2001 года приведены подробные данные о структуре генома человека, полученные международным консорциумом под руководством Френсиса Коллинза, в котором работали ученые Англии, Германии, Китая, США, Франции и Японии в рамках международной программы "Геном человека" с привлечением государственного финансирования. Эта группа выделила в ДНК особые маркеры, легко распознаваемые участки, и по ним определила нуклеотидные последовательности генома человека. В журнале "Science" от 16 февраля 2001 года ученые частной фирмы "Celera Genomics" под руководством Крэга Вентера опубликовали результаты расшифровки генома человека, полученные с применением другой стратегии исследований, в основе которой лежит анализ последовательностей нуклеотидных оснований в коротких участках ДНК человека. Таким образом, при расшифровке генома человека были использованы два научных подхода, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Важно отметить, что получены близко совпадающие результаты, которые взаимно дополняют друг друга и свидетельствуют об их достоверности. Вопрос о точности изучения последовательностей ДНК особенно важен в отношении генома человека. В нашем геноме существует большое число повторов нуклеотидов. Кроме них в хромосомах есть теломеры, центромеры и зоны гетерохроматина, где секвенирование затруднено и они пока исключены из исследований. Предварительный анализ опубликованных материалов по расшифровке генома человека позволяет отметить несколько особенностей. Количество генов у человека оказалось существенно меньше, чем предполагали ученые несколько лет назад, называя величины 80-100 000 генов. По данным, опубликованным в журнале "Nature", у человека около 32 000 генов, тогда как в геноме мухи дрозофил их 13 000, круглого червя нематоды - 19100, а растения арабидопсиса - 25 000 генов. При сопоставлении этих величин следует иметь в виду, что расчетное число генов человека получено методами компьютерной геномики и не у всех генов выявлены конечные продукты. Кроме того, в геноме человека действует принцип "один ген - много белков", то есть многие гены кодируют семейство родственных, но существенно различающихся белков. Следует также иметь в виду процесс посттрансляционной модификации белков за счет различных химических групп - ацетильных, гликозильных, метильных, фосфатных и других. Поскольку таких групп в молекуле белка много, то и разнообразие может быть практически безграничным. Другой особенностью генома человека является наличие в нем генов различных вирусов и бактерий, которые постепенно накапливались в процессе многомиллионной эволюции человека. По образному выражению академика Л.Л. Киселева, "...геном человека представляет собой молекулярное кладбище, на котором покоятся вирусные и бактериальные гены, большинство из них молчит и не функционирует".
Согласно недавним оценкам Международной службы по внедрению прикладной биотехнологии в сельском хозяйстве посевные "генетические" площади и производство генных зерновых продуктов с каждым годом увеличиваются на 25-30%.
Но до сих пор страны -
участницы ЕС не определились с перспективами генетических технологий в сельском
хозяйстве и пищевой промышленности. А соблазн-то велик: по мнению французского
микробиолога Жана-Поля Прюнье, "с помощью манипуляции молекулами и
прививок одному растению клеток другого, в том числе искусственно выращенного,
можно получать самые разнообразные плодоовощи, злаковые и корнеплоды. Причем
высокоурожайные, почти невосприимчивые к болезням, вредителям, к недостатку
воды и света или засухе".
Например, во Франции ныне потребляется около 50 наименований генетических
продуктов из генной кукурузы и 10 - из генетических злаков. Причем последние
уже начинают вытеснять там, а также во французских заморских территориях
традиционные рапс, хлопчатник, кукурузу, сою, кормовые травы и даже
виноградники.
Определение отцовства методом ДНК-диагностики
Носителем наследственной информации человека является ДНК. У каждого человека она располагается в 46 парных хромосом. 23 хромосомы человек получает от матери, остальные 23 – от отца. Нумерация каждой пары производится в соответствии с международной классификацией, при этом различия между парами хромосом выявляются визуально с помощью микроскопа; хромосомы каждой пары кроме половых хромосом Х и Y считаются одинаковыми.
Однако, современные молекулярно-генетические методы позволяют индивидуализировать каждую хромосому пары. Это и позволяет проводить определение отцовства на уровне ДНК.
При установлении отцовства исследуются индивидуальные различия ДНК определенных парных хромосом. Сначала выясняется, какую хромосому из пары ребенок получил от матери, затем производится сравнение оставшейся хромосомы с хромосомами предполагаемого отца.
Другие возможности современной генетики
На сегодняшний день определен широкий спектр генов, неблагоприятные варианты которых могут опосредовать возникновение гестоза, исходя из известных на сегодняшний день возможных путей развития эндотелиальной дисфункции, лежащей в основе его патогенеза. Генетическая компонента гестоза включает не только материнский, но и плодовый генетический полиморфизм и может составлять до 50% всех факторов, влияющих на развитие гестоза; в первую очередь это гены главного комплекса гистосовместимости, гены цитокинов и факторов роста, гены вазоактивных веществ, синтезируемых эндотелием, гены системы гемостаза, гены сосудистого тонуса и гены антиоксидантной системы.
Сегодня ученые считают, что практически все заболевания определяются наследственными факторами, которые проявляются в тех или иных условиях внешней среды. Мы даем информацию человеку о варианте (благоприятном или неблагоприятном) гена предрасположенности к определенному заболеванию. Важно понимать, что генетический паспорт помогает предсказать возможность появления заболевания, а не его стопроцентное возникновение. Зная о генетической предрасположенности, можно подкорректировать свой образ жизни таким образом, чтобы снизить вероятность развития болезни.
Большое значение изучение генов, ответственных за высокие спортивные достижения, имеет для профессиональных атлетов. В нашей лаборатории ДНК-паспортизация спортсменов проводится по комплексу 20 основных генов, оказывающих существенное влияние на состояние опорно-двигательного аппарата, выносливость, скорость, силу, адаптацию к гипоксии, способность к восстановлению после физических нагрузок. Изучая, например, склонность к гипоксии (кислородному голоданию) у Олимпийской сборной Беларуси по биатлону, мы выявили у некоторых не очень желательные гены, благодаря чему можно было подкорректировать тренировочный процесс, оптимизировать нагрузку.
В Институте ревматологии систематические исследования структуры наследственной предрасположенности к ревматическим заболеваниям проводятся в течение последних 25 лет с использованием генеалогического, близнецового, популяционно-генетического, иммуногенетического и молекулярно-генетического методов исследования.
Проведенные исследования, также как и работы зарубежных авторов, показали, что вклад генетических факторов в детерминацию ревматических заболеваний превалирует над вкладом средовых факторов. Это открывает перспективы поиска генов предрасположенности к ревматическим заболеваниям с использованием методологии «обратной генетики». Стратегия «обратной генетики» применительно к поиску генов предрасположенности на первом этапе подразумевает их локализацию на конкретном участке конкретной хромосомы (т.е. картирование) с помощью анализа сцепления с генетическими маркерами, хромосомная локализация которых уже известна. Анализ сцепления представляет собой проверку совместного или независимого наследования заболевания и генетических маркеров в семьях. Чем ближе на хромосоме расположены ген предрасположенности к заболеванию и гены генетических маркеров, тем чаще они наследуются совместно в родословных, что позволяет с помощью показателей частоты рекомбинации между ними определить хромосомную локализацию гена чувствительности. Количественным показателем сцепления является логарифм соотношения шансов за и против его наличия в обследованной семье - лод-балл. Суммарная величина лод-баллов для выборки семей, равная +3,0 и более (что соответствует вероятности р=0,001 и менее), свидетельствует о наличии сцепления, тогда как величина -2,0 и менее - о его отсутствии.
Для выявления гена предрасположенности с помощью анализа сцепления используются в основном два подхода:
А) отбираются гены-кандидаты на роль главного гена и исследуется их полиморфизм в информативных семьях с последующим подсчетом лод-баллов, причем отрицательное значение этого показателя (-2,0 и менее) позволяет однозначно исключить ген-кандидат из претендентов на роль главного гена;
Б) подбираются полиморфные, достаточно информативные (с высоким уровнем гетерозиготности) ДНК-маркеры (от 15 и более на хромосому), проводится тестирование семей с последующим анализом сцепления между заболеванием и всеми использованными маркерами. Полученные в результате такого анализа значения лод-баллов помогают определить сегмент хромосомы, в котором может быть локализован ген предрасположенности к заболеванию.
Таким образом, методология «обратной генетики» открывает возможности для поиска генов предрасположенности, не имея предварительной информации о их количестве, функции и значимости в этиопатогенезе заболевания.
В рамках вышеизложенной методологии в последние годы был проведен широкий поиск генов чувствительности к ряду ревматических заболеваний. Так, Shiozawa и соавт. (1997) на семьях с повторными случаями ревматоидного артрита проскринировали все хромосомы, использовав для этой цели 358 полиморфных ДНК-маркера. В результате проведенной работы методом анализа сцепления были выделены два перспективных для поиска генов чувствительности к ревматоидному артриту участка на Х-хромосоме, в которых локализованы ген рецептора фактора некроза опухолей и ген лиганда CD40, являющихся, по мнению авторов, генами-кандидатами предрасположенности к PA. F.Cornelis и соавт. (1997), использовав сходную методологию, выявили два критических хромосомных участка, маркеры которых сцеплены с ревматоидном артрите и могут содержать гены чувствительности к заболеванию. Один из этих участков располагается на Х-хромосоме (локализация соответствует данным японских авторов), тогда как другой расположен в том же самом сегменте 3-й хромосомы, где и ген IDDM9, являющийся одним из генов, детерминирующих чувствительность к инсулинзависимому диабету. По данным авторов, вклад этого гена в детерминацию заболевания составляет около 27%.
19.09.2018
Ускоренное развитие нанотехнологий в ближайшее время может оформить третий этап в экспериментальных исследованиях наследственной мутационной изменчивости. Этот этап будет связан с появлением нового специального направления в генетической науке, а именно – нанокорпускулярного мутагенеза, под которым следует понимать процесс возникновения наследственных перемен под влиянием наночастиц и/или наноструктурированных материалов .
По значению, интенсивности действия, разнообразию и широте спектра вызываемых мутаций нанокорпускулярный мутагенез, наверное, не будет уступать химическому и радиационному мутагенезам, с помощью которых вот уже на протяжении многих десятков лет успешно решаются многие проблемы современной генетики и селекции. Объем материала по генетическим эффектам химических мутагенов, высокоэнергетических квантов и элементарных частиц огромен. Этот материал с большой очевидностью свидетельствует о том, что методология искусственного экспериментального мутагенеза является мощным средством воздействия на живые системы, и что во многих случаях использование этой методологии может приводить к положительным результатам. Надо заметить, что очень часто в работах по мутагенезу предпочтение отдается химическим соединениям, наделенным мутагенным комплексом. Согласно опытам выдающегося советского генетика-биолога, основоположника химического мутагенеза, Героя Социалистического труда, лауреата Ленинской премии, член-корреспондента АН СССР И.А.Рапопорта , химические мутагены (и супермутагены) могут повышать частоту мутаций на 2-3 порядка у растений и на 4-5 порядков у микроорганизмов по сравнению с уровнем спонтанного мутагенеза, а также радикально воздействовать на опухоли. С их помощью можно изменять ход метаболических и генетических процессов, и тем самым ускорять формообразовательные и селекционные процессы, мобилизовать скрытые генетические ресурсы. С другой стороны, хорошо известно, что многие химические мутагены несут с собой энтропию, поэтому они не только созидают, но и разрушают, вызывают вредные мутации и злокачественные новообразования, обнаруживают повышенную токсичность. И ещё одна из неразрешенных до сих пор проблем экспериментального мутагенеза состоит в том, что трудно предсказать в силу случайности мутационного процесса (события), в каком конкретно гене произойдет очередная мутация, и будет ли она положительной, адаптивной или отрицательной, губительной.
Очень может быть, что создаваемые на основе манипуляций с отдельными атомами или молекулами генетически активные соединения, так называемые нанохемомутагены, будут иметь низкие величины энтропии и максимально упорядоченные конфигурации, будут действовать, как говорится, более мягко, «без агрессивности», и обнаружат такие свойства, которые ранее не были известны для радиационных и химических мутагенов. В идеале можно ожидать, что нанохемомутагены будут легко, без больших энергетических затрат преодолевать поверхностные и внутриклеточные барьеры, и, сводя к минимуму общую токсичность, прицельно поражать конструкцию вредных, смертоносных генов – с одной стороны, и актуализировать созидательные потенциалы немых генов и псевдогенов (так называемых генов-«пенсионеров») – с другой. Актуализация потенциальной энергии немых генов и псевдогенов позволила бы преодолеть некоторые эволюционные запреты, заглянуть в палеонтологическое прошлое.
Наномутагены могут стать важным инструментом для открытия совершенно новых механизмов, лежащих в основе перемен в структуре генетического материала, способствовать установлению новых генетических закономерностей и, как следствие, развитию общей теории мутагенеза, а также решению ряда специальных и общебиологических задач, в том числе экономически важных. Применение наномутагенов в практике мутационной селекции откроет новые генетические резервы и дополнительные возможности для создания новых уникальных и ценных сортов культурных растений, более гибких, жизнестойких и продуктивных.
Вместе с тем, широкое внедрение продуктов нанотехнологий в реальную практику – промышленное производство, биотехнологии и медицину – непременно поставит перед современной мутационной генетикой дополнительную задачу, а именно – изучение механизма генетического действия наночастиц, оценку генетических рисков искусственно создаваемых нановеществ, и в первую очередь лекарственных препаратов и средств их доставки. Пока же мы не знаем, какую степень сродства проявят вновь создаваемые органические и неорганические наночастицы с генами и хромосомами, и как они будут действовать на такие ключевые генетические процессы, как репликация, транскрипция, репарация.
Правда, в литературе уже можно найти данные, указывающие на способность некоторых разновидностей наночастиц возмущать молекулу ДНК, нарушать ее пространственную упаковку , вызывать поломки хромосом и точечные генные мутации , а также наследуемые в поколениях морфологические аномалии . Так, в 2012 году итальянскими учеными Веччио и др. в опытах на дрозофиле были получены первые в мире наномутанты: у потомства фруктовых мушек, обработанных наночастицами золота, были выявлены разнообразные изменения в структуре глаз, крыльев и груди. В свое время И.А.Рапопорт постулировал, что нет ни одного случая, когда бы найденный в химическом опыте с дрозофилой мутаген не был бы активен для очень многих организмов. Действительно, наши первые разведывательные опыты, выполненные на мышах, впервые показали, что, например, ультрамалые наночастицы золота, в зависимости от выбранных условий эксперимента, могут выступать в трех ипостасях: как мутаген, антимутаген и комутаген . В то же время на модели мышей линии 129, дефектных по гену ДНК-полимеразы йота, практически во всех вариантах мутагенного эксперимента наночастицы золота вызывали слабое статистически недостоверное увеличение частоты встречаемости генетически аномальных половых клеток у этих животных . В литературе есть также данные, которые говорят о том, что, например, фуллерены могут пролезать в молекулу ДНК, искривлять и даже «расплетать» ее.
Все эти, пока еще немногочисленные факты, должны учитываться специалистами, занимающимися разработками в области нанотехнологий.
В целом же решение проблемы генетической безопасности материалов, создаваемых на базе методов нанотехнологического синтеза, скорее всего, потребует многолетних и трудоемких исследований. В современных условиях только так можно будет поставить барьер для попадания генетически опасных нановеществ в окружающую природную среду. С другой стороны, результаты исследований структурно-функциональных последствий действия наночастиц на гены, хромосомы, белки, ферменты и органеллы в клетке, а также интерпретация и теоретический анализ этих результатов откроют новую страницу в биологии и генетике, станут самостоятельным тематическим разделом в нанонауке и синергетике, разделом очень важным и интересным.
И последнее. По аналогии с радио — и химиомутациями все основные мутации (генные, хромосомные и геномные), индуцированные нанопродуктами, предлагаю называть наномутациями.
Addendum
Парадоксально, но нельзя исключить, что наночастицы, приготовленные из благородных металлов, попадая в поле действия молекулы ДНК, генов или хромосом сами могут стать объектом перепрограммирования — изменения всего спектра их химико-физических свойств, перенормировки энергетических характеристик, в частности, константы энтропии. Взаимодействие нанокорпускул с генетическими матрицами можно рассматривать как своеобразный обмен информации, как специфический рекомбинационный процесс.
ЛИТЕРАТУРА
1. Захидов С.Т. Выступление на заседании Президиума РАН 13 октября 2013 г. в рамках обсуждения научного сообщения Ю.М.Евдокимова « Структурная нанотехнология нуклеиновых кислот: создание «жидких и «твердых» наноконструкций ДНК» // Стеногр. Отчет, Вест. РАН, 2014, т. 84, С. 20-33.
2. Захидов С.Т. Нанокорпускулярный мутагенез – новое направление в генетической науке // Материалы II Международной научной конференции «Генетика и биотехнология XXI века: проблемы, достижения, перспективы», Минск, 2015. С. 30.
3. Рапопорт И.А. Химический мутагенез: теория и практика // М.: Знание (репр. изд.). 2013. 86С. .
4. Евдокимов Ю.М. Наночастицы золота «управляют» упаковкой ДНК // Природа. 2015. №4. С.13-21. .
5. Скуридин С.Г., Дубинская В.А., Штыкова Э.В. и др. Фиксация наночастиц золота в структуре квазинематических слоев, образованных молекулами ДНК // Биологические мембраны, 2011. Т. 28. С. 191–198. .
6. Yevdokimov Y.M., Skuridin S. G., Salyanov V. I., et al. A Dual Effect of Au-Nanoparticles on Nucleic Acid Cholesteric Liquid-Crystalline Particles // Journal of Biomaterials and Nanobiotechnology. 2011. V. 2. P. 461-471.
7. Aydın A., Sipahi H. and Charehsaz M. Nanoparticles toxicity and their routes of exposures // Recent Advances in Novel Drug Carrier Systems (edited by Ali Demir Sezer), Publisher: InTech. 2012. P. 483-500.
8. Di Bucchianico S., Fabbriz M. R., Cirillo S., et al. Aneuploidogenic effects and DNA oxidation induced in vitro by differently sized gold nanoparticles // International Journal of Nanomedicine. 2014. V.9. P. 2191–2204.
9. Doak S. H., Liu Y., Chen C. Genotoxicity and Cancer // Adverse Effects of Engineered Nanomaterials. Elsevier Inc. 2012. P. 243-261.
10. Ng C-T., Li J.J., Bay B-H., Yung L-Y.L. Current studies into the genotoxic effects of nanomaterials // Journal of Nucleic Acids. 2010, Article ID 947859, 12 page shttp: //dx.doi.org/10.4061/2010/947859.
11. Yao Y., Costa M. Genetic and epigenetic effects of nanoparticles // J. Mol. Genet. Med. 2013. V.7. P. 1-6.
12. Vecchio G., Galeone A., Brunetti V. et al., Mutagenic effects of gold nanoparticles induce aberrant phenotypes in Drosophila melanogaster // Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine. 2012. V.8, P. 1–7.
13. Рапопорт И.А. Микрогенетика. М.: Наука (Репр. изд.). 2010. 530 С. .
14. Захидов С.Т., Муджири Н.М., Рудой В.М. и др. Наночастицы золота: мутаген, антимутаген, комутаген? // Изв. РАН. Сер. биол., 2017, № 3, с. 213–217.
15. Муджири Н. М., Захидов С. Т., Рудой В. М., Дементьева О. В., Макаров А. А., Макарова И. В., Зеленина И. А., Андреева Л. Е., Маршак Т. Л. Цитогенетическая активность наночастиц золота в половых и соматических клетках мышей линии 129 с нонсенс-мутацией в гене ДНК-полимеразы йота // Изв. РАН. сер. биол., 2018, № 2, с. 137–143.
Захидов Сабир Тишаевич, ведущий научный сотрудник лаборатории клеточной биологии старения и развития биологического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова, профессор, доктор биологических наук. Область научных интересов — биология развития, теоретический и экспериментальный мутагенез, генетика старения, репродуктивная и генетическая нанотоксикология.
Какова генетика современных русских? Вопросы об этом не оставляют умы ученых всего мира. Принято считать русских славянами, поэтому в первую очередь рассмотрим именно генетические особенности славян. Впрочем, даже такое ограничение темы оставляет большой простор для исследований - есть несколько ветвей славян, да и сам подход к определению, кого именно понимать под славянами, разнится.
О ком идет речь?
Обычно исследования генетики русских, в первую очередь - славян, начинаются с попытки определить, что это за группа лиц. Если уточнить у специализирующегося на языках ученого, он без запинки ответит, что есть несколько языковых групп, и одна из них - славянская. Следовательно, все народы, использующие языки этой группы для коммуникации с давних пор, могут называться славянами. Для них такой язык - родной.
Некоторую сложность в определении славян, а значит, для современных исследований генетики русских, создает сходство народностей, использующих один язык для общения. Речь идет не только об антропологических признаках, но и об особенностях культуры. Это позволяет расширить лингвистический термин и причислить к славянам несколько большее разнообразие сообществ.
Разделение и объединение
Некоторые обыватели считают, будто бы у русских плохая генетика. Объясняют такую позицию самыми разными причинами - от исторических предпосылок до давно прижившихся в обществе дурных привычек. Ученые не поддерживают такой стереотип. Говорящие на славянских языках народности и все живущие поблизости с ними сообщества имеют тесную генетическую связь. В частности, именно по этой причине можно смело рассматривать как единое целое балтославянские популяции. Хотя для обывателя балты и славяне кажутся далекими друг от друга, генетические исследования подтверждают близость народностей.
Исходя из лингвистических исследований, также наиболее близки между собой славяне и балты, что позволяет выделять соответствующую балтославянскую группу. Географический признак позволяет говорить, что генетика русского человека имеет много общего с балтами. В то же время отмечается, что восточные и западные славянские ветви хоть и близки друг к другу, но имеют ряд значимых отличий, не позволяющих их приравнивать друг к другу. Специальный случай - южные славянские ветви, генофонд которых принципиально отличается, но довольно близок к народностям, с которыми славянская ветвь соседствует географически.
Как это сформировалось?
Выяснение происхождения русских в генетике настоящего времени - одна из основных и наиболее актуальных задач. Ученые, занимающиеся такого рода научной работой, стремятся определить, какова прародина русского человека, каковы были пути миграций славян, как развивалось общество. На практике все существенно сложнее, нежели это может показаться на схеме. Даже если секвенировать полный геном, генетическое исследование не может дать полного и исчерпывающего ответа на археологические, лингвистические вопросы. Несмотря на регулярно проводимые в этом направлении исследования, пока не удается определить, какова славянская прародина.
Имеет немало общего генетика русских и татар, а также иных национальностей. В целом славянский генофонд довольно богат элементами, полученными от дославянского населения. Это объясняется историческими перипетиями. Со стороны Новгорода люди постепенно переселялись севернее и несли с собой свой язык, культуру и религию, постепенно ассимилируя сообщество, через которое проходили. Если местное население по численности было больше, нежели мигрировавшие славяне, генофонд именно их особенности отражал в большей степени, в то время как на славянскую долю пришлось существенно меньше признаков.
История и практика
Выясняя генетику русских, ученые установили, что славянские языки быстро распространялись, вскоре охватили едва ли не половину европейской территории. В то же время численность популяции была не в той степени велика, чтобы можно было заселить эти пространства. Следовательно, предположили ученые, славянский генофонд в целом имеет выраженные особенности некоторого дославянского компонента, отличающегося для юга, севера и востока, запада. Сходная ситуация сложилась с индоевропейским народностями, которые распространились по Индии и частично - в Европе. Генетически им свойственно немного общих черт, а объяснение нашли такое: индоевропейцы ассимилировались в европейское население, проживавшее на этих землях изначально. От первых пришел язык, от вторых - генофонд.
Ассимиляция, выявленная при исследовании генетики русских учеными, как заключали специалисты, представляет собой правило, по которому составлены многие существующие в наши дни генофонды. При этом основным этническим маркером по-прежнему остается язык. Это хорошо иллюстрирует разность между славянами, проживающими на юге и севере - генетика их отличается довольно сильно, но язык один. Поэтому народ также один, хотя и имеет два разных источника, слившихся в процессе развития общества. Вместе с тем обращают внимание, что для формирования этноса ключевую роль играет человеческое самопознание, а на него влияет язык.
Родные или соседи?
Многих интересует, что есть общего и отличного в генетике русских и татар. С давних пор считается, что сильное влияние на генофонд русских оказал период татаро-монгольского ига, но проведенные относительно недавно специфические исследования показали, что сложившийся стереотип ошибочен. Нет однозначного влияния генофонда монгол. А вот татары оказались к русским довольно близки.
Фактически татары - европейская народность, имеющая минимум сходства с заселяющими центральные азиатские регионы людьми. Это усложняет поиск отличия их от европейцев. В то же время установлено: татарский генофонд близок к белорусскому, польскому, с которым исторически у народности не было таких тесных контактов, как с русскими. Это позволяет говорить о сходстве русских и татар, не объясняя его доминированием.
ДНК и история
Почему в генетике северные русские оказываются столь непохожими на южные народности? Почему запад и восток так сильно отличаются друг от друга? Ученые установили, что разнообразие этносов связано с протекающими тонкими процессами - генетическими, заметными только при анализе продолжительных временных промежутков. Чтобы оценить генетические изменения, необходимо изучить митохондриальные ДНК, передающиеся от матерей, и Y-хромосомы, которые потомство получает по линии отца. В настоящий момент уже сформированы внушительные информационные базы, отражающие, в какой последовательности нуклеотиды расположены в молекулярной структуре. Это позволяет создавать филогенетические древа. Около двух десятилетий тому назад сформировалась новая наука, получившая название «молекулярная антропология». Она исследует мтДНК и мужские специфические хромосомы и выявляет, какова генетическая этническая история. Исследования по этому направлению из года в год становятся все обширнее, их количество растет.
Чтобы выявить все особенности русских, генетики пытаются восстановить те процессы, под влиянием которых генофонды сформировались. Необходимо оценить распределение в пространстве и времени этноса - на основании этого можно собрать больше данных об изменения структуры ДНК. Изучение филогеографической изменчивости и ДНК уже сегодня позволило проанализировать данные, собранные от многих тысяч людей из разных областей мира. Данные достаточно объемны, чтобы проводимые по ним статические анализы были достоверными. Обнаружены монофилетические группы, на основании которых постепенно восстанавливаются шаги эволюции русских.
Шаг за шагом
Изучая генетику русских, ученые смогли идентифицировать митохондриальные линии, свойственные народностям, проживающим в восточных, западных евразийских регионах. Сходные исследования проводились и относительно американских, австралийских и африканских этносов. Евразийские подгруппы, предположительно, произошли от трех крупных макрогрупп, сформировавшихся около 65 000 лет тому назад из одной группы мтДНК, появившейся в Африке.
Анализируя разделение мтДНК в евразийском генофонде, установили, что достаточно существенна этнорасовая специфичность, поэтому восток и запад имеют кардинальные отличия. А вот на севере преимущественно встречаются мономитохондриальные линии. Особенно ярко это выражено в краевых популяциях. Генетические исследования позволяют определить, что местным народностям свойственны лишь европеоидные мтДНК или полученные от монгольской расы. Основная часть нашей страны, в свою очередь, - это территория контакта, где стало источником расогенеза продолжительное время.
Одна из крупных научных работ, посвященная генетике русского народа, стартовала около двух десятилетий тому назад и основана на исследовании разности линий ДНК, передающихся по отцу и матери. Для определения, насколько велика вариабельность в рамках одной популяции, было решено прибегнуть к комбинированному исследованию, одновременно анализируя полиморфизм и отдельные участки, ответственные за шифрование сведений. Вместе с тем ученые учитывали изменчивость последовательностей нуклеотидов и гипервариабельные элементы, не отвечающие за кодирование данных. Установлено, что митохондриальный генетический фонд исконного населения нашей страны разнообразен, хотя определенные общие группы обнаружить все же удалось - они совпали с иными, распространенными среди европейцев. Примесь монголоидного генофонда оценивается в среднем в 1,5 %, причем преимущественно это восточноевразийские мтДНК.
Выявляя особенности генетики русского народа, ученые предприняли попытки объяснить, почему мтДНК показывает такое разнообразие, в какой степени явление связано с формированием этноса. Для этого проанализировали гаплотипы мтДНК разных популяций европейского населения. Филогеографические исследования показали, что некоторые общие черты есть, но маркеры обычно скомбинированы редкими подгруппами и гаплотипами. Это позволяет предположить существование некоторого общего субстрата, ставшего базой формирования генетического фонда славян из восточных, западных регионов, а также живущих поблизости национальностей. А вот популяции южных славян существенно отличаются от проживающих поблизости итальянцев, греков.
В рамках оценки эволюции русских в генетике предприняты попытки объяснения разделения славян на несколько ветвей, а также отслеживания процессов изменения генетического материала на этом фоне. Исследования подтвердили, что между разными группами славян есть отличия и в генофонде, и антропологические. Вариабельность явления определяется теснотой контактов с дославянским населением в конкретной области, а также интенсивностью взаимного влияния на соседние народности.
Как все начиналось?
Исследования генетики русских, проводимые современными специалистами, а также изучение генофонда других этносов стало возможным за счет вклада великих ученых, занимавшихся биологией, антропологией и эволюцией человека. Исключительно значимым считается вклад в эту область двух рожденных в императорской России ученых - Мечникова, Павлова. За свои заслуги они были награждены Нобелевской премией, а кроме того, смогли привлечь внимание широких масс к биологии. Перед Первой мировой в университете в Петербурге начали читать впервые генетический курс. В 1917-м в Москве открыли Институт экспериментальной биологии. Еще через три года сформировали евгеническое общество.
Невозможно переоценить вклад русских ученых в развитие генетики. Кольцов и Бунак, к примеру, активно исследовали частоту встречаемости разных групп крови, и их работы заинтересовали выдающихся специалистов того времени. Вскоре ИЭБ стал объектом притяжения самых видных российских ученых. Перечисляя список русских генетиков, разумно начать с Мечникова и Павлова, но не стоит забывать и о следующих выдающихся деятелях:
- Серебровский;
- Дубинин;
- Тимофеев-Ресовский.
Стоит отметить, что именно Серебровский стал автором термина «геногеография», который применяется для обозначения науки, чья область интересов - генофонды популяций человека.
Наука: только вперед!
Именно в это время, когда вели свою активную деятельность самые известные русские генетики, стало обширно применяться в специфических кругах слово «генофонд». Его ввели для обозначения генной совокупности, присущей некоторой популяции. Геногеография постепенно превращается в значимый инструмент. Тот, который необходим для оценки этногенеза народностей, существующих на нашей планете. Серебровский, к слову сказать, придерживался мнения, что его детище - это лишь часть истории, позволяющая через генофонд восстановить миграции в прошлом, процессы смешения этносов и рас.
К сожалению, исследования генетики (евреев, русских, татар, немцев и других этносов) существенно замедлились в период «лысенковщины». В Великобритании в это время издан труд Фишера, посвященный генетическому разнообразию и естественному отбору. Именно он стал базой для науки, актуальной для современных ученых. Для популяционной генетики. А вот в сталинском Советском Союзе генетика оказывается объектом гонения по инициативе Лысенко. Именно его идеи привели к тому, что в 1943-м в заключении скончался Вавилов.
История и наука
Вскоре после ухода от власти Хрущева генетика в СССР снова начинает развиваться. В 1966-м открыт институт имени Вавилова, где активно функционирует лаборатория Рычкова. В следующем десятилетии значимые работы организованы с участием Кавалли - Сфорца, Левонтина. В 1953-м удалось расшифровать структуру ДНК - это стало настоящим прорывом. Авторам трудов присудили Нобелевскую премию. Генетики всего мира получили в свое распоряжение новые инструменты - маркеры и гаплогруппы.
Как выше уже было сказано, потомство получает ДНК от обоих родителей. Полностью гены не передаются, но в процессе рекомбинации отдельные фрагменты наблюдаются у разных поколений. Происходит замещение, смешение, формирование новых последовательностей. Исключительные объекты - выше упомянутые отцовские и материнские специфические хромосомы.
Генетики начали изучать однородительские маркеры, и вскоре оказалось, что именно так можно извлечь огромный объем информации о происходивших в прошлом процессах. Через мтДНК, в неизменном виде передающемся между поколениями от матери, можно отследить предков, существовавших десятки тысячелетий тому назад. В мтДНК возникают мелкие мутации (это неизбежно), и они также передаются по наследству, благодаря чему можно отследить, как и почему, когда сформировались генетические отличия, свойственные разным этносам. 1963-й - год открытия мтДНК; 1987-й - год, когда вышел труд об мтДНК, объяснивший, какой была общая женская группа предков всех людей.
Кто и когда?
Изначально ученые предполагали, что общая группа женских прародителей существовала в восточных африканских регионах. Период их существования по приблизительным оценкам - 150-250 тысячелетий тому назад. Уточнение прошлого посредством механизмов генетики позволило выяснить, что период значительно ближе - с того момента прошло около 100-150 тысячелетий.
В те времена всеобщее число представителей популяции было относительно мало - лишь несколько десятков тысяч особей, разбившихся на отдельные группы. Каждая из них пошла своим путем. Современный человек около 70-100 тысячелетий тому назад преодолел Баб-эль-Мандебский пролив, оставив за спиной Африку, и начал осваивать новые территории. Альтернативный вариант миграции, рассматриваемый учеными - через Синайский полуостров.
Через мтДНК ученые получили представление о путях распространения по планете женской половины человечества. Вместе с тем появилась новая информация о мутациях мужской хромосомы. Исходя из собранных за несколько лет сведений, в конце прошлого столетия составили гаплогруппы, сформировали из них единое древо.
Генетика: реальность и наука
Основной задачей генетиков было выявление исторических путей перемещения людей, определение связей между этносами, а также особенностей эволюции. С этой точки зрения жители восточноевропейского региона представляют собой особенный интерес. Впервые для такого объекта изучения однородительские маркеры начали исследовать в последнем десятилетии прошлого века. Выяснялась степень родственности с монголоидной расой и генетическая близость с восточноевропейскими народностям.
В последние десятилетия наиболее существенным считается вклад, внесенный в науку Балановской и Балановским. Проводятся исследования под руководством Малярчука - они посвящены особенностям генетического фонда населения Сибири и дальневосточных регионов. Как показала практика, максимум пользы можно извлечь, исследуя население мелких пунктов - деревенек и городков. Для изучения выбирают таких людей, чьи ближайшие предки (второе поколение) одной этнической принадлежности, входят в одну региональную популяцию. Впрочем, в некоторых случаях исследуют население крупных городов, если это допускается условиями и техническим заданием проекта.
Удалось выявить, что отдельные группы русских имеют достаточно сильные отличия в генофонде. Уже исследовано несколько десятков разновидностей генетических наборов. Максимум информации удалось собрать о людях, проживающих на территории бывшего царства, управляемого Иваном Грозным.
Задача современного генетика - исследование особенностей конкретной популяции, не народа в целом. Гены не имеют этнической идентификации, не могут говорить. Ученые определяют, совпадают ли границы распространения генотипа с этническими и языковыми, а также определяют специфический типичный набор генов, свойственный определенной народности.
Описание
В настоящее время одним из самых быстроразвивающихся направлений в медицине является медицинская генетика. Этот феномен во многом обязан лавине открытий в области клеточной и молекулярной биологии, произошедших на рубеже XX – XXI веков.
Главным достижением в этой области стоит отметить успешное завершение международного исследовательского проекта «Геном человека», открывшего дорогу практическому применению знаний о генетической информации нашего генома для практического применения в медицине. Помимо гигантских объемов информации, полученных о геноме человека и законах его функционирования, технологический прорыв позволил создать технологии определения нуклеотидных последовательностей, позволяющих оперативно извлекать из генома необходимую информацию.
Основной ролью медицинской генетики является выявление наследственной составляющей патогенеза заболеваний человека, определение предрасположенности к развитию определенного спектра мультифакторных заболеваний и их своевременная диагностика. Влияние генетических факторов описано для болезней двух основных уровней: наследственные болезни, куда можно включить хромосомные и генные заболевания; и мультифакторные заболевания, куда можно отнести большинство наиболее распространенных болезней человека.
Хромосомные заболевания
Вызываются нарушениями на уровне числовых и структурных аберраций хромосом – гигантских структур клеточного ядра, основной задачей которых является сложная многоуровневая упаковка ДНК - основного носителя генетической информации. Возникновение хромосомных аберраций, как правило, происходит при созревании гамет и ведет к гибели зародыша на ранних стадиях развития. Если же они сохраняются, то наследуются достаточно редко, в 4-5% случаев. В эту группу относят синдромы Дауна, Патау, Эдвардса, Шерешевского-Тернера, Клайнфельтера, вызываемые нарушением числа хромосом, и множественные (более 700 описанных нозологических форм) заболевания, вызываемые нарушениями структуры хромосом – делециями, дупликациями и инверсиями.
Генные заболевания
Обусловлены мутациями в структурных генах, осуществляющих свою функцию через синтез полипептидов - белков. Также подобные заболевания называют моногенные, так как нарушенной оказывается первичная последовательность только одного из 22000 – 24000 функциональных генов, имеющихся в нашем геноме. В основном сюда входят болезни обмена веществ. Часть из них связана с нарушениями аминокислотного обмена – фенилкетонурия, альбинизм, алкаптонурия. Другие связаны с нарушениями обмена углеводов (галактоземия), липидов (синдромы Ниманна-Пика и Гоше), азотистых оснований (подагра, Синдром Леша-Найхана), металлов (болезнь Вильсона-Коновалова). Нарушения обмена соединительной ткани вызывают синдром Марфана и фибродисплазию, а нарушения всасывания в пищеварительном тракте – муковисцидоз и непереносимость лактозы. Часто в результате изменения или утраты функции одного гена происходит нарушение нормального функционирования целой метаболической системы, что приводит к необратимым патологическим состояниям. Встречаются моногенные формы гипертензии, болезней Альцгеймера и Паркинсона, эпилепсии, иммунодефицитов и различных онкологических заболеваний. Как правило, развитие данных заболеваний жестко детерминировано генной мутацией, и факторы окружающей среды не оказывают существенного влияния на их протекание. Несмотря на явный прогресс в определении природы генных болезней, терапия их очень затруднена.
Мультифакторные заболевания
Обусловлены комбинированным действием наследственных генетических факторов и неблагоприятных факторов окружающей среды, совместно формирующих предрасположенность к заболеванию. К мультифакторным относятся подавляющее большинство хронических заболеваний человека, включая воспаления, сердечно-сосудистые, эндокринные, онкологические и др. Генетической составляющей мультифакторных заболеваний в большинстве случаев являются не единичные нарушения (мутации) генов, а их полиморфные варианты, или аллели, постоянно присутствующие в популяции с достаточно высокой частотой. Как правило (но не всегда), полиморфные аллели различаются одной нуклеотидной заменой, поэтому их называют одиночными нуклеотидными полиморфизмами, или SNP (от англ. single nucleotide polymorphism). SNP располагаются не только в кодирующей области (экзоне) гена, вызывая изменения в аминокислотном составе кодируемого им белкового продукта. Очень часто SNP расположены в некодирующих областях генома, в основном в промотерных областях, регулируя экспрессию гена. Сами гены, обладающие в популяции несколькими аллелями, различающимися своим влиянием на развитие конкретных заболеваний, называют генами предрасположенности или генами-кандидатами. Наличие в них SNP не угнетает их функцию, а изменяет (в любую сторону) их экспресиию, или смещает активность соответствующего белка (фермента).
В силу того, что каждая клетка человеческого организма содержит двойной набор генетического материала, две различные аллели одного гена-кандидата могут находиться в трех состояниях: нормальная гомозигота (две нормальных аллели), гетерозигота (одна аллель нормальная, или «дикого типа», вторая патологическая, несет SNP), и патологическая гомозигота (две патологических аллели). В различных ситуациях неблагоприятное действие SNP в патологической аллели может проявляться как в патологической гомозиготной, так и гетерозиготной форме. В подавляющем большинстве случаев наличие одной неблагоприятной аллели не приводит к развитию заболевания. Для запуска патологического процесса необходимо совместное действие нескольких мутантных аллелей, как правило гомозиготных, и неблагоприятных факторов окружающей среды.
В настоящее время для каждого мультифакторного заболевания выявлен достаточно широкий спектр генов, вовлеченных в формирование совместного влияния на функционирование определенной метаболической системы, ответственной за жизнедеятельность одной из систем организма. Эти гены составляют специфическую «генную сеть», и число генов-участников такой сети для каждого заболевания постоянно увеличивается. Всего сейчас в геноме человека известно около 150 миллионов различных SNP,из которых около одного миллиона потенциально могут оказать влияние на функционирование генов. В действительности достаточно небольшое количество SNP могут оказать реальное влияние на развитие предрасположенности к заболеванию. Поэтому именно составление реальной «генной сети», идентификация в ней центральных генов и полиморфизмов, исследование взаимодействий наследственных и средовых факторов является основной задачей данного раздела медицинской генетики. На основе этих знаний происходит развитие комплекса профилактических и лечебных мероприятий индивидуально для каждого пациента, с учетом его уникального генотипа. Такова стратегическая основа нового, быстро развивающегося направления, получившего наименование предиктивная (предсказательная) медицина.
Сейчас накапливается все больше фактов о значительной, а может быть, даже ведущей роли в формировании наследственной предрасположенности эпигенетической изменчивости. Большинство полиморфизмов являются вариантами норм, и влияние каждого конкретного SNP на развитие заболевания обязательно следует рассматривать в комплексе. При анализе каждого случая необходимо принимать в расчет максимальное количество наследственных факторов (SNP), сопоставлять их с частотами аллелей в различных выборках людей, и обязательно учитывать влияние внешних факторов.
Еще одним направлением развития медицинской генетики, основанном на анализе индивидуального генома человека, является фармакогенетика. Здесь исследуется влияние индивидуальных особенностей организма на метаболизм лекарственных препаратов. Сейчас известно достаточно большое количество лекарственных средств, для которых описано различное биохимическое проявление в зависимости от генотипа пациента. Стоит упомянуть суксаметоний, сульфаниламиды, хлортиазид, толбутамид, варфарин, амфетамины, бета-блокаторы и др. Разработка различных схем терапии заболеваний с учетом генетического статуса пациента для минимизации побочных эффектов и усиления терапевтического эффекта лекарственного препарата – современные возможности генетического типирования генов, вовлеченных в метаболизм и детоксикацию организма.
Благодаря прогрессу в медицинской генетике, сейчас становится вполне доступно для каждого пациента получать генетический паспорт, совокупность информации об изменчивых локусах генотипа. Основным направлением здесь является исследование возможно большего числа полиморфизмов, при этом достаточно осторожно оценивая их индивидуальное влияние и добавляя генетические данные в общую картину развития мультифакторного заболевания. Используя преимущество неизменности генетической информации в течение жизни (за исключением редких соматических мутаций) такой генетический паспорт можно постоянно расширять, исследовать новые потенциальные гены и локусы, оптимизируя стратегию и тактику лечения каждого пациента.
Развитие генной инженерии создало принципиально новую основу для конструирования последовательностей ДНК, нужную исследователям. Успехи в области экспериментальной биологии позволили создать методы введения таких искусственно созданных генов в ядра яйцеклеток или сперматозоидов. В результате возникла возможность получения трансгенных животных, т.е. животных, несущих в своем организме чужеродные гены. Одним из первых примеров успешного создания трансгенных животных было получение мышей, в геном которых был встроен гормон гена роста крысы.
Некоторые из таких трансгенных мышей росли быстро и достигали размеров, существенно превышавших контрольных животных. Первая в мире обезьяна с измененным генетическим кодом появилась на свет в Америке. Самец по кличке Энди родился после того, как в яйцеклетку его матери был внедрен ген медузы. Опыт проводился с макакой-резусом, которая гораздо ближе по своим биологическим признакам к человеку, чем любые другие животные, до сих пор подвергавшиеся экспериментам по генетической модификации. Ученые говорят, что применение этого метода поможет им при разработке новых способов лечения различных болезней. Однако, как сообщает ВВС, этот эксперимент уже вызвал критику со стороны организаций по защите животных, которые опасаются, что эти исследования приведут к страданиям множества приматов в лабораториях.
Далее была попытка создания гибрида человека и свиньи. В результате имплантации ядра человеческой клетки в ядро яйцеклетки свиньи, которую предварительно освободили от генетического материала животного, получился эмбрион, который прожил 32 дня, пока ученые не решили его уничтожить.
В настоящее время интерес к трансгенным животным очень велик. Это объясняется двумя причинами. Во-первых, возникли широкие возможности для изучения работы чужеродного гена в геноме организма-хозяина, в зависимости от места его встраивания в ту или иную хромосому, а также строения регуляторной зоны гена. Во-вторых, трансгенные сельскохозяйственные животные могут представлять в будущем интерес для практики.
Клонирование
Термин "клон" происходит от греческого слова "klon", что означает - веточка, побег, черенок, и имеет отношение прежде всего к вегетативному размножению. Клонирование растений черенками, почками или клубнями в сельском хозяйстве, в частности в садоводстве, известно уже более 4-х тыс. лет. При вегетативном размножении и при клонировании гены не распределяются по потомкам, как в случае полового размножения, а сохраняются в полном составе в течение многих поколений. Однако у животных есть препятствие. По мере роста их клеток, они в ходе клеточной специализации - дифференцировки - теряют способность реализовывать всю генетическую информацию, заложенную в ядре.
Возможность клонирования эмбрионов позвоночных впервые была показана в начале 50-х годов в опытах на амфибиях. Опыты с ними показали, что серийные пересадки ядер и культивирование клеток in vitro в какой-то степени увеличивает эту способность. Уже в начале 90-х была решена и проблема клонирования эмбриональных клеток млекопитающих. Реконструированные яйцеклетки крупных домашних животных, коров или овец сначала культивируют не in vitro, а in vivo - в перевязанном яйцеводе овцы - промежуточного (первого) реципиента. Затем их оттуда вымывают и трансплантируют в матку окончательного (второго) реципиента - коровы или овцы соответственно, где их развитие происходит до рождения детеныша.
Впервые клонированное животное (овца по кличке Долли) появилось в результате использования донорского ядра клетки молочной железы взрослой овцы. У этого первого успешного эксперимента есть существенный недостаток - очень низкий коэффициент выхода живых особей (0,36 %). Однако он доказывает возможность полноценного клонирования, (или получения копии взрослого человека). Остаётся лишь разрешить технические и этические вопросы.
Гораздо острее стоит вопрос о клонировании человека. Известно, что наиболее близкими к человеку по строению внутренних органов являются свиньи. В марте 2000 г. PPL Therapeutics объявила о том, что в их исследовательском центре родились пять клонированных поросят. Клонирование свиньи более сложная операция, чем клонирование овец или коров, так как для того, чтобы поддерживать одну беременность необходимо несколько здоровых плодов. Органы свиньи наиболее подходят к человеку по размерам. Свиньи легко размножаются и известны своей неприхотливостью. Но самой большой проблемой остается отторжение органа животного, который человеческий организм не принимает за свой.
Именно в этом направлении будут развиваться дальнейшие исследования ученых. Ученые видят один из возможных путей решения этой проблемы в том, чтобы генетически "замаскировать" органы животного, для того, чтобы человеческий организм не мог распознать их как чужие. Еще одной темой для исследования является попытка "очеловечить" генетическим путем органы свиньи, для того чтобы значительно снизить риск отторжения. Для этого предполагается вводить человеческие гены в хромосомы клонируемых свиней. Той же задачей, но без применения клонирования, занимаются и другие институты. Например, компания "Imutran", расположенная в Кембридже, смогла получить целое стадо свиней, в генетическом наборе которых уже отсутствует одна из ключевых характеристик, ответственная за отторжение чужеродных тканей. Как только будет получена пара мужской и женской особи, они будут готовы производить на свет "генетически чистое потомство", с органами, которые можно будет использовать для трансплантации.
Ещё один шаг к бессмертию - искусственное изменение ДНК. В июне 2000 г. появилось сообщение, что ученым из уже знаменитой своей овцой Долли шотландской фирмы PPL Therapeutics удалось получить успешные клоны овечек с измененной ДНК. Шотландские ученые смогли осуществить клонирование, при котором генетический материал клона был "подправлен" с лучшую сторону.
Существует уже узаконенный путь обхода запрета на клонирование человека, который называется "терапевтическое" клонирование человеческих существ. Речь идет о создании ранних эмбрионов - своего рода банка донорских тканей для конкретных индивидуумов.
Для этого используются стволовые клетки (упрощенно - клетки ранних человеческих зародышей). Потенциал роста стволовых клеток просто фантастический - достаточно вспомнить, что триллионноклеточный организм новорожденного человека образуется из одной-единственной клетки всего лишь за 9 месяцев. Но еще больше впечатляет потенциал дифференцировки - одна и та же стволовая клетка может трансформироваться в любую клетку человека, будь то нейрон головного мозга, клетка печени или сердечный миоцит. "Взрослым" клеткам такая трансформация не по силам.
Но одно уникальное свойство этих клеток превращает их поистине в надежду человечества - они отторгаются гораздо слабее, чем пересаженные целые органы, состоящие из уже дифференцированных клеток. Это означает, что в принципе можно выращивать в лабораторных условиях предшественники самых разных клеток (сердечных, нервных, печеночных, иммунных и др.), и затем трансплантировать их тяжело больным людям вместо донорских органов.
Лечение и предупреждение наследственных болезней
Повышенный интерес медицинской генетики к наследственным заболеваниям объясняется тем, что во многих случаях знание биохимических механизмов развития позволяет облегчить страдания больного. Больному вводят не синтезирующиеся в организме ферменты.
Так, например, заболевание сахарным диабетом характеризуется повышением концентрации сахара в крови вследствие недостаточной (или полного отсутствия) выработки в организме гормона инсулин поджелудочной железой. Это заболевание вызывается рецессивным геном. Еще в 19 в. это заболевание практически неизбежно приводило к смерти больного. Получение инсулина из поджелудочных желез некоторых домашних животных спасло жизни многим людям. Современные методы генной инженерии позволили получать инсулин гораздо более высокого качества, абсолютно идентичный человеческому инсулину в масштабах, достаточных для обеспечения каждого больного инсулином и с намного меньшими затратами.
Сейчас известны сотни заболеваний, в которых механизмы биохимических нарушений изучены достаточно подробно. В некоторых случаях современные методы микроанализов позволяют обнаружить такие биохимические нарушения даже в отдельных клетках, а это, в свою очередь, позволяет ставить диагноз о наличии подобных заболеваний у еще не родившегося ребенка по отдельным клеткам в околоплодной жидкости.
Генетика очень важна для решения многих медицинских вопросов, связанных, с различными наследственными болезнями нервной системы (эпилепсия, шизофрения), эндокринной системы (кретинизм), крови (гемофилия, некоторые анемии), а также существованием целого ряда тяжелых дефектов в строении человека: короткопалость, мышечная атрофия и другие. С помощью новейших цитологических методов, цитогенетических в частности, производят широкие исследования генетических причин различного рода заболеваний, благодаря чему существует новый раздел медицины - медицинская цитогенетика.
Разделы генетики, связанные с изучением действия мутагенов на клетку (такие как радиационная генетика), имеют прямое отношение к профилактической медицине. Особую роль генетика стала играть в фармацевтической промышленности с развитием генетики микроорганизмов и генной инженерии.
Знание генетики человека позволяет прогнозировать вероятность рождения детей, страдающих наследственными недугами, когда один или оба супругов больны или оба родителя здоровы, но наследственное заболевание встречалось у предков супругов.
