Біологія. 9 клас. Шаламов

§ 62. Роль біотехнології в медицині

Генна терапія може рятувати життя людей

Якщо трансгенні рослини і тварини успішно створюють уже кілька десятиліть, то чи не можна застосувати методи генної інженерії до людини? Насправді принципових технічних проблем на цьому шляху немає. У цьому параграфі ми докладніше ознайомимося з досягненнями та проблемами генної терапії (чи генотерапії) — галузі медицини, що застосовує методи перенесення й модифікації генів для лікування захворювань людини.

Із § 39 ви вже знаєте, що генну терапію можна застосовувати для лікування спадкових захворювань. Також цей метод здатен допомогти хворим на рак, при захворюваннях нервової системи1 та інфекційних захворюваннях. Сьогодні методи генної терапії проходять клінічні випробування, багато з них продемонстрували позитивний ефект для здоров’я пацієнта.

Основним напрямом генної терапії є соматична генотерапія — доставка «правильної» копії гена чи «вимкнення» його мутантної форми в соматичних клітинах. Такі модифікації не успадковуються. Є кілька різних експериментальних підходів для доставки ДНК до клітин організму, але на практиці найуспішніше себе зарекомендувала, як ви вже знаєте, доставка за допомогою модифікованих вірусів. Звісно, віруси модифікують так, щоб повністю унеможливити їх розмноження в клітинах пацієнта та позбавити їх здатності уражати інші клітини чи інших людей. Після зараження клітин віруси вбудовують свою ДНК, що несе «лікувальний» ген, у ДНК пацієнта. Вбудований ген зчитується і, наприклад, або компенсує наявний генетичний дефект, або підвищує здатність клітин опиратися патогенним вірусам, або дозволяє імунним клітинам знищувати ракові клітини.

Найчастіше генотерапевтичному впливу піддають клітини пацієнта напряму — in vivo, тобто в живому організмі. А іноді на клітини діють після виділення їх з організму. Такий метод називають терапією ex vivo, тобто поза організмом. Після генної модифікації ex vivo «відремонтовані» клітини «повертають» пацієнтові (рис. 62.1).

Нині у світі дозволено використання менше десятка генотерапевтичних препаратів, але набагато більша кількість проходить клінічні випробування. Розробляються невірусні способи доставки ДНК та нові методи модифікації геному. Отримано обнадійливі результати з лікування окремих форм раку. Очікується, що генна терапія зможе повністю змінити підходи до лікування деяких інфекційних захворювань, уповільнити процес старіння організму, виправити генетичні дефекти.

1 Наприклад, хворобах Альцгеймера та Паркінсона, хореї Хантінгтона.

Рис. 62.1. Два способи генної терапії

1. «Лікувальний» ген. 2. Введення вірусу в організм. 3. Хворий орган (наприклад, печінка). 4. Виділення клітин з організму. 5. Зараження виділених клітин вірусом із «лікувальним» геном. 6. Повернення клітин із виправленим геномом до організму.

Рис. 62.2. Метод цитоплазматичної заміни

1. Зигота пари пацєнтів з ушкодженими мітохондріями. 2. Здорове ядро виймають з ушкодженої зиготи. 3. Ядро видаляють зі здорової зиготи. 4. Ядро пацієнтів переносять до зиготи донорів зі здоровими мітохондріями. 5. Ембріон, позбавлений мітохондріальних хвороб.

Однак із розвитком генної терапії постають нові етичні питання. Як далеко може зайти модифікація геному людини? Чи не призведуть успіхи генної терапії до появи «дизайнерських дітей» із покращеними спортивними чи інтелектуальними показниками? Чи не погіршиться генофонд людства і чи не відродиться євгеніка — вчення про його уявне «покращення»? З огляду на успіхи сучасної генної інженерії, відповіді на ці запитання можуть знадобитися вже найближчим часом.

Трансплантація мітохондрій допомагає при мітохондріальних захворюваннях

Однією з форм генної терапії можна вважати трансплантацію мітохондрій (чи метод цитоплазматичної заміни) — нещодавно розроблений метод, що дає змогу лікувати деякі форми безпліддя та запобігати розвитку в плода захворювань, пов’язаних із дефектом мітохондрій. Мітохондрії мають власну ДНК, що кодує кілька білків, транспортних і рибосомних РНК. Попри невеличкий розмір, ця ДНК необхідна для нормального функціонування клітини, і мутації в ній призводять до серйозних, часто летальних порушень розвитку дитини. Мітохондріальна ДНК успадковується дитиною від матері (зумовлюючи цитоплазматичну спадковість), і якщо мати має в ній мутації, дитина також народиться хворою.

У важких випадках єдиним дієвим методом розв’язання цієї проблеми є використання здорових мітохондрій від донора для заміщення мітохондрій матері, що несуть мутації в мітохондріальній ДНК. Уже розроблено методи, що дозволяють переносити ядро з яйцеклітини чи зиготи пацієнтки до здорової яйцеклітини чи зиготи, отриманої від жінки-донора. Така зигота, що містить хромосомний матеріал обох батьків і мітохондрії від третьої жінки, дає початок здоровому зародку, який нормально розвивається в матці жінки-пацієнтки. Схему такого процесу зображено на рисунку 62.2.

На місці зигот можуть бути яйцеклітини, тоді після перенесення ядра здійснюють штучне запліднення сперматозоїдами батька.

Технологію пересаджування мітохондрій у популярній літературі іноді називають народженням дитини від трьох батьків, але з таким визначенням не погоджуються більшість фахівців, що працюють у цій галузі. Мітохондріальна ДНК кодує лише 13 білків людини з кількох десятків тисяч, що є в організмі, тобто її внесок у формування фенотипу дитини мінімальний.

Українська наука не стоїть осторонь від світових досягнень. Нашим лікарям одним із перших у світі вдалося успішно здійснити пересаджування мітохондрій, завдяки чому в січні 2017 року в Києві народилася здорова дівчинка.

Клонування ссавців можливе вже сьогодні

Клонування ссавців свого часу стало справжньою сенсацією та його широко обговорювали в пресі. Слово «клонування» означає отримання ідентичних копій — клонів — когось або чогось, у цьому випадку цілого багатоклітинного організму. Успішне клонування жаб було здійснене в 1960—1970-ті роки, але клонування ссавців виявилося набагато важчим завданням. Першим клонованим ссавцем у 1996 році стала вівця на ім’я Доллі.

Принцип клонування полягає в заміні гаплоїдного ядра яйцеклітини диплоїдним ядром соматичної клітини (тобто майже будь-якої клітини організму, окрім статевої). Отриманий із такої клітини організм буде генетично ідентичним тому організму, із якого було взято соматичну клітину (рис. 62.3).

Вже розроблено технології, що уможливлюють клонування багатьох тварин (мишей, свиней, корів, кішок, собак та інших). Незважаючи на певні успіхи, клонування не є простою рутинною процедурою: не кожен ембріон розвивається в дорослу особину, а в отриманих у такий спосіб тварин часто спостерігаються патології розвитку. Наприклад, клонування Доллі вдалося після 277 невдалих спроб, а сама Доллі не прожила й 7 років. Однак технології розвиваються, завдяки чому вже розпочато комерційне клонування кішок і собак (рис. 62.4).

Для чого на практиці можна застосовувати клонування? Насамперед, для відтворення тварин з унікальними цінними властивостями або, у перспективі, для відновлення вимерлих видів тварин. Крім того, експерименти з клонування дають важливу наукову інформацію, наприклад, про роль ядерної та цитоплазматичної спадковості та їхній взаємозв’язок.

Рис. 62.3. Схема клонування вівці Доллі

1. Донор соматичної клітини. 2. Донор яйцеклітини. 3. Вирощування соматичних клітин. 4. Яйцеклітина з яєчника. 5. Видалення ядра яйцеклітини. 6. Ядро соматичної клітини. 7. Ранній ембріон. 8. Сурогатна мати. 9. Вівця Доллі, генетично ідентична донорові соматичної клітини.

Рис. 62.4. Клони різних тварин

Таким чином, клонування ссавців цілком можливе, хоча й стикається з певними технічними труднощами. А як щодо клонування людини? Є два основні напрями, куди може рухатися клонування людини. Репродуктивне клонування передбачає повний розвиток плода та народження клонованої людини. При терапевтичному клонуванні розвиток ембріона зупиняється на ранній стадії, і отримані з нього клітини використовують для лікування. Репродуктивне клонування заборонено в усіх країнах світу, натомість терапевтичне клонування в деяких країнах дозволене (наприклад, у Великій Британії).

Мабуть, клонування людини — одне з найбільш обговорюваних наукових питань. Технічні проблеми в цій галузі пов’язані передусім із недосконалістю технології, високим відсотком невдач і ризиком виникнення відхилень розвитку. Етичні проблеми виникають через появу в процесі клонування великої кількості невдалих чи просто зайвих зародків, які знищують через непотрібність. За терапевтичного ж клонування знищують цілком життєздатного зародка людини з метою отримання клітин. У зв’язку з репродуктивним клонуванням виникають також численні юридичні проблеми щодо батьківства, спадкування майна тощо. Водночас часто обговорюване в пресі та популярній літературі питання «клонування Гітлера» й інших історичних особистостей не має жодного наукового підґрунтя: при клонуванні не відбувається «перенесення свідомості» і клон психологічно не буде абсолютно ідентичним своєму прототипові. Його радше можна розглядати як однояйцевого близнюка людини, тобто цілком самостійну особистість зі своїм фенотипом і свідомістю, що сформувалися в процесі життя.

Поміркуймо

Знайдіть одну правильну відповідь

1. У генній терапії найпоширенішим є спосіб доставки ДНК до соматичних клітин пацієнта за допомогою

  • А модифікованих вірусів
  • Б агробактерій
  • В кишкової палички
  • Г мікроін’єкції
  • Д перенесення мітохондрій

2. Нині перенесення мітохондрій застосовують для

  • А лікування деяких форм безпліддя та для запобігання виникненню мітохондріальних захворювань у дитини
  • Б корекції мутацій у ядерній ДНК
  • В запобігання народженню дітей із синдромом Дауна
  • Г запобігання перенесенню мітохондріальних захворювань за чоловічою лінією
  • Д лікування дорослих пацієнтів із порушеннями в мітохондріальній ДНК

3. За цитоплазматичну спадковість відповідають такі клітинні органели, як

  • А ядро
  • Б ендоплазматичний ретикулум
  • В комплекс Гольджі
  • Г мітохондрії
  • Д лізосоми

4. Першим клонованим ссавцем стала

  • А кішка
  • Б собака
  • В корова
  • Г вівця
  • Д коза

5. Клонування доцільно застосувати, щоб

  • А повернути до життя відомих людей
  • Б створити «запланованих» дітей
  • В зберегти собак з унікально чутливим нюхом
  • Г збільшити надої корів
  • Д трансплантувати мітохондрії

Сформулюйте відповідь кількома реченнями

6. Як генна інженерія може допомогти запобігти спадковим захворюванням людини та лікувати їх? Які етичні проблеми при цьому виникають?

7. Який спосіб генної терапії доцільніше використовувати для лікування генетичного захворювання, пов’язаного з роботою не однієї, а кількох різних тканин?

8. У чому відмінність між репродуктивним і терапевтичним клонуванням?

9. Які технічні, етичні та юридичні проблеми виникають у зв’язку з можливим клонуванням людини?

10. Чи є сенс клонувати великих учених минулого для здійснення проривів у сучасній науці?

Знайди відповідь і наблизься до розуміння природи

11. Здебільшого генну терапію ex vivo здійснюють зі стовбуровими клітинами. Чим це пояснюється?

12. Схарактеризуй технологію клонування вівці Доллі. Чому вона прожила так мало?

Дізнайся самостійно та розкажи іншим

13. Як методи клонування можуть допомогти відновити вимерлих тварин? Які успіхи досягнуто та які проблеми постають?

14. У лікуванні яких захворювань генна терапія досягла найбільших успіхів?

15. Використавши здобуті знання, доповни процес клонування, показаний у фільмі «Парк Юрського періоду».