Рождение гомункула : Полностью расшифровав геном человека, ученые смогут лечить все болезни

Синтетическая биология заново создает организм, полностью синтезируя его геном. По сути, ученые смогли сделать то, что не удалось средневековым алхимикам. Десять лет назад научная общественность была взбудоражена — ученые начали расшифровку генома человека.

От этого открытия многие ожидали скорых практических результатов, но путь оказался извилистым. И сегодня у генетиков по-прежнему больше вопросов, чем ответов. Один из ведущих российских ученых, профессор Лев Патрушев в интервью «Профилю» рассказал, когда мы сможем не только лечить, но и предсказывать болезни, почему не стоит бояться ГМО и кто может использовать генетическую информацию против нас.

ПРОФИЛЬ: Лев Иванович, некоторые люди с настороженностью относятся к попыткам ученых проникнуть в тайны генома, видимо, опасаясь, что это может быть использовано во вред человеку. Чтобы бы вы им ответили? Зачем ученым нужно было лезть в эту сферу?

Патрушев: Как зачем? Многие заболевания прямо связаны с генными мутациями. Собственно, основной задачей расшифровки генома было определение тех мутаций, которые приводят к заболеваниям, чтобы затем иметь возможность если не исправлять эти ошибки, то хотя бы с высокой долей вероятности предсказывать возможные заболевания.

ПРОФИЛЬ: Как работает этот механизм?

Патрушев: Если коротко, то почти все, что происходит в организме человека, все биологические процессы, все определяется такими белковыми молекулами, как ферменты. А ферменты, в свою очередь, кодируются генами, которые расположены на ДНК и состоят всего из четырех следующих друг за другом нуклеотидов: аденина, гуанозина, цитозина и тимина, соединенных в определенной последовательности. Собственно, комбинации этих нуклеотидов в разных сочетаниях и есть геном — тот генетический код, которым закодировано строение и функционирование всего нашего организма. Это как книга, в которой записана вся информация об организме, а каждый ген — это слово. Предполагалось, что полная расшифровка генома позволит выявить весь набор мутаций и даст ясную картину развития организма, в каком месте этого кода происходит ошибка, приводящая к заболеваниям, и как эту ошибку исправить.

ПРОФИЛЬ: Большая была работа...

Патрушев: Очень. На первую расшифровку генома в проекте «Геном человека» ушло более десяти лет и $3 млрд. Исследования вел международный консорциум, в который вошли научные коллективы из США, европейских стран, России и Японии. Параллельно аналогичные исследования вела частная фирма из США «Селера Геномикс», которой тогда руководил американский биолог Крейг Вентер. По мере развития технологий этот процесс становится быстрей, производительней и дешевле. Широко используются компьютерные и нанотехнологии. За последние десять лет стоимость расшифровки генома снизилась примерно в 10 тыс. раз. Десять лет назад все закончилось расшифровкой усредненного генома, взятого от представителей разных рас и полов. Сейчас завершается программа «Тысяча геномов» и начинается программа «Десять тысяч геномов», цель которых — сравнить геномы представителей не только разных рас, но и разных популяций. Причем генный материал берут у матери, отца и ребенка.

ПРОФИЛЬ: Зачем так много?

Патрушев: Это позволит значительно расширить наши представления о геноме человека. О том, какие мутации (негативные, позитивные или нейтральные) свойственны определенным популяциям, с какой частотой они передаются. Чем больше будет этих данных, тем полнее будут наши знания о геноме человека, о том, что отличает одного человека от другого. Ведь до сих пор мы не можем сказать, что геном полностью изучен. 20 тыс. генов, которые отвечают за биохимические реакции в организме, — это всего 3% генома. Остальные 97% — это множество повторяющихся последовательностей, функции которых пока толком неизвестны. А большинство мутаций происходит именно в этих 97% генома. Однако наличие этих темных пятен дает нам надежду, что именно там кроются недостающие сцены большой картины жизнедеятельности человеческого организма.

ПРОФИЛЬ: Какова природа мутаций?

Патрушев: Когда клетка делится, каждая дочерняя клетка получает копию генома от родительской. Но этот процесс не абсолютно точный, как и все в природе. В процессе деления половых клеток, которые впоследствии примут участие в создании нового организма, также возникают ошибки, когда какой-то нуклеотид встает не на свое место. Второй источник мутаций — экзогенное воздействие. Мы курим, вдыхаем вредные выбросы, получаем ультрафиолетовое и радиоактивное облучения, и в результате этого образуются мутагены, которые взаимодействуют с ДНК. Система репарации — восстановления — в такой ситуации может сработать неправильно, и поврежденный нуклеотид будет заменен на несвойственный данному гену.

ПРОФИЛЬ: То есть лучше все-таки вести здоровый образ жизни?

Патрушев: Вы возможно удивитесь, но самый мощный мутаген вовсе не табачный дым, а кислород. В процессе метаболизма внутри клеток возникают активные формы кислорода, которые повреждают в сутки до 200 тыс. нуклеотидов ДНК в каждой клетке. Если бы не работала система репарации, наш вид не выжил бы. Но даже при способности организма к восстановлению гены все равно повреждаются, мутации накапливаются, и происходит старение организма.

ПРОФИЛЬ: Как замедлить этот процесс?

Патрушев: Как минимум не подвергать организм воздействию неблагоприятных внешних факторов. Это поможет правильной работе системы репарации. Но дышать мы не перестанем, и этот фактор устранить не получится.

ПРОФИЛЬ: Что даст изучение генома в практической сфере?

Патрушев: В первую очередь развитие персонализированной медицины. Геном каждого человека уникален, у каждого свои особенности. Если сравнить, например, наши с вами геномы, мы найдем 3,5 млн отличий. Когда это выяснили, стало понятно, что неправильно применять одно и то же лекарство одинаково ко всем больным. Потому что все мы как в генетическом, так и в биохимическом отношении очень разные. Некоторые люди вследствие своих генетических особенностей и вовсе могут быть невосприимчивы к определенным препаратам. Такое направление, как фармакогеномика, как раз изучает влияние генома человека на метаболизм лекарств. Уже сейчас в США и в Европе на упаковках лекарств пишут, что перед приемом рекомендуется пройти генетическое тестирование. Наша лаборатория, например, работает над диагностикой предрасположенности к тромбозам. В качестве вещества, разжижающего кровь, при этих заболеваниях применяется варфарин. Определен ген, который отвечает за выведение этого препарата из организма. Если этот ген не поврежден, то варфарин выводится быстро и такому пациенту требуются повышенные дозы лекарства. А если ген поврежден, препарат выводится медленно и дозу необходимо снизить, чтобы не спровоцировать кровотечение.

ПРОФИЛЬ: Расшифровка генома оправдала возлагаемые на нее надежды в плане диагностики распространенных заболеваний?

Патрушев: В этой области пока не все так хорошо, как хотелось бы. У каждого человека, который проходил полное геномное исследование, выявлялось до 500 мутаций, которые ассоциированы с определенными заболеваниями. Но при этом человек здоров, и наличие этих мутаций никак не проявляется. Даже в тех случаях, когда мутантный ген был получен и от отца, и от матери, что многократно увеличивает вероятность появления заболевания. Поэтому все, что мы сейчас можем, — это констатировать факт наличия генетической предрасположенности к определенному заболеванию, которое неизвестно когда проявится и проявится ли вообще. Выяснить, какой конкретный ген или сочетание генов определяет широко распространенные заболевания, пока не удается. В плане диагностики распространенных заболеваний генетическое тестирование — пока не лучший инструмент.

ПРОФИЛЬ: Но при этом оно уже стало инструментом дискриминации.

Патрушев: Да. Америка и Европа уже перевернули эту страницу, а Россия, похоже, только открывает ее. Впервые это появилось в США. Там работодатели и страховые компании стали требовать у здоровых людей генетические тесты. Людей, у которых в ходе генетического тестирования выявляли предрасположенность, например, к нейродегенеративным, сердечно-сосудистым или онкологическим заболеваниям, объявляли профнепригодными, отказывали им в страховании жизни или повышали стоимость медицинской страховки.

ПРОФИЛЬ: Но ведь предрасположенность к заболеванию вовсе не означает его появление!

Патрушев: В том-то и дело. Куда большее влияние могут оказать внешние факторы в виде неблагоприятных условий жизни и вредных привычек. Научному сообществу потребовался не один год, чтобы убедить людей, принимающих решения, в поспешности таких выводов. Но не все прислушались. Если в большинстве стран Европы любые формы генетической дискриминации законодательно ограничены, то в США возможность использования генетического тестирования оставили для страхования здоровья.

ПРОФИЛЬ: На каком этапе находится Россия?

Патрушев: Использование данных генетического тестирования законодательно у нас никак пока не регулируется. А между тем уже появилось множество фирм, которые предлагают такие услуги, причем качество исполнения оставляет желать лучшего. Кто-то выявляет минимальную предрасположенность, превышающую контрольную величину на 0,01%, которая никогда не проявится, и на этом основании «раскручивает» пациента на дорогостоящие обследования. Есть и откровенные мошенники. Возможно, скоро эти услуги станут востребованными и в страховом бизнесе.

ПРОФИЛЬ: Если информацией о геноме можно злоупотребить, не стоит ли сделать ее закрытой?

Патрушев: Генетическую информацию действительно следует охранять, как персональные данные. Ведь ее можно использовать как в персонализированной медицине, так и в персонализированной токсикологии. Есть индивидуальные особенности, зная которые, можно нанести вред человеку. Есть геномные различия, характерные гены, которые отличают расы и отдельные популяции. А современная генная инженерия позволяет сделать токсин направленного действия, который заставит характерный ген спровоцировать какое-то заболевание. Широко об этом не говорят, но надо иметь в виду, что наука и технологии достигли того уровня, когда это возможно.

ПРОФИЛЬ: Какие еще перспективы открывает изучение генома?

Патрушев: Самым передовым направлением в этой области сейчас считается синтетическая биология. В отличие от традиционной генной инженерии, которая создает новые свойства организмов путем модификации уже существующего генома, синтетическая биология заново создает организм, полностью синтезируя его геном. В 2010 году все тот же Крейг Вентер объявил о создании синтетической бактерии микоплазмы лабораторной. Это первый в мире искусственный организм, способный к размножению. По сути, Вентеру удалось то, что не удалось средневековым алхимикам, создававшим гомункула.

ПРОФИЛЬ: Что значит искусственный организм? Это клон?

Патрушев: Нет. Клон — это точная копия какого-то конкретного организма. А тут речь идет о создании организма, отличного от ныне существующих на Земле. В данном случае в геном микоплазмы были внесены небольшие изменения, чтобы синтетический организм можно было отличить от природного. Этот синтетический геном собирался в клетках живых дрожжей, а затем помещался в бактериальную клетку «донора», из которой предварительно был удален ее собственный геном. В итоге получилась новая жизнеспособная клетка с рядом признаков, не имевшихся у природной микоплазмы.

ПРОФИЛЬ: Какое это имеет «народнохозяйственное» значение?

Патрушев: Синтез генов открывает большие перспективы для генной терапии, для замещения поврежденных генов на здоровые. В практическом смысле это дает нам возможность заставить бактерии работать, вырабатывая какой-то конкретный белок, например, инсулин.
В нашем Институте биоорганической химии инсулин человека производят на синтезированных молекулах ДНК. Чтобы человеческая ДНК работала в бактериальной среде, ее надо модифицировать, чтобы бактерия воспринимала ее, как свою.

ПРОФИЛЬ: Означает ли это, что методы генной инженерии помогут создать человеческие ткани и органы?

Патрушев: Это вполне реально в обозримом будущем.

ПРОФИЛЬ: Такой продукт генной инженерии, как генетически модифицированные организмы, насколько опасен?

Патрушев: Разговоры об опасности ГМО, на мой взгляд, выгодны тем производителям, которые не могут или не хотят конкурировать с производителями, успешно использующими генные технологии. Генная коррекция картофеля не может повредить человеку, потому что он совершенно не восприимчив к токсину, который накапливается в листе и смертелен для колорадского жука. Будь он опасен, его бы не допустили к использованию. Ген, который заставляет растение выделять этот токсин, действительно чужероден. Но это не значит, что он опасен для человека. Мы каждый день потребляем с пищей огромное количество чужеродных генов как растительного, так и животного происхождения. Все это разнообразие переваривается у нас в кишечнике и воспринимается организмом не как генетическая информация, а как фрагменты белковых молекул — строительный материал. Но нет дыма без огня. На этапе селекции трансгенных культур использовались гены-маркеры, не специфичные для данной культуры. С их помощью ученые узнавали, восприняла ли клетка новый ген. Эти гены-маркеры выделяли белки, которые могли вызывать у некоторых людей аллергические реакции. С этим сталкивались, но затем ученые научились удалять эти гены по завершении этапа селекции. Другой вопрос в том, что мы толком не знаем, что и откуда нам везут. Известно же, что в Россию сваливают не самый лучший продукт мирового сельского хозяйства. Должны быть хорошие лаборатории, которые тестировали бы всю продукцию, поступающую извне. А еще лучше создавать свою мощную индустрию генной инженерии. Тогда и картошка, и медицина будут не хуже, чем у них.