Реферат: Геном человека и клонирование
Своеобразную группу форм наследственной патологии представляют синдромы, обусловленные генетическими дефектами, которые занимают промежуточное положение между собственно генными мутациями и хромосомными перестройками (обычно это - микроделеции). Сочетание тонкого цитогенетического и молекулярного анализа соответствующих участков хромосом позволило точно картировать их и секвенировать прилежащие к точкам разрыва последовательности ДНК. Эти результаты помогают понять природу таких синдромов и открывают новые возможности для их точного диагноза и прогноза. Тонкий молекулярный анализ позволяет также открывать и исследовать новые, ранее неизвестные гены человека.
ИНФОРМАТИКА.
В последние годы в России наметился прогресс в создании собственных русскоязычных информационно-поисковых систем по цитогенетическому картированию и порокам развития человека. Уже разработаны две компьютерные системы: "SYNGEN", включающая 1920 синдромов врожденных пороков развития, и "CHRODYS" - по цитогенетике и клиническим проявлениям синдромальных форм врожденной патологии, связанной с образованием в организме клеток с варьирующим числом некоторых неполовых хромосом (анеусомия аутосом человека).
За последние три года эти программы прошли испытания на практике в нескольких направлениях. С помощью "SYNGEN" проведена компьютерная диагностика и изучены формы врожденной патологии, связанные с поражением центральной нервной системы. Кроме того, эту программу использовали как вспомогательное средство при оценке новых технологий для диагностики угрожающих состояний плода и новорожденного, а также врожденной патологии ЛОР-органов и сердечно-сосудистой системы.
Сегодня можно уверенно сказать, что система "SYNGEN" значительно ускоряет постановку объективного диагноза. Оперируя почти двумя тысячами синдромов и словарем, обозначающим полторы тысячи признаков, можно достаточно быстро составить список диагнозов-кандидатов по исходным клиническим характеристикам. Таким образом, информационно-поисковая система "SYNGEN" помогает выявить синдромальные формы заболеваний и может стать незаменимым средством в профилактике врожденных болезней. Хотя многие случаи врожденных пороков развития относятся к тем или иным синдромам, на практике без применения компьютерных систем половина из них остается неузнанной.
Новые компьютерные технологии позволяют врачам оперативно обмениваться медицинским опытом. Никакие издания не успевают за потоком новой информации. В этом ключе особое значение приобретают уникальные генетические банки данных. В системе "CHRODYS" собраны сведения более чем о 600 хромосомных синдромах точно установленных или заявленных как возможные формы по всем аутосомам (они представлены по каждому виду патологии несколькими или единичными случаями). Те, кто уже работает с данными генетических банков, успели убедиться в их несомненной эффективности для практики (например, Томский научно-исследовательский институт медицинской генетики).
Вместе с тем некоторые версии систем используются в качестве электронных пособий для студентов-медиков на кафедрах генетики Российского государственного медицинского университета им.Н.И.Пирогова и Московской медицинской академии им.И.М.Сеченова, а также для повышения квалификации врачей-генетиков и педиатров - в Российской медицинской академии постдипломного образования.
Завершена работа по созданию компьютерного медико-цитогенетического банка, в котором содержатся сведения по 623 моно- и трисомиям аутосом, выявленным у 2015 пациентов. Банк предназначен для цитогенетического картирования генома и уже применяется для диагностики хромосомных аномалий в медико-генетических консультациях России.
ГЕНОТЕРАПИЯ .
|
|
более что, по имеющимся данным, для терапевтического эффекта достаточно всего 5 - 10% нормально функционирующих клеток. Среди возможных векторов для доставки корригирующих ДНК к клеткам и тканям-мишеням при генотерапии муковисцидоза рассматриваются вирусные, плазмидные, липосомные и пептидные конструкции. Однако до клинических испытаний предстоит еще решить непростые вопросы взаимодействия генетических препаратов с клетками, устойчивости эффекта и т.д.
Перспективным методом генотерапии считается технология ex vivo, когда клеточный материал, взятый от пациента, реплантируется ему после экстракорпоральной генокоррекции. Уже есть пример успешного лечения семейной формы гиперхолестеринемии с использованием такого подхода.
Проект «Геном человека».
О генной дактилоскопии.
Один из крупнейших научных проектов современности - международный проект "Геном Человека", который должен составить основу всей медицины XXI века - вышел на важнейший рубеж. Группа ученых, занятых в проекте, заявила в журнале "Science", что к настоящему времени удалось выделить половину всей совокупности человеческих генов. Целью проекта является полная расшифровка человеческой наследственности, что дало бы ключ к лечению любых заболеваний и, более того, к пониманию самой биологической природы человека.
Идея создания международной программы по исследованию генома человека витала в воздухе с конца 80-х. Инициаторами могли выступить только США и СССР - прочим странам такой проект был бы не под силу. Весной 1988 года профессор Института молекулярной биологии Александр Баев написал Горбачеву письмо, в котором предложил начать исследования генома человека. Проект пришелся ко времени, под программу были отпущены солидные деньги, благодаря чему удалось создать хорошую базу для исследований. Вскоре о создании собственной программы объявили и США - в 1990 году был запущен специальный проект "Геном Человека" (Human Genome Project), рассчитанный на 15 лет. На его развитие правительство США выделило $3 млрд (российские ученые до сих пор располагали средствами, равными примерно 1% от финансирования американской программы).
Глобальные задачи обоих проектов были схожи: выделение каждого отдельно взятого гена человека (а их полный набор в ядре клетки колеблется от 70 до 110 тыс.), а также выяснение их функций с большей или меньшей степенью вероятности. По предварительным расчетам ученые надеялись завершить работу к началу нового тысячелетия, однако их ожидания не оправдались: проект оказался чрезвычайно дорогостоящим. Стало ясно: одной стране не под силу провести эти исследования. Вскоре была создана международная организация HUGO (Human Genome Orga-nisation), в которую вошли страны, располагающие передовыми биотехнологиями. Среди 1100 членов организации - 65 российских ученых.
Мы встретились с руководителем отечественной программы исследования генома человека доктором медицинских наук профессором Института молекулярной биологии РАН Александром Зелениным.
Профессор рассказал, что после семи лет работы генетикам есть, чем похвастаться - работа хоть и медленно, но движется. Полностью картированы пока две из 23 пар хромосом человека- 3-я и 21-я. В настоящее время разрабатывается генная карта еще трех пар хромосом. Как ни странно, нашлись и деньги: если в прошлом году средств было выделено катастрофически мало, то в этом - финансирование программы увеличилось втрое, из федерального бюджета выделено $600 тыс.
Казалось бы, для чего копья ломать? Однако игра стоит свеч (и даже затраченных на нее средств). В 1993 году Нобелевская премия по химии была торжественно вручена генетикам Маллесу и Смиту, разработавшим так называемое "дактилоскопирование" ДНК, с успехом применяемое в криминалистике. "Генные отпечатки" дают криминалистам возможность с определенной уверенностью идентифицировать того или иного человека по образцам биологического материала - слюны, крови или кожи - найденным на месте преступления.
Самые большие перспективы открываются перед медициной. Молекулярная диагностика генетических нарушений на стадии зародыша в настоящее время достаточно развита для того, чтобы в Москве, Санкт-Петербурге или Новосибирске можно было бы всесторонне обследовать развивающийся в организме матери плод на предмет возможных аномалий.
Профессор Зеленин рассказал об уникальных опытах, которые проводятся в его лаборатории. С помощью специальной пушки, созданной в лаборатории, на микрочастицах золота или вольфрама в организм вносятся участки ДНК донора с необходимыми генами.
Частицы настолько малы, что проникают сквозь кожу, а затем через клеточные оболочки, не повреждая их. Оказавшись в клетке, гены постепенно включаются в синтез нужного белка. Так у больных неизлечимой ранее болезнью - миодистрофией Дюшена (когда ребенок с дефектом гена, ответственного за синтез белка мышцы, к пяти годам начинает слабеть, к 10 - перестает ходить, а в 15 - умирает) появилась надежда если не на полное выздоровление, то хотя бы на продление жизни.
Расшифровка генов, ответственных, например, за предрасположенность к заболеванию раком, открыла бы перспективы для продления жизни тысячам онкологических больных: генные инженеры могли бы просто отключить этот участок ДНК еще в младенчестве. Известно, что предрасположенность к инфаркту также обусловлена генетически, однако соответствующий ген пока не идентифицирован. Сейчас ученые пытаются расшифровать также ген, отвечающий за устойчивость организма человека к никотину (ведь, как известно, одни курильщики заболевают раком легких, а другие благополучно доживают до старости). Например, уже выяснено, что редкая мутация гена, отвечающего за синтез белка под названием ариламин, при постоянном курении способствует заболеванию раком крови.
В 1994 году генетик Джон Васмут открыл ген карликовости, позволяющий в раннем возрасте определить, достигнет ли младенец нормального роста. Планируется также создание карт генов, присутствующих только у людей определенной популяции (например, американского континента): уже две тысячи патриотично настроенных американцев предложили свой биологический материал для этого проекта.
Тем не менее, профессор Зеленин считает, что до полной расшифровки генома человека еще далеко: выяснена функция только 10% всех-человеческих генов. Однако благодаря объединенным усилиям генетиков, молекулярных биологов, иммунологов и микробиологов всего мира удалось успешно разгадать геномы многих микроорганизмов. Частично картированы геномы дрозофилы и мыши. Полученные при этом данные стали основой для новой науки - биоинформатики, полем деятельности которой станет сбор, хранение, анализ и последующее моделирование всех данных, касающихся исследования ДНК и изучения последовательности ее генов.
На очереди - создание специального каталога всех изученных генных патологий, что позволит людям, входящим в группу риска, по крайней мере подготовиться к ожидающим их заболеваниям. А лет через десять-пятнадцать в биотехнологии может произойти новый качественный скачок: с помощью так называемых ДНК-чипов, любой человек сможет оперативно проверить свои гены на наличие и предрасположенность к болезнетворным мутациям. Ошибки природы можно будет быстро исправить.
Однако в этом случае особую важность приобретают вопросы этики. В рамках программы "Геном человека" профессором Баевым была создана секция биоэтики (в глобальных масштабах вопросами генетической этики занимается ЮНЕСКО). Необходимо юридически защитить право человека на секретность генома. Судите сами - геномный портрет человека, попавший в распоряжение работодателей, страховщиков, наконец, приемной комиссии университета - любого, от кого в данный момент зависит его судьба, мгновенно выдаст все тайны своего хозяина, расскажет о его наклонностях, продолжительности жизни, болезнях, настоящих и будущих, и о многом другом. А подобного вторжения в частную жизнь допустить нельзя.
Еще немного, еще чуть-чуть. Тайна генома человека может стать собственностью частной корпорации.
АМЕРИКАНСКАЯ частная геномная компания "Целера Корпорэйшн" объявила, что ее ученые установили химический состав всех 80 тыс. генов человека. Пока это предварительные результаты, однако сейчас уже ясно: частной корпорации удалось составить первый, пока еще "черновой" проект генома человека.
Над расшифровкой генома уже более 10 лет трудятся исследователи всего мира, объединившиеся в межгосударственной программе HUGO - Human Genom Organisation. Договоренность о ее создании была достигнута на международной конференции в Валенсии в 1988 году. "В одиночку это сделать слишком дорого даже для США. Сначала работа была рассчитана на 15 лет - она должна была быть закончена к 2005 году. Но потом стало ясно: проект будет завершен уже к 2001 году", - сказала "Сегодня" ученый секретарь научного совета российской программы "Геном человека" Нина Беляева.
И вот в 1999 году корпорация "Целера" бросила вызов международному коллективу, объявив, что начинает собственный проект расшифровки генома человека и что сделает это лучше и быстрее. "Целера" - не новичок в области геномики. Именно ее исследователи полностью расшифровали в прошлом году геном мушки дрозофилы - любимого объекта генетиков.
"Начало положено, - сказал в интервью "Си-эн-эн" руководитель проекта Крег Вентер. - Медицинские исследования будут продвигаться теперь невиданными темпами. Скоро ученые изобретут такие способы излечения болезней, о которых раньше никто и помыслить не мог".
Проект пока не закончен. «Анализируя химический состав генов, ученые разделяют их на кусочки и определяют, из каких пар нуклеотидов - "строительных кирпичиков" генов и хромосом - они состоят», - прокомментировал для "Сегодня" это сообщение директор Института клинической генетики РАМН Евгений Гинтер. - Теперь нужно будет определить, в каком порядке находятся эти "кирпичики" в генах". Необходимость такой работы подтвердил и Крег Вентер, говоря о том, что ему еще предстоит собрать "самый большой паззл в мире, который только можно представить - из десятков миллионов кусков". По его словам, это займет не так уж много времени: от трех до шести недель. Так что "Целере", почти без сомнений, будет принадлежать первенство.
То, что открытие, равное по значимости полету человека на Луну или созданию водородной бомбы, может стать собственностью частной компании, беспокоит многих специалистов по биоэтике. Если "Целера" запатентует свое открытие, им смогут воспользоваться только те страны и компании, которые в состоянии выложить за это значительные деньги. Бедные же страны, например африканские, могут оказаться отрезанными от достижений прогресса в геномике.
Изучая проект «Геном человека» учёныё столкнулись с величайшим открытием века. Коротко об этом:
Электромагнитный апокалипсис.
Как это ни странно звучит, но в последние десятилетия в науке открылись такие ранее неведомые бездны, что впору говорить: невероятное становится очевидным. Так, недавно ученые с помощью лазера извлекали... звуки из молекул ДНК. И услышали из "радиоприемника" удивительные мелодии, в которых зашифрована наследственная информация. Оказывается, она передается с помощью электромагнитных волн. Это - открытие колоссального значения. В разных руках оно может стать инструментом массового оздоровления или, наоборот, уничтожения людей. И очень важно знать, по какому пути будут направлены эти исследования.
Один из авторов открытия доктор биологических наук, старший научный сотрудник Института проблема управления Российской академии наук Петр ГАРЯЕВ в связи с этим открытием отвечает на вопросы нашего корреспондента.
- На Земле современные технические устройства генерируют чудовищное количество радиоволн. По мнению астрономов, если бы ученые другой галактики навели на Землю радиотелескоп, то обнаружили бы нечто подобное сверхновой звезде: так велика мощность техногенного радиоизлучения планеты.