- •Родоначальник
- •Ученики — мнимые и подлинные
- •Последователи
- •Днк крупным планом
- •Образец упаковки молекулярных структур в клетке
- •Главный секрет — упаковка
- •Порядок хаоса
- •Утраченные иллюзии и крепнущий оптимизм
- •Хронология «днк-логии»
- •Порядок хаоса
- •Утраченные иллюзии и крепнущий оптимизм
- •Хронология «днк-логии»
- •Главная цель - клетка
- •И что же это значит?
- •Расширяя понимание природы
- •Что сулит миру наукоемкое сельское хозяйство?
- •Чего ждать от биотехнологии
- •Устоим ли против невежественных фанатиков?
- •Заключение
- •Об авторе
- •Зачем нам трансгенные растения
- •Накануне больших перемен
- •Генная инженерия и биоразнообразие
- •Что сделано
- •Что дальше
- •Проблемы внедрения
- •Ответственность перед обществом
- •«Золотой миллиард» или «золотой» рис?
- •Экскурс в историю и клеточную биологию
- •Экскурс в медицину и социологию
- •Экскурс в футурологию и этику
- •О еде и окружающей среде
- •Колорадский жук предпочитает не Колорадо, а Россию
- •Соя и хлопчатник
- •О «безопасности» и «экологической чистоте»
- •Перенос переносу рознь
- •Природные механизмы гпг
- •Гпг: опасности мнимые и подлинные
- •Бактерии и антибиотики
- •От растений — к бактериям
- •Не перенесем ли «что-нибудь» за обедом?
- •Почему же растет устойчивость к антибиотикам?
- •Могут ли обмениваться свойствами далекие виды?
- •«Горизонтальный» перенос — механизм эволюции
- •Паразитирование как высшая форма адаптации
- •«Вседозволенность» вирусного переноса
- •Ограничения все-таки есть
- •«Горизонтальный» перенос в эволюции
- •Эффективное средство биотехнологии
- •Почему об этом надо знать
- •Как бактерия «обманывает» растения, а ученые — бактерию
- •Как это выглядит на практике j
- •Стимул — трудности
- •Пушки вместо бактерий
- •Три «поколения» трансгенных растений
- •Основные трансгенные культуры в 2003 г. (% от общей площади посевов)
- •«Золотой» рис — манна земная
- •Что родится в дискуссии?
- •Доводы «против»
- •Мнение специалистов
- •: Общая позиция
- •Зачем все это
- •Надо набраться терпения
- •Что ж, вернемся к основной теме разговора. Итак, в борьб с органическими загрязнителями мы можем рассчитывать на по мощь наших друзей-микробов. Как же все это выглядит на прагс тике?
- •Их тоже запахивают в почву?
- •В заключение — несколько слов о проблемах и перспекти- I вах этого направления, вселяющего надежду на то, мы победим за- I грязнения, а не они нас.
- •Биоремедиация
- •Биодеградация
- •Носители информации
- •Эволюция генетических систем деградации ксенобиотиков
- •Интродукция биодеструкторов
- •Новый этап
- •«Шоковая терапия» для генной терапии
- •Альтернатива смерти — лечение, связанное с риском
- •«Почему» и «как» современной генетики
- •Аргументы и факты
- •Вредны ли гм-продукты?
- •Пестициды и генная инженерия
- •Распространение измененных генов
- •«Притянутые» проблемы
- •Кредо — безграмотность
- •О чем не сказано
- •Об организации общественных кампаний
- •РРавда рРопагандистов рРироды
- •Невинный грех простоты
- •Ложь во спасение
- •Великая битва с химерами
- •Рождение дьявола
- •Опасна ли генная инженерия?
- •Есть или не есть?
- •Спасет ли мир биотехнология?
- •Табак без никотина
- •Листья превратим в цветы?
- •Светящийся от жажды
- •Вакцины из гм-растений
- •Витаминный салат с крысиными генами
- •Лучше поздно, чем никогда
- •Словарь специальных терминов*
- •Часть 1. Методическое пособие для учителя. — м., 2002. 88 с. Часть 2. Рабочая тетрадь. — м., 2002. 160 с. Ббк т4.200.50
«Почему» и «как» современной генетики
В последнее время все чаще и чаще приходится слышать: «Генетика в наступившем веке активно осваивает медицину». На самом деле научная дисциплина, которую сегодня мы называем «генетика человека», имеет более долгую историю. Более того, она изначально имеет медицинские корни, потому как зарождалась исключительно из эмпирических наблюдений семейных и врожденных болезней.
Еще к началу XX в. исследователями и практиками был накоплен столь обширный материал (проанализированные врачами семейные родословные заболеваемости), что ни у кого не вызывало сомнения: это новая область медицины —^учение о наследственных болезнях и наследственности человека. Не сильно мешало даже то, что отсутствовали критерии для установления истины, в большинстве научных работ того периода факты и ошибочные представления хаотично смешивались. Лишь «переоткрытие» законов Менделя дало ученым уникальные возможности объяснить многие «таинственные», непонятные элементы наследственной изменчивости у человека и стало научной базой учения. Таким образом, с 30-х годов XX в. генетика человека прочно входит не только в медицинскую науку, но и в практику — теперь наследственность навсегда включена в перечень этиологических (определяющих причины болезней) факторов.
139
Наиболее точно значение генетики для медицины еще в 1935 выразил великий физиолог И.П. Павлов: «Жизнь требует всеме; ного использования открытых Менделем законов наследственности. Генетические истины достаточно изучены для того, чтоб: интенсивно начать применять их. Наши врачи должны, как аз буку, знать законы наследственности. Воплощение в жизнь на учной истины о законах наследственности поможет избавить человечество от многих скорбей и горя». И это понимание вполне соответствует современному уровню.
Совершенно новый и яркий этап взаимодействия генетики человека и медицины начался с конца 50-х годов прошлого века по-1 еле открытия хромосомных болезней. Именно в этот период сли-i лись три ветви генетики человека (цитогенетика, формальная генетика и биохимическая генетика), образовав клиническую генетику. И именно непосредственная связь генетики человека с практической медициной стала определяющим фактором ее бурного развития, сделав человека главным объектом общегенетических исследований. В подтверждение можно перечислить хотя бы основные достижения медицинской генетики, прочно вошедшие в нашу жизнь до конца 1980-х годов:
хромосомные болезни;
программы диагностики наследственных болезней обм< веществ у новорожденных;
предупреждение патологического действия мутаций путем п филактического лечения;
доклиническая, в том числе пренатальная (дородовая) диагностика генных болезней;
инвентаризация менделирующих (подчиняющихся законам Менделя) признаков человека;
карты хромосом;
эпидемиология наследственных болезней.
Генетика человека дала врачам возможность более точно определять молекулярные механизмы, лежащие в основе здоровья и болезней, выбирать подходящие для каждого конкретного пациента лекарства и другие меры исправления патологических эффектов, находить новые терапевтические мишени, выявлять повышенный риск развития болезни. Она объяснила, что многие сотни генов, взаимодействуя со средой, предрасполагают к развитию рака, аллергии, сердечно-сосудистых заболевании, диабета, психических болезней и даже некоторых инфекционных заболеваний. Выявлены гены, благоприятствующие увеличению продолжительности жизни, что позволило предположить существование защитных ге-
140
нетических систем, которые расширяют норму реакции в поддержании гомеостаза (динамического постоянства пнутрпн ней среды и устойчивости основных физиологических функций организма) и, следовательно, здоровья.
Открытия генетиков существенно улучшили наше понимание) взаимодействия между наследственностью и средой, между патогенетическими механизмами развития болезней и новыми методами лечения.
Можно долго перечислять задачи и достижения. Но, наверное, даже этот краткий обзор позволяет сделать вывод, что генетика человека к XXI в. стала сложнейшей медицинской отраслью и включает в себя многие направления. Одно из них — геномика, родившаяся на основе молекулярного «штурма» генома человека (и других организмов). Всего лишь 20 лет назад было трудно представить, что какие-то явления наследования невозможно объяснить с точки зрения менделизма и хромосомной теории наследственности. К примеру, явление антиципации (преждевременное наступление какого-либо явления), противоречащее менделевским правилам, генетики объясняли ошибками наблюдений. А специфику наследования болезней, обусловленных экспансией тринуклеотидных повторов или импринтингом, — сложными «моделями» проявления генов (полудоминантными, полурецессивными и т. п.). Таких отклонений от менделизма теперь известно много. Но это уже не пугает ученых и не ставит их в тупик. В результате геномных исследований раскрыты такие новые механизмы генетических явлений в патологии человека, как геномный импринтинг, однородительские дисомии, экспансия тринуклеотидных повторов, альтернативный сплайсинг. И они вовсе не отрицают менделизма-морганизма-вейсманизма в строгом смысле. Скорее развивают, объясняя действительные взаимоотношения в организации генома и его функционировании.
Другое направление — геномная медицина. Малопонятный пока для многих термин, введенный в обиход всего 2-3 года назад, для специалистов означает новую философию медицины. Он отражает необыкновенно возросшие возможности использования гено-мики или геномных подходов в изучении и причин, и особенно механизмов развития болезней человека.
Секвенирование генома человека и прогресс геномики в целом сделали возможным для врачей перейти от установления диагноза болезни к определению подверженности ей — от простой констатации мутаций как этиологического фактора к патогенезу болезней (от «почему» к «как»). Об этом можно уверенно говорить в связи с успехами нового направления, названного молекулярной медициной.
j 141
Генетическая методология в современной медицине серьезно изменила представления и о самом диагнозе заболевания (во вся ком случае, это относится к наследственной патологии). Сегод няшнего студента-медика уже учат понимать его генетическую запись.
Возможности диагностики наследственных болезней почти безграничны благодаря молекулярно-генетическим, биохимическим цитогенетическим методам. И уже сегодня как само собой разумеющееся принимается информация о пренатальной диагностике (общее число таких анализов при беременности исчисляется миллионами). Сейчас никого не удивляет предимплантационная диагностика, когда врач-генетик, располагая лишь одной клеткой, ставит точный диагноз и предупреждает о наследственной предрасположенности к той или иной болезни.
Успехи молекулярной генетики (в том числе и понимание патогенеза наследственных болезней) позволили улучшить не только диагностику, но и методы лечения. Хорошие результаты получены для 15% болезней, в отношении 50% заболеваний наблюдается существенное улучшение.
Впрочем, медицина и здравоохранение сегодня еще не всесильны — слишком непростая биологическая система «человек». И далеко не все проблемы можно решить существующими методами и на основе современных концепций. Нам еще многое неизвестно. Как показывают первые шаги функциональной геномики, гены в организме функционируют в виде чрезвычайно сложных и строго упорядоченных систем. Многие заболевания обусловлены трансдействующими генами (гены-супрессоры, гены транскрипционных факторов), а они сами, эффекты их мутаций и взаимодействия пока еще мало изучены.
Но, может быть, самым главным итогом развития генетики человека к концу XX в. явилось все же создание генетических технологий для медицины. Они принципиально изменили многие разделы медицины, и не только в области наследственных болезней. В современной теоретической медицине они решают массу вопросов: расшифровка патогенеза болезней; выявление причин клинического полиморфизма; установление причин хронического течения болезней; расшифровка фармакогенетических особенностей. Они же удачно «оккупировали» и клиническую медицину, став незаменимыми при диагностике, лечениии и профилактике наследственных и инфекционных болезней; генотерапии наследственных, вирусных и онкологических заболеваний; производстве лекарств на основе генной инженерии. И еще два принципиальных
142
I
Принципиально новым направлением в лечении болезней является генная терапия. Десять лет назад о нем было широко объявлено как о начале новой эры в медицине. С теоретической точки зрения ее преимущества не вызывают сомнений. Но когда после первых экспериментальных успехов начались клинические испы-[•тания, специалистам пришлось несколько разочароваться —• этот | способ лечения оказался технически более сложным, чем ожидали I первоначально. Что поделать, природа не так уж легко раскрывает свои тайны. Тем не менее от этих исследований не только не отказа-; лись, но продолжают широко развивать (особенно в области лечения злокачественных заболеваний). Идет кропотливейшая работа по созданию векторов, выбору болезней и клеток-мишеней, способов введения генов. Большая часть имеющихся сегодня клинических данных относится к первой и второй фазам исследования, т. е. проверяется безопасность введения генных конструкций и эффективность переноса гена. О терапевтических результатах, т. е. о третьей фазе клинических протоколов, сведений пока мало.
В связи с этим можно сделать еще один важный вывод — прогнозы в реализации генетических новинок необходимо делать очень осторожно. Генетика человека дала и продолжает давать очень много, но иногда обещания специалистов оказываются чрезмерными. Это, конечно, в определенной мере дискредитирует генетику перед обществом.
Но продолжим наш экскурсионный обзор. Вот еще одно интересное и важное направление генетики — структурная геномика человека. Здесь новые горизонты открываются в связи с изучением однонуклеотидного полиморфизма. Есть много оснований думать, что это — наиболее общая форма генетической изменчивости. Предполагается, что расшифровка данного явления может радикально изменить понимание биологических закономерностей и сделать важный вклад в прогресс медицины.
Важнейшей частью генетики человека сегодня является эко- и фармакогенетика. Изучая генетический полиморфизм популяций человека, ученые начали понимать биохимические механизмы трансформации ксенобиотиков (чужеродных для организма соединений). Оказывается, более 200 наших генов имеют отношение к их детоксикации.
143
На фоне расшифровки последовательностей нуклеотидов в ге номе стало очевидным, что функционирует он как сложная сие! тема с множеством обратных связей, а не как простое считываний информации с « цепочки бусинок-генов ». И регуляторная иерарх* весьма динамична, она может меняться при делении соматический и зародышевых клеток. Некоторые дополнительные механизмы! о которых ученые давно догадывались, приводят к наследствен! ным стабильным изменениям экспрессии генов без изменен! нуклеотидной последовательности в ДНК (их назвали эпигенетг ческими). Накопленные генетиками факты о межгенных взаимо| действиях и их роли в происхождении болезней, в понимании кор реляций между генотипом и фенотипом, позволяют совершенн<| по-новому оценить генетическую регуляцию функций. И этим 6j дет занята генетика человека в будущем.
Генетика человека в XXI в., конечно же, это не только молек} лярный и клинический уровни. Она по-прежнему будет захваты! вать все пространство между двумя мирами — молекулярным и по! пуляционным, причем популяционный уровень будет не мене значимым, чем молекулярный.
Сегодня уже ясно, что мутационный груз человечества накаг ливался в популяциях в форме сбалансированного полимор физма или наследственной патологии. Он характеризует прошлое, и мы сейчас живем с этим грузом в катастрофически меняющихся с генетической точки зрения условиях. В XX в. по| явилось много новых факторов и условий, меняющих наслед ственность человека, с которыми он как биологический вид сталкивался на протяжении своей длительной эволюции. Это миграция населения и расширение границ браков, планирований семьи у здоровых людей и репродуктивная компенсация в отягс щенных наследственной патологией семьях, насыщение сред* обитания человека мутагенами и т. д. Генетические процесс! в популяциях человека (изменение частот генов и генотипов, тационный процесс, отбор) обладают большой инертностью. Во1] почему генетические последствия изменения среды обитания че ловека проявятся не через 1-2 поколения, а, скорее всего, чере] десятки поколений. Задача современной популяционной гене тики человека — научиться предсказывать нежелательные пс следствия на уровне популяции и снижать неблагоприятные ге нетические эффекты окружающей среды, изменения демограф! ческой структуры, а также уменьшать груз наследственно^ патологии предыдущих поколений. И генетика человека сегодня многое может сделать в этой области.
144
Подводя итоги развития генетики человека и ее влияния на медицину, можно смело утверждать, что на рубеже XX и XXI веков именно ей принадлежит лидирующее место в медико-биологической науке. Генетика уже оказала огромнейшее влияние на развитие медицинской науки, клинической медицины и организацию здравоохранения, в XXI веке она еще больше будет интегрироваться с медициной, а последняя — становиться молекулярной медициной.
Генетика человека прошла действительно долгий путь развития от простого накопления сведений о семейных болезнях и наследственных признаках до расшифровки нуклеотидной последовательности всего генома; от вероятностного прогноза рождения ребенка с наследственной болезнью до достоверной пренатальной и доклинической диагностики, от концепции вырождения наследственно отягощенных семей до предупреждения развития заболевания даже при патологической наследственности.
И еще один, очень важный момент необходимо подчеркнуть. Генетика помимо сугубо научных и технических проблем ставит перед человечеством и морально-этические проблемы. Ведь одна из главных биологических ценностей рода человеческого — его генетический полиморфизм, уникальная индивидуальность каждого из нас. Евгенические попытки ввести программы, которые на основании генетической информации ограничивают репродуктивную свободу людей и унифицируют человечество, совершенно неприемлемы для современного общества ни с научной, ни с моральной точки зрения. Чем далее развивается генетика человека, тем строже должны соблюдаться этические нормы в исследовательской и клинической работе, и тем упорнее ученые должны защищать общество от нарушений морали. И это положение особенно актуально сегодня в связи с зарождением генотерапии, попытками клонирования человека, доклинической диагностикой наследственной предрасположенности.
Ю — 4248
Биотехнология и общество
Что же дороже истины?
Для целей, связанных с моей работой, мне порекомендовали книгу «Короли и капуста. Что они никогда не расскажут о генной инженерии» (М.: Изд-во СоЭС, 2000). Многочисленные искажения фактов, передергивание, подмена аргументов в книге меня чрезвычайно разочаровали. И захотелось разобраться, оправдывает ли цель, которую авторы ставят перед собой (запрет генной инженерии), те средства, которыми они пользуются (нагнетание страхов и нечестная полемика).
Запугивание
Книга преследует цель породить у читателя животный страх перед новыми технологиями: «Кто знает, не начнем ли мы покрываться шерстью...» (с. 12). На е. 15 изображен урод, у которого вырос хвост из-за того, что он ест ГМ-картошку. «Во проект (так в тексте!) работ по ГЕНОМУ ЧЕЛОВЕКА мы картируем структуру всех участков человеческой ДНК. Все, что от нас требуется, — найти те части ДНК, которые отвечают за здравомыслие, способность спорить и протестовать. А потом — просто удалить их у большинства людей» (с. 13). Очевидно, что эти страхи не имеют отношения не только к проекту «Геном человека», но и к генной инженерии в целом. Можно ли распространять такие выдумки? Они не имеют отношения к сути обсуждаемых вещей, а просто раздувают страхи, подталкивают к мракобесию. Кому это выгодно?
146
, «Как мы можем быть уверены в том, что ГМ-растение, употребляемое нами в пищу, не станет вдруг производить новые токсины и аллергены или не повысит уровень скрытых токсинов? » (с. 9). А как мы можем быть уверены в том, что это не сделает генетически не модифицированное растение? Выход один — тесты на безопасность.