При массовых патологиях сами гены не нарушены. Но в результате каких-то, в разных случаях разных, многоуровневых и множественных событий нарушена регуляция функционирования одного или нескольких генов. Простое введение в клетки еще одного (или нескольких) таких же генов ничего не дает. Ведь и собственный ген не нарушен. А регуляция на то и регуляция, чтобы держать активность на заданном уровне. Начни все гены функционировать по максимуму своих возможностей – организм мгновенно пойдет в разнос. До такой жуткой патологии даже природа не додумалась. Тут и болезни никакой дополнительной не надо. Именно поэтому большинство генов у человека ткане- и стадиоспецифические. Они функционируют на определенной стадии индивидуального развития и только в определенных тканях, часто вообще в ограниченном числе клеток.
Например, диабет. Повреждения гена инсулина, приводящие к диабету, описаны как уникальные наследственные болезни. А при остальных (практически всех) случаях этой болезни ген инсулина не нарушен. Но функционирует он только в -клетках поджелудочной железы (и весьма ограниченно – в некоторых клетках центральной нервной системы). А во всех остальных – выключен множественной, для надежности, регуляцией. Человек может умирать от нехватки инсулина, но регуляция не позволит включиться ни одному гену инсулина ни в одной другой клетке. Поэтому при генной терапии массовых патологий, в силу указанных особенностей, создают такие молекулярные конструкции, в которых клеточная регуляция не может выключить вводимый ген, хотя на собственный, резидентный, она действует. Достигается это тем, что у гена убираются все “свои” регуляторные участки и ставятся другие. Возникает молекулярная химера – структурный ген (кодирующий белок) остается исходным (таким же как в клетках), а регуляторные последовательности берутся от иных генов (часто вообще не клеточных). Теперь клетка не может выключить своей регуляцией вводимый извне ген. И он будет функционировать на заданном уровне, уйдя от нарушенной в организме регуляции.
Остается последняя задача – ввести созданную молекулярную конструкцию в клетки организма. Принципиально это можно осуществить двумя путями. Первый путь предусматривает извлечение из организма клеток (стволовых или вообще способных к размножению), обработку их созданным генетическим материалом (если надо – с последующим отбором и подращиванием) и возвращение в организм. По второму пути молекулярная конструкция вводится непосредственно в организм – в кровь или прямой инъекцией в ткань.
Для того, чтобы конструкция вошла в клетки, ее одевают в вирусный капсид, соединяют с лигандом к соответствующему рецептору, помещают в липосому и т. д.
История состояния на сегодня и прогноз развития на обозримую перспективу генных технологий в медицине.
| Рекомбинантные белки | Геннаядиагностика | Последовательность генома | Геннаявакцинация | Генная терапия | Искусственные органы | Внутриклеточная иммунизация | Белковаяинженерия | Генная инженерия человека | |
| 1972 | Сформировано представление об общности молекулярных основ живого | Создание техники рекомбинантных ДНК | |||||||
| | | | |||||||
| 1980 | Первый генно-инженерный синтез пептида человека (соматостатин) в бактерияхПервый, санкционированный к применению, пептид человека (инсулин), полученный в бактериях по генно-инженерной технологии | Первые несанкционированные опыты на людях по генной терапии (аргининемия), называемой тогда “генной инженерией человека”Вторая группа несанкционированных опытов на людях по генной терапии, все еще называемой “генной инженерией человека” | Разработка на животных технологий изменения в поколениях методами генной инженерии | ||||||
| | | | | | | | | | |
| 1990 | Широкое получение рекомбинантных белков и пептидов для лечения, иммунизации и диагностики | Закладываются основы генной диагностикиБыстрое совершенствование и расширение возможностей генной диагностики | Создан и начал функционировать проект “Геном человека” | Работы по генной вакцинации с использованием "параллельных" вакцин | Первые санкционированные опыты на людях по отработке технологии генной терапииПервые санкционированные опыты на людях по генной терапии с целью лечения | Закладываются основы технологий уничтожения заданных клеток в организме. Создание технологий получения кожи человека | Формирование первых представлений о внутриклеточной вакцинации | Разработка общих теоретических представлений белковой инженерии | Получение первых моделей наследственных болезней на животных и стремительно набирающая темпы разработка технологии изменения в поколениях модельных животных методами генной инженерии |
| | | | | | | | | | |
| 1997 | Массовая индустрия, применение, испытания и получение новых рекомбинантных белков и пептидов человека для лечения, иммунизации и диагностики. Здесь уже фактически нет ограничений | Перенос генной диагностики в клиники, расширение ее спектра, нарастающие темпы разработки практически приемлемых технологий генной диагностики зигот | Стремительно развивается проект “Геном человека”, определена первичная последовательность более 10% всех структурных генов человека | Быстро набирающие темпы исследования по генной вакцинации | Набирающая темпы и расширяющаяся по номенклатуре генная терапия человека с массовой развивающейся базой и подготовкой новых возможностей | Создание и разработка различных технологий уничтожения любых заданных клеток на животных моделях. Разработка технологий получения искусственных биологических органов и разных тканей | Первые санкционированные опыты на людях по внутриклеточной иммунизации, лавинообразный рост исследований | Медленно и очень тяжело, но неуклонно набирают темпы исследования по белковой инженерии | Массовое получение моделей наследственных болезней человека на животных и продолжение совершенствования технологии широких изменений в поколениях |
| | | | | | | | | | |
| 2000 | Массовое применение рекомбинантных белков в медицине становится рутинным | Генная диагностика становится рутинным клиническим анализом. Начало практического перехода к диагностике дефектов одновременно нескольких генов, а так же патологий, при которых влияние генов выражено "слабо" | Определение четверти всех структурных генов человека и быстрое дальнейшее продвижение программы “Геном человека” | Первые санкционированные опыты на людях по генной вакцинации | Начало клинического масштабирования генной терапии. Первые опыты на людях по генной терапии возрастной патологии | Разработка технологий уничтожения любых клеток, их сообществ, тканей и органов. Первые опыты на людях по подсадке искусственно созданных биологических органов и разных тканей | Подготовка к масштабированию внутриклеточной иммунизации | Ускорение работ по белковой инженерии, основанных на прорыве в области теории расчета строения и функции белка на основе данных о его первичной структуре | Методическая готовность для генной терапии на уровне зародышевых клеток человека |
| | | | | | | | | | |
| 2010 | Рекомбинантные белки и пептиды человека как основные терапевтические и профилактические средства для употребления "извне", (инъекции, мази и т.д.) | Генная диагностика множественных нарушений в геномах – "слабых мутаций" – становится рутинным клиническим исследованием | Окончание определения полной последовательности всего генома человека. Переход на масштабные определения геномов у индивидуумов | Практическое применение технологии генной вакцинации. Обеспечение требуемого функционирования любых введенных на постнатальном уровне генов | Устранение отдельных генетических дефектов как рутинная клиническая процедура. Клиническое масштабирование генной терапии возрастной патологии | Начало масштабированных замен тканей и органов искусственно созданными аналогами из модифицированных и выращенных вне организма клеток данного индивидуума | Лечение и профилактика вирусных и опухолевых болезней на основе внутриклеточной иммунизации как рутинная клиническая процедура | Первые санкционированные опыты на людях по белковой инженерии.Опыты по белковой инженерии на животных | Начало санкционированных опытов по преобразованию человека в поколениях (генная инженерия на зародышевых клетках) |
| Начало санкционированных работ по полномасштабной реконструкции человека на постнатальном уровне и в поколениях | |||||||||
Вероятно, читающий это описание, уже понял, что за всей легкостью изложения типа “создание соответствующих молекулярных конструкций”, “ген начал функционировать несмотря на регуляцию, выключающую свой, такой же, но клеточный ген” и т. д. стоят технические и технологические трудности почти фантастической сложности. Задача же состоит в том, чтобы генная терапия из рекордов виртуозов превратилась в рутинную медицинскую процедуру. Поэтому сегодня уже создан и стремительно расширяется фронт работ по решению такой задачи. Сегодня на людях испытывают технологии генной терапии гемофилии, муковисцидоза, синдрома врожденного иммунодефицита, опухолевой болезни и некоторых других. Лечение более чем десятка патологий уже апробировано генной терапией на животных и проходит путь формального санкционирования для перехода на людей. Для лечения еще нескольких десятков болезней технологии оттачиваются на животных. Для этого создаются специальные их линии с генетическими дефектами, аналогичными таковым при генетически детерминированных болезнях человека.