Дикие гены - Хельга Хофман-Зибер

Сама эта мысль не нова. Наш старый знакомый Маршалл Ниренберг, расшифровавший первый кодон генетического кода, уже в 1967 году опубликовал в журнале Science статью с первыми размышлениями о генной терапии. В то время мы только учились понимать язык матери-природы, но Ниренберг заглядывал далеко вперед. Он был уверен, что введение искусственно созданной информации в ДНК млекопитающих с целью ее перепрограммирования – это лишь вопрос времени.

Статья называлась «Готово ли к этому общество?». Уже из заглавия было понятно, что эта перспектива не только восхищала Ниренберга с научной точки зрения, но и вызывала у него тревогу. Он боялся, что поиск ответов на этические и моральные вопросы займет больше времени, чем решение чисто технических проблем.

Ниренберг считал, что техническое решение будет найдено в течение 25 лет. На самом же деле американскому биохимику Полу Бергу и его коллегам понадобилось для этого вдвое меньше времени. Они сумели так перепрограммировать клетки почек обезьян, что те начали производить гемоглобин, входящий в состав красных кровяных телец кроликов. И пока эти клетки, выращенные в искусственной среде, размышляли, какое отношение к ним имеют грызуны, Берг опубликовал в журнале Nature статью о своем революционном методе и в 1980 году получил Нобелевскую премию.

Пол Берг продемонстрировал, что можно внедрить ген одного млекопитающего в клетки другого. Одновременно он решил еще одну проблему генной терапии. Ведь пытаться заставить наследственную информацию самостоятельно искать пути проникновения в клетки – это то же самое, что поручить свинье разносить почту. Время от времени, если очень повезет, какое-то послание может дойти до адресата, но основная масса будет потеряна по пути. Если человек состоит из 37 000 000 000 000 клеток, каждая из которых содержит дефектный ген, и если необходимо внести коррективы в несколько миллионов клеток, чтобы добиться хоть какого-то терапевтического эффекта, то здесь никак не обойтись без хорошей идеи. Поэтому Берг обратился за помощью к экспертам. Найти их не составляло труда, потому что они уже давно специализировались на подобных вещах. Это были вирусы. С одной стороны, это то же самое, что пустить козла в огород, но с другой – они уже миллионы лет только и делают, что проносят в клетки чужеродный генетический материал. И если уж они создали для человечества столько медицинских проблем, то почему бы им хоть раз не принести пользу?

Итак, Берг воспользовался услугами вируса обезьян SV40, в который он встроил ген кролика. SV40 первоначально был обнаружен в клетках почек зеленых мартышек. Затем выяснилось, что он способен заражать не только обезьяньи, но и человеческие клетки. Кроме того, он становился причиной возникновения опухолей у хомяков. Ученые до сегодняшнего дня спорят, может ли SV40 вызывать рак у людей. Но для эксперимента, в ходе которого надо было всего лишь занести чужой ген в клетку, этот вирус оказался самым оптимальным решением. Правда, для того, чтобы окончательно ввести вирусы в приличное общество и поручить им генную терапию, следовало провести очень большую работу.

Весь трюк заключался в том, чтобы «одомашнить» вирусы и превратить их из диких волков в ручных собачек. В этом случае они становились безобидными носильщиками генов, или векторами, как называют их микробиологи.

Но как приручить этот набор наследственной информации, упакованный в белковую оболочку?

Прежде всего эту информацию надо основательно почистить и удалить из нее все, что нацелено на строительство новых оболочек для вирусов. Кроме того, вирусу необходимо распрощаться и со всеми инструментами, с помощью которых он вмешивается в иммунную систему организма-хозяина и во внутриклеточный обмен веществ. В идеальном случае в нем должна остаться только та информация, которая необходима, чтобы упаковать ген в свою оболочку и занести его в клетку-хозяина. Таким образом, вирусный вектор – это вирус, который способен только проникать в клетку и не имеет никаких дальнейших планов.

А поскольку такие векторы не способны самостоятельно размножаться, то надо найти субподрядчика (чаще всего выращенные в лабораторных условиях культурные линии клеток), сооружающего для них новые вирусные оболочки, в которые затем упаковывается векторный наследственный материал. Поскольку собственный геном вектора основательно вычищен, в нем остается много свободного места, которое можно использовать для размещения там информации терапевтического гена.

Если направить такой вектор на клетку, он инфицирует ее, как и обычный вирус. Но, в отличие от него, он разместит в клетке не вирусные гены, а терапевтические. (Вирус и вектор напоминают мне нашего управляющего Зумпера и соседа Гектора. Оба пользуются одним и тем же механизмом, чтобы войти ко мне в квартиру, – дверным звонком. Но если Гектор в порыве истинного альтруизма скрашивает мое утро свежими вафлями, то Зумпер до одурения нагружает меня своим словесным поносом.)

В отличие от вирусов, способных вызывать заболевания, вектор представляет собой что-то вроде почтальона, который звонит в клетку, входит и оставляет там послание. В настоящее время существует множество различных служб доставки, которые отличаются друг от друга сферами действия и всевозможными дополнительными услугами. Точно также сегодня в генной терапии используется большой набор вирусных векторов.

К числу первых вирусов, которые были приняты на генно-терапевтическую службу, относятся аденовирусы, которые доказали свою способность выступать в качестве векторов несколько необычным путем. Охотясь в 1953 году на новые вирусы гриппа, Морис Гиллеман по ошибке насобирал не те образцы. Вместо того чтобы добыть из гортаней призывников с военной базы в Миссури новые вирусы гриппа, он случайно открыл три новых типа аденовирусов.

Чтобы как-то скрасить свой досадный промах, Гиллеман решил сделать то, в чем всегда был силен, – разработать новую вакцину против аденовирусов, которые доставляли немало хлопот военному начальству и в зимние месяцы отправляли на больничные койки до 90 процентов призывников.

Чтобы изготовить вакцину, аденовирусы размножали в клетках обезьяньих почек. Но в этих же почках обитали вирусы SV40. Аденовирусам это пришлось по вкусу, так как выяснилось, что с помощью SV40 им легче размножаться. В этом случае им не приходилось выполнять всю работу самим. Но изготовители вакцин были на этот счет другого мнения. Им SV40 был не нужен. Когда они с большим трудом его удалили, оказалось, что по какой-то причине одна молекула из SV40 по-прежнему осталась в культуре аденовируса. Как такое могло произойти?

Проведя кропотливое детективное расследование, ученые в 1960-е годы в конце концов выяснили, что в культуре присутствовало два разных аденовируса. Один из них выглядел так, как ему и положено, а второй воспользовался геномом SV40 и встроил его часть в собственный наследственный материал. Как ни странно, после этого и один, и другой вирус отказались размножаться в клетках обезьяны.

Благодаря этому открытию ученые уже куда с большим интересом стали присматриваться к смеси вирусов, которые демонстрировали в клеточных культурах неразрывную связь, как Бонни и Клайд. Во-первых, аденовирус показал, что способен включать чужую наследственную информацию в свой геном и затем благополучно доставлять ее в клетки. Во-вторых, возникший в результате вирус терял способность размножаться без посторонней помощи. Размножение возобновлялось лишь после того, как его снабжали недостающими белками с помощью второго вируса. В результате аденовирус по собственной инициативе переквалифицировался в вектор, хотя использования аденовирусов в качестве транспортного средства для генной терапии пришлось ждать до 1980-х годов.