0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Изменение генов как причина

Человек второго сорта. Как редактирование генома изменит мир?

Данная статья полностью скопирована с сайта 4PDA — http://4pda.ru/2018/12/16/355085/.

Автор — Кася Красавина

Текст произвел на меня большое впечатление и желание задуматься о том, что проиходит сейчас вокруг нас, куда мы движемся.. потому посчитал необходимым поделиться.

Представьте мир, в котором живут сверхлюди: сильные, выносливые, умные и никогда не болеющие. Думаете, что-то из области фильмов Marvel? Отнюдь. Идеальное будущее возможно — надо просто перекроить вашу ДНК.

Недавно мы писали, что в Китае родились первые генномодифицированные младенцы. Их зачали искусственно, а донором семени стал носитель ВИЧ. Детей тоже могла поразить страшная болезнь. Однако этого не произошло — местные учёные отключили им ген, отвечающий за ВИЧ, когда плод ещё был в состоянии эмбриона. Медики применили технологию CRISPR — передовой метод изменения ДНК, который сделает вас сильным, здоровым и практически бессмертным. Если есть деньги. Много денег.

Обывателю разговоры о редактировании генома кажутся чем-то из разряда научной фантастики. Тем не менее биологи давно обсуждают возможности CRISPR — начиная с прошлого века. Изначально эта система была открыта как защитный механизм бактерий от вирусов в конце 1980-х. Затем специалисты разглядели в ней возможность изменять ДНК.

За патент на метод расшифровки генома долго воевали два штатовских вуза: Институт Броуда в Массачусетсе и Калифорнийский институт в Беркли. Компании тратили миллионы на юристов, понимая, что в будущем это изобретение принесёт им баснословную прибыль. В итоге победил Институт Броуда — он и сейчас вливает тонны долларов в продвижение геномных проектов. Работают над модификацией и в России: у нас тоже изучают возможности отключения «нежелательных» генов вроде ВИЧ-инфицирования.

Более того, российские специалисты могли первыми вырастить ГМО-детей, если бы захотели. «Чисто технически наша группа могла бы ещё в феврале 2018 года пересадить эмбрионы, и тогда наш генетически модифицированный ребенок родился бы раньше. Но у нас не было такой цели. Моя команда тоже родит такого ребенка, просто мы идём к этому медленно, многократно проверяя безопасность технологии», — рассказывал генетик Денис Ребриков в интервью Republic. В общем, изменение генома — не фантастика, а реальность, она вот-вот постучится в наши двери. Но опасно ли это? Этично? Каковы последствия? И главное.

Как это работает?

Доктор Сэнди Макра, президент биотехнологической компании Sangamo Therapeutics, которая проводит эксперименты по изменению ДНК, так описала этот процесс. «Мы разрезаем вашу ДНК, открываем её, вставляем ген, зашиваем. Он становится частью вашей ДНК и остаётся на всю оставшуюся жизнь».

В 2017 году Брайан Мэдью, 44-летний повар, перенёс операцию по редактированию ДНК. Брайан страдал от синдрома Хантера — наследственного заболевания обмена веществ, порождающего многочисленные патологии органов. Эта болезнь встречается чаще у мальчиков, а вызывает её генетическая мутация. От тяжелых форм синдрома Хантера умирают в подростковом возрасте. Мэдью посчастливилось выжить — но и он перенёс 26 операций и имел проблемы со слухом, зрением, дыхательными путями, желчным пузырём и костями. Редактирование ДНК не восполнило ущерб, нанесённый недугом. Зато остановило его прогресс и избавило мужчину от ежедневных инъекций дорогостоящих препаратов.

Правда, сегодня подобная операция не панацея, а скорее лотерея: учёные играют с матерью-природой, и полностью взвесить все риски нельзя. Последствия, которые может вызвать редактирование генома, непоправимы. «Когда мы многократно убедимся, что технология геномного редактирования достаточно точна для “боевого” применения, мы сможем использовать её в медицинских целях», — уточняет Денис Ребриков. При этом случай Мэдью пока что исключителен. Sangamo Therapeutics продолжает исследования.

В перспективе с помощью метода CRISPR можно лечить и другие генетические заболевания — гемофилию, лейкемию, муковисцидоз. Эти болезни исправлять проще, потому что они вызваны одним геном и медикам сразу понятно, что нужно исправить. С остальными труднее — ряд заболеваний, которые передаются по наследству, вызваны сложными комбинациями генов. И ещё не известно, какой подход понадобится к ним. Да и надёжность и безопасность CRISPR, даром что это очень востребованная технология, ещё не подтверждены. «Дело в том, что CRISPR-система способна всё-таки иногда ошибаться — вносить разрывы не в тот ген, на который её направили, а в совершенно посторонний. Последствия такой ошибки предсказать трудно, и вряд ли они будут хорошими. Именно на сведение их количества к нулю и направлены многие исследования в этой области», — рассказал нам Никита Борзов.

Ещё одна проблема: редактирование способно спровоцировать нежелательное поведение других генов. Например, пациентам вставляли инородный фрагмент, и после этого у них развивался лейкоз, — вмешательство в родную ДНК активировало раковый ген. Специально для 4PDA комментирует Галина Муравник, генетик и преподаватель биоэтики:

«Эрик Лэндер, глава Броадовского института в Кембридже пишет, что «невиданные возможности по редактированию генома требуют таких же мер предосторожности». Мне кажется, что это очень правильная, взвешенная позиция, потому что забираться в геном, в святая святых, нужно очень и очень осторожно, десять раз подумав, что мы собираемся делать, что получить, во имя чего и так далее.»

При этом вмешательство в геном — ещё и этически спорная процедура. Приведёт ли CRISPR к социальному расколу? В ноябре 2017 года патриарх Кирилл открывал XXI Всемирный русский народный собор. Там он высказался и о развитии медицинских технологий. Слова патриарха приводит ТАСС: «Слышатся голоса, что современные технологии способны создавать искусственный интеллект и искусственные органы, что скоро удастся так модернизировать наш разум и тело, что возникнут новые существа. Вера в технологии сегодня — то же, чем была вера в прогресс, это своеобразная квазирелигия. Серьёзным вызовом видится бурное развитие медицинских и генетических технологий. Футурологи уже предсказывают скорое расслоение человечества на две расы. Одним предрекается величие сверхлюдей, а другим — судьба подчиненных.» При этом патриарх отметил, что передовые биотехнологии сами по себе не зло, если они «доступны не только богатым представителям общества». Однако нельзя исключать, что консервативные граждане могут расслышать в словах главы РПЦ лишь побуждение к запрету.

Вмешательство в геном — слишком щекотливая тема, которая будет задевать консервативные слои населения.

Какую ждать реакцию? Специально для 4PDA объясняет преподаватель МГУ, философ биологии Станислав Бушев: В большинстве мировых религий оговариваются манипуляции с эмбрионами, они допускаются в основном, если есть угроза жизни матери или плода, во всех остальных случаях, особенно связанных с научными целями, они не приветствуются.

Всё зависит от интерпретаций. Вполне может быть и такая интерпретация, что изменения генома — это благо. Но может быть и иначе. Таинство зачатия, таинство рождения существует в ряде конфессий. Считается, что установленный порядок установлен кем-то свыше, ему надо следовать. Если пойти вразрез этого порядка, то в некоторых религиях может возникнуть напряжение.

Западное общество пока тоже настороженно относится к прорывной технологии. Например, ведущие научные журналы Science и Nature по этическим соображениям не стали публиковать исследование китайских учёных из университета Сунь Ятсена в Гуанчжоу. Китайцы первые в мире модифицировали ДНК эмбрионов, что запрещено делать в США и ряде западных стран. Спорят о моральности и в Европе. Однако Станислав Бушуев считает, что эти ограничения — временные.

Один серый, другой белый

Незадолго до смерти Стивен Хокинг высказал опасение: в будущем миром будут править сверхлюди с феноменальной памятью и интеллектом, устойчивые к болезням, сильные и выносливые. Физик считал, что простой народ не сможет с ними конкурировать и буквально станет вторым сортом.

Не исключено, что технологиям вроде CRISPR под силу расколоть общество на касты. Ведь такую процедуру сможет позволить себе лишь элита социума. Даже сейчас малышу из бедной семьи сложно конкурировать с ребёнком из богатой — слишком разные стартовые условия.

Что будет, когда люди при деньгах станут в прямом смысле умнее, здоровее и красивее?

Эксперты уверяют: сдвиг произойдёт, однако есть шанс избежать социального напряжения. Например, по мнению Евгения Быкова, генные изменения откроются для всех, просто они будут разного качества.

Аналогичного мнения Денис Ребриков. В интервью Republic он заметил, что даже самые дорогие технологии со временем становятся массовыми, если на них есть спрос.

Станислав Бушуев иного мнения. Он полагает, что «неравенство возникнет, как это происходит всегда при всяком значительном переделе мира». Более того, по словам философа биологии, изменится само представление о неравенстве. «Плоские антиутопии рисуют омолодившихся и поумневших бессмертных богачей, воспроизводя нынешнее неравенство. Тогда как — это важно — речь в принципе идёт о проведении новых линий равенства и неравенства на карте нашей реальности», — объясняет Бушуев.

При этом появятся неожиданные способы монетизации ДНК-редактирования. Как насчёт того, чтобы дёшево поставить «отключку», скажем низкого роста, но потом каждый год продлевать лицензию? Расцветёт и новый бизнес — изменение генома в домашних условиях. Комментирует Евгений Быков: Уже сейчас агрокомпании со специализацией в ГМО внедряют в ДНК многолетних культур последовательность генов, убивающих организм после первого года. По сути, это «встроенная лицензия» — если хотите дальше пользоваться, вновь покупайте эти плодовитые культуры. Огромного успеха добьются компании, которые первыми выведут на рынок дешёвые технологии для рутинных операций: секвенирование генома, редактирование его отрезков и так далее.

Учёный-трансгуманист предрекает и скорое появление «биосубкультур». Людей будет объединять не только профессия или интересы, но и категория апгрейдов в их теле. Воображение рисует картины из Deus Ex, и примерно так оно и будет, утверждает Евгений Быков. Подумайте о профессиях: если генная инженерия станет доступной, возникнут десятки, сотни биоспециализаций, недоступных ранее. Кто-то сможет изменить своё тело для глубоководных работ, кто-то — например, биржевой трейдер — повысить скорость обработки сигналов мозгом. Мы получим не одинаковых сверхлюдей, а «биосубкультуры», в той или ной степени отстоящие от классического Homo Sapiens.

Читать еще:  Жжение в глазах

В конечном счёте человек стремится к одному — стать бессмертным. Генетик Джордж Чёрч заявил, что в будущем возможно создание клеток, неуязвимых к действию практически всех известных вирусов. По его мнению, люди станут невосприимчивы к радиационному излучению, старению, холоду, исчезнет рак и другие болезни. Чёрч предсказывает, что это станет доступно уже через десять лет. Более того, биолог уверен: старость — это недуг, с которым тоже можно бороться.

Однако научное сообщество иного мнения — «состаривания» нет в Международной классификации болезней. А значит — запрещено и тестировать препараты «от старости». Может, ДНК-инженерия это исправит? Рассказывает Галина Муравник: Никакого особого гена у долгожителей пока не выявлено. Они имеют те же самые гены, что и все остальные люди, однако некоторые модифицированы. Например, находили положительные мутации в гене, который отвечает за состояние костей. С таким геном не грозит остеопороз, который для пожилого человека — фактически приговор.

некоторых находили мутации, благодаря которым кости сохраняются долгие годы такими же крепкими. Выявляли мутации и в генах, связанных с канцерогенезом, с сердечно-сосудистыми заболеваниями, болезнью Альцгеймера, диабетом. В перспективе это открывает возможности для редактирования генома и у других людей, которые избавят от неприятных болезней, сокращающих жизнь.

Так что бессмертие нам пока не грозит — в лучшем случае мы будем дольше жить. Зато вмешательство в геном приведёт к новым стандартам человечества, позволит быстрее думать и меньше болеть. Если на это найдутся деньги, конечно же.

Изменение генов как причина

Всего через какой-то десяток лет ВИЧ и рак могут перестать быть смертельным приговором, а вопрос, как обеспечить себя продовольствием, больше не будет стоять даже перед жителями Сахары. Благодаря редактированию генома такие прогнозы уже сейчас совсем не кажутся несбыточными мечтами. Но какова у этой медали обратная сторона?

Спейсеры в кассетах

Как не парадоксально это прозвучит, но радужными перспективами человечество обязано бактериям. Ещё в середине 1980-х годов японские учёные, исследуя кишечную палочку, обнаружили в её геноме повторяющиеся последовательности, разделённые уникальными участками – спейсерами. Позднее такие «кассеты» найдут у большого числа бактерий и архей и назовут CRISPR – «короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами».

В XX веке выяснить роль таких участков исследователям не удалось. Лишь со временем – в начале 2000-х – станет понятно, что CRISPR – не что иное, как иммунная система, спасающая микроорганизмы от вируса. Схематично принцип её работы можно следующим образом: ассоциированные с кассетами белки Cas при обнаружении микроба разрезают чужеродную ДНК, чем предотвращают инфекцию. При этом когда бактерия сталкивается с вирусом, она начинает дробить различные участки ДНК как из своего, так и из чужого генома, затем вставляя их в CRISPR-кассету. Один из образовавшихся кусков в итоге помогает побороть микроб. После этого он остаётся в CRISPR и передаётся потомкам бактерии.

Белок Cas оказался очень точным молекулярным «скальпелем», который позволяет исправить затронутую болезненной мутацией генетическую информацию. И естественно, у учёных практически сразу возник соблазн найти способ приминения его на благо человечества. Известно, что первую попытку исправить геном человека в 2015 году предприняли китайские исследователи. Они ввели белок и РНК-гид в яйцеклетку с геном, вызывающим болезнь крови бета-талассемии. В результате эксперимента мутация была исправлена в 5-10 процентах эмбрионов.

А через год – в феврале 2016-м – правительство Великобритании разрешило учёным изменять ДНК человеческих яйцеклеток с помощью CRISPR в исследовательских целях.

Редактура вместо трансплантации

Уже в апреле генетики заявили, что им удалось изменить гены зародышей таким образом, чтобы сделать их неуязвимыми к ВИЧ. Оказалось также, что систему можно использовать для борьбы с раком и моногенными генетическими заболеваниями, например гемофилией и муковисцидозом. Теперь для того, чтобы вылечить ту же лейкемию, больше не нужно искать донора костного мозга. Достаточно взять образцы ткани органа, избавить стволовые клетки от мутации и пересадить их обратно.

Чуть сложнее ситуация с более запутанными болезнями, которые являются результатом взаимодействия различных генов. По всей видимости, для их лечения одной помощью CRISPR не обойдись и придётся искать комплексные подходы.

«В течение следующего десятилетия редактирование генов может помочь человечеству преодолеть некоторые из самых больших и самых стойких проблем глобального здравоохранения и развития», — уверена директор программы в области технологий и международных отношений центра Карнеги, магистр Принстонского университета Кейт Шарле.

Курицам и пшенице – выносливость

Помимо здравоохранения и медицины генная инженерия сегодня активно используется в земледелии и скотоводстве. При этом речь идёт не о создании геномодифицированных растений и животных, а об исследованиях, позволяющих сделать их более выносливыми, плодовитыми и питательными.

«Такого рода исследования жизненно необходимы, потому что корова, несколько кур, коз, или овца может сделать большую разницу в жизни беднейших людей мира, три четверти из которых получают еду и доходы от сельского хозяйства на маленьких участках
земли», — продолжает Шарле.

Повышение производительности в сельском хозяйстве и животноводстве действительно имеет основополагающее значение для прекращения крайней нищеты в мире. Редактирование генов с целью сделать урожай более обильным может стать спасением в огромных масштабах. И технология уже сейчас показывает результаты, привлекая государственные и частные инвестиции.

Боязнь сверхчеловека

Однако у редактирования генома, при всей привлекательности этой технологии, к удивлению нашлось немало противников. Часть из них указывает на наличие морально-этических проблем, связанных с изменением человеческого ДНК. Протесты научного сообщества и общества в целом, в частности, вызвали эксперименты китайских исследователей с эмбрионами. Как отметил член-корреспондент РАН, представитель России в Комитете Совета Европы по биоэтике Борис Юдин, возникшие в результате дискуссии высветили две группы этических проблем, которые преследуют учёных её с 90-х годов XX века, когда обсуждались попытки клонирования человека. Первая группа связана с вопросом эффективности технологий – не приведёт ли их использование к катастрофическим для испытуемых, в том числе летальным последствиям. При этом, по словам Юдина, со временем эти проблемы будут решены.

Однако вторая группа трудностей более сложна: если технологии изменения генома в итоге приведут к успеху – вплоть до создания человека без генетических изъянов, то каким статусом будет обладать «отредактированный» индивид.

В настоящее время ответить на этот вопрос не представляется возможным, поэтому ряд стран идёт в противоположном от Китая и Великобритании направлении, отказываясь от экспериментов с эмбрионами. Так, в частности, поступили в США, где директор Национальных институтов здравоохранения США Френсис Коллинз открыто объявил, что изменение яйцеклеток – черта, которую не стоит переходить, и поэтому соответствующие работы американскими властями финансироваться не будут. Аналогичной точки зрения придерживаются и в Совете Европы, в основополагающих документах которого содержатся положения о запрете создания эмбрионов человека в исследовательских целях.

Вместе с тем есть и более радикальные позиции. Например, директор Национальной разведки США Джеймс Клэппер в феврале 2016 года и вовсе поставил редактирование генома человека в один ряд с оружием массового уничтожения.

«Учитывая широкое распространение, низкую стоимость и ускоренный темп разработки этой технологии двойного назначения, её намеренное или случайное нецелевое использование может привести к серьёзным последствиям для экономической и национальной безопасности США», — говорится в докладе Клэппера, опубликованном на официальном сайте его ведомства dni.gov.

Редактирование генома человека в недобрых руках действительно может стать открытым ящиком Пандоры. Даже не самое богатое воображение способно обрисовать весьма широкий круг негативных последствий – от создания «универсального солдата» до формирования «модифицированной элиты», которые могут стать результатом хаотичного использования этой технологии. Но с другой стороны, ряд экспертов подчёркивает, что создание улучшенных людей находится за пределами возможностей CRISPR. Так что пока все скептические прогнозы находятся на уровне фантазий создателей сериала «Секретные материалы», где эту систему злодеи использовали для глобального геноцида.

Генные мутации: причины, примеры, классификация

Генные мутации – изменение строения одного гена. Это изменение в последовательности нуклеотидов: выпадение, вставка, замена и т.п. Например, замена а на т. Причины – нарушения при удвоении (репликации) ДНК

Генные мутации представляют собой молекулярные, не видимые в световом микроскопе изменения структуры ДНК. К мутациям генов относятся любые изменения молекулярной структуры ДНК, независимо от их локализации и влияния на жизнеспособность. Некоторые мутации не оказывают никакого влияния на структуру и функцию соответствующего белка. Другая (большая) часть генных мутаций приводит к синтезу дефектного белка, не способного выполнять свойственную ему функцию. Именно генные мутации обусловливают развитие большинства наследственных форм патологии.

Наиболее частыми моногенными заболеваниями являются у человека являются: муковисцидоз, гемохроматоз, адрено-генитальный синдром, фенилкетонурия, нейрофиброматоз, миопатии Дюшенна-Беккера и ряд других заболеваний. Клинически они проявляются признаками нарушений обмена веществ (метаболизма) в организме. Мутация может заключаться:

1) в замене основания в кодоне, это так называемая миссенсмутация (от англ, mis — ложный, неправильный + лат. sensus — смысл) — замена нуклеотида в кодирующей части гена, приводящая к замене аминокислоты в полипептиде;

2) в таком изменении кодонов, которое приведет к остановке считывания информации, это так называемая нонсенсмутация (от лат. non — нет + sensus — смысл) — замена нуклеотида в кодирующей части гена, приводит к образованию кодона-терминатора (стоп-кодона) и прекращению трансляции;

Читать еще:  Какое должно быть расстояние телевизора к глазам

3) нарушении считывания информации, сдвиге рамки считывания, называемом фреймшифтом (от англ. frame — рамка + shift: — сдвиг, перемещение), когда молекулярные изменения ДНК приводят к изменению триплетов в процессе трансляции полипептидной цепи.

Известны и другие типы генных мутаций. По типу молекулярных изменений выделяют:

делении (от лат. deletio — уничтожение), когда происходит утрата сегмента ДНК размером от одного нуклеотида до гена;

дупликации (от лат. duplicatio — удвоение), т.е. удвоение или повторное дублирование сегмента ДНК от одного нуклеотида до целых генов;

инверсии (от лат. inversio — перевертывание), т.е. поворот на 180° сегмента ДНК размерами от двух нукпеотидов до фрагмента, включающего несколько генов;

инсерции (от лат. insertio — прикрепление), т.е. вставка фрагментов ДНК размером от одного нуклеотида до целого гена.

Молекулярные изменения, затрагивающие от одного до нескольких нуклеотидов, рассматривают как точечную мутацию.

Принципиальным и отличительным для генной мутации является то, что она 1) приводит к изменению генетической информации, 2) может передаваться от поколения к поколению.

Определенная часть генных мутаций может быть отнесена к нейтральным мутациям, поскольку они не приводят к каким-либо изменениям фенотипа. Например, за счет вырожденности генетического кода одну и ту же аминокислоту могут кодировать два триплета, различающихся только по одному основанию. С другой стороны, один и тот же ген может изменяться (мутировать) в несколько различающихся состояний.

Например, ген, контролирующий группу крови системы АВ0. имеет три аллеля: 0, А и В, сочетания которых определяют 4 группы крови. Группа крови системы АВ0 является классическим примером генетической изменчивости нормальных признаков человека.

Именно генные мутации обусловливают развитие большинства Ласледственных форм патологии. Болезни, обусловленные подобными мутациями, называют генными, или моногенными, болезнями, Т. е. заболеваниями, развитие которых детерминируется мутацией одного гена.

Геномные и хромосомные мутации

Геномные и хромосомные мутации являются причинами возникновения хромосомных болезней. К геномным мутациям относятся анеуплоидии и изменение плоидности структурно неизмененных хромосом. Выявляются цитогенетическими методами.

Анеуплоидия — изменение (уменьшение — моносомия, увеличение — трисомия) числа хромосом в диплоидном наборе, некратное гаплоидному (2n + 1, 2n — 1 и т.д.).

Полиплоидия — увеличение числа наборов хромосом, кратное гаплоидному (3n, 4n, 5n и т.д.).

У человека полиплоидия, а также большинство анеуплоидии являются летальными мутациями.

К наиболее частым геномным мутациям относятся:

трисомия — наличие трех гомологичных хромосом в кариотипе (например, по 21-й паре, при синдроме Дауна, по 18-й паре при синдроме Эдвардса, по 13-й паре при синдроме Патау; по половым хромосомам: XXX, ХХY, ХYY);

моносомия — наличие только одной из двух гомологичных хромосом. При моносомии по любой из аутосом нормальное развитие эмбриона невозможно. Единственная моносомия у человека, совместимая с жизнью, — моносомия по Х-хромосоме — приводит (к синдрому Шерешевского-Тернера (45, Х0).

Причиной, приводящей к анеуплоидии, является нерасхождение хромосом во время клеточного деления при образовании половых клеток или утрата хромосом в результате анафазного отставания, когда во время движения к полюсу одна из гомологичных хромосом может отстать от всех других негомологичных хромосом. Термин «нерасхождение» означает отсутствие разделения хромосом или хроматид в мейозе или митозе. Утрата хромосом может приводить к мозаицизму, при котором имеется одна эуплоидная (нормальная) клеточная линия, а другая — моносомная.

Нерасхождение хромосом наиболее часто наблюдается во время мейоза. Хромосомы, которые в норме должны делиться во время мейоза, остаются соединенными вместе и в анафазе отходят к одному полюсу клетки. Таким образом, возникают две гаметы, одна из которых имеет добавочную хромосому, а другая не имеет этой хромосомы. При оплодотворении гаметы с нормальным набором хромосом гаметой с лишней хромосомой возникает трисомия (т. е. в клетке присутствует три гомологичные хромосомы), при оплодотворении гаметой без одной хромосомы возникает зигота с моносомией. Если моносомая зигота образуется по какой-либо аутосомной (не половой) хромосоме, то развитие организма прекращается на самых ранних стадиях развития.

Хромосомные мутации — это структурные изменения отдельных хромосом, как правило, видимые в световом микроскопе. В хромосомную мутацию вовлекается большое число (от десятков до нескольких сотен) генов, что приводит к изменению нормального диплоидного набора. Несмотря на то что хромосомные аберрации, как правило, не изменяют последовательность ДНК в специфических генах, изменение числа копий генов в геноме приводит к генетическому дисбалансу вследствие недостатка или избытка генетического материала. Различают две большие группы хромосомных мутаций: внутрихромосомные и межхромосомные.

Внутрихромосомные мутации — это аберрации в пределах одной хромосомы. К ним относятся:

делеции (от лат. deletio — уничтожение) — утрата одного из участков хромосомы, внутреннего или терминального. Это может обусловить нарушение эмбриогенеза и формирование множественных аномалий развития (например, деления в регионе короткого плеча 5-й хромосомы, обозначаемая как 5р-, приводит к недоразвитию гортани, порокам сердца, отставанию умственного развития). Этот симптомокомплекс известен как синдром «кошачьего крика», поскольку у больных детей из-за аномалии гортани плач напоминает кошачье мяуканье;

инверсии (от лат. inversio — перевертывание). В результате двух точек разрывов хромосомы образовавшийся фрагмент встраивается на прежнее место после поворота на 180°. В результате нарушается только порядок расположения генов;

дупликации (от лат duplicatio — удвоение) — удвоение (или умножение) какого-либо участка хромосомы (например, трисомия по одному из коротких плеч 9-й хромосомы обуслошшвает множественные пороки, включая микроцефалию, задержку физического, психического и интеллектуального развития).

Схемы наиболее частых хромосомных аберраций:
Делении: 1 — концевая; 2 — интерстициальная. Инверсии: 1 — перицентрическая (с захватом центромеры); 2 — парацентрическая (в пределах одного плеча хромосомы)

Межхромосомные мутации, или мутации перестройки — обмен фрагментами между негомологичными хромосомами. Такие мутации получили название транслокации (от лат. tгаns — за, через + locus — место). Это:

— реципрокная транслокация, когда две хромосомы обмениваются своими фрагментами;

— нереципрокная транслокация, когда фрагмент одной хромосомы транспортируется на другую;

— «центрическое» слияние (робертсоновская транслокация) — соединение двух акроцентрических хромосом в районе их центромер с потерей коротких плеч.

При поперечном разрыве хроматид через центромеры «сестринские» хроматиды становятся «зеркальными» плечами двух разных хромосом, содержащих одинаковые наборы генов. Такие хромосомы называют изохромосомами. Как внутрихромосомные (делеции, инверсии и дупликации), так и межхромосомные (транслокации) аберрации и изохромосомы связаны с физическими изменениями структуры хромосом, в том числе с механическими разломами.

Наследственная патология как результат наследственной изменчивости

Наличие общих видовых признаков позволяет объединять всех людей на земле в единый вид Homo sapiens. Тем не менее мы без труда, одним взглядом выделяем лицо знакомого нам человека в толпе незнакомых людей. Чрезвычайное разнообразие людей — как внутри групповое (например, разнообразие в пределах этноса), так и межгрупповое — обусловлено генетическим их отличием. В настоящее время считается, что вся внутривидовая изменчивость обусловлена различными генотипами, возникающими и поддерживаемыми естественным отбором.

Известно, что гаплоидный геном человека содержит 3,3х10 9 пар нуклеотидных остатков, что теоретически позволяет иметь до 6-10 млн генов. Вместе с тем данные современных исследований свидетельствуют, что в геноме человека содержится примерно 30-40 тыс. генов. Около трети всех генов имеют более чем один аллель, т. е. являются полиморфными.

Концепция наследственного полиморфизма была сформулирована Э. Фордом в 1940 г. для объяснения существования в популяции двух или более различающихся форм, когда частота наиболее редкой из них не может быть объяснена только мутационными событиями. Поскольку мутация гена является редким событием (1х10 6 ), частоту мутантного аллеля, составляющую более 1%, можно объяснить только его постепенным накоплением в популяции за счет селективных преимуществ носителей данной мутации.

Многочисленность расщепляющихся локусов, многочисленность аллелей в каждом из них наряду с явлением рекомбинации создает неисчерпаемое генетическое разнообразие человека. Расчеты свидетельствуют, что за всю историю человечества на земном шаре не было, нет и в обозримом будущем не встретится генетического повторения, т.е. каждый рожденный человек является уникальным явлением во Вселенной. Неповторимость генетической конституции во многом определяет особенности развития заболевания у каждого конкретного человека.

Человечество эволюционировало как группы изолированных популяций, длительное время проживающих в одних и тех же условиях окружающей среды, включая климатогеографические характеристики, характер питания, возбудителей болезней, культурные традиции и т.д. Это привело к закреплению в популяции специфических для каждой из них сочетаний нормальных аллелей, наиболее адекватных условиям среды. В связи с постепенным расширением ареала обитания, интенсивными миграциями, переселением народов возникают ситуации, когда полезные в определенных условиях сочетания конкретных нормальных генов в других условиях не обеспечивают оптимальное функционирование некоторых систем организма. Это приводит к тому, что часть наследственной изменчивости, обусловленная неблагоприятным сочетанием непатологических генов человека, становится основой развития так называемым болезней с наследственным предрасположением.

Кроме того, у человека как социального существа естественный отбор со временем протекал во все более специфических формах, что также расширяло наследственное разнообразие. Сохранялось то, что могло отметаться у животных, или, наоборот, терялось то, что животные сохраняли. Так, полноценное обеспечение потребностей в витамине С привело в процессе эволюции к утере гена L-гулонодактоноксидазы, катализирующей синтез аскорбиновой кислоты. В процессе эволюции человечество приобретало и нежелательные признаки, имеющие прямое отношение к патологии. Например, у человека в процессе эволюции появились гены, определяющие чувствительность к дифтерийному токсину или к вирусу полиомиелита.

Существует также механизм генетической изменчивости, связанный с устойчивостью к некоторым заболеваниям. Известно, что гетерозиготное носительство серповидноклеточного гемоглобина (НbS) обеспечивает организму человека защиту от малярийного плазмодия (внутриклеточного паразита эритроцитов). Несмотря на то, что гомозиготы по НbS страдают тяжелой анемией и, как правило, погибают в раннем возрасте, носительство гена НbS становится полезным свойством для популяции в целом, и частота мутантного гена может достигать высоких значений в условиях эндемичной малярии.

Читать еще:  Информация о заболевании

Таким образом, у человека, как и у любого другого биологического вида, нет резкой грани между наследственной изменчивостью, ведущей к нормальным вариациям признаков, и наследственной изменчивостью, обусловливающей возникновение наследственных болезней. Человек, став биологическим видом Homo sapiens, как бы заплатил за «разумность» своего вида накоплением патологических мутаций. Это положение лежит в основе одной из главных концепций медицинской генетики об эволюционном накоплении патологических мутации в популяциях человека.

Наследственная изменчивость популяций человека, как поддерживаемая, так и уменьшаемая естественным отбором, формирует так называемый генетический груз.

Некоторые патологические мутации могут в течение исторически длительного времени сохраняться и распространяться в популяциях, обусловливая гак называемый сегрегационный генетический груз; другие патологические мутации возникают в каждом поколении как результат новых изменений наследственной структуры, создавая мутационный груз.

Отрицательный эффект генетического груза проявляется повышенной летальностью (гибель гамет, зигот, эмбрионов и детей), снижением фертильности (уменьшенное воспроизводство потомства), уменьшением продолжительности жизни, социальной дизадаптацией и инвалидизацией, а также обусловливает повышенную необходимость в медицинской помощи.

Английский генетик Дж.Ходдейн был первым, кто привлек внимание исследователей к существованию генетического груза, хотя сам термин был предложен Г. Меллером еще в конце 40-х гг. Смысл понятия «генетический груз» связан с высокой степенью генетической изменчивости, необходимой биологическому виду для того, чтобы иметь возможность приспосабливаться к изменяющимся условиям среды.

Источник: ОСНОВЫ ГЕНЕТИКИ И НАСЛЕДСТВЕННЫЕ НАРУШЕНИЯ РАЗВИТИЯ У ДЕТЕЙ. Под редакцией А. Ю.АСАНОВА, Москва, 2003 (А.Ю.Асанов, Н.С.Демикова, С.А.Морозов; Под ред. А. Ю. Асанова. — М.: Издательский центр «Академия», 2003. — 224 с.)

Возможно ли изменение ДНК и редактирование генов человека

Изменение ДНК человека которое передается будущим поколениям уже давно считается этически закрытым и запрещенным во многих странах. Ученые сообщают, что они используют новые инструменты для ремонта болезнетворных генов в эмбрионах человека. Хотя исследователи используют дефектные эмбрионы и не собираются имплантировать их в матку женщины, работа вызывает опасение.

Изменение ДНК человеческих яйцеклеток, спермы или эмбрионов известно как герминативное изменение. Многие ученые призывают к мораторию на пересмотр клинических эмбрионов, редактирование зародышевой линии человека и многие считают, что этот вид научной деятельности должен быть запрещен.

Однако, редактирование ДНК человеческого эмбриона может быть этически допустимо, чтобы предотвратить болезнь у ребенка, но только в редких случаях и с гарантиями. Эти ситуации могут быть ограниченно введены для пар, когда они оба имеют серьезные генетические заболевания и для кого редактирование эмбриона действительно последний разумный вариант, если они хотят иметь здорового ребенка.

Опасность преднамеренного изменения генов

Ученые считают, что редактирование эмбриона человека может быть приемлемым, чтобы предотвратить ребенка от наследования серьезных генетических заболеваний, но только при соблюдении определенной техники безопасности и этических критериев. Например, пара не может иметь “разумные альтернативы”, такие как возможность выбора здоровых эмбрионов для экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) или с помощью пренатальных тестов и аборта плода с болезнью. Другая ситуация, которая может удовлетворить критериям, если оба родителя имеют одинаковые заболевания, такие как, например, кистозный фиброз.

Редактирование генов в клетках пациентов, которые не наследуются, клинические испытания уже ведутся для борьбы с ВИЧ, гемофилией и лейкозом. Считается, что существующие регуляторные системы для генной терапии которые являются достаточными для проведения таких работ.

Редактирование генов человеческой зародышевой линии или модификация зародышевой линии человека означает преднамеренное изменение генов передающееся детям и будущим поколениям.

Другими словами, создание генно-модифицированных людей. Модификация зародышевой линии человека на протяжении многих лет считается запретной темой в связи с безопасностью и социальными причинами. Это формально запрещено в более чем 40 странах.

Опыты по созданию генно-модифицированных людей и наука евгеника

Однако, в последние годы, по новым методам генной инженерии, проводились опыты с человеческими эмбрионами. Для исследований использовались гены и человеческие эмбрионы связанные с бета-заболеванием крови – талассемией. Эксперименты были в основном безуспешными. Но инструменты редактирования генов совершенствуются в лабораториях по всему миру и ожидается, что они позволят легче, дешевле и более точнее редактировать или удалять гены, чем когда-либо прежде. Современные пока теоретические способы редактирования генома позволят ученым вставлять, удалять и подправлять ДНК с получением положительных результатов. Это открывает перспективу лечения некоторых заболеваний, таких как серповидно-клеточные заболевания, муковисцидоз и определенные виды рака.

Селекция применительно к человеку – евгеника

Редактирование генов человеческих эмбрионов или направление евгеника приводит к созданию генетически модифицированных очень разных людей. Это вызывает серьезную безопасность в связи с социальными и этическими проблемами. Они варьируются от перспективы необратимого вреда для здоровья будущих детей и поколений до открывания дверей к новым формам социального неравенства, дискриминации и конфликтов и новой эре евгеники.

Наука евгеника по селекции человека попала в середине прошлого века как наука нацистского направления.

Ученым не разрешено вносить изменения в ДНК человека, который передается последующим поколениям. Такой новаторский шаг науки евгеники следует рассматривать лишь после дополнительных исследований, после чего изменения могут быть проведены в условиях жестких ограничений. Такие работы должны быть запрещены, чтобы предотвратить серьезные заболевания и инвалидности.

Изменчивость вызванную изменением генов называют ещё мутациями.

Это давнее табу на внесение изменений в гены человеческой спермы, яйцеклеток или эмбрионов, потому что такие изменения будут унаследованы будущими поколениями. Это табу отчасти из-за опасений, что ошибки могут непреднамеренно создать новые искусственные болезни, которые потом могут стать постоянной частью человеческого генофонда.

Другая проблема заключается в том, что этот вид генной инженерии может быть использован для генетической модификации для немедицинских причин. Например, ученые теоретически могут попытаться создать конструктор детей, в которых родители пытаются выбрать черты характера своих детей, чтобы сделать их умнее, выше, лучшими спортсменами или с другими якобы необходимыми атрибутами.

Ничего подобного в настоящее время не возможно. Но даже перспектива вызывает опасения ученых существенно изменить ход эволюции и создания людей, которые считаются генетически улучшенными, придумывать какие антиутопии будущего, описанные в фильмах и книгах.

Это может быть сложно в дальнейшем провести грань между использованием генного редактирования, чтобы предотвратить или обработать заболевание и использовать его для повышения возможностей человека.

Например, если ученым удается выяснить, что изменения генов повышают мыслительные способности, чтобы отбиваться от деменции при болезни Альцгеймера, то это можно считать профилактической медициной. Если просто кардинально улучшить память здорового человека, то это уже не медицинское направление.

Когда разрешено изменять ДНК

Возможность редактирования генов и изменения ДНК может быть использована для лечения многих заболеваний и, возможно, даже предотвратить многие разрушительные расстройства от происходящих в первую очередь путем редактирования из генетических мутаций в сперме, яйцеклетке и эмбрионе. Некоторые потенциальные изменения могли бы предотвратить широкий спектр заболеваний, включая рак молочной железы, болезнь Тея-Сакса, серповидноклеточную анемию, кистозный фиброз и болезнь Хантингтона.

Клинические испытания редактирования генов должны быть разрешены, если:

  • нет “разумной альтернативы”, чтобы не допустить “серьезного заболевания”
  • убедительно доказано, что гены, будучи отредактированы устраняют причину заболевания
  • изменения направлены лишь на преобразование таких генов которые связаны с обычным состоянием здоровья
  • проведена достаточная предварительная исследовательская работа на тему рисков и потенциальных выгод для здоровья
  • постоянный, строгий надзор для изучения влияния процедуры на здоровье и безопасность участников, а также долгосрочные комплексные планы
  • есть максимальная прозрачность в соответствии с конфиденциальностью пациента и ведется переоценка, здоровья, социальные выгоды и риски
  • есть надежные надзорные механизмы, чтобы предотвратить расширение серьезной болезни или состояния.

Сторонники редактирования зародышевой линии человека, утверждают, что это могло бы потенциально уменьшить или даже устранить, возникновение многих серьезных генетических заболеваний уменьшили бы человеческие страдания во всем мире. Оппоненты говорят, что изменения человеческих эмбрионов опасно и противоестественно, и не учитывает согласие будущих поколений.

Дискуссия по изменению зародыша человека

Начнем с возражением о том, что изменение зародыша – это противоестественно или играть против Бога.

Этот аргумент основывается на предпосылке, что естественное по своей сути хорошее.

Но болезни являются естественными и люди миллионами заболевают и умирают преждевременно—все совершенно естественно. Если бы мы только охраняли природные существа и природные явления, мы бы не смогли использовать антибиотики, чтобы убить бактерии или иначе занимались бы медициной или боролись с засухой, голодом, мором. Система здравоохранения ведется в каждой развитой стране и может быть справедливо охарактеризована как часть всеобъемлющей попытки сорвать ход природы. Что естественно не является ни хорошим, ни плохим. Природные вещества или естественные методы лечения лучше, если они, конечно, возможны.

Генная терапия приводит к важному моменту в истории медицины и редактирование генома и представляет перспективные начинания науки на благо всего человечества.

Стремительный прогресс в области генетики так называемый “дизайнер младенцев” увеличивает необходимость биоэтики для широкой общественной и ведении дискуссии о силе науки. Наука способна генетически модифицировать человеческие эмбрионы в лаборатории, чтобы контролировать унаследованные черты, такие как внешний вид и интеллект.

По состоянию на сейчас многие страны подписали международную Конвенцию, запрещающую этот вид редактирования генов и изменение ДНК.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector