Останні досягнення загальної, медичної і, особливо, молекулярної генетики дають нове розуміння етіології та патогенезу хвороб, яке починається від молекули, що кодує ознаки. Все частіше вживається термін молекулярна медицина. Сучасні наукові знання і можливості молекулярної діагностики на рівні гена, або його продукту, зумовлюють необхідність застосування молекулярної терапії хвороби. У світі існують фірми, які промисловим-шляхом виробляють та продають спеціальні діагностичні молекули: специфічні ферменти (ДНК-рестриктази, лігази, ревертази та ін.), котрі працюють у певних ділянках нуклеїнових кислот, синтезують ДНК на ДНК, ДНК на РНК, розрізають молекули ДНК у точно визначених місцях; утворюючи фрагменти потрібної довжини. На цій основі ґрунтується молекулярно-діагностичний метод визначення поліморфізму довжини рестрикційних фрагментів (ПДРФ), за допомогою якого встановлюється носійство мутації, зчепленої з конкретними фрагментами ДНК. Цей метод був розроблений у кінці 70-х на початку 80-х років і зараз широко використовується як для картування генів, так і для молекулярної діагностики спадкових хвороб.
На кінець 80-х — початок 90-х років нашого сторіччя картовано більше 300 000 генів людини. Найбільш успішно провадять роботи щодо виконання програми «Геном людини» вчені США (картовано 50% генів), на другому місці —• Англія (15% генів). Цю ж програму опановують і російські вчені: С.А. Лімборська — роз-
шифрувала декілька послідовностей f Х-хромосомі, В.А. Євграфов — картує ген, який відповідає за хворобу Фридрейха, Е.К. Гінтер — ген кератину, що відповідає за долонепідошвений кератоз, Д.В. Залєтаєв — картував ген трихоринофалангеального синдрому, тип II (Лангера —Гідіона).
В Україні такі дослідження ставляться науковцями Інституту молекулярної біології та генетики НАН України, серед яких у першу чергу треба згадати В.М. Кавсана (картування генів, що експресуються).
Методики картування генів та ДНК-діагностики мутацій принципово не відрізняються і складаються з тих самих етапів: клонування заданих послідовностей ДНК, виділення ДНК з клітин певної людини, рестрикція цієї ДНК і гібридизація.
Можливість синтезувати in vitro полінуклеотиди, комплементарні до певної ділянки ДНК, -лежить в основі іншого методу — полімеразної ланцюгової реакції (ПЛР), що дозволяє виявити конкретну мутацію в гап-лотипі, встановити діагноз гомозиготного чи гетерозиготного носійства патології на будь-якій стадії онтогенезу та в будь-яких клітинах організму.
ПЛР — це ДНК-технологія, що має велику практичну цінність. Вона дає можливість вибірково збільшити в міліард разів кількість певної ділянки ДНК довжиною від 1 до 20 000 пар основ. Для того, щоб вибрати сегмент, необхідні проби ДНК довжиною 15 — 20 нуклеотидів, що є комплементарними до ділянок, розташованих на кінцях сегмента, який цікавить лікаря. До ДНК пацієнта треба додати такі проби та фермент — термостійку ДНК-полімеразу. В умовах прогрівання ДНК пацієнта розділяється на 2 нитки, а на момент наступного охолоджування проби — вони комплементарно приєднуються до кінців фрагмента, що шукається, і ДНК-полімераза будує між ними додаткову молекулу. Потім знову суміш прогрівається, нова подвійна спіраль розділяється, суміш охолоджується і 2 нитки
працюють як матриці для нового синтезу тощо. Тобто сегмент ДНК, який в цілому геномі неможливо навіть помітити, ампліфікується під час тридцяти циклів синтезу до кількості ДНК, яку вже можна вивчити, навіть сіквенувати (тобто читати запис нуклеотидів).
З допомогою ПЛР у генотипі можна: 1) визначити інтегровані вірусні послідовності (вірус папіломи, вірус імунодефіциту людини, вірус гепатиту, цитомегалові-рус); 2) ідентифікувати онкогени; 3) визначити наявність мутацій, що призводять до спадкової патології у гомозиготі (муковісцидоз, фенілкетонурія, серповид-ноклітинна анемія та ін.), гетерозиготі (хвороба Генті-нгтона, нейрофіброматоз та ін.), гемізиготі (зчеплені з Х-хромосомою м'язова-дистрофія Дюшенна, Беккера, гемофілія та ін.), або зумовлюють схильність до атеросклерозу та ішемічної хвороби серця. Цей метод дозволяє ставити діагноз в пренатальному періоді, до клінічного прояву хвороби, розширюючи тим можливості профілактичного лікування, створення адаптивного середовища, індивідуального підходу до терапії хвороби у конкретного пацієнта.
Діагностичні молекули мають назви: праймери, проби, зонди та інші, виробляються за допомогою методів генно-інженерної біотехнології як комерційні діагнос-тикуми, на які існують цінники, бланки замовлень, їх застосування у широкій медичній практиці лімітується тільки їх дорожнечею.
Діагноз хвороби на рівні молекули повністю змінює підхід до лікування хворих. Відомості про те, що захворювання, викликане мутацією певного гена, зумовлює терапію повноцінними продуктами нормального гена (непряма генна терапія), або навіть введенням в клітини самого нормального гена (пряма генна терапія чи, як її інколи називають, генна хірургія).
У той час як молекулярна діагностика та генно-інженерна біотехнологія діагностичних молекул не викликають моральних застережень, генна терапія, побудова-
на на принципах втручання в генетичну інформацію та створення нових організмів, породжує нові серйозні деонтологічні проблеми.
Найбільше значення серед терапевтичних молекул мають гормони — сигнальні речовини з загальною регуляторною функцією. Саме вони керують багатьма процесами в організмі, регулюють злагоджену роботу генетичної програми. Дефіцит або дефект гормонів, викликаний певною мутацією, спричинює тяжкі ендокринні захворювання, які, як і всі спадкові хвороби, вимагають молекулярної терапії протягом усього життя. Інсулін, життєво необхідний для лікування цукрового діабету — найпоширенішої ендокринної хвороби (до 25,5% населення різних популяцій), з 1922 р. одержували з підшлункової залози великої рогатої худоби та свиней. Для одержання 100 г кристалічного інсуліну, необхідно використати підшлункові залози 4 000 корів. Хімічний синтез інсуліну складається з 170 хімічних реакцій, і його важко було впровадити в промислове виробництво. З 1979 р. розпочався синтез інсуліну загенно-інженерною біотехнологією, яка виявилася напрочуд продуктивна: у Великобританії за допомогою такого генного синтезу одержують 100 г інсуліну з 1 000 л культуральної рідини, замість 800 кг підшлункової залози, які треба забрати у 4 000 корів.
Генетично зумовлена недостатність соматотропіну 'є причиною гіпофізарної карликовості, що зустрічається 1:5 000 дітей. Цей гормон видоспецифічний, тому для лікування хворих необхідним є соматотропін людський, який до початку ери синтезу одержували з гіпофізів людських трупів, і його вистачало для лікування лише третини хворих. Тому ні в кого не виникає сумнівів щодо переваг генно-інженерної біотехнології одержання людського соматотропіну з бактерій, яким в геном перенесено ген гормону росту людини. За даними шведської фірми «Кабі вітрум», виробника продукту, з 1 л певного бактеріального середовища че-
рез 7 год виділяється кількість соматотропіну, аналогічна результату з гіпофізів 60 людських трупів.
Генно-інженерна біотехнологія допомагає одержати трансгенні бактерії, що несуть в своєму геномі гени гормонів тимуса (залоза загруднинна), бета-ендорфінів мозку, рилізинг-фактора соматотропіну (СТТ-РФ), ри-лізинг-фактора тиреотропного гормону (ТТГ-РФ) гіпоталамуса (ділянка підзоровогорбова).
З великим успіхом використовується генно-інженерна біотехнологія для виробництва інтерферону, інтер-лейкінів та інших модуляторів імунопоезу.
Генетичні програми живих організмів у нашій біо-системі написані однією мовою за єдиними законами, тому можливості створення гібридних геномів та генотипів практично не обмежені. Гени людини можна переносити до геномів не тільки бактерій, але й еукарі-отів: дріжджів, рослин, комах, тварин. Вчені працюють над створенням трансгенних рослин, які б містили білкові продукти людини, наприклад, пшениці з генами інтерферону. Продуктами генної інженерії можуть бути і сільськогосподарські тварини (корови, вівці), які з молоком будуть віддавати гормони,' імуномоду-лятори або інші білки людини для замісної терапії Садкових вад.
Ефективність вдалого перенесення генів з одних ге-ійомів до інших далеко не стовідсоткова. У різних експериментах на різних модельних системах вона становить від 2 до 10%. Тому постає таке завдання: розмноження трансгенних організмів для одержання їх у достатній кількості. Це стосується, головним чином, організмів із статевим розмноженням, бо саме у них при розмноженні спрацьовують закони Менделя — розщеплення у потомстві. Обійти ці закони можливо шляхом клонування нащадків із соматичної клітини трансгенного організму. З 1995 р. Ян Уїльмат (Едін-бург, Шотландія) із співробітниками працювали над клонуванням вівці (277 спроб) і таки одержали одну
вівцю (Доллі) з денуклейованої яйцеклітини та ядра клітини молочної залози однієї вівці-донора. Матір'ю її вже не можна назвати (бо не було батька), хоч вона і народила Доллі. Вся хромосомна і цитоплазматична ДНК у цього клонованого нащадка має єдине походження, тому нащадок мусить бути повною копією донора. Денуклейована яйцеклітина з введеним у неї дип-лоїдним соматичним ядром одержала певний енергетичний поштовх до ділення і за генетичною програмою утворила вівцю Доллі. У Великобританії у 1997 р. методом клонування одержали ще одну вівцю — Поллі, яка відрізняється від Доллі тим, що вона — копія транс-генної вівці. У генотипі донора, а отже і у Поллі, міститься ген певного білка людини.
Молоко таких тварин — ліки (непряма генна терапія) при певній генетичній патології. Зараз вирішується питання одержання якомога більше ідентичних ембріонів (тобто «монозиготних» близнюків, якщо яйцеклітину з соматичним ядром можна назвати «зигота»}. У цьому напрямку плідно працюють вчені Австралії. Вони ділять бластоцисту на відповідній стадії розвитку на ЗО окремих зародків. Потім знову вирощують з кожної клітини бластоцисти і розділяють їх ще до стадії диференціації окремих клітин-зародків на ЗО частин. Розмноженння йтиме в геометричній прогресії. До цього часу ніхто з дослідників не отримував більше як 100 ембріонів від однієї бластоцисти. Австралійські вчені вже отримали біля 500 зародків корів (Jan Anderson, 1997). Тепер ще треба з таких зародків одержати здорових корів. Така технологія має бути значно ефективнішою ніж штучне запліднення для розмноження сільськогосподарських тварин.
Нові досягнення науки, як завжди, намагаються використати (негативно) в інтересах меншості і впровадити пряму генну терапію та клонування в роботу з людьми. Знову відроджуються євгенічні мрії та завдання, пов'язані з цим, але всі антиєвгенічні доводи та
міркування зостаються такими ж, як наведено у розділі «Медико-генетичне консультування» даного посібника.
Непряму генну терапію, тобто лікування продуктом, неможна вважати цілком ідеальною. Спадкові дефекти являють собою серйозну патологію, що триває протягом усього життя, тому й корекція має бути пожиттєвою.
Вбудовування неушкоджених генів у генотип клітин хворої людини дало б змогу відкорегувати генетичний дефект і обійти трансплантаційний імунітет, який утруднює трансплантацію органів та тканин. Принцип генної терапії спадкової патології людини той самий, що й при генно-інженерному конструюванні мікробів-продуцентів біологічно важливих речовин. У цих випадках ген, що кодує необхідний хворому білок, вводиться в клітини пацієнта. Для цього необхідно мати сам ген, транспортуючий засіб та клітини-реципієнти. Всі три завдання вирішені і теоретично, і практично. Ген виділяють з ДНК інших організмів, або синтезують хімічно, або, що простіше, ДНК синтезують на матриці інформаційної РНК, яку виділяють з компетентних диференційованих клітин здорового організму. ДНК треба захистити від ушкодження ферментами та донести її до місця вбудовування в генотип необхідних клітин. Це досягається шляхом створення реком-бінантних кільцевих молекул, в які, окрім необхідного гена, додаються частки геному деяких вірусів. Перевага надається онковірусам, бо вони легко входять в клітини та їх ядра і здатні інтегрувати з ДНК клітин-ре-ципієнтів. Існують різні методи введення рекомбінант-них молекул: на ДНК-носіях (крім вірусів, найчастіше використовується ДНК сперми лосося) після осаджування кальцій-фосфатом або включення в тіні еритроцитів чи в ліпосоми. Можливим є введення ДНК в ядра клітин під візуальним контролем за допомогою автоматичних апаратів для мікроін'єкцій. Останньому надають перевагу при генно-інженерних маніпуляціях зі статевими клітинами, зиготами та ембріонами.
Саме таким методом одержують трансгенних тварин, які мають у всіх клітинах тіла вбудовані чужі гени, наприклад, миші з геном соматотропіну щура або людини, вівця з геном білка людини, від якої клонуванням отримана вівця Поллі в Англії у 1997 р. У той же чає вчені всього світу занепокоєні ризиком негативних наслідків втручання в геном клітин людини з методичного та етичного погляду: ушкодження генетичної інформації, виникнення небажаних мутацій, неочікува-них регуляторних змін, експресія небезпечних вірусів, які були до того німими. Виникають питання — натомість відповідей лише гіпотези, здогадки. Чи не є епідемія коров'ячого сказу, що вибухнула в Англії у 1997 p., наслідком генно-інженерних експериментів?
Японські вчені провели роботи по внесенню до яйцеклітин мишей гена одного з мембранних білків кролів. З 28 трансгенних мишей тільки 3 мали експресію цього гена. Інші були з відхиленнями, а у однієї трансгенної миші (гомозиготи) розвинувся синдром раннього постаріння в комплексі з хворобами, залежними від віку: безпліддя, атеросклероз, атрофія шкіри, остеопороз, емфізема легенів, скорочення терміну життя. Цей новий ген з описаним фенотиповим проявом автори назвали klotho. Мутантний алель успадковується за законами Менделя за аутосомно-рецесивним типом (Makoto Kuro-O, 1997).
У наших дослідженнях була показана мутагенність рекомбінантних молекул для клітин ссавців на хромосомному та генному рівнях, частота якої на порядок вища за частоту генної трансформації.
Враховуючи біологічні, медичні та моральні проблеми прямої генної терапії людей, більшість лікарів, соціологів, релігійних діячів, юристів та медичних генетиків вважають за необхідне додати до Європейської конвенції прав людини право на недоторканість генотипу та засоби, які б це право забезпечували. Більшість розвинених країн вже за прийнятими законами заборонили клонування людей.