XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

В настоящее время ДНК-технологии – лучший, а иногда единственный способ вылечить и диагностировать врожденное заболевание.

ДНК-технология или генная инженерия — направление исследований в генетике, в рамках которого разрабатывают приемы, позволяющие по заранее намеченному плану перестраивать геном организмов, изменяя в нем генетическую информацию.

Достижения в области молекулярной биологии существенно повлияли на современную медицину: они не только углубили знания о причинах многих болезней, но и способствовали разработке новых подходов в их диагностике и лечению.

Для генно-терапевтических работ необходимо выделение нормальных генов и введение их в дефектные клетки таким образом, чтобы они экспрессировались, позволяя восстановить здоровье пациента.

Выделение ДНК включает быстрый лизис клеток, удаление фрагментов клеточных органелл и мембран с помощью центрифугирования, разрушение белков протеазами, экстрагирование ДНК с последующим её осаждением. В ходе выделения получают очень большие молекулы, их дополнительно фрагментируют с помощью рестриктаз. Образующиеся фрагменты разделяют методом электрофореза. Количество и длина получающихся фрагментов, и соответственно, расположение полос на электрофореграмме уникально и специфично для каждого человека.

Идентификация характерных последовательностей проводится методом блот-гибридизации по Саузерну. Фрагменты ДНК подвергают денатурации и осуществляют перенос (блоттинг) на плотный носитель (фильтр или мембрану). Фиксированную на фильтре ДНК гибридизуют с  небольшими фрагментами ДНК или РНК, содержащими радиоактивную (флюоресцентную или др.) метку. Такие фрагменты называют ДНК- или РНК-зондами. Если в исследуемом образце есть последовательности, комплементарные последовательностям зонда, то гибридизацию можно определить визуально или с помощью специальных приборов. Метод применяется для диагностики инфекционных заболеваний, наследственных дефектов, установления экспрессии тех или иных генов.

Технология направленного редактирования генома позволяет исправлять врожденные заболевания, делать живое существо невосприимчивым к той или иной болезни. Вмешательство на стадии эмбриона позволяет исправить в ДНК человека все генетические поломки.

Главным методом исправления ДНК является  CRISPR/Cas9. Метод позаимствовали у бактерий, которые с помощью CRISPR/Cas9 борются с вирусами: в бактериальной ДНК в участке под названием CRISPR хранится библиотека вирусных последовательностей, а белки семейства Cas берут копии с этих библиотечных последовательностей и сравнивают их с любой чужой ДНК, проникшей в клетку. Если сходство есть — значит, в бактерии объявилась вирусная ДНК, и её уничтожают.

С эмбрионами эффективность метода CRISPR/Cas9 не стопроцентная: в некоторых зародышах изменения вносятся только в одну копию гена, а в некоторых зародышах редактирование вообще не срабатывает.

Недостаток метода заключается в большом риске незапланированных исправлений. Проблема в большой вариабельности наших генов: одна и та же последовательность ДНК у двух разных людей может отличаться на одну или несколько букв. Хотя на функции гена такие замены часто никак не влияют, из-за них редактирующая машина может сработать в десятке, а то и в сотне точек в геноме. Впервые о том, что разнообразие генов может ввести CRISPR/Cas9 в заблуждение, заговорили ещё три года назад, но сейчас удалось количественно оценить масштаб проблемы: в отдельных случаях число ошибок может доходить до десяти тысяч. Правда, некоторые гены не провоцируют CRISPR/Cas9 ни на какие ошибки, и с ними CRISPR/Cas9 работает исключительно точно.

В данный момент биотехнологи делают всё возможное для повышения точности метода вне зависимости от того, какие гены ему придется исправлять.

На мировых достижениях в расшифровке генома человека базируются технологии генотерапии (совокупность биотехнологических и медицинских методов, направленных на внесение изменений в генетический аппарат соматических клеток человека в целях лечения заболеваний).

Используют два основных подхода, различающиеся природой клеток- мишеней:

фетальную генотерапию , при которой чужеродную ДНК вводят в зиготу или эмбрион на ранней стадии развития; при этом ожидается, что введенный материал попадет во все клетки реципиента (и даже в половые клетки, обеспечив тем самым передачу следующему поколению);

соматическую генотерапию , при которой генетический материал вводят только в соматические клетки и он не передается половым клеткам.

Генотерапия может использоваться не только для лечения, но и для профилактики наследственных и приобретенных заболеваний. Таким образом, данная технология имеет большое социальное и народнохозяйственное значение.

Трансплантация гемопоэтических стволовых клеток (ТГСК) – метод лечения, широко применяющийся при многих гематологических, онкологических и генетических заболеваниях. Гемопоэтические стволовые клетки для трансплантации могут быть взяты из разных источников: как действительно из костного мозга, так и из периферической крови или пуповинной крови.

Суть метода заключается в том, что сначала больной получает терапию кондиционирования (то есть химиотерапию высокими дозами препаратов, иногда в сочетании с облучением всего тела), которая подавляет функционирование его костного мозга. Затем больному внутривенно вводятся суспензия гемопоэтических стволовых клеток, которые постепенно заселяют его костный мозг и восстанавливают кроветворение.

Существуют два основных типа ТГСК:

При аутологичной трансплантации (аутотрансплантация, ауто-ТГСК) больному вводят его собственные ГСК, взятые у него заранее в ходе лечения (например, после нескольких блоков химиотерапии) и хранившиеся в замороженном виде до момента трансплантации. Ауто-ТГСК чаще всего применяется при лечении злокачественных солидных опухолей: различных лимфом, нейробластомы, опухолей головного мозга и др. Смысл этой процедуры заключается в том, что она позволяет проводить лечение высокими дозами химиопрепаратов. Такие дозы нельзя использовать при обычной химиотерапии, так как они приводят к необратимому повреждению костного мозга. Но если у больного заранее взято достаточное количество ГСК, то можно провести высокодозную химиотерапию, после чего ввести больному его собственные сохраненные клетки. Эти клетки приживаются в костном мозге и восстанавливают кроветворение. Так как используются собственные клетки, при ауто-ТГСК отсутствуют иммунные осложнения, такие как реакция «трансплантат против хозяина».

При аллогенной трансплантации (аллотрансплантация, алло-ТГСК) больному вводят гемопоэтические стволовые клетки донора. Этот донор может быть родственным либо неродственным; в последнем случае необходима сложная процедура его подбора через регистры доноров гемопоэтических стволовых клеток.Смысл проведения алло-ТГСК заключается в том, чтобы собственное кроветворение больного было полностью заменено донорским. В случае успеха алло-ТГСК приводит к излечению целого ряда заболеваний кроветворной системы – как врожденных, так и приобретенных. Аллогенные трансплантации широко применяются для лечения острых и хронических лейкозов, апластической анемии, миелодиспластических синдромов и многих наследственных заболеваний (таких как анемия Фанкони, анемия Блэкфана-Даймонда, синдром Вискотта-Олдрича, тяжелые комбинированные иммунодефициты и т.п.).

Помимо лечения существует диагностика врожденных заболеваний. Эти современные методы позволяют фактически заглянуть внутрь ДНК, на которой записана наследственная информация. Они разнообразны:

FISH (выявление генетических мутаций с помощью специально помеченных фрагментов ДНК-зондов);

ПЦР (метод отличается высокой точностью и позволяет выявлять инфекцию в организме, даже если ее присутствие очень ограниченно);

CGH (метод используется в онкологической генетике);

SKY (метод, при котором используются особые красители, реагирующие на конкретные участки ДНК) и другие.

В том, что методы ДНК-технологий будут использовать в медицине всё шире, нет никаких сомнений. Уже сейчас с их помощью можно поистине творить чудеса, как это случилось с семилетним мальчиком, которого удалось вылечить от тяжёлого генетического заболевания под названием «буллёзный эпидермолиз». ДНК-технология стала основой клеточной технологии, с развитием которой будет возможно выращивание и трансплантация тканей и органов.

Список литературы:

Кирилл Стасевич. От генной инженерии до любви: чем занимались биологи в 2017 году.- Режим доступа:

https://www.nkj.ru/archive/articles/32964/

Научнаястатья “Correction of β-thalassemia mutant by base editor in human embryos” вжурнале Protein & Cell.

https://medportal.ru/enc/infection/reading/7/

Владимир Лелевич. Использование ДНК-технологий в медицине.- Режим доступа:

http://www.gendna.ru/chemistry/306976.html#.XFBbDVwzbIU

Код для цитирования: Скопировать