Время генома. Как генетические технологии меняют наш мир и что это значит для нас - Джон Луома

Гастроэнтеролог провел биопсию печени. Это было что-то вроде диагностического подбрасывания монеты. Если бы выпал «орел», мы нашли бы накопление восковидного мусора в печени, как при болезни Германски – Пудлака. Если «решка» – мы бы нашли белые пенистые макрофаги, указывающие на болезнь Гоше. Если бы монета легла на ребро, нужно было бы начинать все с нуля.

Под микроскопом клетки печени Наполеона выглядели сильно поврежденными. Некоторые из них были замещены липкими белково-углеводными волокнами, которые играют в нашем организме роль изоленты. Врачи называют это научным термином фиброз. Патолог не смог сказать, было ли это последствием воздействия какого-то токсина (например, химических веществ на работе) или же причина была генетическая. Таким образом, результаты оказались весьма неопределенными.

Но был еще один важный аспект, на который обратил внимание патолог: в печени присутствовали пенистые макрофаги, характерные для болезни Гоше, и это навело нас на точный диагноз.

Поскольку для этого диагноза существовало лечение, страховая компания согласилась оплатить «доктору Дон Кихоту» генетическое исследование Наполеона для подтверждения болезни Гоше. Мы взяли кровь и отправили в лабораторию проверить ген GBA. Там призвали на помощь генетического «ученика чародея» – так мы называем полимеразную цепную реакцию (ПЦР), чтобы сделать миллион копий GBA гена Наполеона. ПЦР была разработана в 1983 г. Кэри Муллисом и Майклом Смитом с коллегами. При высокой температуре двойная спираль ДНК разрушается. Затем при понижении температуры однонитевые праймеры (маленькие синтезированные фрагменты ДНК, взаимодополняющие определенные области генома) ищут и находят участок с подходящей для них последовательностью нуклеотидов. Очищенный фермент, называемый ДНК-полимераза, добавляет новые элементы (А, Ц, Т и Г) к концам праймеров, и генетическая последовательность образца реплицируется. Этот цикл повторяется много раз, и только что синтезированные фрагменты сами становятся матрицами для синтеза, поэтому процесс усиливается в геометрической прогрессии, как при расщеплении атомов.

На следующем этапе ДНК секвенируют – это повторение процесса синтеза, но теперь есть А, Ц, Т и Г, окрашенные специальной флуоресцирующей меткой, которая реагирует на свет аргона, показывая, где какой нуклеотид. В конце концов секвенатор ДНК, анализируя огромное множество нуклеотидных последовательностей, определяет, где находится каждый фрагмент этой мозаики, и мы получаем ответ.

В случае с Наполеоном мы нашли мутацию, которую искали. У него было две копии мутировавшего гена, который его родители получили, вероятно, от общего дальнего предка, поскольку их семьи жили на одном и том же острове в Карибском море. Произошла замена только одной из 536 аминокислот в белке GBA, но этого оказалось достаточно, чтобы Наполеон тяжело заболел.

Эта мутация в GBA уже неоднократно обнаруживалась прежде. Известно, что впервые она появилась около 50 поколений назад, в период Раннего Средневековья, у человека, который был евреем по национальности. Происхождение этой мутации легко проследить до того времени, анализируя аллели этого гена у разных этнических групп сегодня. Каждый раз, когда сперматозоид и яйцеклетка сливаются, родительские геномы объединяются и перемешиваются. Изучив нынешние аллели и насколько эти аллели различаются у разных этнических групп, мы можем определить историю той или иной мутации. В настоящее время эта мутация, вызывающая болезнь Гоше, распространилась по всему миру и чаще всего (но не всегда) встречается у евреев.

Если мутация возникает у человека, принадлежащего к определенной этнической группе, в которой принято вступать в брак внутри этой группы – как, например, у евреев, – мутация будет распространятся внутри группы. Это иногда называют эффектом основателя.

Мутации в других генах, например в гене BRCA1, связанном с риском рака молочной железы, про который мы поговорим позднее, часто встречаются как у евреев, так и у некоторых людей испанского происхождения, которые, предположительно, могут быть потомками одного конверсо. Конверсо – это евреи, которые были вынуждены перейти в католицизм во время Испанской инквизиции в XVI в., спасаясь от аутодафе. Таким образом, можно предположить, что у Наполеона был дальний предок с такой мутацией, который бежал на Карибские острова в Новом Свете и передал мутацию своим детям. Она передавалась из поколения в поколение, пока двое его потомков не нашли друг друга и не стали счастливыми родителями Наполеона.

Однако есть вероятность, что такая же мутация возникла в семье Наполеона случайно, не связанная ни с каким конверсо. Независимо от произошедшего много веков назад по случайному совпадению поменялась та же аминокислота, и активности белка хватило, чтобы носители гена выжили.

Мутация, которая была обнаружена у Наполеона, частично препятствует GBA производить «уборку» организма. Ни у людей, ни у животных не было найдено такой мутации GBA, которая бы полностью выключала работу этого белка, но позволяла носителю выжить. Следовательно, полная утрата работоспособности GBA несовместима с жизнью.

Теперь, когда диагноз прояснился, Наполеон начал лечиться. Принцип лечения болезни Гоше понятен каждому, кому доводилось наводить чистоту в доме. Если в гене GBA есть мутация и синтезируемый белок неспособен в полной мере заниматься уборкой, вы получаете помощника – молекулярную горничную. Вы приглашаете работников с навыками белка GBA, которые помогут избавиться от скомканной бумаги, скопившейся в клетках.

Изготовление белка GBA для пациентов с болезнью Гоше – биотехнический эквивалент высокого кулинарного искусства с бюджетом более $400 000 в год. Его приготовление похоже на приготовление клеточного рагу в огромных емкостях. Хотя обычно его делают из животных клеток, есть вегетарианская версия белка GBA, полученного из моркови. Когда «рагу Гоше» готово, его отжимают и процеживают так, чтобы остался только GBA. Если использовать только немодифицированный GBA, то около 95 % белка не попадет в макрофаги, которые в нем нуждаются. В процессе подготовки GBA покрывают специальными сахарами, к которым у макрофагов есть особые рецепторы, чтобы макрофаги их съели; кроме того, добавляют и некоторые другие ингредиенты, включая антиоксиданты, консерванты и стабилизаторы, которые, кстати, содержатся еще и в чипсах. Потом вы вводите эту смесь в кровь, и ее поедают макрофаги в селезенке, костном мозге и в других органах, где она нужна. GBA – белок очень трудолюбивый, поэтому достаточно восстановить всего 10 % GBA, чтобы обеспечить работу клетки.

Наполеону начали колоть заменитель GBA каждые две недели – в этом случае заменитель был сделан с помощью клонированного гена в клетках животных, а не моркови. Поскольку имелся однозначный результат генетической диагностики, а медицинская литература отлично подтверждала преимущества метода, страховая компания не стала возражать против дорогостоящей ферментозаместительной терапии. Молекулярная горничная начала уборку мусора, который накапливался в организме с самого рождения. За несколько месяцев миллионы крошечных вспененных вакуолей, загромождавших его костный мозг, печень и селезенку, были переварены макрофагами.