VIVOS VOCO: В.И. Иванов, "Геном человека

Геном человека - медицине

В. И. Иванов

ИНТЕНСИВНОЕ развитие в истекающем XX в. медико-биологических наук и технологий на их основе позволяет не только описывать в терминах молекулярных структур и процессов тонкое строение отдельных частей тела и их согласованную работу, но и создавать принципиально новые методы диагностики, лечения и профилактики многих заболеваний.

Такое проникновение в ультратонкую организацию и жизнедеятельность организма стало возможным благодаря установлению химического строения и функций нуклеиновых кислот, содержащих передаваемые от поколения к поколению генетические тексты, согласно которым реализуется программа развития организма. По образному выражению Н.В.Тимофеева-Ресовского, "в удивительном по своей стройности и сложности индивидуальном развитии многоклеточных организмов, к каковым относится и организм человека, с высокой точностью в должное время в должном месте происходит должное".

Разумеется, сказанное относится к нормальному развитию организма в нормальных условиях. В действительности в ходе онтогенеза часто происходят ошибки. Многие оплодотворенные яйцеклетки не способны пройти все стадии внутриутробного развития, что приводит к спонтанным абортам или появлению нежизнеспособных плодов. Но и среди новорожденных младенцев 4 - 5% составляют дети с различными врожденными заболеваниями и (или) пороками развития наружных и (или) внутренних органов, порой несовместимыми с послеутробной жизнью.

Однако далеко не все наследственные заболевания проявляются при рождении человека. Около 15% населения отягощено позже развивающимися, но также зависящими от наследственной предрасположенности болезнями: сахарным диабетом, бронхиальной астмой, гипертонической болезнью, псориазом, большой группой неврологических расстройств и др. Приведенные данные относятся к нормальным условиям жизни. А каковы они будут с учетом влияния экологических катастроф и антропогенных загрязнений биосферы, пока нельзя сказать. Ясно только, что наследственный груз человечества станет значительно больше.

В России каждый год на 1.2 - 1.3 млн родов появляется около 60 тыс. детей с врожденными пороками развития и наследственными болезнями, в том числе около 15 тыс. младенцев с очень тяжелыми поражениями. Часть таких детей умирает в раннем возрасте, многие становятся инвалидами. Ежегодно число инвалидов с детства в России увеличивается на 15 - 20 тыс. при средней продолжительности их жизни 20 - 40 лет.

Наследственные болезни и пороки развития, весомую долю которых составляют семейные формы патологии, ложатся тяжким бременем на семью и общество. В год на содержание одного такого ребенка в специализированном учреждении затрачивается до 20 тыс. деноминированных рублей (до 17 августа 1998 г.), а на содержание 300 - 500 тыс. инвалидов требуется не менее 6 - 8 млрд руб., соответственно. При этом речь идет о самых скромных расходах на уход и поддержание жизни таких страдальцев.

Все это говорит о том, что диагностика, лечение и профилактика наследственных и врожденных заболеваний и пороков - одна из самых актуальных задач медицинской генетики. В развитых странах большинство современных подходов к ее решению базируется на результатах молекулярно-генетических исследований, объединенных в самый крупный в истории человечества международный биологический проект "Геном человека", курируемый HUGO (Human Genome Organization).

Десять лет уже существует и отечественная программа "Геном человека". Ее инициатором, мозгом и душой был Александр Александрович Баев. Как врач по образованию, он лучше всех сознавал, что наряду с главной задачей прочесть и расшифровать весь геном человека в программе непременно должна присутствовать медико-генетическая часть. Сегодня это один из самых больших разделов программы, который включает генетическое картирование локусов, ответственных за те или иные заболевания, ДНК-диагностику и генотерапию наследственной патологии, изменения генома при опухолевых заболеваниях, правовые и этические проблемы геномных исследований и их медицинских приложений.

Всего 20 лет назад самыми тонкими методами изучения наследственной патологии человека были цитогенетический анализ дифференциально окрашенных хромосом и биохимическое исследование метаболитов и ферментов методами электрофореза и хроматографии. Со второй половины 80-х годов ситуация радикально изменилась. Новые методы выделения, клонирования, секвенирования, гибридизации ДНК уже вошли в лабораторную и клиническую практику диагностики наследственной (и не только наследственной) патологии. Разработанные же на базе рекомбинантных ДНК методы конструирования векторов для переноса в клетки-мишени, интеграции в геном реципиента и экспрессии в нем корригирующих ДНК-последовательностей начинают применяться для молекулярной заместительной терапии генетических и иных дефектов.

С 1996 г. возможности медицинского применения генно-инженерных технологий в России несколько расширились в связи с включением этого направления в общероссийскую программу приоритетных направлений медицины и здравоохранения. Правда, суммарное финансирование обеих российских программ на два-три порядка ниже финансирования исследований генома человека, проводимых в США.

ГЕНОДИАГНОСТИКА

Среди медицинских приложений современных генно-инженерных технологий наиболее успешно развиваются генотерапия и, особенно, генодиагностика.

Многообразие форм наследственных болезней (а их уже известно более 4 тыс.), изменчивость их клинических проявлений и часто отсутствие радикального лечения делают особенно актуальной разработку точных ранних (преклинических и пренатальных) методов диагностики этих болезней. А это прежде всего ДНК-диагностика, молекулярная цитогенетика, тонкая биохимическая и иммунодиагностика, компьютерный информационный анализ. К сожалению, сегодня в России такие методы доступны пока только федеральным медико-генетическим центрам, академическим и университетским клиникам.

Всего же в последнее время у нас в стране ежегодно выполняется свыше 1800 инвазивных пренатально-диагностических процедур, включая около 1500 цитогенетических, до 300 биохимических и более 350 генодиагностических (ДНК-диагностических) анализов (см. табл.).

Одно из наиболее продвинутых направлений - диагностика и лечение муковисцидоза (кистозного фиброза поджелудочной железы) - самого частого наследственного заболевания в европеоидных популяциях, а также ряда гематологических нервно-мышечных болезней. В результате работ по программам "Геном человека", "Здоровье населения России" и российско-британского проекта (Москва - Саутгемптон) усовершенствовалась ДНК-диагностика муковисцидоза и гемофилий. Накоплен материал (более 120 делеций) по нарушениям гена дистрофина и разработаны уникальные методы точного картирования границ делеций, при этом показана популяционная специфичность таких точно картированных разрывов. Исследования мутаций гена COL4A5 позволили начать ДНК-диагностику еще одного распространенного наследственного заболевания - синдрома Альпорта. Изучение мутаций генов арилсульфатазы B и 21-гидроксилазы дополнили биохимическую диагностику мукополисахаридоза IV и гиперплазии коры надпочечников молекулярно-генетическими методами. Значительно повышена эффективность ДНК-диагностики спинальной амиотрофии, входящей в число наиболее распространенных и тяжелых форм наследственной патологии в России.

В ходе работы программы "Геном человека" сложилась федеральная система молекулярной диагностики наследственных болезней. Правда, по числу диагностируемых форм и методам российская система сильно уступает зарубежным аналогам в США, Канаде и Западной Европе.

Своеобразную группу форм наследственной патологии представляют синдромы, обусловленные генетическими дефектами, которые занимают промежуточное положение между собственно генными мутациями и хромосомными перестройками (обычно это - микроделеции). Сочетание тонкого цитогенетического и молекулярного анализа соответствующих участков хромосом позволило точно картировать их и секвенировать прилежащие к точкам разрыва последовательности ДНК. Эти результаты помогают понять природу таких синдромов и открывают новые возможности для их точного диагноза и прогноза. Тонкий молекулярный анализ позволяет также открывать и исследовать новые, ранее неизвестные гены человека.

ИНФОРМАТИКА

В последние годы в России наметился прогресс в создании собственных русскоязычных информационно-поисковых систем по цитогенетическому картированию и порокам развития человека. Так, в нашем центре разработаны две компьютерные системы: "SYNGEN", включающая 1920 синдромов врожденных пороков развития, и "CHRODYS" - по цитогенетике и клиническим проявлениям синдромальных форм врожденной патологии, связанной с образованием в организме клеток с варьирующим числом некоторых неполовых хромосом (анеусомия аутосом человека).

За последние три года эти программы прошли испытания на практике в нескольких направлениях. С помощью "SYNGEN" проведена компьютерная диагностика и изучены формы врожденной патологии, связанные с поражением центральной нервной системы. Кроме того, эту программу использовали как вспомогательное средство при оценке новых технологий для диагностики угрожающих состояний плода и новорожденного, а также врожденной патологии ЛОР-органов и сердечно-сосудистой системы.

Сегодня можно уверенно сказать, что система "SYNGEN" значительно ускоряет постановку объективного диагноза. Оперируя почти двумя тысячами синдромов и словарем, обозначающим полторы тысячи признаков, можно достаточно быстро составить список диагнозов-кандидатов по исходным клиническим характеристикам. Таким образом, информационно-поисковая система "SYNGEN" помогает выявить синдромальные формы заболеваний и может стать незаменимым средством в профилактике врожденных болезней. Хотя многие случаи врожденных пороков развития относятся к тем или иным синдромам, на практике без применения компьютерных систем половина из них остается неузнанной.

Новые компьютерные технологии позволяют врачам оперативно обмениваться медицинским опытом. Никакие издания не успевают за потоком новой информации. В этом ключе особое значение приобретают уникальные генетические банки данных. В системе "CHRODYS" собраны сведения более чем о 600 хромосомных синдромах точно установленных или заявленных как возможные формы по всем аутосомам (они представлены по каждому виду патологии несколькими или единичными случаями). Те, кто уже работает с данными генетических банков, успели убедиться в их несомненной эффективности для практики (например, Томский научно-исследовательский институт медицинской генетики).

Вместе с тем некоторые версии наших компьютерных систем используются в качестве электронных пособий для студентов-медиков на кафедрах генетики Российского государственного медицинского университета им.Н.И.Пирогова и Московской медицинской академии им.И.М.Сеченова, а также для повышения квалификации врачей-генетиков и педиатров - в Российской медицинской академии постдипломного образования.

Завершена работа по созданию компьютерного медико-цитогенетического банка, в котором содержатся сведения по 623 моно- и трисомиям аутосом, выявленным у 2015 пациентов. Банк предназначен для цитогенетического картирования генома и уже применяется для диагностики хромосомных аномалий в медико-генетических консультациях России.

ГЕНОТЕРАПИЯ

Основная часть работ по генотерапии наследственных и других заболеваний ориентирована на получение корригирующих последовательностей и векторов, их перенос и встраивание в клетки-реципиенты. Для этой цели испытываются плазмидные и вирусные векторы, баллистические микроинфузии, трансплантация клеток и др.

Ряд исследователей в разных странах полагают, что сегодня наиболее реальна генотерапия муковисцидоза. Это тяжелое, рецессивно наследуемое заболевание, обусловленное дефектами в выделенном и клонированном гене CFRT (cystic fibrosis transmembrane regulator), которые приводят к поражению экзокринных желез и проявляются чаще всего в виде бронхолегочных изменений. Надеяться на более быстрый успех генотерапии позволяет доступность легочной ткани для ингаляций; тем более что, по имеющимся данным, для терапевтического эффекта достаточно всего 5 - 10% нормально функционирующих клеток. Среди возможных векторов для доставки корригирующих ДНК к клеткам и тканям-мишеням при генотерапии муковисцидоза рассматриваются вирусные, плазмидные, липосомные и пептидные конструкции. Однако до клинических испытаний предстоит еще решить непростые вопросы взаимодействия генетических препаратов с клетками, устойчивости эффекта и т.д.

Перспективным методом генотерапии считается технология ex vivo, когда клеточный материал, взятый от пациента, реплантируется ему после экстракорпоральной генокоррекции. Уже есть пример успешного лечения семейной формы гиперхолестеринемии с использованием такого подхода.

ЭТИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ

Проникновение в медицинскую практику новейших биотехнологий привело к выделению из общей медицинской этики и деонтологии специального раздела - биоэтики, которая, впрочем, имеет уже полуторадесятилетнюю международную историю.

Прежде чем давать этическую оценку действиям врачей-генетиков, попытаемся схематично представить основные этапы внутриутробного развития человека. Такое отступление поможет нам увидеть, как не прост ответ на кажущийся банальным вопрос о начальной точке новой телесной жизни человека со всеми вытекающими из него нравственными, правовыми, медико-биологическими и другими следствиями.

Предпосылкой для зарождения новой жизни служит раздельное в недрах мужского и женского организмов созревание половых клеток до почти полной готовности к слиянию одной женской половой клетки с одной мужской. При этом каждая из них привносит в объединенную результирующую клетку один из двух равноценных, взаимно дополняющих и строго индивидуальных комплектов генетического материала, совместное наличие которых, точно по одной дозе каждого, и обеспечивает начало и дальнейшую жизнь нормального организма.

Несоблюдение любого из названных условий означает потерю соответствующей клеткой способности к развитию, что и случается отнюдь не редко. Добрая половина женских половых клеток, приступивших к развитию, не достигает созревания, а из мужских клеток лишь ничтожная доля pro mille фактически участвует в оплодотворении. Лишь одна из сотен миллионов мужских половых клеток сливается с единственной дозревающей женской половой клеткой.

Но и это еще не все. Генетический материал клеток-партнеров не вдруг объединяется в единый набор, а большинство из блуждающих уже слившихся клеток теряется в половых путях женского организма. Лишь спустя примерно две недели, как правило, единственная оплодотворенная яйцеклетка имплантируется в набухшую стенку матки, соединяется с материнским организмом плацентой и кровеносной сетью, обеспечивающей питание эмбриона и плода весь внутриутробный период. И только тогда оплодотворенная яйцеклетка благополучно вступает в фазу, которую можно считать точкой уверенного старта жизни нового организма. Именно в этот и более поздние сроки начавшейся беременности производятся операции абортов.

В связи со сказанным можно понять точку зрения о недопустимости искусственного прерывания беременности. Однако в случае рождения больного ребенка представляется неоправданной жестокостью оставлять несчастную женщину и ее семью самостоятельно преодолевать свое горе и проблемы - материальные, моральные, эмоциональные, в том числе угрозу распада семьи. Те, кто убеждает женщину не брать на душу грех изгнания вынашиваемого плода, а также и общество обязаны создать ей, ее семье и больному младенцу щадящие, комфортные условия, принять на себя необходимые затраты. Кроме того, врачи и другие работники здравоохранения должны обеспечить строгое сохранение врачебной тайны, чтобы защитить такую семью от возможной дискриминации в быту, при трудоустройстве и т.д.

Наметившиеся успехи в этиологическом лечении наследственных и врожденных болезней с помощью генотерапии привели к появлению нового направления, своего рода "молекулярного протезирования". Эта область уверенно набирает силу уже не только в лабораториях, но и в клиниках. Есть основание думать, что внедрение генотерапии в практику поможет снять и некоторые нравственные проблемы. Тем более что постоянное совершенствование новых медико-генетических технологий позволяет проводить генодиагностику и генотерапию на самых ранних сроках беременности, а иногда даже на мужских и женских зародышевых клетках в организмах супругов (так называемые преконцепционные процедуры).

В международных документах Всемирной организации здравоохранения, ЮНЕСКО, Совета Европы и других признается этически допустимой только генотерапия соматических, но не зародышевых клеток, поскольку прогноз отдаленных последствий и побочных эффектов последней невозможен. Свою роль должны сыграть и методы подращивания и исследования эмбрионального материала вне организма.

Развитие геномных технологий порождает специфические биоэтические проблемы. Манипулирование с генетическим материалом и клетками человека сопряжено с взятием образцов биоматериала у индивидов для диагностики или экстракорпоральных изменений в интересах данного лица, его живущих или будущих потомков, или иных родственников. Кроме того, введение в организм человека генетического материала аутологического или чужеродного происхождения для коррекции работы его генома или иные способы генотерапии затрагивают интересы как непосредственно обследуемых или проходящих лечение лиц, так и их родственников и потомков: их здоровье, семейное положение, страхование, трудоустройство, собственность и др.

Генетические болезни - как правило, семейные, поражающие группу лиц в нескольких поколениях. Соответственно медицинская информация, включая данные о ДНК пробандов и их родственников, должна длительно храниться и использоваться в интересах как ныне живущих членов рода, так и их потомков. В группу риска попадают и здоровые люди, у которых наследственное заболевание проявится в более позднем, иногда пожилом возрасте. В таких случаях наиболее точный прогноз может базироваться на ДНК-диагностике, если она технологически возможна.

Наибольшую опасность может представлять дискриминация отдельных лиц или групп на основе полученной о них генетической информации. Такая опасность возникает, когда к генетической информации получает доступ третья сторона, особенно работодатели, страхователи, работники образования. Этические проблемы изучения генома человека и использования геномных технологий в практике содержат ряд общечеловеческих аспектов, требующих тесного сотрудничества с Программой наследственных болезней Всемирной организации здравоохранения, Международными комитетами по биоэтике при Совете Европы и ЮНЕСКО и др. Тем более что эти международные организации уже разработали основные документы по данной проблеме. Очевидно, что правовая и этическая регламентация медицинских приложений генотехнологий в России должна строиться с учетом международного опыта. В этом плане разрабатываемые в настоящее время в Государственной Думе России законопроекты о правовых основах биоэтики в связи с новыми технологиями требуют еще серьезного усовершенствования.

Среди медицинских приложений геномных технологий особняком стоят методы клонирования. Речь идет об эмбриональной микрохирургии по переносу хромосомного набора из соматических клеток организма-донора в лишенную собственного ядра яйцеклетку женщины-реципиента и вынашивание той же или, что более вероятно, другой женщиной, так называемого клонального плода10. Из млекопитающих пока имеются лишь единичные успешные опыты на овцах, сопровождавшиеся очень большим процентом неудач - в наиболее известном эдинбургском эксперименте из 277 испытаний единственно удачной оказалась овца Долли. Очевидно, что всякие попытки перенесения таких методик на человека в настоящее время этически недопустимы. Более того, надо иметь в виду, что в этих случаях было бы получено не генетическое потомство супружеской пары, а очень близкое телесное подобие только одного из ее членов, как бы запоздалое появление на свет генетического близнеца донора хромосомного материала. Формирование же личности такого клонального организма будет определяться не только его генетической конституцией, но главным образом его воспитанием в конкретной семейной и социальной обстановке. В будущем, когда технология станет надежной, можно будет подумать о ее использовании для преодоления бесплодия супружеских пар. Но и тогда реализация клонирования вызовет ряд межличностных проблем, которые нужно будет решать.

Все эти примеры показывают, что для решения возникающих этических проблем требуется совместное компетентное участие медиков, генетиков, социальных работников и богословов. Вместе с тем существующие системы образования мало способствуют их взаимопониманию: медики и биологи не получают в высшей школе даже основ богословского образования, более того, врачи недостаточно подготовлены по биологии и генетике; с другой стороны, ни в светских гуманитарных вузах, ни в духовных школах практически нет основ биологии человека и медицины. Как зачатки к установлению взаимопонимания между названными специалистами в системе светского образования в России можно рассматривать медико-биологические факультеты в Москве и Томске, факультеты теоретической медицины в МГУ и ММА. Весьма своевремен проект создания аналогичного факультета в системе духовного образования при Православном университете в Москве.