Днк меняется в течении жизни. Как и почему ДНК человека меняется в течение жизни? А теперь, что делать
Могут ли полезные или вредные привычки, диеты и занятия спортом отразиться на детях или внуках? Не аукнется ли потомкам наш недосып или лишние бокалы шампанского - вдруг из-за наших неразумных решений у детей проявится склонность к алкоголизму, диабет или синдром запястного канала? Look At Me приводит основные аргументы учёных-генетиков, врачей и других специалистов, которые ответили на этот вопрос в разделе «Ask Science» на Reddit.
Влияет ли образ жизни на ДНК?
Хотя образ жизни не влияет на структуру ДНК, он может оказать воздействие на факторы, которые регулируют активность генов. Это явление называется эпигенетическим наследованием: в зависимости от того, какие факторы влияли на организм в течение жизни, у его потомства могут проявиться или, наоборот, не проявиться некоторые свойства, изначально заложенные в генетический код.
Структура самого генома, передающегося потомку, может быть изменена только во время беременности: плохое питание, стрессы или заболевания, перенесённые матерью в этот период, могут стать причиной мутаций на генном уровне и нарушения структуры ДНК - например, из-за таких мутаций могут родиться дети с лишней хромосомой. Но эти изменения довольно случайны, возникают не всегда и часто не связаны с образом жизни матери. Это генная аномалия, которую трудно предсказать до зачатия, но сегодня будущих родителей могут предупредить с помощью пренатальной диагностики - в программу исследований входит специальный тест, позволяющий проверить плод на 6000 возможных нарушений в развитии.
Однако не все свойства, передающиеся от родителей потомкам, заложены в ДНК. Механизм наследования вне структуры генетического кода изучает специальный раздел науки - эпигенетика. Сам термин был придуман англичанином Конрадом Уоддингтоном в 50-х. Учёный ещё не знал, как устроен геном человека, но догадывался о существовании некоего механизма, который управляет наследственным материалом живых существ. В 1990-е годы, когда был расшифрована ДНК человека, исследователи вспомнили про эпигенетику и нашли подтверждения гипотезам Уоддингтона. Сейчас эпигенетическим (дословно - «надгенным») наследованием называют все изменения, связанные с фенотипом или экспрессией генов, которые проявляются у потомков в первом поколении у живых существ и в нескольких поколениях у клеточных организмов.
учёные не знают, как именно происходит наследование у живых существ. Чтобы отследить причины проявления похожих признаков, нужно учесть бесконечное множество факторов: условия, в которых происходил рост и развитие животного, факторы внешней среды, экологию, космическое излучение и так далее. Исследователи не могут точно сказать, что влияет на экспрессию генов, и если у вас проявляются те же свойства, что у ваших родителей - это не значит, что они передались вам генетически. Возможно, на ваш фенотип влияет климат, ритм жизни в родном городе или потребление продуктов питания, привычных для вашей семьи.
Особенно трудно описать механизм наследования определённых признаков и черт характера у людей - в отличие от большинства животных, люди в своём развитии сильно зависят от социума, и на ребёнка в процессе взросления оказывают воздействие его родственники, сверстники, учителя, герои фильмов, принятые в обществе нормы и порядки. Грубо говоря, если в семье три поколения занимаются спортом, это не значит, что дети наследуют рельефные мышцы генетически: в первую очередь на них влияет воспитание и семейная традиция проводить вечера в спортзале.
Но что если передаваться от поколения к поколению могут не только физиологические характеристики, но и паттерны поведения? Благодаря этому вопросу совсем недавно появилось новое направление - поведенческая эпигенетика. Учёные, работающие в этой сфере, предполагают, что образ жизни родительского организма может повлиять на характер и поведенческие сценарии потомка.
В 2013 году в авторитетном журнале Neuroscience были опубликованы результаты эскпериментов, проведенных на лабораторных мышах: исследователи научили животное бояться запаха вишни (выбор аромата они, кажется, ничем не объясняют), а затем наблюдали проявление такого же страха у потомства этой мыши и даже последующих поколений.
Мы не можем точно знать, что послужило причиной этому: возможно, механизм генетической передачи поведенческих сценариев гораздо более сложен и у мышей проявляется совсем не так, как у людей. Но биологи говорят, что возможность передавать приобретённые навыки генетическим путём была бы неплохим акселератором эволюции, ведь таким образом более совершенные существа появлялись бы значительно быстрее, чем вследствие случайных генных мутаций. Если верить в то, что природа устроена логично, передача паттернов поведения была бы очень кстати для развития живых существ.
но передаются ли потомкам все поведенческие сценарии, или только те, что были полезными для родительского существа? Страх - это проявление инстинкта самосохранения, который помогает мыши защитить себя и будущее популяции, а привычка употреблять алкоголь, например, имеет прямо противоположный эффект. Генетики говорят, что присутствие в генеалогическом древе нескольких страдающих алкоголизмом родственников не увеличивает шансы ребёнка пристраститься к выпивке: скорее всего, в его ДНК будет предрасположенность к алкоголизму, но без побуждающего влияния социальной среды этот ген не проявится.
Получается, что опыт, полученный родителями, всё-таки может повлиять на потомство, но не может изменить ДНК. Так как эпигенетическое наследование открыто совсем недавно, у исследователей не было возможности отследить его на нескольких поколениях людей: сейчас феномен изучают на мышах, структура ДНК которых близка к человеческой, а скорость размножения позволяет отследить экспрессию генов на родителях, детях и внуках. Но вопрос о проецировании результатов экспериментов на людей остаётся открытым.
Занимаясь спортом или соблюдая правильный режим питания, вы не меняете свой генетический код, но используете возможности, заложенные в него природой. Можно сравнить это с игровыми приставками: вставляя разные картриджи, вы получите разные результаты, но без самой консоли с определёнными техническими характеристиками картриджи ничего не значат. В любом случае, заботиться о себе и своём здоровье - неплохая идея, даже если выработанные с таким трудом полезные привычки не передадутся вашим детям эпигенетически.
Работа нервной системы осуществляется посредством электромагнитных импульсов. Грубо говоря , это значит, что весь наш мозг работает на магнетизме, как процессор компьютера, а мысли имеют связь с электричеством, записывая информацию на клеточном уровне примерно также, как это делает головка кассетного магнитофона. А раз человек оформляет свои мысли в слова, то языком мы также кодируем свою реальность. Об этом еще поговорим.Конечно же, авторы данного исследования не слышали про . Тем лучше. Их информация подтверждает его слова без поиска доказательств его правоты. ДНК - это биоакустическая антенна, не только несущая информацию, но и принимающая её из вне. Точно также, как мысли способны менять гены в отдельном человеке, общие мысли целой цивилизации способны менять всю её реальность!
Научно доказано, что тренировки мозга и стимулирование его определенных участков может благотворно сказаться на здоровье. Ученые попытались понять, как именно эти практики влияют на наше тело.
Новое исследование, которое провели ученые Висконсина, Испании и Франции, несет в себе первые доказательства специфических молекулярных изменений в организме, которые наступают после интенсивной медитации ясного ума.
Исследование изучило результаты применения медитации ясного ума в группе опытных медитирующих и сравнило эффект с группой не тренированных субъектов, которые были вовлечены в тихую, не медитативную деятельность. Через 8 часов медитации ясного ума у медитирующих были обнаружены генетические и молекулярные изменения, включая изменение уровня генного регулирования и сокращение уровней про-воспалительных генов, которые отвечают за физическое восстановление в стрессовой ситуации.
«Насколько нам известно, эта работа впервые демонстрирует быстрые изменения в экспрессии генов среди субъектов, практикующих медитацию ясного ума» — говорит автор исследования Ричард Дж. Дэвидсон, основатель Центра исследований здорового ума и профессор психологии и психиатрии в университете Висконсина-Мэдисона.
«Самое интересное, что изменения наблюдаются в генах, которые в настоящее время являются объектом для противовоспалительных лекарств и анальгетиков» — говорит Перла Калиман, первый автор статьи и исследователь в Институте медико-биологических исследований (IIBB-CSIC-IDIBAPS) в Барселоне, где был проведен молекулярный анализ.
Обнаружено, что медитация ясного ума положительно влияет на воспалительные заболевания и одобрена Американской Ассоциацией сердца как профилактическое вмешательство. Новые результаты исследований могут продемонстрировать биологический механизм ее терапевтического эффекта.
Генная активность может меняться в зависимости от восприятия
По словам доктора Брюса Липтона, активность гена может быть изменена на основании ежедневных тренировок. Если ваше восприятие отражается на химических процессах в вашем теле и ваша нервная система считывает и интерпретирует окружающую среду и затем контролирует химию крови, вы можете буквально изменить судьбу ваших клеток, изменив свои мысли.
На самом деле, исследование доктора Липтона наглядно показывает, что, меняя ваше восприятие, мозг способен менять активность генов и создавать более тридцати тысяч вариаций продуктов из каждого гена. Ученый также утверждает, что генные программы содержатся внутри ядра клетки, и вы можете переписать эти генетические программы, меняя химию крови.
Проще говоря, это значит, что для лечения рака нам нужно сначала изменить способ нашего мышления.
«Функция нашего ума - в том, чтобы согласовывать наши убеждения и реально пережитый опыт» — говорит доктор Липтон. «Это означает, что ваш мозг будет регулировать биологию вашего организма и ваше поведение в соответствии с вашими убеждениями. Если вам сказали, что вы умрете в течение шести месяцев и ваш мозг поверил в это, то, скорее всего, вы действительно умрете в течение этого времени. Это называется «эффект ноцебо », результат отрицательных мыслей, противоположный эффекту плацебо.»
Эффект Ноцебо указывает на систему из трех частей. Здесь часть тебя, которая клянется, что не хочет умирать (сознание), проигрывает части, которая верит, что умрет (прогноз доктора, опосредованный подсознанием), затем происходит химическая реакция (реинтерпретированная химией мозга), которая должна доказать, что тело соответствует доминирующему убеждению
Неврология признала, что 95 процентами нашей жизни управляет именно подсознание.
Теперь вернемся к той части, которая не хочет умирать, то есть к сознанию. Разве оно не влияет на химию организма? Доктор Липтон заявил, что все сводится к тому, что подсознание, которое содержит наши глубочайшие убеждения, было запрограммировано. В конечном счете, именно эти убеждения становятся приоритетными.
«Это сложная ситуация» — говорит доктор Липтон. «Люди запрограммированы верить в то, что они жертвы, и что у них нет контроля над ситуацией. Они запрограммированы с самого начала верованиями своих родителей. Так, например, когда мы болеем, родители говорят нам, что нужно идти к доктору, потому что доктор является авторитетом, который заботится о нашем здоровье. Мы еще в детстве получаем от родителей сообщение, что врачи отвечают за наше здоровье, и что мы жертвы внешних сил, которые мы не способны контролировать сами. Забавно, что людям становится лучше уже на пути к врачу. Вот когда врожденная способность к самовосстановлению умирает, еще один пример эффекта плацебо.»
Медитация ясного ума влияет на регуляторные пути
Результаты исследований Дэвидсона демонстрируют понижающую регуляцию генов, участвующих в воспалении. Пораженные гены включают в себя про-воспалительные гены RIPK2 и COX2, а также деацетилазы гистонов (HDAC), которые эпигенетически регулируют активность других генов. Более того, снижение экспрессии этих генов оказалось связано с более быстрым физическим восстановлением организма после выброса гормона кортизола в ситуации социального стресса.
На протяжении многих лет биологи подозревали, что на клеточном уровне происходит что-то вроде эпигенетической наследственности. Различные виды клеток нашего тела подтверждают этот пример. Клетки кожи и мозга наделены разными формами и функциями, хотя их ДНК идентично. Таким образом, должны быть другие механизмы, помимо ДНК, доказывающие, что клетки кожи остаются клетками кожи, когда делятся.
Вот что удивительно: по словам ученых, в генах каждой из исследуемых групп до практик не было никаких различий. Вышеописанные эффекты были отмечены только в группе, практикующей медитацию ясного ума.
Поскольку несколько других ДНК-модифицированных генов не обнаружили никаких различий между группами, предполагается, что практика медитации ясного ума влияет лишь на некоторые специфические регуляторные пути.
Ключевым результатом исследований стало то, что в группе медитаторов, практикующих медитацию ясного ума, произошли генетические изменения, которых не было обнаружено в другой группе, даже несмотря на то, что люди в ней так же занимались спокойной деятельностью. Результат обследования доказывает принцип: практики медитации ясного ума могут привести к эпигенетическим изменениям генома.
Предыдущие исследования на грызунах и людях показали быструю (в течение нескольких часов) эпигенетическую реакцию на такие воздействия, как стресс, диета или упражнения.
«Наши гены достаточно динамичны в своем выражении и эти результаты говорят о том, что спокойствие нашего разума может влиять на их выражение» — говорит Дэвидсон.
«Полученные результаты могут быть базой для исследования возможности применения медитативных практик при терапии хронических воспалительных заболеваний» — говорит Калиман.
Бессознательные убеждения это ключ
Многие практикующие позитивное мышление знают, что хорошие мысли и постоянное повторение аффирмаций не всегда приносит тот эффект, который обещают книги на данную тему. С этой точкой зрения не спорит и доктор Липтон, который утверждает, что позитивные мысли приходят из сознания, тогда как негативные мысли обычно программируются более сильным подсознанием.
«Главная проблема в том, что люди осознают свои сознательные убеждения и поведение и не осознают бессознательные посылы и поведение. Многие люди даже не осознают, что всем управляет подсознание, в миллион раз более сильная сфера, чем сознание. От 95 до 99 процентов нашей жизни управляются подсознательными программами»
«Ваши подсознательные убеждения работают на вас или против вас, но правда в том, что вы не контролируете свою жизнь, потому что подсознание заменяет сознательный контроль. Так что когда вы стараетесь излечиться благодаря повторению позитивных аффирмаций, возможно, этому мешает невидимая подсознательная программа»
Сила подсознания хорошо заметна на людях, страдающих раздвоением личности. К примеру когда «у руля» находится одна из личностей, человек может страдать серьезной аллергией на клубнику. В то же самое время стоит личности смениться — и тот же самый человек способен есть клубнику без каких-либо последствий.
Читаем в тему:
ТЕМАТИЧЕСКИЕ РАЗДЕЛЫ:
|
У однояйцовых близнецов одинаковый набор генов. Но почему-то один не вылезает из болезней, а другой ни разу не чихнул. Получается, наше здоровье зависит не только от того, что мы наследуем от родителей, но и от других факторов? Наука эпигенетика доказала: человек может изменить то, что ему "на роду написано", то есть свою ДНК. Каким же образом?
Если человек будем придерживаться сбалансированной диеты, забудет про вредные привычки и приобретет полезные, он не только сможет изменить свою жизненную программу, записанную в собственном ДНК, но и передаст потомкам здоровые гены, которые продлят годы детям и внукам.
Чеснок запускает гены
Первый и главный — еда. В принципе, каждый из продуктов может влиять на работу генов. Но есть некоторые, полезность которых ученые уже доказали на все 100 процентов.
Среди них — зеленый чай. В зеленом чае есть вещества катехины (epigallocatechin-3-gallate, epicatechin, epicatechin-3-gallate, epigallocatechin), им по силам подавлять гены, способствующие онкологическим заболеваниям, и активировать те гены, которые умеют сражаться с опухолями. Чтобы поддерживать свое ДНК в боеготовности "антирак", достаточно выпивать ежедневно 2-3 небольшие чашки зеленого чая. Особо полезен зеленый чай женщинам, среди родственниц которых есть больные опухолями молочной железы.
Другой продукт — чеснок. В чесноке работают другие соединения — diallyl sulfide, diallyl disulfide, diallyl trisulfide. Надо съедать 2-3 зубчика чеснока в день, чтобы запустить гены, которые заведуют не только процессами гибели клеток, дающих метастазы, но и сражаются со старостью, продляют жизнь.
Третья панацея — соя. В сое содержатся изофлавоноиды (genistein, daidzein) — действенное противоопухолевое средство при раке груди, простаты, гортани, толстой кишки и лейкемии. Ученые советуют употреблять сою в БАДах и придерживаться дозировки, указанной на упаковках.
Четвертый борец за здоровые гены — виноград и продукты из него (сок и вино). Гроздь винограда темных сортов (это 120 г виноградного сока или 100 г сухого красного вина), добавленная в ежедневное меню, обеспечит организм веществом resveratrol, меняющим гены.
В рацион, который понравится добрым генам, стоит включить 100 г темно-красных помидоров (вещество lycopene) с добавлением оливкового масла. Помидоров надо есть вчетверо больше, если в роду есть онкобольные.
Еще один овощ, который добрым словом вспомнят ваши наследники, — капуста брокколи (вещество indole-3-carbinol). 100 г брокколи — каждому, 300 г — при риске рака.
Обязательно надо есть орехи, рыбу, яйца и грибы — они обеспечивают организм микроэлементами селеном и цинком, которые тоже меняют ДНК.
Тучная конституция закреплялось в геноме
Работа генов зависит от режима питания. Диета должна быть низкокалорийной (не более 2 тысяч ккал в сутки). Она отодвигает старение человека, гарантирует долголетие его детям и внукам. Эпидемию ожирения, разразившуюся сегодня, тоже объясняет эпигенетика: мы становимся все полнее, поскольку переедают наши мамы до беременности и во время нее. Это подтверждают опыты, проведенные на животных: перекормленные мыши каждый раз производили еще более тучное потомство, и подобная конституция закреплялось в геноме.
Генам нравится, когда их хозяин поддерживает себя в хорошей физической форме. Ученые определили, что регулярные занятия в течение 45 дней на обычном велотренажере активируют около 500 генов! А если заниматься регулярно и дальше — то можно изменить к лучшему еще больше генов.
Про вредные привычки писано-переписано. Но влияние сигарет, спиртного и наркотиков непосредственно на гены доказано лишь недавно. Оказывается, более 150 участков ДНК у хронических алкоголиков получают ненормальную активность. Результат: алкоголик не может сосредоточиться, ничего не запоминает, не может обуздать свои эмоции. Но самое печальное — он передает больные гены потомству.
И около 120 генов остаются измененными даже спустя 10 лет после отказа от сигарет. И опять среди них есть и самые важные гены, контролирующие деление клетки. Результат — рак у курильщика. Но тут есть повод для оптимизма: гены можно исправить, и чем меньше стаж пристрастия к , тем скорее это можно сделать.
На гены влияют и эмоции, как положительные, так и отрицательные, полученные дома, в семье, на работе.
Ну и, наконец, экологическая ситуация, в которой живет человек. Очевидно, что промышленные выбросы, автомобильные выхлопы, нитраты в еде, загрязненная вода тоже приводят к поломкам в генах.
Хотите жить дольше? Желаете здоровья своим детям и внукам? Тогда проявляйте заботу о своих генах.
Теперь вы знаете, как это делать?
Генная инженерия человека нам, простым обывателям, все еще кажется чем-то из области научной фантастики. Тем неожиданней было сообщение издания «The Telegraph», в котором говорилось, что Совет по этике в Великобритании разрешил генную инженерию человеческих эмбрионов. Понятно, что от рекомендаций Совета по этике до закона о генетических вмешательствах «дистанция огромного размера», однако первый шаг, похоже, сделан.
« The Telegraph» обратился за комментарием к профессору Карен Юнг, председателю рабочей группы по редактированию генома и воспроизводству человека. Госпожа профессор заявила, что в будущем в числе репродуктивных технологий может оказаться и внесение наследуемых изменений генома для обеспечения определенных характеристик детей. Сперва, разумеется, таким способом будут бороться с наследственными заболеваниями, но потом «если технология будет успешно развиваться, у нее есть потенциал стать альтернативной репродуктивной стратегией, доступной родителям для достижения более широкого круга целей».
На вопрос, можно ли использовать генетическое редактирование, чтобы дети были высокими, со светлыми волосами и голубыми глазами (ну, если вдруг именно такая внешность будет в моде), профессор Йонг добавила что и этого она тоже не исключает…
Но у нас возник не этический, а, если так можно выразиться, технический вопрос: неужели ученые уже в состоянии переделать нам геном и заменить голубые глаза на карие?
Что такое геном человека (для тех, кто прогулял уроки биологии)
Вся наша жизнь закодирована в молекулах ДНК - дезоксирибонуклеиновой кислоты. Удивительно, но все эти огромные молекулы состоят из комбинации всего лишь четырех основных элементов: азотистых оснований аденина, гуанина, тимина и цитозина (их обычно для краткости обозначают первыми буквами - A, G, T, C). Сложные последовательности этих элементов служат своеобразными матрицами, на которых синтезируются РНК - рибонуклеиновые кислоты. РНК - «рабочие лошадки» нашего организма, у каждой - своя специализация. Одни участвуют в синтезе белков, задавая верную последовательность элементов, другие поставляют аминокислоты к месту синтеза белков, третьи - «перекраивают» своих собратьев, катализируя реакции с участием РНК.
” Лично мне наш геном напоминает муравейник: с ДНК - муравьиной королевой, бесконечно откладывающей яйца, из которых появляются РНК-муравьи, среди которых есть солдаты, няньки, рабочие…
А в Википедии приводят такой пример: «ДНК нередко сравнивают с чертежами для изготовления белков. Развивая эту инженерно-производственную аналогию, можно сказать, что, если ДНК — это полный набор чертежей для изготовления белков, находящийся на хранении в сейфе директора завода, то матричная РНК — временная рабочая копия чертежа отдельной детали, выдаваемая в сборочный цех».
Выбирайте аналогию по своему вкусу!
Молекулы ДНК есть в любой клетке нашего организма, в которой есть ядро. Молекулы - потому что знаменитые спирали ДНК «нарублены» на 46 различных по размеру «кусков», соединенных попарно - это 23 пары наших хромосом.
” В каждой паре хромосом одна досталась нам от отца, а другая от матери. 23-я пара отвечает за наш пол, поэтому хромосомы в ней могут отличаться: «ХХ» - у девочек, «ХУ» - у мальчиков.
Во всех аутосомах (не-половых хромосомах) и хромосома, доставшаяся от папы, и доставшаяся от мамы, содержат подобные гены на одних и тех же участках. Подобные - поскольку гены, у всех нас, вообще говоря, разные. К примеру, на участке, где располагается ген, ответственный за цвет волос, в одной хромосоме из пары окажется ген мамы-блондинки, а на другой - папы-брюнета. В таком случае один из генов будет доминировать, а второй, рецессивный, ждать своего часа. Если именно его передадут по наследству, и если в паре с ним окажется такой же рецессивный ген, то у него будет возможность проявить себя.
” Этот принцип наследования генетической информации чреват неприятными сюрпризами. И мы сейчас вовсе не о рождении голубоглазого блондина в семье кареглазых брюнетов, а о наследственных заболеваниях. Порой, скрытые в рецессивных генах, они дремлют во многих поколениях, никак не проявляя себя внешне. Но стоит такому гену встретиться со своим «собратом», и трагические последствия неизбежны.
Любые родители хотели бы вырезать зловредный ген из своей ДНК и заменить его на здоровый, обезопасив потомков. И тут мы снова возвращаемся к вопросу: неужели это реально?
Генная инженерия и ЭКО
Светлана Владимировна, генетический анализ во время проведения экстракорпорального оплодотворения, «зачатия в пробирке», вещь уже привычная?
” -Доказано, что такое «отщипывание» клеток не приводит к нарушению развития зародыша. Этот метод технически гораздо сложнее и дороже, чем просто генетический анализ плода во время беременности, который проводится после забора амниотической жидкости или фрагмента плаценты, поэтому широкого распространения пока не получил.
То есть, родителям остается только уповать, что однажды случайным образом «выпадет» комбинация здоровых генов. А нельзя ли как-то вырезать «плохие» гены?
Ген удалять в большинстве случаев не надо, собственно, патогенные мутации как раз «удаляют» ген функционально. Надо заставить неправильно функционирующий ген работать нормально. Либо вырезать из него лишнее, либо вставить потерянное, либо заменить неправильное на правильное. Более простой подход - одним махом добавить в геном нормальную копию гена.
|
Своя собственная ДНК есть у митохондрий - органелл, отвечающих за «энергоснабжение» клетки. В отличие от остальных хромосом, находящихся в ядре, митохондриальные ДНК - это небольшие кольцевые молекулы, их количество в клетке варьирует от десятков до тысяч копий и зависит от возраста. Яйцеклетка богата митохондриями, а сперматозоид содержит всего одну, обеспечивающую движение его «хвостика». После оплодотворения эта митохондрия уничтожается, поэтому все митохондриальные гены человека достаются ему только от матери. Если причина заболевания находится в митохондриальной ДНК, то возможно использование митохондрий «третьего родителя». При этом ядро яйцеклетки матери, имеющей патогенные мутации, пересаживают в цитоплазму яйцеклетки женщины с нормальными митохондриями, а потом оплодотворяют её сперматозоидами отца и подсаживают по протоколу ЭКО. В частности, метод цитоплазматической замены успешно использовался в случае материнского бесплодия, связанного с нарушениями в митохондриальной ДНК. С 2015 г. этот метод генетической «модификации» человека легализован в Великобритании, но по-прежнему запрещён в США. Законодательство Австралии готовится к новшествам относительно генной инженерии. Чтобы обойти существующие запреты, такие манипуляции проводят на территории стран, где нет соответствующего законодательства, например в Мексике и на Украине.
|
Между прочим, технология «убрать плохую ДНК и вставить хорошую» уже реализована на практике! Правда, речь идет не о ядерной ДНК, о которой мы говорили до сих пор, а о митохондриальной. Вот что рассказывает об этом Светлана Михайлова.
Технологии изменения ДНК человека
- Но как можно «оперировать» ген, неужели речь идет о реальных технологиях?
Есть много способов разрезать молекулу ДНК. Инструменты для этого люди позаимствовали у бактерий. Борясь за место под солнцем (или, наоборот, в тени) бактерии синтезируют белки или комплексы белков и РНК, которые разрезают ДНК других видов бактерий и вирусов, но безвредны для ДНК хозяйки и её потомков. Эти молекулы прикрепляются к специфическим последовательностям ДНК (специфической фразе из «букв» А, С, T и G), которых заведомо нет в геноме хозяйки. Так что «отщипнуть» - не проблема, главное - правильно сшить обратно разрезанную молекулу. Если этого не сделать, то произойдёт разрыв хромосомы и нарушение функций того участка, где находится разрыв.
” - Сейчас наиболее перспективным орудием генного инженера считается бактериальная система CRISPR /Cas9 - часть иммунитета бактерий, модификации которой активно используют для редактирования геномов эукариот (живых организмов, клетки которых содержат ядра - прим. ред.). Бактерии «держат про запас» у себя в геноме фрагменты ДНК вирусов, с которыми они сталкивались раньше. Эти фрагменты позволяют бактерии быстро строить конструкции, состоящие из РНК и белков, которые специфически разрезают ДНК вирусов. При этом белок Cas9 функционирует как молекулярные ножницы, а так называемая gРНК, частично содержащая генетическую последовательность вируса, - это система GPS-навигации, которая направляет «ножницы» на специфический район ДНК. Бактерии борются с генами вирусов, но такой биотехнологический инструмент можно нацелить на произвольный участок ДНК любого организма.
Чтобы клетка, ДНК которой разрезали таким способом, смогла восстановиться, в неё параллельно вводят ДНК с нужной последовательностью. Клетка запускает собственные механизмы починки ДНК и использует добавленную ДНК как матрицу для починки полученного повреждения. Таким образом, можно поменять одну генетическую последовательность на другую!
- Где же берут «правильные» гены?
Практически любой ген человека можно вставить в геном бактерии, заставить эту бактерию активно делиться, а потом снова выделить нужный фрагмент в большом количестве. Так, сложные животные белки уже давно не выделяют из органов животных, а нарабатывают с помощью встроенных в бактерии генов (например, инсулин).
Может ли генная инженерия подарить здоровье и карие глаза
- То есть, генная инженерия возможна - пусть и в порядке лабораторного эксперимента?
Чем сложнее организм, тем труднее это сделать. Для получения генномодифицированных лабораторных организмов такие подходы используются уже давно. Область применения этих методов - генная модификация сельхозкультур, сельскохозяйственных животных, но в особенности бактерий.
Однако перенести разработанные для экспериментальных организмов подходы на человека напрямую невозможно. Методы, которыми работают на животных и растениях, недостаточно специфичны. Часть полученных организмов нежизнеспособны, часть имеет «не те» признаки, их просто выбраковывают. Примером может служить «золотой рис». Его выводили методом генной модификации, добавив к геному риса два гена других организмов, что способствовало накоплению бета-каротина в его семенах. Действительно, был получен рис с заданными характеристиками, но его урожайность оказалась снижена. Предполагается, что причина этого - неудачные места встраивания новых генов.
С человеком цена ошибки слишком высока, поэтому эксперименты на людях очень ограничены. Любые генетические перестройки - риск перерождения клетки в раковую или её гибели. Естественно, можно обрабатывать культуру клеток или, например, колонию бактерий, но в итоге стараются выбирать только те клетки, которые имеют определённые характеристики, являющиеся признаком того, что модификация их генома действительно произошла.
” - Если обрабатывать многоклеточный организм, то в части клеток модификация может пройти, а в части нет. Предсказать, какая из клеток станет впоследствии предшественником конкретных тканей организма, невозможно, поэтому эффект такой модификации сейчас непредсказуем. Условно говоря, клетка, куда встроился ген кареглазости, попадёт в итоге в пятку.
- Можно ли поменять весь геном взрослого человека?
Нет, работать со всеми клетками взрослого человека сейчас невозможно, да и не нужно. Организм, имеющий тяжёлое генетическое нарушение, влияющее на функции каждой клетки, просто погибает пренатально. Совместимые с жизнью генетические нарушения в основном проявляются в каком-то определённом органе или системе органов. Именно они и будут являться мишенями генных инженеров. Если ты хочешь карие глаза, то совершенно необязательно модифицировать ДНК пяток. Отработанных методик таких манипуляций со стабильным предсказуемым результатом на человеке пока нет, но генная инженерия развивается очень быстро, так что ждём!
- Первые опыты по использованию генной инженерии в лечении генетических заболеваний уже есть?
В литературе описан успешный опыт генной терапии булёзного эпидермолиза (редкое хроническое наследственное заболевание, в результате которого непрерывно образуются раны на коже и слизистых оболочках - прим. ред. ). Стволовые клетки кожи пациента обрабатывали вирусоподобными частицами, содержащими нормальную последовательность гена, выведенного из строя мутациями. Полученные клетки заселяли в повреждённые участки кожи ребёнка, и кожные покровы восстанавливались!
Были и попытки влиять на организм взрослого человека. Для этого в оболочку аденовирусной частицы упаковывали нужный генетический материал и с помощью аэрозоля обрабатывали дыхательные пути пациентов. Вирусные частицы прикреплялись к клеткам эпителия и впрыскивали в клетки ДНК «нужного» гена. Проводились и эксперименты по обработке вирусоподобными частицами с «правильными» генами клеток крови пациента.
” - В этих экспериментах результаты тоже были, но нестойкие. Это связано с тем, что изменённые клетки, хоть и производили нужные белки, но не размножались. Постепенно «правильные» клетки умирали, и симптомы заболевания возвращались. Ещё одна проблема такого метода - иммунный ответ организма на эти вирусоподобные частицы. Многие параметры при таком подходе контролировать невозможно, есть угроза повреждения нормального генетического материала клеток.
Поэтому сейчас наиболее перспективное направление - модификация собственных стволовых клеток человека и запуск их обратно в организм. Уже есть методики забора фибробластов из кожи, перевод их обратно в состояние стволовых клеток и перепрограммирование в некоторые другие типы клеток. Это сейчас фактически остриё науки, на это брошено много сил и финансов (правда, не у нас в стране). Выращенные таким образом генетически «подправленные» клетки могут помочь человеку побороть СПИД и некоторые виды рака.
Пересадка собственных митохондрий недавно была использована у новорождённых с сердечно-сосудистыми патологиями в США. Вместо плохо работающего собственного сердца, с разрушенными от кислородного голодания митохондриями, не стали ставить донорское; в повреждённый участок сердечной мышцы вводили митохондрии, полученные из мышечной ткани детей. Клетки сердца захватили митохондрии и начинали работать нормально. В результате из 11 больных детей восьмерым не потребовалась трансплантация сердца! Хотя такую манипуляцию нельзя назвать генно-инженерной, но она создаёт задел для лечения пациентов, в том числе и «чужими» митохондриями.
Вообще в медицине много надежд возлагается именно на использование собственных немного доработанных клеток, и именно в связи с этим, я думаю, будет пересматриваться законодательство в области генной модификации по отношению к человеку.
Беседовала Ирина Ильина
Биохакер Джошуа Зайнер хочет создать мир, в котором любой человек способен и в праве экспериментировать со своей ДНК. Почему нет?
«У нас здесь немного ДНК и шприц», – говорит Джошуя Зайнер в комнате, полной синтетических биологов и других исследователей. Он наполняет иглу и вонзает её в кожу. «Это изменит мои мышечные гены, и даст мне больше мышечной массы».
Зайнер – биохакер, он экспериментирует с биологией в DIY, а не в обычной лаборатории, – выступил на конференции SynBioBeta в Сан-Франциско с докладом «Пошаговое руководство по генетическому изменению себя с помощью CRISPR», где в других презентациях участвовали академики в костюмах и молодые руководители типичных биотехнологических стартапов. В отличие от прочих, он начал своё выступление, раздавая образцы и буклеты, в которых объяснялись основы DIY генной инженерии.
Биохакер Зайнер выступил на конференции SynBioBeta с докладом «Пошаговое руководство по генетическому изменению себя с помощью CRISPR»
Если вы хотите генетически модифицировать себя, – это не обязательно сложно. Когда он предложил образцы в маленьких пакетиках толпе, Зайнер объяснил, что ему потребовалось около пяти минут, чтобы сделать ДНК, которую он привёз на презентацию. В пробирке был Cas9, фермент, который разрезает ДНК в определённом месте, ориентированном по направляющей РНК, в системе редактирования генов, известной как CRISPR. В этом примере он был разработан для выключения гена миостатина, который вырабатывает гормон, ограничивающий рост мышц и уменьшающий мышечную массу. В исследовании, проведённом в Китае, собаки с отредактированным геном имели удвоенную мышечную массу. Если кто-то из зрителей захотел попробовать, они могли взять пробирку домой и ввести его позже. Даже капая его на кожу, сказал Зейнер, вы получите эффект, хотя и ограниченный.
Зайнер имеет докторскую степень по молекулярной биологии и биофизике, он также работал научным сотрудником в НАСА по модификации организмов для жизни на Марсе. Но он полагает, что синтетическая биология для редактирования других организмов или себя может стать столь же простой в использовании, как, например, CMS для создания веб-сайта.
«Вам не нужно знать, какой промотор использовать чтобы заставить работать нужный ген или фрагмент ДНК, – говорит он, используя некоторые технические термины из генной инженерии. «Вы не хотите знать, какой терминатор использовать, или ориджин репликации… Инженер, программирующий ДНК, должен знать, как это сделать. Но единственное, что вам нужно знать, – так, я хочу, чтобы гриб был фиолетовым. Это не должно быть сложнее. Всё это вполне возможно – это просто создание инфраструктуры и платформы, чтобы любой мог это сделать».
Конечно, магазин приложений для генетического редактирования ещё не создан. Но немалое число биохакеров узнали достаточно, чтобы – порой необдуманно – экспериментировать над собой. Несколько человек, которых Зайнер знает, например, начали вводить себе миостатин. «Это происходит прямо сейчас», – говорит он. «Все эти вещи начали появляться буквально в последние несколько недель». Пока ещё рано говорить о том, улучшили ли инъекции экспериментаторов или вызвали проблемы, но некоторые надеются увидеть результаты в ближайшие месяцы.
Несмотря на проведённое в академических кругах время, Зайнер явно не является типичным исследователем и избегает идеи, что эксперименты должны ограничиваться лабораториями. Когда в НАСА он начал общаться с другими биохакерами через список рассылки, и узнал о проблемах тех, кто хотел делать DIY работу, – поставщиков было трудно найти, и они не всегда отправляли нужные заказы тем, у кого не было лаборатории, – он в 2013 году начал бизнес под названием The ODIN (Open Discovery Institute, and an homage to the Norse god), чтобы пересылать комплекты и инструменты людям, желающим работать в своём гараже или комнате. В 2015 году, решив покинуть НАСА, потому что ему не нравилось работать в их консервативной среде, он запустил успешную кампанию по сбору средств для набора DIY CRISPR.
«Единственное, что вам нужно знать, – так, я хочу, чтобы гриб был фиолетовым. Это не должно быть сложнее.»
В 2016 году он продал продуктов на сумму $200 000, включая набор для дрожжей, которые можно использовать для заправки светящегося биолюминесцентного пива, набор для обнаружения антибиотиков дома и полную домашнюю лабораторию по цене MacBook Pro. В 2017 году он ожидает удвоения продаж. Многие наборы просты, и большинство покупателей, вероятно, не используют их, чтобы изменить себя (многие комплекты идут в школы). Но Зайнер также надеется, что по мере получения новых знаний, люди будут экспериментировать более необычными способами.
Зайнер продает полную домашнюю лабораторию биохакинга примерно по цене MacBook Pro.
Он задаёт вопрос, являются ли традиционные методы исследования, такие как рандомизированные контролируемые испытания, единственным способом сделать открытия, указывая на то, что в новой персонализированной медицине (такой как иммунотерапия рака, которая персонализирована для каждого пациента), размер выборки одного человека имеет смысл. В своём выступлении он утверждал, что люди должны иметь возможность самостоятельно экспериментировать, если захотят; мы меняем нашу ДНК, когда пьём алкоголь или курим сигареты, или дышим грязным городским воздухом. Многие действия, санкционированные обществом, более опасны. «Мы жертвуем, возможно, миллион людей в год автомобильным богам» – сказал он. «Если вы спросите кого-нибудь: "Не могли бы вы избавиться от автомобилей?" – нет.» (Зайнер экспериментировал по-разному, включая экстремальную пересадку фекалий DIY, которая, по его словам, вылечила его проблемы с пищеварением, он также помогает больным раком с DIY иммунотерапией).
Если вы измените свою ДНК, вы можете затем секвенировать свой геном, чтобы увидеть, произошло ли изменение. Но эксперимент в гараже не может предоставить столько информации, сколько обычные методы. «Вы можете подтвердить, что вы изменили ДНК, но это не значит, что оно безопасно и эффективно», – говорит Джордж Чёрч, профессор генетики в Гарвардской Медицинской Школе (которая также выступает в качестве адвайзера компании Зайнера, признавая ценность биологически грамотной публики в веке биологии). «Всё, что он делает, – говорит вам, что вы сделали правильную работу, но это может быть опасно, потому что вы также изменили что-то ещё. Это может быть неэффективным в том смысле, что недостаточно клеток было изменено, или уже слишком поздно, и ущерб уже был нанесён». Если ребёнок рождается с микроцефалией, например, изменение генов в его теле, скорее всего, не повлияет на его мозг.
«Мы живём в невероятное время, когда мы изучаем очень многое в биологии и генетики благодаря CRISPR, но мы всё ещё многого не знаем о безопасности редактирования человеческих клеток с помощью CRISPR.»
Любой, кто хочет ввести себе модифицированную ДНК, рискует без достаточного количества данных или, возможно, любых реальных данных – о том, что может произойти, для принятия обоснованного решения. Это, наверное, само собой разумеется: не пытайтесь делать это дома. «Мы живём в невероятное время, когда мы изучаем очень многое в биологии и генетики благодаря CRISPR, но мы всё ещё многого не знаем о безопасности редактирования человеческих клеток с помощью CRISPR», – говорит Алекс Марсон, исследователь в области микробиологии и иммунологии в Калифорнийском университете в Сан-Франциско и эксперт по CRISPR. «Очень важно, чтобы оно проходило через тщательные и проверенные тесты безопасности в каждом случае, и делалось ответственным образом».
В Германии биохакинг теперь вне закона, и человек, проводящий эксперименты за пределами лицензированной лаборатории, может получить штраф в размере €50 000 или три года в тюрьме. Всемирное антидопинговое агентство теперь запрещает все формы редактирования генов у спортсменов. Однако в США биохакинг ещё не регулируется. И Зайнер не считает, что вообще должен, он сравнивает опасения, что люди изучают, как использовать синтетическую биологию, с опасениями изучения, как использовать компьютеры, в начале 1980-х. (Он приводит интервью 1981 года, в котором Тед Коппел спросил Стива Джобса, есть ли опасность того, что люди окажутся под контролем компьютеров.) Зайнер надеется продолжать помогать как можно большему числу людей, становится более «грамотными в ДНК».
«Я хочу жить в мире, где люди генетически модифицируют себя. Я хочу жить в мире, где все эти классные вещи, которые мы видим в научно-фантастических телешоу, реальны. Может быть, я сумасшедший и глупый… но я думаю, наверное, это действительно возможно».
Вот почему, он сделал себе инъекцию перед толпой на конференции. «Я хочу, чтобы люди перестали спорить о том, можно ли использовать CRISPR или нельзя, нормально ли генетически модифицировать себя», – говорит он. «Уже слишком поздно: я сделал выбор за вас. Споры закончены. Давайте продолжим. Давайте использовать генную инженерию, чтобы помочь людям. Или дать им фиолетовую кожу».
