Методическая разработка внеаудиторного мероприятия "Медицинская генетика. Взгляд в будущее"

Пояснительная записка

Студенческий лекторий, как форма внеаудиторного мероприятия, дает возможность преподавателям осуществлять индивидуальную работу с обучающимися, работу с малыми группами и группой в целом, а также осуществить взаимосвязь студентов разных специальностей.

Студенческий лекторий ставит своей основной целью повысить интерес у студентов к дисциплине "Генетика человека" с основами медицинской генетики, закрепить понимание значимости её для освоения профессиональных дисциплин. Тема лектория «Медицинская генетика. Взгляд в будущее» позволяет расширить представление о применении молекулярно-генетического подхода в медицинской практике, который предусматривает создание и внедрение системы, снижающей или полностью устраняющей воздействие на генотип организма человека факторов окружающей среды.

Цели:

• Развивать информационную компетентность: способность при помощи информационных технологий самостоятельно искать, анализировать, отбирать, обрабатывать и передавать необходимую информацию.
• Развивать коммуникативную компетенцию: владение навыками взаимодействия с окружающими людьми, умение работы в группе, овладение различными социальными ролями.

Задачи:

• Изучить статью «В одном экземпляре: возможности персонифицированной медицины», опубликованную в журнале National geographic (№184, 2019 год).
• Составить тезисы по изученной статье, расширить их сведениями, полученными из различных научных и научно-популярных источников.
• Подготовить и представить доклад по материалам статьи.

Подготовка лектория осуществлялась студентами группы 9311, 9312, 9313, 9371 Лечебного дела. Подготовка обучающихся осуществлялась в несколько этапов:

• ознакомление со статьёй
• выбор наиболее интересных с их точки зрения фрагментов
• написание тезисов
• расширение тезисов дополнительными материалами из различных источников
• подготовка доклада
• представление доклада в группах 2-го курса специальности Сестринское дело
• представление доклада на заседаниях кружка «Медицинская генетика».

Такая форма подготовки расширяет возможности студентов в освоении общих и профессиональных компетенций:

• закрепляют умения в использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач
• осуществляют профессиональное и личностное развитие
• закрепляют умение проводить медико-генетическое консультирование населения
• формируют понимание сущности и социальной значимости своей будущей профессии
• закрепляют устойчивый интерес к медицинской науке.

Кроме того, осуществляется связь между студентами разных специальностей и возрастов.

Формат проведения студенческого лектория - лекционный марафон - короткие последовательные выступления докладчиков и блиц-ответы на вопросы слушателей.

Формой обратной связи слушателей (студентов специальности Сестринское дело) с лекторами (студенты специальности Лечебное дело) может быть составление слушателями перечня вопросов и последующие ответы лекторов. Причем на данном этапе возможно использование дистанционной формы общения.

Лекторий предполагает возможность проведения его, при необходимости, в формате видеоконференций на различных платформах (Skype, Zoom, др.) с сохранением в видео формате и последующим монтажом видео версии, что расширяет возможности трансляции на разных площадках и для разных аудиторий.

Сценарий

Вступительное слово преподавателя

Преподаватель объявляет открытие журнала, указывает цели и задачи его проведения, обращает внимание на то, что в подготовке журнала принимали участие обучающиеся из разных групп.

1. Выступления обучающихся (сопровождаются демонстрацией презентации)
2. Персонифицированный метод в медицине
3. Четыре «кита» медицины будущего
4. Персонифицированная (точная) медицина в области лечения онкологических больных
5. Мутации и изменение генотипа человека
6. Методы индивидуального лечения
7. Генная терапия: основные подходы
8. Генная терапия: главное - сам пациент
9. Редактирование генома эмбрионов
10. Допинг выходит на новый уровень
11. Заключительное слово ведущего.

Вступительное слово ведущего

Тканевая инженерия, клеточное программирование, редактирование генов и многое другое - это современный инструментарий точной медицины, который создают ученые по всему миру на современном этапе. О его широком практическом применении в плане определения риска развития заболеваний за годы до начала их развития врачи не мечтали буквально десять лет назад. Всего 30 лет назад ученые считали невозможным расшифровку генетического кода и секвенирование 3,2 миллиарда пар оснований в ДНК человека.

В 2003 году все изменилось. На проект «Геном человека», в котором участвовали ученые из шести стран, ушло 13 лет. В результате был секвенирован один геном. Эта технология в сочетании с молекулярным анализом нового уровня позволила выявить поразительное биохимическое разнообразие: организм каждого человека уникален. Многие эксперты утверждают, что через десять лет ДНК-профиль будет включаться в медицинскую карту каждого пациента. Некоторые медицинские учреждения даже начали предлагать секвенирование генома в рамках плановой профилактики - наряду с маммографией и колоноскопией. Мы получим исчерпывающие данные о заболеваниях, которые грозят конкретному человеку в течение всей его жизни.

Медицина будущего - это медицина, основанная на анализе генетических данных индивидуумов. Точная, или персонифицированная, медицина позволит непрерывно и мгновенно отслеживать состояние здоровья, сможет не только предсказывать риск возникновения заболеваний, но и позволит осуществить направленный подход при выборе методов диагностики, лечения и профилактики каждого пациента.

1. Персонифицированный метод в медицине

Индивидуальный подход к лечению человека издавна привлекал внимание врачей. Принцип лечения не болезни, как таковой, а непосредственно больного был провозглашен еще в древности знаменитым «отцом медицины» Гиппократом. Многим позже блестящие основоположники российской терапии и физиологии внесли свой вклад в развитие персонального подхода к лечению человека. М. Мудров, один из основатель русской терапевтической школы, например, рассматривая болезнь как страдание всего организма, подчеркивал, что основная задача врача - распознавание, определение причин заболевания и проведение комплексного лечения.

К настоящему времени в медицине сложился принцип лечения непосредственно самой «болезни» как комплекса симптомов и синдромов у некоего среднестатистического человека без учета индивидуальных особенностей его физиологии, наследственных факторов, психосоциального статуса. Подобная схематизация лечебного процесса в ряде случаев приводит к безуспешной борьбе с «заболеванием», при которой индивидуальные особенности пациента не учитываются в полной мере, а иногда просто противодействуют эффективности терапии, изменяя прогноз и течение болезни. Толчком для развития персонализированной медицины стали успехи, достигнутые за последние десятилетия в молекулярной биологии. Отправной точкой явился знаменитый международный проект «Геном человека», стартовавший в 1990 г. Результаты этого проекта выразились, в том числе, и в бурном развитии технологий массового секвенирования (распознавания) ДНК, позволили медицинской генетике вплотную приблизиться к клинической практике. Так, геном пациента помогает определить оптимальный подход к оказанию индивидуальной медицинской помощи, будь она профилактической, диагностической или терапевтической.

Персонализированная медицина - это прежде всего интегральная медицина, которая включает в себя разработку персонализированных средств лечения, тестирование на предрасположенность к болезням, профилактику, а также объединение диагностики с лечением и мониторингом лечения.

Составление многофакторной базы данных на каждого пациента предполагает учет всех его биологических и психосоциальных особенностей. При этом общая картина складывается из множества пазлов: результатов анализа работы различных систем организма (в том числе и на молекулярном уровне), наличия наследственных патологий и даже описания особенностей отношений в семье.

Новое направление неразрывно связано с молекулярной медициной и биологией, которые во многом обеспечивают развитие соответствующих инновационных технологий: клеточные и биомолекулярные методы и средства диагностики, профилактики, лечения и реабилитации.

Все ли заболевания можно предотвратить с помощью персонализированной медицины? Главным образом это - мультифакторные заболевания, при которых у человека есть предрасположенность к определенному заболеванию, но проявится болезнь или нет, зависит от факторов внешней среды - питания, спортивных нагрузок и т.п., то есть образа жизни.

2. Четыре «кита» медицины будущего

Каждый из нас обладает целым набором молекулярно-генетических особенностей, существенно влияющих на здоровье. Персонифицированный подход меняет саму суть медицины, как правило, предлагающей лечение, способное помочь самому широкому кругу людей. Но при такой «всеохватности» остается вероятность, что оно не поможет в вашем конкретном случае, а то и навредит. В большинстве стран за последние несколько поколений условия жизни населения сильно изменились и продолжают меняться в нарастающем темпе. Благодаря успехам гигиены и медицины значительно улучшилось здоровье человека и возросла продолжительность его жизни. Эти обстоятельства должны сказаться на репродуктивности и смертности и, следовательно, на генетической структуре будущих поколений.

Медицина будущего символически базируется на четырех «китах» - принципах 4П:

1. Предсказуемость (predictive) - то есть врач, используя генетические методы исследований, может говорить о вероятности возникновения того или иного заболевания. Уже сегодня науке известно немало генов и их комбинаций, которые отвечают за развитие определенных болезней. Причем диагностировать заболевание можно не только у взрослого или ребенка, но даже у еще не сформировавшегося эмбриона.
2. Превентивность (precautionary) - предотвращение развития заболевания. И речь здесь не о привычной профилактике вроде прогулок на свежем воздухе и умеренности в еде: сегодня в ход идут генетически детерминированные методы предупреждения заболеваний. Они, как правило, направлены преимущественно на использование оптимальных для пациента лечебных и профилактических средств с учетом его генетических, физиологических и биохимических особенностей. Но профилактика может быть и хирургической. К примеру, в США и Евросоюзе широко распространена профилактическая мастэктомия при обнаружении опасных мутаций в генах BRCA1 и BRCA2. Аббревиатурой BRCA обозначают два гена - BRCA1 и BRCA2. С английского языка их название переводится как «ген рака молочной железы» (BReast CAncer gene). У носителей этих генов исключительно высок риск развития рака молочной железы. Если у женщины есть эти мутации, ей показаны регулярные обследования либо профилактическое удаление молочных желез и яичников. Именно последний вариант выбрала, например, известная актриса Анджелина Джоли.
3. Персонализация (personification) - суть его в том, что врачи стараются обнаружить у пациентов персональные биомаркеры, отвечающие за развитие заболевания, и давать больному лекарства, которые нацелены именно на его личную «поломку».
4. Партисипативность (participatory) - вовлеченность, - важный принцип медицины будущего, согласно которому необходимо сделать так, чтобы сам человек принимал активное участие в профилактике заболеваний, чтобы он не боялся их. Только так можно достичь успеха, считают сторонники этого подхода. Без осознанного желания человека быть здоровым все попытки медиков предотвратить болезни будут тщетны.

Кроме того, развитие генетики человека привело к более широкому практическому применению знаний, особенно в области генетического консультирования и скрининга наследственных заболеваний. Это особенно важно потому, что объектом наблюдения врача должен быть не только больной, но и его семья. Несомненно, что анализ влияния взаимодействия разных генов на их фенотипические проявления станет одной из главных задач генетики человека в ближайшем будущем.

Один из главных плюсов в этом новом направлении медицины - это разработка лекарства для конкретного человека. Интерпретируя результаты генетического тестирования, врачи могут подобрать алгоритм выбора режима дозирования или отмены применения лекарственного средства. При этом для каждого лекарственного средства алгоритм свой. К примеру, недавно команде якутских генетиков удалось разработать программу для автоматизированной интерпретации результатов фармакогенетического тестирования и на ее основе определить чувствительность человека к некоторым лекарствам. Когда подобные практики станут обычным делом, врачам больше не придется действовать методом проб и ошибок и, например, выяснять, что назначенное лекарство на данного конкретного пациента не действует.

На фоне современных успехов генетики человека по-новому ставится задача её освоения врачом. Как наша современная медицинская практика опирается на уточнённые знания в области анатомии человека, физиологии и биохимии, так в будущем изучение генетических болезней потребует детального понимания молекулярной патологии, физиологии и биохимии генома человека.

Профессии, которые будут актуальны в будущем:

• Биоинформатик
• Генный диагностик
• Фармакогенетик
• Медицинский генетик
• Генетик-консультант по профилактике

3. Персонифицированная (точная) медицина в области лечения онкологических больных

Злокачественное новообразование (рак) - заболевание, характерной особенностью которого является бесконтрольное деление клеток различных тканей организма, способных распространяться (метастазировать) по всему организму. Это очень тяжелое заболевание, которое трудно поддается лечению (особенно на поздних стадиях) и которое после стадии полной ремиссии может вернуться вновь в любой момент.

Существует программа исследований «точная» или «персонифицированная» медицина, которая является новаторским подходом, основанным на последних достижениях в области анализа генетических данных (как раз в области лечения рака). Точная медицина направлена на диагностику и лечение, исходя из изначальных биохимических особенностей каждого конкретного пациента.

В центре рака при Калифорнийском университете (Сан-Диего) начали разрабатывать программу I-PREDICT («я предсказываю»). Здесь вместо того, чтобы определить место развития раковых метастазов и попытаться от них избавиться хирургическим путем, анализируют ДНК раковых клеток пациента, а затем с помощью специальных программ компьютер обрабатывает данные по тысячам разновидностей генов (аллелей), сотням лекарств и миллионам схем лечения, чтобы подобрать наилучшую методику борьбы с раком, поразившим конкретного пациента. Это могут быть и новые методы иммунотерапии, и классическая химиотерапия, и лечение гормонами или препаратами, ранее вовсе не использовавшиеся для борьбы с раком.

«Определяющим фактором при выборе путей лечения являются особенности опухоли каждого пациента, а не то обстоятельство, какая часть тела поражена, и не данные о темпе рака, которым страдают сотни других людей. Главное - сам пациент» - говорит онколог Резел Курзрок.

Новый метод иммунотерапии основан на подавлении контрольных точек иммунной системы. Лекарства, созданные для такого лечения, предотвращают связывание синтезируемых опухолью белков с иммунными клетками с последующей их блокировкой. В итоге иммунная система восстанавливается и сама начинает бороться с раком. И чем больше мутаций в опухоли, тем больше мишеней для атаки у восстанавливающихся иммунных клеток.

В пример приведу пациентку, болеющую раком молочной железы. Она боролась с данным недугом (ей пришлось пережить тяжелейший курс химиотерапии и две операции по удалению самой молочной железы) и вот через 12 лет недуг снова вернулся. Но после подобранного индивидуального лечения уровень онкомаркеров в крови женщины снизился более чем на три четверти. А через 4 месяца после курса терапии анализы не выявили ни следа рака.

Конечно, все индивидуально, бывали и неудачные исходы лечения, но программа пока в процессе разработки и уже в недалеком будущем, благодаря ученым, врачам и точной медицине, мы не только сможем лечить онкологию, но и другие тяжело излечимые заболевания.

4. Мутации и изменение генотипа человека

Структура молекулы ДНК была открыта в 1953 году молекулярными биологами Фрэнсисом Криком и Джеймсом Уотсоном. С того момента прошло много времени, медицина и генная инженерия стали совершенствоваться. Однако, проблемы, связанные со структурой ДНК, а именно мутации и изменение генотипа человека, никуда не делись.

Из-за мутаций могут возникнуть различные изменения в организме: начиная от безобидной смены цвета глаз или волос до смертельно опасных врожденных пороков и опухолей. Именно разработкой лечения последствий изменения генетического кода, проявляющихся неблагоприятными и весьма угрожающими последствиями для человека, занимаются сейчас исследователи.

Основным методом лечения опухолей является оперативное лечение. Это метод, который позволяет ликвидировать основную опухоль. Однако эффективен он на ранних стадиях заболевания и отсутствия метастазов. Для выздоровления только операции недостаточно - необходима комплексная системная терапия. Решение этой проблемы на данный момент проходят первую фазу клинических испытаний. Ученые доказали, что противоопухолевое вещество кураксин в определенной дозе способно уничтожать раковые клетки, не действуя при этом на здоровые. На сегодняшний день существуют специализированные вирусы, которые поражают исключительно дефектные раковые клетки. Сейчас существует множество экспериментальных методов лечения онкологий, например, сбор клеток пациента и заражение их определенными вирусами с последующей пересадкой пациенту. Этот метод позволяет уничтожать опухоль практически без кардинального оперативного вмешательства. Однако одни именно экспериментальные и их нельзя назвать основным методом лечения, поскольку риск выздоровления равен риску смертности.

Персонализированное лечение имеет огромные преимущества перед традиционной медициной, однако оно только начинает развиваться и имеет непочатый край непознанных аспектов лечения. Тем не менее, удивителен уже сам факт того, что такой метод лечения существует и успешно работает. Ученые надеются, что смогут совместить подход персонализированной медицины и генную инженерию и лечить болезни любой сложности и этиологии, и этот тип лечения станет своеобразной медицинской панацей.

5. Методы индивидуального лечения

Целью лечения онкологии всегда было индивидуализировать терапию пациентов, страдающих раком, для того, чтобы оптимизировать показатель долгосрочного выживания, и при этом свести к минимуму побочные эффекты лечения. Сейчас оценку производят, исходя из имеющихся данных по ответной реакции на стандартное лечение конкретного типа рака, а также токсичности, отмечаемой у пациентов.

Доктор Карен Рабин рассказывает на примере случаев острой лимфобластической лейкемии (ALL) и остеосаркомы в педиатрической о степени важности персонифицированного лечения для клинического исхода, как она и ее коллеги добиваются улучшения точности оценки риска онкологических больных, включая новые молекулярные маркеры, выявленные благодаря высокому развитию технологий геномики.

Они на примере остеосаркомы показали, как эти биомаркеры были получены и утверждены. Одним из таких случаев является использование мультигенной сигнатуры для прогнозирования ответной реакции на химиотерапию в момент постановки диагноза до начала лечения. «Мутационные сигнатуры - это своего рода "отпечатки пальцев", которые канцерогены оставляют на нашей ДНК, и точно так же, как отпечатки пальцев, каждый из них уникален», - объясняет Серена Ник-Зайнал (Serena Nik-Zainal), сотрудник Кембриджского Университета.

Были опубликованы данные анализа 34 проб остеосаркомы, полученных от педиатрических пациентов, при помощи построения профиля экспрессии при попытке выявить молекулярную сигнатуру, способную предсказать устойчивость к химиотерапии до начала лечения. Идентифицированы 45 генов, которые позволяют выявить пациентов с потенциально хорошей или плохой реакцией на химиотерапию по материалу 20 проб. Был построен дополнительный классификатор векторной машины с использованием этих прогностических генов, и данный классификатор был протестирован на предмет его способности классифицировать исходные данные биопсии проб, полученные перед химиотерапией. В процессе тренировочной оценки были правильно классифицированы пять из шести исходных проб биопсии, имеющих соответствующие дефинитивные хирургические пробы. Когда данный классификатор использовали для оценки прогноза восьми независимых исходных проб биопсии, точность составляла 100%.

Есть основания предполагать, что в ближайшем будущем прогностическое персонифицированное лечение, основанное на молекулярной классификации и целевой терапии, станет реальностью для людей, больных раком.

6. Генная терапия: основные подходы

Генная терапия - совокупность генноинженерных (биотехнологических) и медицинских методов, направленных на внесение изменений в генетический аппарат соматических клеток человека в целях лечения заболеваний. Это новая и бурно развивающаяся область, ориентированная на исправление дефектов, вызванных мутациями (изменениями) в структуре ДНК, поражением ДНК человека вирусами или придания клеткам новых функций.

В генотерапии используют два основных подхода, различающихся природой клеток - мишеней, и соответственно выделяют два вида генной терапии.

1) Фетальная генотерапия. При этом виде терапии генетическую конструкцию вводят в зиготу или эмбрион на ранней стадии развития (введение генов in utero). Ожидается, что введенный материал попадет во все клетки реципиента (и даже в половые клетки, обеспечив тем самым передачу следующему поколению).

Доставку генетических конструкций в клетки плода можно осуществлять через эмбриональное кровообращение путем введения в пупочную вену.

Большинство методов фетальной генотерапии разработаны на трансгенных мышах. Чужеродную ДНК вводили в оплодотворенные яйцеклетки, полученные от мышей с искусственно стимулированной овуляцией. Затем яйцеклетки имплантировали в матку приемной матери. С помощью этого метода удалось заметно улучшить состояние мышей с наследственным дефицитом соматотропного гормона миелина. В подобных экспериментах была получена важная информация о регуляции экспрессии генов и патогенезе наследственных болезней. Однако пока трансгенные животные получаются только из 15-20% яйцеклеток с инъецированной ДНК, причем лишь у 20-30% животных введенный ген экспрессируется. Более того, из-за случайного встраивания чужеродной ДНК в клеточный геном, есть опасность повреждения генов хозяина (инсерционный мутагенез), приводящего к дефициту белка или нарушению регуляции, что может стать причиной злокачественного новообразования.

Таким образом, фетальная генотерапия пока недостаточно разработана для лечения наследственных болезней человека. В то же время методы, разработанные в экспериментах с эмбриональными клетками, могут быть использованы для пренатальной диагностики наследственных заболеваний на ранней стадии внутриутробного развития.

2) Соматическая генотерапия. При данном подходе генетический материал вводят только в соматические клетки, и он не передается половым клеткам. При соматической генной терапии генетические конструкции могут быть введены системно − in vivo (внутривенно, внутримышечно) и локально − in situ (сосуды, органы, опухоли), что наиболее предпочтительно и составляет основу терапевтических протоколов.

Создание специфических препаратов для генотерапии может оказаться делом уже не столь отдаленного будущего, но говорить о радужных перспективах этого нового направления в медицине пока не представляется возможным, так как для доказательства эффективности хотя бы одного препарата нужно провести более широкие клинические исследования. Кроме того, не разработаны критерии оценки безопасности применения таких лекарственных средств и не решены вопросы их регистрации соответствующими надзорными органами.

7. Генная терапия: главное - сам пациент

Мы живем на заре новой эры здравоохранения. Точная, или персонифицированная, медицина позволит непрерывно и мгновенно отслеживать состояние здоровья, сможет не только предсказывать риск возникновения раковых заболеваний и других недугов, но и разрабатывать индивидуальное лечение для каждого из нас.

Через 12 лет победы над раком молочной железы, Терезу Маккеун столкнулась с болезнью вновь, причем в еще более агрессивной форме, которая не поддавалась химиотерапии. И с каждым днем эта болезнь уничтожала Терезу изнутри. В полном отчаянии она решилась на экспериментальные способы лечения. Этот новаторский подход, основанный на последних достижениях в области анализа генетических данных, имеет все шансы не только полностью изменить подход к лечению рака, но и перевернуть всю медицинскую практику. Вместо разделения пациентов по категориям заболеваний, точная медицина направлена на предотвращение, диагностику и лечение, исходя из уникальных биохимических особенностей каждого конкретного пациента.

Тереза решила обследоваться в рамках персонализированной программы I-PREDICT (по-английски «я предсказываю»), «Все очень просто, - утверждает онколог Резел Курзрок, глава Мурзовского центра - Определяющим фактором при выборе путей лечения являются особенности опухоли каждого пациента, а не то обстоятельство, какая часть тела поражена, и не данные о типе рака, которым страдают сотни других людей. Главное - сам пациент, который сидит передо мной, со всеми его индивидуальными особенностями».

В опухолях Терезы присутствовали разные мутации. Лекарства, созданные для такого лечения, предотвращают связывание синтезируемых опухолью белков с иммунными клетками с последующей их блокировкой. В итоге восстанавливается иммунная система организма, которая сама начинает бороться с раком. И чем больше мутаций в опухоли, тем больше мишеней для атаки у восстанавливающихся иммунных клеток.

Таким образом, согласившись на данный экспериментальный метод лечения, Тереза смогла полностью победить рак. За экспериментальными методами стоит будущее медицины. Если их развивать, то скоро все болезни будут излечимы. Вот она медицинская генетика будущего.

8. Редактирование генома эмбрионов

Развитие генных технологий активно развиваются. И теперь ученые достигли такого прогресса, что начинают разрабатываться технологии редактирования генома на стадии зародыша. Так что такое редактирование генома и чего же уже сделали ученые? Для чего разрабатывается данные методики, и как они помогут человечеству?

Редактирование генома человека - это новая технология, которая возникла вскоре после того, как были открыты защитные системы под названием CRISPR-Cas (своего рода «белковые ножницы»), с помощью которых бактерии борются с вирусами. Эти системы состоят из РНК и белковой части, при этом малая РНК направляет белок к строго соответствующему ей месту ДНК, а белок расщепляет обе цепочки ДНК в месте узнавания. В 2017 году были опубликованы результаты работы китайских ученых по редактированию генома человеческих эмбрионов в лабораторных условиях. Они работали над передачей гипертрофической кардиомиопатией. В исследовании ученые использовали сперму мужчины с данным заболеванием, и в ней, соответственно, половина сперматозоидов была нормальная, а половина - с мутацией. В результате 50 процентов эмбрионов имели мутантный ген, а другие 50 процентов - нет. Таким же был бы процент здоровых детей и детей с гипертрофической кардиомиопатией, рожденных от этого мужчины. После редактирования зигот здоровых эмбрионов стало 72%.

В более ранних работах китайские ученые использовали CRISPR-Cas9, чтобы справиться с генетическими болезнями крови. Эти эксперименты не были удачными. Одна из причин была в том, что редактор доставлялся в яйцеклетки, когда ДНК сперматозоида была уже внутри, и уже началось копирование родительских генов. При удвоении генов, делится яйцеклетка. Если во время первого деления одна копия отцовского гена оказалась отредактирована, а другая - нет, то эмбрион, а, в конечном счете, и взрослый организм будут мозаичными.

Авторы новой работы показали, что, вводя в яйцеклетку редактор Cas9 одновременно со сперматозоидом, мозаичность существенно снижается, «исправленный» вариант гена присутствует почти во всех клетках эмбриона.

Есть надежда, что некоторые болезни, имеющие генетическую подоплеку можно вылечить - заменить испорченный текст гена на нормальный в определенных клетках. В борьбе с моногенными заболеваниями данный способ работает. Проблема в том, что для большинства полигенных заболеваний точные комбинации генов/мутаций, ответственных за заболевание, не известны.

9. Допинг выходит на новый уровень

Одна из областей использования допинга - профессиональный спорт. Здесь цена победы и дисциплина достижения результата столь высока, что любые риски жизни и здоровья человека нивелируются приказом тренера.

Самым энергоэффективным спортсменом является хорошо подготовленный, физически крепкий и здоровый человек. Но уже сейчас при самом оптимальном тренировочном режиме, питании, фармакологической поддержке спортсмены, уперлись в потолок человеческих способностей. Поэтому единственным выходом расширения потенциала организма становится генетический допинг.

В январе 2019 года DARPA - управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (англ. Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA) - отвечающее за разработку новых технологий, развернула программу MBA (Measuring Biological Aptitude, «Измерение биологической способности»).

DARPA особенно выделяет анализ связи человеческого генотипа и его фенотипа и потребность усилить экспрессию нужных генов. На первом этапе работы ученые будут искать полезный «дизайн» идеального солдата.

Для этого с помощью специальных датчиков ученые выделят наиболее характерные признаки (к примеру, пониженное сердцебиение в стрессовой ситуации) испытуемого и после анализа приступят к поиску генетических предпосылок этих признаков. Будут учитывать все нюансы работы организма в периоды физических нагрузок, стресса и отдыха. Психологи будут тестировать испытуемых на сообразительность, объем памяти, внимание и способность к обучению. Конечно, предварительно у всех тщательно отсканируют геном и соотнесут его с фенотипическими признаками.

Отдельными продуктами проекта могут стать как химические вещества, усиливающие работу отдельных групп генов, так и генетический допинг.

Некоторые примеры практического использования генотерапии (введение в геном клетки новых генетических программ):

• 1998 год - работы о сверхэкспрессии инсулиноподобного фактора роста-1 у трансгенной мыши, которая была намного сильнее обычной мыши даже в пожилом возрасте.
• Первым и единственным делом о применении в спорте генетического допинга стало применение в 2003 году препарата репоксигена фармкомпании Oxford BioMedica. Его испробовал на своих несовершеннолетних подопечных тренер Томас Спрингштейн, за что и понес уголовную ответственность. Дополнительное введение репоксигена позволяет поддерживать у спортсмена уровень гемоглобина в крови на отметке 190 единиц в течение 3 недель!
• В 2003 году ВАДА (Всемирное антидопинговое агентство), добавила генный допинг к списку запрещенных допинговых практик.
• Исследования, опубликованные в 2004 году, показали, что мыши, получавшие генную терапию, путем доставки ей гена, экспрессирующего PPAR-гамма, имели примерно вдвое большую выносливость, чем необработанные препаратом мыши. Этих мышей назвали «марафонские мыши».

Уже сейчас известно порядка 200 генов, отвечающих за физические способности человека. Например:

• эритропоэтин (ЭПО - это гликопротеин, который действует как гормон, контролирующий и стимулирущий выработку эритроцитов, что увеличивает количество кислорода, доступного для мышц, повышая выносливость спортсмена; гены ЭПО были успешно внедрены в мышей и обезьян, и было обнаружено, что они увеличивают гематокриты у этих животных на 80 процентов);
• инсулиноподобный фактор роста 1(п.2, введение IGF-1 мышам привело к росту мышечной массы, более быстрой регенерации мышц и нервов, но устойчивое производство IGF-1 могло бы вызывать болезни сердца и рак);
• гормон роста человека,
• миостатин ( - это белок, ответственный за ингибирование дифференцировки и роста мышц; удаление этого гена или иное ограничение его экспрессии приводит к увеличению размера и силы мышц в экспериментах с мышами, которых прозвали «мышами Шварценеггера»);
• эндорфин, энкефалин (восприятие боли зависит от эндорфинов и энкефалинов, реакция на стресс зависит от BDNF, а увеличение синтеза монаминов может улучшить настроение спортсменов;
• ген ACE или «ген спорта», разные формы которого отвечают за выносливость и скоростно-силовые качества;
• ген ACTN3 - важный фактор успешности физподготовки, ответственен за структуру мышечных волокон;
• ген UCP2 регулирует жировой и энергетический обмен, то есть позволяет организму эффективнее сжигать «топливо» т.д.

Риск генного допинга будет аналогичен риску генной терапии: иммунная реакция на нативный белок, приводящая к эквиваленту генетического заболевания, массивная воспалительная реакция, рак и смерть, и во всех случаях эти риски будут развиваться в короткий срок, в отличие от лечения серьезного заболевания.

Всемирное антидопинговое агентство (ВАДА) запретило любые нетерапевтические формы генетических манипуляций для улучшения спортивных результатов. Основная точка зрения заключается в том, что генный допинг опасен и неэтичен, как и любое применение терапевтического вмешательства в нетерапевтических или стимулирующих целях, и что он ставит под угрозу этические основы медицины и дух спорта.

В общем, характер и масштаб достижений спортивных генетиков позволяет сделать следующий вывод.

Заключительное слово ведущего

С точки зрения геномики все мы похожи друг на друга на 99%. Нас различают в среднем лишь несколько миллионов генетических вариаций. По последним данным, ученым удалось описать 665 миллионов аллелей - одни отличаются большими участками, другие - изменениями лишь в одном нуклеотиде - «кирпичике», из которых состоит ДНК. Как отличить безобидные странности от тех, которые несут в себе опасность? Подобно родителям, которые пытаются собрать игрушку из множества деталей и запутались в инструкциях по сборке, ученые лишь начали разбираться в этой головоломке. Чтобы понять реальное содержание кода ДНК, потребуются годы кропотливой работы. Ведь опасные мутации редки, а связанные с ними болезни развиваются долгие годы.

Тем не менее, исследователи продолжают использовать накопленные данные, раздвигая границы персонифицированной медицины.

Куда же заведут нас клеточные и геномные технологии в медицине?

В 1978 году появление на свет первого ребенка из пробирки тоже спровоцировало волну протестов: боялись, что детей начнут «делать на заказ». С тех пор с помощью экстракорпорального оплодотворения и других репродуктивных технологий родилось более 8 миллионов детей.

Страхи отступают, когда прорывные технологии становятся обыденностью. Именно такая участь ожидает редактирование генов и другие методы, которые еще несколько лет назад невозможно было и представить. Революция же, которую нам сулит персонифицированная медицина, не похожа ни на что из пережитого человечеством: она дает возможность узнать о нашем организме то, что всегда было неведомым, и заглянуть в личное медицинское будущее. Она двигает науку в новую область биологических манипуляций и улучшений.

Использованная литература

1. Генетика человека с основами медицинской генетики: учебник/ Е.К. Хандогина, И.Д. Терехова, С.С. Жилина, М.Е. Майорова, В.В. Шахтарин. - изд 2-е., перераб и доп. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2017. - 192 с.: ил.
2. Журнал National Geographic (№184, январь 2019)

Интернет-ресурсы:

• Архивы Российской академии наук http://www.arran.ru/

1. Большая медицинская энциклопедия http://бмэ.орг/
2. В одном экземпляре: возможности персонифицированной медицины https://nat-geo.ru/science/v-odnom-ekzemplyare-vozmozhnosti-personifitsirovannoy-meditsiny/
3. Панчин А. Сумма биотехнологии. Руководство по борьбе с мифами о генетической модификации растений, животных и людей. М: АСТ, 2016.
4. https://www.partner-inform.de/partner/detail/2018/1/227/8871/personalizirovannaja-medicina-osnovnye-principy-i-metody?
5. Генетический допинг. https://studme.org/76701/meditsina/geneticheskiy_doping