Все больше стран отказываются от неприкосновенности человеческих эмбрионов и проводят исследования в области генетических манипуляций. Появились первые научные работы из США и Китая, в ходе которых созданы модифицированные зародыши людей. разбирается, принесут ли эти эксперименты пользу, чем они угрожают человечеству и почему были под запретом.
2 августа 2017 года журнал Nature опубликовал статью, в которой раскрывались подробности первого в истории США эксперимента, бросившего серьезный вызов поборникам этики и морали. Ученые из Орегонского университета здоровья и науки применили технологию CRISPR, чтобы изменить ДНК эмбрионов человека. Ранее подобные манипуляции в Америке считались недопустимыми, а кое-где в мире, в том числе в России, запрещены и сейчас. При этом исследователи руководствовались благородной целью: исправить генетический дефект, являющийся причиной смерти молодых людей, чаще всего спортсменов.
Мутация MYBPC3 вызывает гипертрофическую кардиомиопатию - наследственный порок сердца, который присутствует у одного из пятисот человек. Она характеризуется нарушением расположения мышечных волокон в миокарде, что приводит к его гипертрофии. Чаще всего заболевание проявляется в молодом либо среднем возрасте. Его коварство заключается в том, что примерно треть больных ни на что не жалуется, и единственным симптомом является внезапная смерть.
Хотя гипертрофическая кардиомиопатия может вызываться разными мутациями, наиболее частая ее причина - MYBPC3. Ученые решили протестировать метод, который позволит предотвратить передачу дефектного гена от родителей детям. Если только один из родителей имеет гетерозиготную мутацию - новыми носителями дефектного гена окажутся 50 процентов детей. Исследователи попробовали изменить это, исправив MYBPC3 у эмбрионов, чтобы они стали потенциально пригодными для переноса в матку и дальнейшего развития.
CRISPR–Cas9 - это молекулярная система, которая позволяет вырезать из ДНК определенные участки, которые затем заменяются другими. Она состоит из двух основных компонентов: белковые «ножницы» Cas9 и затравка в виде особой молекулы, называемой направляющей РНК. Последняя присоединяется к нужному участку ДНК и указывает Cas9 место, где нужно произвести разрез. После этого клетка активирует механизмы, которые «ремонтируют» разрез, вставляя в то место новую цепочку ДНК. Используя эту технологию, ученые получили эмбрионы, в которых была не только удалена MYBPC3, но и вставлена на ее место нормальная нуклеотидная последовательность. При этом исследователи не нашли в модифицированных зародышах мутации, которые могли бы стать побочным эффектом от применения CRISPR-системы.
Одно из строгих условий эксперимента - уничтожение полученных эмбрионов. Им было позволено развиваться лишь несколько дней. Правительство США не разрешает проводить исследования, в которых может быть получен генетически модифицированный ребенок. Это оправдывается тем, что технология развита недостаточно, чтобы обеспечить безопасность и здоровье людей, над геномом которых проводились манипуляции. Биотехнологические методы, в том числе CRISPR-система, не работают с идеальной точностью и могут привести к возникновению нежелательных изменений.
Это одна из причин, по которым критиковали работу китайских исследователей - именно они стали пионерами в области генетической модификации человеческих эмбрионов в 2015 году. Хотя ведущий специалист Цзюньцзю Хуан (Junjiu Huang) взял для опытов, по его словам, нежизнеспособные эмбрионы, ему не удалось убедить научное сообщество в правильности своих действий. Из 86 зародышей только в четырех сохранились необходимые изменения, а CRISPR часто «била мимо цели», редактируя геном в незапланированных участках. Кроме того, журналы Nature и Scienсe отказались принимать его работу к публикации из-за этических проблем, связанных с модификациями зародышей человека.
Тогда Эдвард Ланфьер (Edward Lanphier), президент компании Sangamo Biosciences, которая специализируется на редактировании ДНК в клетках взрослых людей, заявил, что подобные исследования нужно приостановить и провести широкую дискуссию о возможности экспериментов с человеческими зародышами. Китайский эксперимент он назвал провальным. Цзюньцзю Хуан не согласился с точкой зрения западного научного сообщества и продолжил работать над совершенствованием своего метода.
Директор Национальных институтов здравоохранения США (NIH) (Francis Collins) заявил, что он и его коллеги считают неприемлемым редактирование ДНК эмбрионов даже в научных целях, и NIH не намерены выделять никаких средств на подобные исследования.
Спустя два года ученые из Орегона добились того же, что китайский исследователь, однако они не могли проверить, превратятся ли эмбрионы в здоровых детей. При нынешней ситуации клиническое применение данного метода - дело отдаленного будущего. Проблема в том, что существующее законодательство США позволяет проводить эксперименты с зародышами человека только при финансировании их неправительственными и частными организациями. Конгресс отказывается выделять бюджетные деньги на подобные исследования, что сильно тормозит развитие этой области.
Ситуация вокруг биотехнологий и модификаций генов осложняется отношением к этому направлению некоторых влиятельных лиц и правительственных организаций. К примеру, Национальное разведывательное управление США в 2016 году выпустило ежегодный бюллетень, в котором инструменты редактирования геномов были включены в раздел оружия массового поражения. Это признак растущего беспокойства по поводу быстрого развития технологий, которому дало толчок применение CRISPR-систем.
В то же время зимой этого года Национальная США выпустила доклад, в котором утверждается, что ученые должны иметь возможность редактировать гены в человеческих эмбрионах в исследовательских целях. Речь не идет о выращивании идеальных людей, как это показано в фильме «Гаттака». Прежде всего необходимо выяснить в деталях, как происходит развитие зародыша, какую роль и на каком этапе эмбриогенеза в этом процессе играют отдельные гены. Также допускается лечение тяжелых наследственных заболеваний при отсутствии других разумных альтернатив. Естественно, все это должно проводиться под строгим контролем и при одобрении общественности.
Предложенные рекомендации актуальны лишь в том случае, если запрет на создание генетически модифицированных людей все же будет снят. Это станет возможным только при достижении консенсуса о безопасности этой технологии. Сейчас же обеспокоенность общественности лишь растет. В этом велика роль непонимания того, чем на самом деле занимаются ученые. Однако сам факт проведения исследования учеными из Орегона дает надежду на то, что эта проблема будет решена.
Что касается других стран, то в феврале 2016 года правительство Великобритании разрешило исследователям проводить эксперименты по редактированию геномов эмбриона человека. Конечная цель ученых - решить проблему выкидышей. Специалисты хотят определить гены, активнее всего действующие в первые дни жизни плода, когда эмбрион формирует клетки - основу будущей плаценты.
В России ситуация гораздо сложнее. Ее красноречиво иллюстрирует тот факт, что с 1 января 2017 года в нашей стране запрещено создавать эмбрионы человека в целях производства биомедицинского клеточного продукта, а также использования биоматериала, полученного путем прерывания (или нарушения) процесса развития человеческого эмбриона, для разработки, производства и применения биомедицинских клеточных продуктов. О серьезном обсуждении возможности генетической модификации эмбрионов человека речь пока не идет.
Согласно третьему закону Менделя, сегрегация двух разных пар аллелей происходит независимо друг от друга; все возможные зиготы по двум парам аллелей формируются при свободной рекомбинации. При скрещивании гетерозиготы АаВЬ и гомозиготы aabb образуются в равных пропорциях четыре типа особей.
192 3. Формальная генетика человека
Вскоре после переоткрытия законов Менделя Бэтсон, Сандерс и Пеннет (1908) нашли исключение из этого правила у Lathyrus odoratus. Одни комбинации встречались чаще, а другие - реже, чем ожидалось. В некоторых случаях в потомстве чаще встречались родительские типы (в нашем примере АВ - отцовское растение, а ab-материнское), в других случаях-два других типа Аb и аВ.
Создавалось впечатление, что у каждого из родителей аллельные гены либо притягиваются, либо отталкиваются. Бэтсон и др. предложили для первого случая термин «притяжение», для второго - «отталкивание». Морган (1910) указал, что притяжение и отталкивание отражают расположение двух генов на одной или на гомологичных хромосомах. Он ввел термин «сцепление». Притяжение означает, что у дважды гетерозиготного родителя гены А и В расположены на одной хромосоме , отталкивание означает, что они расположены на гомологичных хромосомах . Для обозначения положения генов
в фазах притяжения и отталкивания чаще употребляются термины цис и транс соответственно. При полном сцеплении потомство может быть только двух типов. Однако в большинстве случаев обнаруживаются все четыре типа, хотя два из них – в меньшем количестве. Морган объяснил это явление обменом хромосомными участками между гомологичными хромосомами во время мейотического кроссинговера. Он обнаружил также, что частота кроссинговера зависит от расстояния между локусами двух генов на хромосоме. Используя в качестве аналитического инструмента рекомбинационный анализ, Морган и его коллеги успешно локализовали большое количество генов у дрозофилы. Их результаты были подтверждены, когда в начале 30-х гг. Гейтц, Бауэр и Пэйнтер открыли гигантские хромосомы у некоторых двукрылых и сопоставили данные о локализации конкретных генов, полученные косвенными методами, со структурными перестройками определенных хромосом. С тех пор анализ сцепления проведен для огромного количества видов.
Сцепление и ассоциация. Иногда предполагают, что сцепленные гены в популяции должны ассоциировать, т. е. хромосомные комбинации АВ и ab (притяжение) должны обнаруживаться чаще, чем комбинации Аb и аВ (отталкивание). Однако для популяции со случайным скрещиванием это не так. Даже при тесном сцеплении повторяющийся во многих поколениях кроссинговер будет приводить к равномерному распределению в популяции всех четырех комбинаций АВ, ab, Ab, аВ. Как правило, ассоциация генетических признаков не указывает на сцепление, а вызвана другими причинами.
Однако это правило имеет исключения. Некоторые комбинации тесно сцепленных генов на самом деле встречаются чаще, чем ожидается при равномерном распределении. Такое «неравновесие по сцеплению» впервые было постулировано у человека для групп крови Rh (разд. 3.5.4) и доказано для главного комплекса гистосовместимости (МНС), особенно для системы HLA (разд. 3.5.5), а также для ДНК-полиморфизмов. Неравновесие по сцеплению имеет две причины.
1. Исследуемая популяция образовалась из двух популяций, различающихся частотами аллелей А, а и В, b, а время, прошедшее с момента смешения, недостаточно для полной рандомизации.
2. Высокая частота определенных ал-
3. Формальная генетика человека 193
дельных комбинаций сцепленных генов поддерживается естественным отбором.
Детальнее эти вопросы будут обсуждаться в связи с системой МНС (разд. 3.5.5) и при обсуждении ассоциации между HLA и разными заболеваниями (разд. 3.7.3).
3.4.2. Анализ сцепления у человека: классический метод родословных
Прямое обследование родословных. У человека анализ сцепления классическими методами, разработанными на дрозофиле, невозможен, поскольку невозможны прямые скрещивания. В ряде случаев некоторую информацию дает анализ родословной. Например, сцепление можно исключить, если один из генов локализован в Х-хромосоме, а другой - в аутосоме, и напротив, сцепление можно с высокой вероятностью утверждать, если оба гена расположены в Х-хромосоме. Выявление сцепления в этом случае может быть затруднено, если гены далеко отстоят друг от друга и разделяются кроссинговером. Это справедливо и для аутосомных генов. Гены, находящиеся в одной хромосоме, называют синтенными. При этом неважно, можно ли формально продемонстрировать сцепление при семейном анализе или нет. Чтобы выявить кроссинговер, нужно исследовать либо большую родословную, либо несколько небольших родословных. На рис. 3.23, А приведена родословная, в которой одновременно наследуются цветовая слепота (на красный и зеленый цвет30380, 30390) и гемофилия. Сибсы мужского пола в группах риска либо имеют оба признака, либо здоровы. Гены находятся в фазе притяжения (или цис -положении). В родословной на рис. 3.23, Б наблюдается противоположная картина: здесь гены находятся в фазе отталкивания (или транс положении). В родословной на рис. 3.23, В кроссинговер должен произойти дважды в материнском ооците. Либо мать несет два мутантных аллеля в цис -положении, и второй и третий сыновья окажутся кроссоверами; либо у нее два мутантных аллеля в транс -положении, и тогда кроссоверами будут первый и четвертый сыновья. К сожалению, информация о цветовом зрении деда со стороны матери отсутствует, а именно она и могла бы разрешить этот спорный вопрос. В настоящее время имеется весьма подробная карта Х-хромосомы человека (разд. 3.4.3, рис. 3.28).
Сцепление аутосомных генов в некоторых случаях может быть установлено простым обзором обширной родословной. На рис. 3.24, А изображена большая родословная, в которой хорея Гентингтона сегрегирует вместе с ДНК-маркером G8, выявляющим Hin dIII-полиморфизм в соот-
194 3. Формальная генетика человека
Рис. 3.24, А. Большая родословная из Венесуэлы с болезнью Гентингтона. А, В, С обозначают три разных «аллеля» полиморфного ДНК-маркера. Ген болезни Гентингтона передается вместе с аллелем С. Один индивид (указан стрелкой) до сих пор не заболел. Весьма вероятно, что эта женщина заболеет позже. (По Gusella et al. .) Б. Аутосомное сцепление между локусом Rh и доминантным эллиптоцитозом (■). Имеются два кроссовера (указаны стрелками): II. 11 и III.9. Во всех других случаях ген эллиптоцитоза находится в фазе притяжения (цис -положение) с гаплотипом CDe. n - не обследован. (Lawler, Sandier, Ann. Eugen. 1954.)3. Формальная генетика человека 195
ветствующем фрагменте генома человека . В этой родословной наследуется четыре аллельных варианта маркера G8: А, В, С и D. Ген болезни Гентингтона неизменно проявляется у носителей аллеля С. Только одна женщина (VI. 5, указана стрелкой) еще не заболела. Вероятно, это случится позже. Данная родословная указывает на тесное сцепление гена хореи Гентингтона и ДНКмаркера G8: было выявлено несколько кроссоверов, доля которых (т.е. фракция рекомбинантов) оказалась не выше 4%. На рис. 3.24, Б показана родословная с сегрегацией эллиптоцитоза (овальная форма эритроцитов) и комплекса генов системы резус (Rh). Почти все члены семьи с эллиптоцитозом имели комплекс CDe; выявлено лишь два исключения (II.9; 11.11). Многие непораженные сибсы имели другие комбинации. При анализе этой родословной можно сделать вывод о наличии сцепления между локусом Rh и эллиптоцитозом. Такой вывод подтверждается другими родословными. Эти примеры показывают, что тип фазы аллелей двух анализируемых локусов (цис- или транс -положение) обычно можно установить с большой точностью, а рекомбинанты относительно легко идентифицируются, если для анализа доступны (по крайней мере) три поколения и много сибсов.
Статистический анализ. В большинстве случаев анализ сцепления намного труднее. Обширные родословные, подобные приведенным на рис. 3.24, - не правило, а исключение. Большинство семей состоит только из родителей и детей. В этом случае проблема заключается в том, что фаза сцепления обычно неизвестна: двойная гетерозигота может быть АВ/ab (цис) или АЬ/аВ (транс). Когда аллели распределены в популяции равномерно, оба типа ожидаются примерно с одинаковыми частотами. Индивиды АВ/ab будут формировать гаметы в отношении
С другой стороны, у гетерозиготы Аb/аВ гаметы формируются в отношении
Если два указанных типа имеют примерно равные частоты, то средняя частота всех четырех типов гамет в популяции будет
и все четыре типа гамет оказываются с одинаковыми частотами независимо от вероятности рекомбинации 9. Сцепление не приводит к какой-либо ассоциации аллелей А, В или a, b в популяции. Должен быть найден какой-нибудь другой критерий сцепления, который не зависит от фазы двойных гетерозигот.
Такой критерий должен быть основан на распределении детей в сибствах. В браках АВ/ab (цис -положение) большинство детей должны иметь аллельные комбинации своих родителей; в браках лиц Аb/аВ (транс-положение) большинство детей будут иметь новые аллельные комбинации. Как измерить эти отклонения от равномерного распределения внутри сибств и использовать их для установления сцепления и определения вероятности рекомбинации? Первым предложил такой метод Бернштейн (1931) . В настоящее время для установления сцепления обычно используют метод «лод-баллов», разработанный Холдейном и Смитом (1947) , а также Мортоном (1955 и далее) . Его принцип заключается в следующем.
Вычисляется вероятность Р 2 того, что имеющиеся семейные данные соответствуют случаю двух несцепленных, свободно рекомбинирующих генов. Аналогично определяется вероятность P 1 того, что те же семейные данные соответствуют случаю двух сцепленных генов с частотой рекомбинации 9. Отношение этих двух вероятностей есть отношение правдоподобий, которое выражает шансы за и против сцепления. Это отношение P 1 (F/Q)/P 2 (F/(1 / 2))должно быть вычислено для каждой семьи F.
Пусть, например, один из супругов (муж) имеет генотип двойной гетерозиготы
196 3. Формальная генетика человека
по паре аллелей А,а и В,b, а второй (жена)-генотип двойной гомозиготы по двум рецессивным аллелям этих генов аа, bb. Кроме того, пусть двое сыновей в этой семье являются, подобно отцу, двойными гетерозиготами, т.е. они унаследовали от отца аллели А и В. Если гены сегрегируют независимо, то вероятность такого события равна 1 / 2 1 / 2 = ¼. Если гены тесно сцеплены, то в отсутствии кроссинговера вероятность такой родословной может быть вычислена следующим образом. Гены находятся либо в фазе притяжения АВ/ab, и тогда вероятность совместной передачи двум сыновьям составляет 1 / 2 (передача комбинации ab также имеет вероятность 1 / 2)> либо в фазе отталкивания Аb/аВ, и тогда передача обоих доминантных аллелей одному сыну предполагает наличие кроссинговера, т. е. при тесном сцеплении и отсутствии кроссинговера вероятность совместной передачи в условиях фазы отталкивания равна 0. Следовательно, суммарная вероятность передачи комбинации аВ обоим сыновьям равна 1 / 2 и отношение правдоподобий составляет P 1 /P 2 = (1 / 2)(1 / 4) = 2 в пользу тесного сцепления. Таким же способом можно вычислить аналогичные отношения правдоподобий для любой степени сцепления.
Для удобства используется логарифм отношения правдоподобий "log odds" (логарифм шансов):
В этой фомуле P(F|Q) означает вероятность семьи F, когда частота рекомбинации равна 0. Преимущество в использовании логарифмов вместо самих вероятностей состоит в том, что z i любой вновь обследованной семьи просто суммируется с предшествующим результатом, давая для всех обследованных семей.
В уравнении (3.3) подразумевается, что частота рекомбинантов одинакова для обоих полов. Поскольку существуют половые различия в уровнях рекомбинации , то для реальных данных величина z должна быть вычислена отдельно для каждого из полов:
где θ-частота рекомбинации у женщин, а θ"-у мужчин.
Из определения отношения правдоподобий следует, что с увеличением числителя повышаются шансы в пользу наличия сцепления. В терминах логарифмов это означает, что, чем больше величина z, тем лучше обосновано наличие сцепления. Обычно лод-балл z ≥ 3 рассматривается как доказательство сцепления. При вычислении шансов необходимы небольшие поправки на доминирование и регистрацию родословных с редкими признаками, но здесь мы не будем касаться этого вопроса .
Лод-балл z(θ, θ ") для всей выборки семей равен сумме лод-баллов отдельных семей. Для упрощения вычислений в первом приближении можно положить θ = θ". Когда наличие сцепления уже установлено, можно тестировать половые различия.
Лод-баллы. Существует большое число таблиц лод-баллов, публиковавшихся вместе с правилами их применения. В работе с достаточно обширными родословными рекомендуется использовать алгоритм, предложенный Оттом . В идеальном для исследователя браке один из супругов должен быть двойной гетерозиготой, т.е. гетерозиготой по двум разным генам, а второй – гомозиготой по этим же генам. С другой стороны, есть семьи, которые не дают никакой информации для вывода о сцеплении:
а) в которых ни один из родителей не является двойной гетерозиготой;
б) в которых не выявляется никакой сегрегации;
в) в которых фазы двух генов у супругов неизвестны и, кроме того, имеется лишь один ребенок.
Большинство исследований по сцеплению основаны на анализе либо двух часто встречающихся в популяции генетических маркеров, либо какого-то частого маркера и редкого наследственного заболевания. Благоприятные возможности установить
3. Формальная генетика человека 197
сцепление между двумя редкими генами вряд ли когда-либо реализуются. Идеальная родословная для изучения сцепления включает три поколения и много брачных пар с большим числом детей . Сибства большого размера встречаются в западных странах все реже. Альтернативный подход заключается в тестировании большого числа малодетных семей. Хотя в большинстве случаев выборки такого типа содержат слишком мало данных о сцеплении, но иногда в очень больших выборках можно выявить некоторую новую информацию о сцеплении.
Программа LIPED - компьютерная программа, которая дает оценки максимального правдоподобия параметров сцепления на основе всех данных о родословных. Эта программа вычисляет наиболее вероятные генотипы членов родословной и использует эти данные для получения наиболее вероятного значения частоты рекомбинации. Поскольку скорость компьютера намного превышает скорость ручных расчетов, программа LIPED стала стандартным инструментом в изучении сцепления у человека .
Как уже упоминалось в разд. 2.1.2.4, длина генетической карты генома человека составляет примерно 25,8 морганид. Если считать, что в гаплоидном геноме содержится примерно 3,5·10 9 нуклеотидных пар, то 1 сМ соответствует ≈ 1,356·10 6 нуклеотидных пар (или 1356 т. п. н.). Однако, как будет обсуждаться ниже, распределение сайтов кроссинговера в различных хромосомах не является равномерным.
Когда установлено сцепление и получена максимально правдоподобная оценка 9, необходимо решить вопрос о возможной гетерогенности этого параметра. Например, если имеется сцепление между полиморфным маркером и локусом редкого доминантного признака, то тест на гетерогенность сцепления может оказаться полезным для выявления генетической гетерогенности синдрома (если сцепление справедливо только для некоторой части семейного материала). В приложении 9 приведены два численных примера: для сцепления средней степени и для отсутствия сцепления (или независимой рекомбинации).
Вероятности рекомбинации и генетическая карта. Когда сцепление между несколькими локусами уже установлено, следующий шаг заключается в оценке расстояния между этими локусами на генетической карте. Эти расстояния выражаются в морганидах (или сантиморганидах). Одна сантиморганида (сМ) соответствует 1% рекомбинации (θ = 0,01), если анализируются короткие участки хромосом. Для больших расстояний между локусами необходима поправка на двойной кроссинговер. Для этого были предложены разные методы вычисления так называемой картирующей функции . С помощью специального графика (рис. 3.25) для заданной частоты рекомбинации θ расстояние по карте можно определить непосредственно.
Аутосомное сцепление, половые различия и влияние возраста родителей. Сцепление аутосомных генов у человека впервые было выявлено для локуса системы эритроцитарных антигенов Лютеран и локуса секреции антигенов системы АВО. Несколько лет спустя удалось установить сцепление между локусами системы Rh и эллиптоцитозом (16690). Эти данные использовали для выявления генетической гетерогенности эллиптоцитоза, поскольку не все семьи с этим синдромом обнаруживали сцепление. Впоследствии сцепление было показано для локуса системы АВО и локуса доминантного
198 3. Формальная генетика человека
ногте-надколенного синдрома (16120). В этом случае впервые удалось выявить половые различия по частоте рекомбинации у человека: расстояние на генетической карте составляло 8 сМ у мужчин и 14 сМ у женщин. Аналогичные половые различия были установлены для пары локусов Lu/Se (мужчины: 10 сМ; женщины: 16 сМ), для пары АВО/Ak (аденилаткиназа) (мужчины: 12 сМ; женщины: 19 сМ), для пары HLA-PGM 3 (мужчины: 15 сМ; женщины: 3 сМ). Как мы уже говорили, при анализе сцепления теперь используют полиморфизм по длине рестрикционных фрагментов. В некоторых случаях, например для длинного плеча хромосомы 13, этот метод позволил подтвердить более высокую частоту кроссинговера у женщин . Однако имеются литературные данные и о том, что уровень рекомбинации может быть выше у мужчин. Такой вывод сделан, например, для дистальной трети короткого плеча хромосомы 11 .
Более высокая частота рекомбинации у самок была обнаружена также и для мыши . Эти результаты подтверждают сформулированное Холдейном еще в 1922 г. правило, согласно которому кроссинговер чаще происходит у гомогаметного пола (т. е. ХХ),чем у гетерогаметного (т.е. XY). Например, у самцов дрозофилы кроссинговера нет вовсе.
В свое время имела место продолжительная дискуссия относительно влияния возраста родителей на уровень рекомбинации. Имеющиеся данные на мышах свидетельствуют о том, что с возрастом частота рекомбинации у самок снижается, а у самцов повышается. Вейткамп (1972) для восьми тесно сцепленных локусов у человека обнаружил значимое увеличение частоты рекомбинаций с возрастанием порядкового номера беременности, что указывает на влияние возраста родителей (оно было одинаковым и у женщин, и у мужчин). Зависимость частоты рекомбинации от возраста родителей характерна для пар локусов Лютеран/секретор и Лютеран/миотоническая дистрофия (16090), а для пар локусов АВО/ногте-надколенный синдром и Rh/PGD такое влияние обнаружено не было. Вероятно, частота рекомбинаций разных локусов в мейозе зависит от возраста по-разному .
Как следует из публикаций, цитогенетические данные о частоте хиазм у 204 мужчин свидетельствуют о небольших (или нелинейных) изменениях с возрастом . Для женщин подобные цитогенетические данные отсутствуют. Расхождения между данными формально-генетического анализа сцепления и цитогенетическими данными о частоте хиазм не находят пока четкого объяснения.
Морфологические маркеры хромосом. Пары или кластеры сцепленных аутосомных генов (группы сцепления) невозможно соотнести с конкретными хромосомами на основе использования только формально-генетического анализа родословных. Впервые собственно локализация гена в определенной хромосоме у человека была осуществлена следующим образом .
В длинном плече первой хромосомы у человека часто обнаруживается вторичная перетяжка вблизи центромеры. Примерно в 0,5% случаев в популяции эта перетяжка оказывается намного тоньше и длиннее, чем в норме. Такие варианты наследуются доминантно. Если один из гомологов первой пары хромосом обнаруживает аномальный фенотип, то предполагается, что он несет аллель (фактор деспирализации). Имеются данные о тесном сцеплении между локусом группы крови Даффи и локусом Un-1: θ = 0,05. С другой стороны, ранее было установлено сцепление между локусами Даффи и врожденной очаговой катаракты (11620). Следовательно, группу сцепления из трех локусов: катаракты, Даффи и Un-1 можно соотнести с первой хромосомой или «приписать» ее к этой хромосоме.
Другая возможность локализации гена на конкретной хромосоме связана с анализом делеций. Например, если ген, для которого известна доминантная мутация, оказывается утерянным вследствие делеции, то отсутствие этого гена может детерминировать фенотип, сходный с тем, который обусловливает доминантная мутация. Когда делеция достаточно велика по размеру и захватывает участки, смежные с данным локусом, можно ожидать, что в
3. Формальная генетика человека 199
фенотипе будут представлены дополнительные симптомы. В 1963 г. у умственно отсталого ребенка с двусторонней ретинобластомой была обнаружена делеция в длинном плече одной из хромосом группы D (как выяснилось позже – хромосомы 13). Делеция 13ql4 была найдена и в ряде других случаев с ретинобластомой и дополнительными аномалиями. У больных ретинобластомой без дополнительных симптомов делеция обычно не наблюдалась. Из приведенных фактов следует, что локус ретинобластомы относится к хромосоме 13.
Другой, по-видимому чаще используемый, подход основывается на количественном исследовании ферментативной активности в случаях с хромосомными аномалиями. Большинство ферментов характеризуются четко различимым эффектом дозы гена, т.е. гетерозиготы по ферментативной недостаточности обнаруживают примерно 50%-ную ферментативную активность. Сходный эффект дозы гена можно ожидать и в том случае, когда ген теряется вследствие делеции. Такой подход к картированию использовался для большого числа генетических маркеров. Чаще всего результат оказывался отрицательным, но такого рода «исключающее картирование» полезно тем, что может сузить область вероятной локализации генов-маркеров. Следует, правда, учесть, что на основе этого подхода были сделаны и неправильные выводы, поскольку наличие «молчащего» (нулевого) аллеля, т.е. непроявляющейся мутации, может имитировать эффект делеции.
Если верно, что гетерозиготы и моносомики обнаруживают эффект дозы гена, то вполне реально ожидать наличие такого же эффекта и у трисомиков. Первые исследования активности ферментов при синдроме Дауна (трисомия по 21-й хромосоме), казалось бы, подтвердили такой вывод. Однако, чем больше ферментов включали в анализ, тем больше среди них обнаруживали таких, которые следовало бы отнести к 21-й хромосоме (активность большинства изученных ферментов оказалась повышенной). Кроме того, у больных с синдромом Дауна обнаружилось неожиданное увеличение активности Х-сцепленного фермента G6PD. Отсюда следует, что количественные изменения ферментативной активности у трисомиков in vivo могут быть связаны с нарушениями регуляции активности генов, локализованных в разных хромосомах.
Тем не менее все большее число случаев эффекта дозы генов описывается для трисомных и моносомных клеток, культивируемых in vitro (разд. 4.7.4.3). Остановимся лишь на одном примере. Активность фермента фосфорибозилглицинамид-синтетазы (GARS) изучалась в нескольких случаях частичной моносомии и частичной или полной трисомии 21. Эти исследования были стимулированы предшествующими данными о наличии эффекта дозы гена для этого фермента. При регулярной трисомии коэффициент превышения по отношению к норме составил 1,55. В других случаях соотношения были: 0,99 для моносомии 21q21®21 pter; 0,54 для 21q22 ® 21qter-моносомии; 0,88 для 21q21 ® 21pter-триcoмии и 1,46 для 21q22.1-трисомии. Анализируя эти данные, можно прийти к выводу о возможной локализации гена GARS в субсегменте 21q22.1 . Некоторые другие примеры приведены в табл. 4.27 и приложении 9. Использование разных вариантов хромосомной морфологии (таких, как упомянутая выше вторичная перетяжка на хромосоме 1) и эффекта дозы гена для картирования - путь медленный и недостаточно надежный. Новый метод картирования, основанный на гибридизации клеток, привел к большим успехам в этой области.
Сейчас ученые-генетики всего мира исследуют геном человека, животных и растений. Геном человека уже давно расшифрован, недавно ученые предоставили очередную расшифровку — на сей раз, кукурузы. Конечно, теперь ведутся работы по изучению роли каждого гена в геноме. Некоторые эксперименты оказываются полезными. Правда, некоторые исследования выглядят несколько странно — вот о них мы сегодня и поговорим.
Наверное, многие наши читатели слышали об « Ангеле смерти», докторе Джозефе Менгеле, который служил верой и правдой фашистам. Этот, с позволения, сказать врач, а точнее, изувер, загубил тысячи жизней, проводя бесчеловечные медицинские эксперименты. Один из них — попытка поднять частоту появления близнецов. Для чего? Конечно же, для того, чтобы увеличить количество людей арийской расы, носителей чистой крови.
Так вот, именно этот эксперимент Менгеля, который, кстати, смог избежать наказания, сбежав в Латинскую Америку, сейчас приносит свои плоды. Удивительно, но факт — в бразильском городе Кандидо Гондои (Candido Godoi) очень много близнецов. Не просто много, а очень много — такое впечатление, что там одни близнецы.
Причем здесь доктор Менгель? Да притом, что по свидетельству местных жителей, доктор Менгель посещал городок в 60-х годах прошлого века, оказывая медицинские услуги женщинам города. Теперь у бразильцев проблема — каждая пятая забеременевшая женщина рождает близнецов, причем дети голубоглазые и светловолосые. Почему? Ученые этого не понимают.
Прояснить ничего не могут до сих пор, и доктор Менгель вряд ли уже что-то расскажет, поскольку он умер своей смертью в 1979 году.
Все мы знаем, что паутина, которую производят пауки, является очень интересным веществом. К примеру, паутинка намного прочнее металлической нити той же толщины. Некоторые пауки производят паутину, из которой можно даже ткать, что некоторые племена с успехом и делают. Паутина — весьма ценный материал, но добывать ее в больших количествах — сложная задача.
Ученые решили решить проблему неожиданным способом — внедрив в геном коз некоторые гены из генома пауков. В результате молоко генетически модифицированных коз содержит белок, из которого и состоит паутина. Молоко таких коз можно пить, и вряд ли кто отличит его от обычного козьего молока. Но из этого молока, после соответствующей его обработки, выделяется белок, который называют паучьим шелком.
Ученым удалось клонировать мышь, которая пробыла в замороженном состоянии более 16 лет. Нет, мышь не смогли оживить, да и не пытались. После нескольких неудачных попыток ученым все же удалось создать клон этой мыши, что считается громадным достижением генной инженерии.
Еще немного — и по Земле начнут бродить мамонты и другие вымершие животные, ДНК которых еще можно выделить. Кстати, начинают уже поговаривать о клонировании людей, завещавших заморозить себя после смерти — наверное, вы слышали о подобном.
К сожалению, оживить замороженные тела пока нет никакой возможности, но вот клонировать « полярников» можно.
Генетически модифицированные москиты
В нашей стране, как и во всем СНГ, люди почти забыли о таком заболевании, как малярия. А ведь малярия когда-то была настоящим « бичом Божьим» для регионов с большим количеством болот. В таких странах, как Бразилия, малярия до сих пор уносит множество жизней.
Переносчиками заразы являются москиты — кровососущие насекомые, в телах которых возбудители малярии прекрасно себя чувствуют. Так вот, ученые создали разновидность москитов, организм которых сопротивляется возбудителям малярии, так что укус такого москита « чистый». Ученые, которые создали новый вид москитов, выпустили несколько таких насекомых, с тем, чтобы позволить им размножиться в естественных условиях. Авторы исследования надеются, что ген противодействия малярии окажется доминирующим, и лет через десять количество заболеваний малярией начнет снижаться.
Многие люди считают, что искусственное разделение мужчин и женщин на любителей голубого и розового цветов не имеет под собой никакого основания. Как оказалось, имеет, да еще какое. Правда, лично у меня исследование, которое провели ученые, вызывает сомнения.
Дело в том, что никакие исследования генома человека не проводились, ученые просто провели ряд компьютерных тестов, где группе добровольцев предлагали выбрать различные геометрические фигуры розового и голубого цветов. По результатам тестов оказалось, что женщины чаще выбирают фигуры, окрашенные в розовый цвет, в то время, как мужчины выбирают фигуры, окрашенные в голубой цвет.
Кстати говоря, результаты исследований были представлены в нескольких авторитетных медицинских изданиях. Но выглядит все это несколько странно — ведь цветовые предпочтения не обязательно обусловлены геномом, вполне может быть, что они вырабатываются в течение жизни. Но, как бы там ни было, ученым виднее.
Генетики довольно давно пытаются понять, каким образом организм зарождающегося существа « понимает», где должен быть глаз, где — хвост, а где — лапа, ну, или рука. Отличным объектом для проведения экспериментов являются амфибии, над которыми генетики и ставят свои опыты.
Так, ученым недавно (в 2007 году) удалось понять, какие вещества провоцируют появление глаз в заданном месте. Оказалось, что индикатором, меткой, являются специфические азот-содержащие молекулы. Ученым даже удалось добиться появления третьего глаза, при введении дополнительной такой молекулы-триггера.
Вероятно, подобный же механизм действует и при формировании глаз у других животных и человека. Теперь генетики продвинулись настолько далеко, что им удалось получить амфибий с глазами на лапах и даже не хвосте (речь идет о саламандрах).
Голландским ученым удалось вырастить коров, в геноме которых содержится ген, отвечающий за содержание в молоке лактоферрина. Этот протеин характерен для молока женщины, и выполняет он защитную функцию — к примеру, очень хорошо противодействует различным возбудителям легочных инфекций.
Теперь, если тесты покажут пригодность такого молока, то его можно использовать в качестве лечебного препарата, причем очень вкусного. Конечно, есть и противники подобных опытов с коровами, но сторонников пока все же больше.
Ученым удалось вывести вид деревьев, которые могут вырастать до 27 метров всего за шесть лет. Эти деревья создаются не для красоты, ученые пытаются найти альтернативный вид топлива, относящийся к возобновляемым ресурсам. Собственно, сделать это удалось, деревья действительно растут с огромной скоростью, так что есть шанс на успешный исход эксперимента.
Сами деревья, конечно же, не будут использоваться в виде дров — нет, речь идет о спирте, который ученые и собираются получать из этих деревьев. Точнее, не из них самих, а из целлюлозы, являющейся основной составной частью древесины. Вполне может статься, что этанол, получаемый из деревьев, и будет топливом будущего.
Еще в ХVII веке шотландский священник Роберт Кирк в своей книге описал сверхъестественные феномены, очень похожие на сегодняшние НЛО и пришельцев. Рассказ Кирка о таинственных существах, нападающих на животных, весьма напоминает современные сообщения о странной гибели домашних животных.
Обескровленных погибших животных находили в различных уголках мира. И у всех — загадочные открытые раны с исключительно ровными краями и бесследно исчезнувшей, как будто выхваченной неким полым инструментом тканью. «Хирургические операции над животными проделывались стремительно — за минуту или две с использованием высоких температур лазерного скальпеля», – утверждает известный паталогоанатом Джон Альтшуллер.
В некоторых случаях непосредственно перед гибелью скота местные жители видели таинственные черные вертолеты без опознавательных знаков. И сразу же возникла новая версия: похищения и биологические эксперименты проводятся не какими-то космическими пришельцами, а земными спецслужбами, имитирующими деятельность инопланетян.
Загадочно погибший бычок из Колдуэлла (США, штат Канзас, февраль 1992 г.).
У животного аккуратно срезаны челюстные ткани, удалены черепные кости и зубы
В пользу этой версии говорит и то, что некоторые жертвы абдукций под гипнозом рассказывали о своих похитителях как о вполне земных людях в военной форме. Масла в огонь добавили просачивающиеся в прессу сведения и документы о тайных биомедицинских, генетических и психологических экспериментах, которые уже несколько десятилетий проводятся над ничего не подозревающим населением военными и секретными научно-исследовательскими организациями.
Сотрудник Института космических исследований Австрии д-р Гельмут Ламмер на основании имеющихся у него данных пришел к выводу, что списывать свои исследования на инопланетян заинтересованы как минимум три группы специалистов:
- те, кто занимается манипулированием сознанием и поведением людей;
- специализирующиеся на сомнительных с точки зрения морали биологических и генетических исследованиях;
- и наконец, военные, разрабатывающие новые виды оружия.
Что же, гипотеза о чисто земной природе биогенетических экспериментов не лишена оснований. Однако ее слабым звеном является то, что сообщения о подобных явлениях можно найти не только в сегодняшней прессе, но и в старых хрониках.
В то же время, существует версия, которая, объединяя две первые (инопланетную и земную), устраняет многие противоречия. По мнению некоторых исследователей, в том числе и таких авторитетных, как Уильям Ф. Гамильтон, Уильям Купер, Джон Лир, между некой высокопоставленной правительственной группой США и инопланетянами заключена сделка: пришельцы передают американцам высокие технологии, а те закрывают глаза на похищения людей, увечье скота, биологические и генетические исследования.
Основные генетические исследования и сравнительный анализ биологической структуры землян и инопланетян проводятся на совместной с инопланетянами подземной базе, расположенной недалеко от города Дульце (Dulce, штат Нью-Мексико). Предполагают, что там же проводятся эксперименты по генной инженерии в целях выведения новых рас. База имеет подземные сообщения с Лос-Аламосом (штат Нью-Мексико) и с Зоной 51 (база «Dreamland» – «Страна грез», штат Невада) и представляет собой семиэтажный подземный комплекс, где работают несколько тысяч пришельцев и землян.
Три верхних уровня комплекса занимают служба безопасности, коммуникации, помещения для землян, управление, бюро и лаборатории. Четвертый — отведен для экспериментов по контролю над разумом (на людях). Пятый уровень выделен инопланетянам.
«На шестом уровне проводятся широкомасштабные эксперименты по изменению генетического строения людей так, чтобы они могли работать в опасных условиях» (У. Ф. Гамильтон). Здесь же проводятся эксперименты по вживлению в мозг людей особого рода имплантантов, так называемых транспондеров – микропередатчиков, позволяющих на любом расстоянии контролировать поведение человека. Этот метод назван радиогипнотическим интерцеребральным контролем.
Другим направлением исследований является избирательное стирание памяти электронными методами. Этой процедуре подвергаются, в частности, те немногие сотрудники базы, которые отпускаются «на волю». Судя по всему, результаты еще далеки от совершенства – кое-что благодаря регрессивному гипнозу эти сотрудники вспомнить все-таки смогли. На этом же этаже отрабатываются методы клонирования и «доводятся» изъятые у женщин после искусственного оплодотворения трехмесячные зародыши.
Эксперименты проводятся в рамках особо секретных программ Агентства перспективных оборонных исследовательских проектов США (DARPA). Всего на базе в проектах контроля над разумом, в генной инженерии и клонировании занято около шести тысяч ученых и четырех тысяч обслуживающего персонала. На шестом уровне находится также «зверинец» для подопытных экспонатов. У. Гамильтон приводит рассказы рабочих, которые видели здесь результаты скрещивания людей и различных видов животных. Их держат в клетках. Многие плакали и просили о помощи на человеческом языке.
Самый нижний, седьмой уровень — холодильная камера — отведен для хранения тысяч человеческих и гибридных эмбрионов, которые стали результатом неудавшихся экспериментов. Версия совместной деятельности землян и инопланетян объясняет многие феномены: и похищения, и странные медицинские манипуляции над похищенными, и «инопланетные» сексуальные контакты, и таинственные увечья животных. В частности, из тех же источников следует, что большое количество крови животных пришельцам нужно не только для генетических экспериментов, но и для собственного питания.
Впервые информация (поначалу очень скупая) о совместной с инопланетянами исследовательской базе в Дульце появилась около десяти лет назад. Не исключено, что ее утечка была специально организована. Насколько можно доверять этим сведениям, покажет будущее.
Другие части книги:
Идеей испытать на человеке генную терапию я «загорелся» шесть лет назад, после защиты диссертации в Калифорнийском университете в Дейвисе. Зарегистрировал компанию Butterfly Sciences (и остаюсь единственным ее сотрудником) и начал разрабатывать уникальную плазмиду - маленькую кольцевую молекулу ДНК, отдельную от геномных хромосом и способную реплицироваться автономно. За основу взял ген гормона, высвобождающего гормон роста (GHRH). Эта молекула, попадая в организм, «приказывает» ему производить больше гормона роста, делает сильнее наш иммунитет. Десять лет назад ряд успешных экспериментов с вводом GHRH животным поставила компания VGX Animal Health - база их исследований стала для меня хорошим подспорьем.
Я мечтал изобрести лекарство от СПИДа, но инвесторов найти не удалось. Я потратил почти $500 тыс. своих накоплений, перебрал 15 «кандидатов» в «итоговую» молекулу, остановился на комбинации, которую решил испытать на себе. Я во многом вынужден был стать «чудовищем Франкенштейна» ради экономии ресурсов и времени: я не стал дожидаться разрешения регулятора и проводить доклинические опыты на животных. Рисковал ли я? Да, но ровно в той степени, что и пятеро ученых, за эксперименты на себе в итоге получивших Нобелевскую премию. Я хотел доказать всем свою правоту.
Взломщик ДНК: микробиолог поставил генетический эксперимент над собой общество, ДНК, СПИД, эксперимент, препарат, генетика, генетическая терапия, рбк, длиннопост
Микробиолог Брайан Хенли «хакнул» собственный геном, пытаясь изобрести лекарство от СПИДа Фото: Antonio Regalado / MIT Technology Review
Во время
Для генной инъекции я выбрал метод электропорации. Суть его в том, что с помощью электрического разряда в клеточной мембране временно пробиваются «дыры», через которые в клетки проникают молекулы. Оперировать согласился пластический хирург, с которым мы как-то познакомились в тренажерном зале. Первый эксперимент мы провели в 2015 году. Доктор «вскрыл» мне бедро и вколол плазмиды в заранее обозначенное место, куда одновременно через зажим, на котором размещались два электрода, был подан разряд. Колено затряслось (клетки впустили молекулы ДНК), и все закончилось. Первую операцию я провел без наркоза и сильно об этом пожалел: было очень больно. Когда мы повторили эксперимент в июне 2016-го и ввели уже большее количество плазмид, я подготовился: выпил шесть миллиграммов «Ксанакса» и попросил доктора ввести местную анестезию.
Повышенные тестостерон, уровень лейкоцитов и липидов в крови - так можно описать основные итоги эксперимента спустя полгода. Чувствую себя отлично, много двигаюсь, веду активный образ жизни. За состоянием моего здоровья следят коллеги из лаборатории профессора Джорджа Черча в Гарвардском университете - там работают лучшие эксперты по GHRH. Претензий от властей я не получал. Мечта остается прежней - вывести генную терапию на новый уровень, сделать доступной. Пока я хочу, чтобы Butterfly Sciences стала для отрасли чем-то вроде SpaceX для частного космоса. Сейчас для этого не хватает $6,5 млн инвестиций. Через несколько лет я планирую довести оценку бизнеса до $50 млн и вывести компанию на IPO. Коммерческие перспективы генной терапии безграничны.
