Войнов Н.А., Волова Т.Г., Зобова Н.В. Современные проблемы и методы биотехнологии

Подождите немного. Документ загружается.

ГЛАВА 2. СОВРЕМЕННЫЕ УСПЕХИ ГЕНОМИКИ: ТРАНСГЕННЫЕ ОРГАНИЗМЫ

2.3. Трансгенные растения и животные как биореакторы

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие 111

(сайленсинга, см. п. 2.3.2). РНК-интерференция – консервативный посттранс-

крипционный регуляторный процесс. Двухцепочечные малые интерфери-

рующие миРНК в 19–23 нуклеотида специфически связываются с компле-

ментарной последовательностью своей матричной мРНК-мишени, направляя

ее по пути деградации. РНК-интерференция является составной частью сис-

темы генной регуляции, а именно контролирует/супрессирует трансляцию

мРНК из эндогенных и экзогенных вирусных элементов и может быть ис-

пользована для терапевтических целей. Для транзиентного выключения гена

синтетические миРНК трансфецируют в клетки или ранние эмбрионы. Для

стабильной генной репрессии последовательность миРНК должна быть ин-

корпорирована в геном в составе экспрессионной генной конструкции. Очень

эффективна комбинация лентивирусных векторов с миРНК для интеграции в

геном. В противоположность классической нокаут-стратегии, которая требу-

ет длительного скрещивания для получения чистой линии с инактивирован-

ным геном в обоих локусах диплоидного генома, миРНК при интеграции мо-

гут легко выключить целевой ген в любой имеющейся линии животных.

Несмотря на разработанный широкий спектр методик получения транс-

генных животных, в настоящее время пока отсутствует надежная и эффек-

тивная технология трансгеноза животных. Самые большие проблемы связа-

ны с беспорядочным встраиванием экзогенной ДНК в геном при использова-

нии большинства существующих методов. Так что дальнейшие качественные

улучшения технологии необходимы в области разработки прицельной моди-

фикации клеточных генов и точного встраивания экзогенной ДНК в геном.

Тем более что геномы большинства хозяйственно важных организмов к на-

стоящему времени полностью секвенированы и можно планировать буду-

щую структуру трансгенного организма. Сочетание полностью расшифро-

ванных последовательностей геномов с методами адресной доставки экзо-

генной ДНК позволит проводить целенаправленное конструирование транс-

генных геномов с заранее заданными свойствами.

По применению трансгенных животных можно разделить на пять ос-

новных категорий: научные модели, модели для изучения болезней человека,

источники для производства фармацевтических препаратов, источники ксе-

нотрансплантантов и источники пищи. Большинство из обсуждаемых ниже

областей коммерческого применения трансгенных животных в настоящее

время находятся на ранних этапах исследований и разработки, за некоторыми

исключениями. Так, с 2004 г. в зоомагазинах некоторых стран (США, Тай-

вань, Китай, Малайзия) продаются декоративные трансгенные рыбки, окра-

ска которых обусловлена присутствием флуоресцентных белков из кораллов.

Важной вехой в истории применения трансгенных животных стал 2006 г., ко-

гда Европейское медицинское агентство (the European Medicines Agency

(EMEA)) выдало первое разрешение на коммерческое использование первого

ГЛАВА 2. СОВРЕМЕННЫЕ УСПЕХИ ГЕНОМИКИ: ТРАНСГЕННЫЕ ОРГАНИЗМЫ

2.3. Трансгенные растения и животные как биореакторы

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие 112

рекомбинантного белка из молока трансгенного животного. Им стал реком-

бинантный антитромбин III с коммерческим названием ATryn, который

предназначен для профилактического лечения пациентов с врожденной анти-

тромбиновой недостаточностью.

Научные модели. Сложность генома млекопитающих, длительные пе-

риоды взросления и размножения, трудности изучения большого числа ин-

дивидуальных животных с учетом варьирования признаков делают генетиче-

ский анализ этих систем затруднительным. Трансгенная технология несет в

себе большие возможности, в первую очередь, для фундаментальных иссле-

дований принципов функционирования геномов и отдельных генов. Например,

линии нокаутных мышей, гомозиготных по направленно-инактивированным

генам, позволяют изучать детерминируемые данными генами свойства на

уровне организма. Регулируемые системы экспрессии трансгенов дают воз-

можность исследовать тонкие механизмы воздействия продуктов того или

иного гена на физиологию и эмбриональное развитие животных.

Модельные системы для изучения болезней человека. Используя це-

лых животных, можно моделировать возникновение патологии, исследовать

ее развитие и способы лечения. И хотя данные, полученные на трансгенных

моделях, не всегда можно экстраполировать на человека в медицинских ас-

пектах, они позволяют выявить ключевые моменты этиологии сложной бо-

лезни, ее молекулярные основы и подсказать пути лечения. В настоящее вре-

мя на мышах смоделированы такие заболевания человека, как СПИД, бо-

лезнь Альцгеймера, артрит, мышечная дистрофия, гипертония, образование

опухолей, нейродегенеративные нарушения, дисфункция эндокринной сис-

темы, сердечно-сосудистые заболевания и многие другие. Получена дрозо-

фила с болезнью Паркинсона.

Источники для производства фармацевтических белков. Сущест-

вующие методы получения в культурах клеток рекомбинантных человече-

ских протеинов для медицинских целей имеют ряд существенных недостат-

ков и жестких законодательных ограничений. Одной из особенностей таких

медицинских препаратов является их крайне высокая цена, обусловленная в том

числе высокой стоимостью клеточного культивирования. Преодолевая эти огра-

ничения, большое количество белков можно получать из молока трансгенных

животных, несущих человеческие гены, ответственные за выработку опреде-

ленного протеина, под контролем промоторов, специфичных для молочных же-

лез. Предполагается, что выход может составить до 35 г белка из одного литра

молока при относительно невысокой стоимости производства и очистки.

Человеческие белки, секретируемые в молоко, гликозилируются соот-

ветствующим образом и обладают активностью, близкой к нативным белкам

человека. Экспрессия трансгенов в клетках молочных желез овец и коз не

оказывала никаких побочных действий ни на самок в период лактации, ни на

вскармливаемое потомство. В настоящее время многочисленные белки полу-

чены в больших количествах эффективной секрецией в молоко трансгенных

мышей, кроликов, овец, свиней, коз и коров. Часть рекомбинантных белко-

вых препаратов из молока трансгенных животных уже готовится к выходу на

ГЛАВА 2. СОВРЕМЕННЫЕ УСПЕХИ ГЕНОМИКИ: ТРАНСГЕННЫЕ ОРГАНИЗМЫ

2.3. Трансгенные растения и животные как биореакторы

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие 113

рынок (табл. 2.3). Первым препаратом из молока стал ATryn (человеческий

антитромбин III), который в 2006 г. после 3-й фазы клинических испытаний

был зарегистрирован как лекарство в Европейском союзе.

Таблица 2.3

Терапевтические белки из молока трансгенных животных,

готовящиеся к выпуску на фармацевтический рынок

Продукт Компания

Живот-

ное-

источник

Этап выхода на рынок*

ATryn, рекомбинантный анти-

тромбин III человека

GTC Biotherapeutics

Коза

ЕС: выход на рынок

США: фаза 3

С1 эстеразный ингибитор

Pharming

Кролик

Фаза 3

MM-093 (AFP), альфа-фетопротеин

Merrimack and GTC

Biotherapeutics

Коза

Фаза 2

Альфа-глюкозидаза

Pharming

Кролик

Фаза 2, ожидание

Человеческий гормон роста

BioSidus

Корова

Доклинический

Альбумин

GTC Biotherapeutics

Корова

Доклинический

Фибриноген

Pharming

Корова

Доклинический

Коллаген

Pharming

Корова

Доклинический

Альфа-1-антитрипсин

Pharming

Корова

Доклинический

Лактоферрин

GTC Biotherapeutics

Коза

Доклинический

Малярийная вакцина

GTC Biotherapeutics

Коза

Доклинический

CD 137 (4–1BB) MAb, монокло-

нальные антитела

GTC Biotherapeutics

Коза

Доклинический

* Фазы 2 и 3 – фазы клинических испытаний

Успешная регистрация препарата ATryn продемонстрировала правиль-

ность такого подхода к продукции терапевтических белков и облегчила путь

на рынок другим рекомбинантным препаратам из молока трансгенных жи-

вотных, а также стимулировала научную и коммерческую активность в дан-

ной области.

Другим источником продукции рекомбинантных белков является кровь

трансгенных животных. Получены трансгенные бычки, продуцирующие би-

специфичные антитела человека в своей крови. Эти антитела после очистки

из сыворотки были очень стабильны и соответствующим образом стимули-

ровали Т-клеточное уничтожение раковых клеток.

Получение трансгенных цыплят открыло возможность использовать

яйца, содержащие немало запасных белков для накопления нужных реком-

бинантных белков – активных компонентов лекарственных средств. В этом

случае белки можно получать в больших количествах, и их производство бу-

дет дешевым, так как сырьем для этого является всего лишь птичий корм.

В институте Рослин, где была клонирована Долли, разработаны 2 линии

трансгенных кур с перспективой на коммерческое применение. Одна из ли-

ний несет яйца с антителами miR24 в яичном белке, с помощью которых

можно будет лечить злокачественную меланому – форму рака кожи, другая

ГЛАВА 2. СОВРЕМЕННЫЕ УСПЕХИ ГЕНОМИКИ: ТРАНСГЕННЫЕ ОРГАНИЗМЫ

2.3. Трансгенные растения и животные как биореакторы

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие 114

производит человеческий интерферон β-1a, который может быть использован

для остановки внутриклеточного размножения вирусов. Разрешение на кли-

нические испытания препарата против рака на основе куриных яиц уже по-

лучено. В настоящее время продолжаются работы по увеличению выхода ре-

комбинантных белков, как на стадии производства, так и на стадии очистки.

Чтобы обезопасить рекомбинантные продукты, руководство, разрабо-

танное в США и Европейском союзе для получения ГМ-животных, требует

контролировать здоровье трансгенных животных, проверять корректность

полученных трансгенных конструкций, характеризовать очищенный реком-

бинантный белок, а также провести новую трансгенную линию через не-

сколько поколений.

В России также ведутся разработки в области получения трансгенных

животных для биопродукции важных белков. Например, существует госу-

дарственная программа, нацеленная на создание фармакологического произ-

водства человеческого лактоферрина путем секреции в молоко коз. Сильные

антибактериальные свойства лактоферрина, содержащегося в грудном моло-

ке, защищают новорожденных детей от инфекций, поэтому получение моло-

ка с лактоферрином в больших количествах может стать новой отраслью

производства детского питания.

Трансгенные животные как источники ксенотрансплантантов для

человека. Хронический дефицит человеческих органов для трансплантации

вынуждает ученых искать другие альтернативные источники тканей. Только

в США в базе данных United Network for Organ Sharing на 2006 г. зарегистри-

ровано более 80 тыс. чел., нуждающихся в пересадке органов. Решением этой

проблемы могла бы быть пересадка человеку органов животных. Так, напри-

мер, органы свиньи подходят человеку по своему строению, размеру и мно-

гим биохимическим показателям, но такие пересадки невозможны, так как

эти органы будут немедленно отторгнуты иммунной системой пациента.

В настоящее время ряд исследовательских центров работают над выве-

дением генетически модифицированных свиней, органы которых могут быть

использованы для трансплантации. Необходимыми условиями для успешной

ксенотрансплантации являются:

1) преодоление иммунологических барьеров (гистосовместимость),

2) недопущение переноса патогенов от донорного животного человеку,

3) анатомическая и физиологическая совместимость донорного органа

с человеческим.

С помощью соматического ядерного переноса получены животные, у

которых супрессирован пока первый иммунологический барьер – реакция от-

торжения немедленного типа (гиперактивное отторжение). ГМ-свиньи синте-

зировали человеческие регуляторы комплемента (RCAs) и/или не имели ге-

нов 1,3-α-galactosyltransferase (α-gal), кодирующих фермент, ответственный

за выработку на поверхности клеток свиньи углеводных антигенов, которые

приводят к гиперактивному отторжению. Первые эксперименты по пересадке

свиных трансгенных почек и сердца нечеловекообразным приматам (павиа-

ГЛАВА 2. СОВРЕМЕННЫЕ УСПЕХИ ГЕНОМИКИ: ТРАНСГЕННЫЕ ОРГАНИЗМЫ

2.3. Трансгенные растения и животные как биореакторы

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие 115

ны) с иммунной супрессией показали отсутствие реакции отторжения немед-

ленного типа, но выживаемость пересаженных органов составляла всего 2–6

месяцев. Работы по получению свиней-ксенотрансплантеров с множествен-

ными трансгенами, критичными для преодоления других иммунологических

барьеров, продолжаются.

Недавние исследования показали, что риск передачи человеку свиных

ретровирусов чрезвычайно мал, это открывает путь для доклинических ис-

пытаний свиных ксенотрансплантантов. Кроме того, этот факт позволяет ис-

пользовать свиной эндогенный ретровирус (PERV) в качестве вектора для

эффективной доставки экзогенной ДНК в клетки. После селекции такие клетки

могут стать родоначальниками трансгенных свиней-ксенотрансплантеров, полу-

ченных соматическим ядерным переносом. Также в рамках программы полу-

чения свиней для трансплантации несколько компаний занимаются выведе-

нием пород свиней с размерами органов, близкими к человеческим.

Следует отметить, что, несмотря на многолетние исследования, пере-

садка человеку органов свиньи все еще является отдаленным проектом.

Трансгенные животные, служащие источником пищи, еще очень

далеки от коммерческого использования, хотя очень много различных вари-

антов уже создано. Например, в геном свиней удалось встроить несколько

ускоряющих рост генов, которые также оказывают влияние на качество мяса,

делая его более постным и нежным. Эта работа начата более 10 лет назад,

однако в силу определенных негативных морфологических и физиологиче-

ских изменений, наблюдавшихся у животных, этот вариант не был коммер-

циализован. Скорее всего, негативные изменения в данных трансгенных

свиньях были обусловлены несовершенством использованной генетической

конструкции, так что работы в этом направлении продолжаются.

Предложено также большое количество модификаций молока крупного

рогатого скота, заключающихся в добавлении новых белков либо в манипу-

ляциях над эндогенными протеинами. Например, были созданы животные,

продуцирующие молоко для детского питания, по своему составу макси-

мально приближенное к материнскому молоку человека. Другой пример –

недавно ученые из Новой Зеландии получили коров с повышенным содержа-

нием в молоке казеина. Использование такого молока должно повысить про-

дуктивность сыроваренного производства. Еще несколько групп исследова-

телей работают над снижением содержания в молоке лактозы. Конечной це-

лью является создание молока, пригодного для употребления в пищу людьми

с лактозной непереносимостью.

Пока ближе всех на пути к коммерциализации находятся фитазные

трансгенные свиньи (экосвиньи, enviropigs), целью создания которых было

резкое уменьшение навозного загрязнения окружающей среды. Эта линия

несет ген бактериальной фитазы под транскрипционным контролем тканес-

пецифичного промотора слюнных желез. Секретируемая рекомбинантная

ГЛАВА 2. СОВРЕМЕННЫЕ УСПЕХИ ГЕНОМИКИ: ТРАНСГЕННЫЕ ОРГАНИЗМЫ

2.3. Трансгенные растения и животные как биореакторы

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие 116

фитаза позволяет свиньям расщеплять растительные фитаты (инозитол гек-

сафосфат, ИГФ – наиболее распространенная нерастворимая форма органи-

ческого фосфора почвы), что уменьшает выход загрязняющих окружающую

среду фекальных токсичных соединений фосфора (до 75 %). Ожидается вы-

ход этих свиней на рынок в следующие несколько лет.

С учетом предполагаемого повышения потребности в рыбопродуктах

ГМ-рыба может приобрести большое значение как продукт питания. Наибо-

лее вероятно, что первым ГМ-животным на продовольственном рынке станет

быстрорастущая семга (Salmo salar), в геном которой встроен ген гормона

роста чавычи (Oncorhynchus tschawytscha). Такая семга растет в 3-4 раза бы-

стрее нетрансгенных аналогов, что значительно уменьшает время выращива-

ния. Еще, по крайней мере, 8 искусственно выращиваемых видов рыбы гене-

тически модифицированы с целью ускорения роста. Ген гормона роста в по-

рядке опыта встроили в геномы таких рыб, как белый амур, радужная фо-

рель, тиляпия и сом. Во всех случаях трансгены выделяли из геномов рыб

других видов.

Трансгенные домашние любимцы. Пока что самым успешным случа-

ем коммерциализации трансгенных животных можно считать декоративных

рыбок. Трансгенная аквариумная рисовая рыбка Oryzias latipes, яркая зеленая

окраска которой обусловлена встроенным геном зеленого флуоресцентного

белка из медуз, продвигается на рынок тайваньской компанией Taikong.

Под торговой маркой GloFish в США продаются (5 дол./шт.) разно-

цветные рыбки-зебры Danio rerio, окрашенные флуоресцентными белками

кораллов. При соответствующем освещении красные, зеленые и желтые рыб-

ки начинают ярко флуоресцировать, хотя природная окраска D. rerio скром-

ного серого цвета. В Европе, Канаде и Австралии трансгенные рыбки запре-

щены, видимо, вследствие общих предубеждений против трансгенных жи-

вотных. Дискуссии сторонников и противников трансгенных животных про-

должаются.

В течение последних 50 лет достижения генетической и молекулярной

биологии обеспечили возможность создания и коммерческого использования

генетически модифицированных организмов, обладающих новыми свойст-

вами за счет преодоления межвидовых барьеров. Присущие ГМО характери-

стики могут оказать значительное положительное влияние на производство

продуктов питания, фармакологических препаратов, ценного сырья для про-

мышленности. Наиболее коммерциализованными из ГМО являются расте-

ния, поскольку для них процесс трансгеноза осуществляется гораздо легче и

ГЛАВА 2. СОВРЕМЕННЫЕ УСПЕХИ ГЕНОМИКИ: ТРАНСГЕННЫЕ ОРГАНИЗМЫ

2.3. Трансгенные растения и животные как биореакторы

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие 117

быстрее. Это обусловлено способностью растений регенерировать из единст-

венной клетки и возможностью вегетативного размножения. В настоящее

время ГМ-культуры занимают около 4 % общей площади возделываемых зе-

мель в мире. Среди культивируемых ГМ-растений первое место занимает

соя, за которой следуют кукуруза и хлопок. В стадии получения разрешения

на культивирование находятся сотни видов растений с измененной пищевой

ценностью, повышенной продуктивностью, устойчивостью к внешней среде,

с измененным внешним видом и т.д.

С ГМ-растениями связаны надежды на преодоление дефицита продо-

вольствия и сырья, несмотря на растущее население нашей планеты. Тради-

ционные способы повышения продуктивности сельскохозяйственного произ-

водства себя уже исчерпали, а дефицит продуктов питания продолжает на-

растать. Единственной альтернативой остается совершить качественный ска-

чок в производстве продуктов питания путем конструирования новых видов

растений с резко увеличенной хозяйственной полезностью и устойчивостью

к неблагоприятным факторам культивирования.

В отличие от растений, получение трансгенных животных – очень

сложный и длительный процесс, чрезвычайно тесным образом связанный с

достижениями в области молекулярных и репродуктивных технологий. В на-

стоящее время подавляющее большинство проектов по созданию трансген-

ных животных находится на ранних этапах исследований и разработки, за

некоторыми исключениями. Необходимость создания таких животных дик-

туется, в первую очередь, насущными потребностями человека в фармацев-

тических препаратах из человеческих белков.

Основной платформой для производства таких белков являются кле-

точные культуры животных и человека. Девять из десяти наиболее популяр-

ных биотехнологических лекарственных препаратов, продающихся в США,

произведены в клеточной культуре клеток млекопитающих и, по крайней

мере, продажи 23 белковых препаратов превышают один биллион долларов.

Появляются новые препараты, которые нужно производить в больших

количествах, чтобы удовлетворить растущие потребности общества. Ожида-

ется, что рекомбинантные антитела станут наиболее важным и успешным

продуктом, особенно для применения в онкологии. Однако количество этого

препарата для удовлетворения потребностей мирового рынка просто огромно –

от сотни килограммов до нескольких тонн, что превышает текущие и, веро-

ятно, будущие возможности производства на основе клеточных культур. Ус-

тановлено, что при индустриальной продукции моноклональных антител в

количестве ~100 кг/год стоимость грамма рекомбинантного препарата при

использовании трансгенной козы будет в 3-4 раза меньше, чем в культуре

CHO-клеток с дальней экономией при увеличении масштабов производства.

Для биоактивности многих человеческих белков требуется соответст-

вующий посттрансляционный процессинг, и это главная причина использо-

ГЛАВА 2. СОВРЕМЕННЫЕ УСПЕХИ ГЕНОМИКИ: ТРАНСГЕННЫЕ ОРГАНИЗМЫ

2.3. Трансгенные растения и животные как биореакторы

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие 118

вания для биопродукции животных или культивируемых животных клеток, а

не бактерий, дрожжей или растений. Это относится ко многим важным био-

медицинским продуктам, таким как факторы свертывания крови и антитела,

которые в настоящее время не имеют другой альтернативы, чем продукция в

животных клетках. Таким образом, создание трансгенных животных может

решить многие проблемы современного общества.

Подтверждением необходимости трансгенных организмов является

бурный рост биотехнологических рынков в последние годы. Так, например,

продажи на рынке биотехнологических медицинских препаратов в 2007 г.

достигли более 75 млрд дол., с общим ростом в 12,5 %, что в два раза боль-

ше, чем рост глобального фармацевтического рынка, согласно докладу IMS

Health, из них 56% продаж пришлось на США. В 2006 г. рынок биотехноло-

гических медицинских препаратов вырос на 18,2 % до приблизительно

65 блн дол. (биллионов). Причем основная прибыль в 2007 г. была получена

большей частью за счет продаж 22 биотехнологических продуктов, прибли-

зительно по 1 блн дол. за каждый. Для сравнения, в 2002 г. таких «блокбасте-

ров» было только шесть. Десятку самых популярных терапевтических аген-

тов возглавляют эритропоэтины, далее следуют противоопухолевые, анти-

диабетические препараты, аутоиммунные агенты и интерфероны, согласно

IMS Health. В будущем ожидается большое количество противоопухоле-

вых препаратов в сочетании со значительной неудовлетворенной потреб-

ностью в них.

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие 119

Существует точка зрения, которую разделяет немалое число специали-

стов, что все заболевания человека за исключением травм связаны с генети-

ческими дефектами. Очевидно, это крайняя точка зрения, тем не менее она

отражает важность генетических факторов в определении состоянии здоро-

вья людей. Генетические дефекты бывают разной значимости и состояния.

Хотя обычно считают диабет и мышечную дистрофию заболеванием, а рас-

щепление неба или цветовую слепоту – наследственными дефектами – все

это является результатом мутаций в генетическом материале. Показано так-

же, что предрасположенность к заболеванию также зависит от генетической

конституции.

Генетические дефекты или мутации в последовательности ДНК выра-

жаются в замене одного нуклеотида другим, потере целого фрагмента или

его переносе на другое положение в геноме и пр. Такие изменения могут

привести к изменениям структуры (и функции) белка, который кодируется

данным фрагментом ДНК или к изменению регуляторных участков генов,

гибельным для клеток. Говоря о наследственных заболеваниях, мы имеем в

виду мутации, которые появляются в половых клетках и передаются потом-

ству. В соматических клетках на протяжении жизни также накапливаются

мутации, которые могут стать причиной заболевания, но они по наследству

не передаются. Ранее считалось, что все мутации вредны. Это связано с тем,

что именно с таких мутаций, вызывающих заболевания, было начато изуче-

ние генетических характеристик человека. Но сейчас, когда прочитан прак-

тически весь нуклеотидный текст человека, стало ясно, что большая часть

мутаций является нейтральной. Вредные мутации, приводящие к грубому на-

рушению развития организма, отсеиваются отбором – их носители не выжи-

вают или не дают потомства.

Огромный прорыв в понимании, как унаследованные гены влияют на

физические и психологические особенности человека, произошел за послед-

ние десятилетия благодаря открытиям, сделанным при исследовании генома

человека. Установлены и диагностируются как целый ряд генетических забо-

леваний, так и предрасположенность к ним, причем на самых ранних этапах

развития эмбриона. Большие надежды на расширение возможностей совре-

менной медицины связаны с реализацией проекта «Геном человека».

ГЛАВА 3. МЕД-Я БИОТЕХНОЛОГИЯ: ОСНОВЫ МОЛЕКУЛ-Й ТЕРАПИИ И ДИАГНОСТИКИ СОЦ. ЗНАЧ. ЗАБОЛЕВАНИЙ

3.1. Геном человека

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие 120

Научный проект «Геном человека» – это международная программа,

конечной целью которой являлось определение нуклеотидной последова-

тельности (секвенирование) всей геномной ДНК человека, а также иденти-

фикация генов и их локализация в геноме (картирование). В 1988 г. Мини-

стерство энергетики США и Национальный институт здоровья США пред-

ставили обширный проект, в задачи которого входило секвенирование гено-

мов человека, а также бактерий, дрожжей, нематоды, плодовой мушки и мы-

ши – организмов, которые широко использовались в качестве модельных

систем в изучении генетики человека. На реализацию этого проекта Конгресс

выделил 3 млрд дол. (по одному доллару за каждый нуклеотид человеческого

генома). Директором проекта был назначен лауреат Нобелевской премии

Джеймс Уотсон. К проекту присоединились другие страны – Англия, Фран-

ция, Япония и др.

В 1989 г. по инициативе академика А.А. Баева в нашей стране был ор-

ганизован научный совет по программе «Геном человека». В 1990 г. была

создана Международная организация по изучению генома человека (HUGO),

вице-президентом которой в течение нескольких лет был академик А.Д. Мирза-

беков. Независимо от вклада и государственной принадлежности отдельных

участников программы с самого ее начала вся получаемая ими в ходе работ ин-

формация была открыта и доступна для всех его участников. Двадцать три хро-

мосомы человека были поделены между странами-участницами. Российские

ученые должны были исследовать структуры 3-й и 19-й хромосом. Однако

вскоре финансирование работ по этому проекту было сильно сокращено, и

реального участия в секвенировании наша страна не принимала. Тем не ме-

нее работы по геномному проекту в нашей стране не прекратились: програм-

ма была пересмотрена и сконцентрирована на развитии биоинформатики –

математических методов, вычислительной техники, программного обеспече-

ния, совершенствовании способов описания и храненеия геномной ин-

формации, которые бы помогли понять и осмыслить расшифрованную ин-

формацию.

На расшифровку генома человека было отведено 15 лет. Однако посто-

янное развитие технологии секвенирования позволило завершить проект на

2 года раньше. Немалую роль в интенсификации работ сыграла частная аме-

риканская компания Celera, возглавляемая Дж. Вентером (в прошлом – био-

лог Национального института здоровья США). Если в начальные годы осу-

ществления проекта по всему миру секвенировали несколько миллионов

нуклеотидных пар в год, то в конце 1999 г. Celera расшифровывала не менее

10 млн нуклеотидных пар в сутки. Для этого работы велись круглосуточно в

автоматическом режиме 250 роботизированными установками, информация

сразу же передавалась в банки данных, где систематизировалась, аннотиро-

валась и выкладывалась в Интернет.

При проведении работ в 1995 г. Вентер с соавторами разработал и

опубликовал совершенно новый подход к секвенированию генома, назван-