Этим не исчерпывается список проблем. На самом деле далеко не каждый вирус способен встраивать свой геном в ДНК хозяина, многим вирусам для размножения это просто не нужно. Этой способностью обладают так называемые ретровирусы, но вот незадача: простые ретровирусы не способны проникать в ядро неделящихся клеток, а ведь большинство клеток в организме взрослого человека делятся крайне редко или вообще не делятся. Но существуют и сложные ретровирусы, которые способны проникать в ядро неделящихся клеток. К ним относятся, в частности… вирус иммунодефицита человека ВИЧ и родственные ему вирусы. Что ж, делать нечего, исследователи пытаются получить векторы для генной терапии и на базе этих вирусов.
Еще две перспективные группы – это аденовирусы и аденоассоциированные вирусы. Последние представляют особый интерес, поскольку присутствуют в организме 90 % людей и считаются безвредными – в их геноме отсутствуют необходимые для размножения гены и поэтому для размножения им требуется совместное заражение аденовирусом или вирусом герпеса, которые несут недостающую генетическую информацию. В отсутствие заражения вирусом-помощником ДНК модифицированного аденоассоциированного вируса может интегрироваться в ДНК хозяйской клетки, где вводимый нами трансген будет работать, как ему и положено.
Это лишь некоторые примеры того, как ученые создают векторы для переноса генов на основе вирусов. Но давайте посмотрим на эти средства доставки под другим углом зрения. Они представляют собой сложенный из белков контейнер, внутри которого заключено действующее начало – молекула нуклеиновой кислоты с введенным трансгеном. Контейнер в большинстве случаев покрыт сверху дополнительной оболочкой, составленной, например, из фосфолипидов, входящих в состав клеточных мембран клеток хозяина. Эта оболочка нужна для введения в заблуждение клеток иммунной системы. Кроме того, оболочка может включать некие рецепторы, необходимые для распознавания клеток, наиболее пригодных для атаки вирусом. Не случайно ведь каждый вирус поражает определенные органы. Знакомые мотивы, не так ли? Вирусные векторы по своей конструкции практически идентичны описанным выше средствам адресной доставки лекарств, они состоят из множества нанообъектов – белков, нуклеиновых кислот, липидных слоев, и сама их сборка (само сборка) включает наиболее совершенные процессы нанотехнологий, как природные, так и созданные учеными.
Если в получении векторов для доставки генов достигнуты впечатляющие успехи, то самой генной терапии похвастаться пока особо нечем, несмотря на многолетнюю историю исследований.
В 90-е годы прошлого века внимание всех СМИ было приковано к попыткам излечения методом генной терапии тяжелого комбинированного иммунодефицита (ТКИД) – наследственного заболевания, проявляющегося в раннем возрасте. Излечения добиться не удалось, но ученые до сих пор упорно продолжают искать генетическое лекарство от этой редкой болезни. Гуляющая в медицинских кругах шутка, что число исследователей превышает число больных ТКИД, недалека от истины.
К сожалению, ситуация характерная. Во всем мире уже осуществлено или завершается более тысячи клинических испытаний различных методов генной терапии. Большинство из них нацелены на контроль и лечение рака и проводятся на смертельно больных пациентах. Другие разрабатываемые методики предназначены для лечения СПИДа. Имеются ободряющие экспериментальные результаты по лечению многих распространенных заболеваний, таких как муковисцидос, серповидноклеточная анемия, мышечная дистрофия, но ничего подобного полному или долговременному исцелению достигнуто не было.
Причина этого довольно очевидна: для излечения необходимо доставить правильно работающий ген во все дефектные клетки, в случае наследственных заболеваний это – все клетки организма. Такой своеобразный предельный случай адресной доставки лекарств, который на практике, скорее всего, реализовать не удастся.
Несколько более оптимистично (если здесь уместно такое выражение) выглядит ситуация с онкологическими заболеваниями. Ведь “раковый мятеж” клеток носит локальный характер, особенно на ранних стадиях течения болезни, кроме того, нам не нужно лечить клетку, нам нужно ее уничтожить. Применительно к генной терапии это означает внедрение в геном раковой клетки гена, который нарушит работу клетки, предотвратит ее безудержное деление или вызовет апоптоз – ее “самоубийство”. В этом случае задача, в сущности, сводится к описанному выше направленному транспорту, но с одним жестким требованием – трансген должен быть доставлен во все пораженные клетки, что опять же представляется проблематичным. В противном случае неизбежен рецидив болезни.
Кроме того, необходимо исключить попадание трансгена в здоровые клетки, которые без него работают нормально, а вот будут ли с ним – большой вопрос. В связи с этим многие специалисты полагают, что наиболее поддающимися лечению методом генной терапии будут нарушения системы кроветворения, поскольку клетками периферической крови можно манипулировать вне организма и возвращать их в организм пациента.
Несколько скептическое отношение к генной терапии обусловлено также тем, что на самом деле в большинстве случаев трансген не встраивается на место поврежденного, а пристраивается где-то рядом, так что тот может продолжать производить дефектный белок. Более того, гены, как известно, не функционируют независимо друг от друга, поэтому локализация трансгена в ДНК пациента может иметь принципиальное значение как для работы других генов, так и для его собственной экспрессии.
Так что нерешенных проблем в генной терапии предостаточно, причем многие из них носят принципиальный характер. Удастся ли их преодолеть, покажет будущее.
Более перспективными выглядят попытки объединения двух “модных” направлений – генной терапии и стволовых клеток. Стволовые клетки могут быть выделены, “исправлены” на уровне небольшой популяции, размножены и введены обратно в организм пациента.
От стволовых клеток мысль исследователей логично движется дальше – к эмбриональным стволовым клеткам, к эмбриону, к оплодотворенной яйцеклетке. Ведь сейчас мы можем установить наличие дефектных генов на самых первых этапах развития человеческого организма, так почему бы нам сразу и не исправить их? Задача доставки трансгена во все клетки организма при этом невероятно упрощается, в пределе она сводится к доставке трансгена в одну-единственную клетку.
Эта задача выглядит вполне решаемой. При экстракорпоральном оплодотворении, которое используется все шире (счет в мире идет на миллионы), можно манипулировать клетками вне организма, а количество этих клеток – меньше некуда. Можно даже проконтролировать, насколько успешно прошел процесс внедрения трансгена.
Речь уже идет не только об исправлении дефектных генов – потенциальных источников наследственного заболевания, – но и о внедрении “улучшающих” генов, ответственных, как полагают генетики, за проявление тех или иных способностей, черт характера или деталей внешности. Перспективы так называемого “генетического выбора потомства” обсуждаются вполне серьезно. По оценке экспертов американской РЭНД Корпорейшн, самой авторитетной организации по прогнозу путей развития науки и технологий, методы такого выбора могут быть доведены до практической реализации в ближайшие десять лет. И препятствием на этом пути послужат даже не научные проблемы, а этические возражения значительной части общества. Будем надеяться также на здравый смысл будущих родителей, которые предпочтут довериться Природе, как это делали их предки. Недаром народная мудрость гласит: не родись красивой, а родись счастливой. Генов счастья нет.
Нет также генов гениальности. В лучшем случае гениальность обусловлена сочетанием множества генов, в хитросплетении которых нам не разобраться никогда. Это счастливая комбинация складывается случайно в ходе бесконечной игры Природы или каких-то высших сил, в существование которых, впрочем, мы, материалисты, не верим.К чему я это говорю? В своей лекции при вручении Нобелевской премии Пауль Эрлих сказал: “Ученые начали понимать механизм действия терапевтических веществ. Я надеюсь, что, если эти исследования будут систематически развиваться, вскоре нам станет легче, чем до сих пор, разрабатывать рациональные пути синтеза лекарств”. Очень актуально! Сегодня мы питаем ту же надежду, что вскоре… А ведь сто лет прошло. По законам теории вероятностей пора бы уж генам вновь удачно сложиться и явить миру нового гения, подобного Паулю Эрлиху. И тогда мы получим целую обойму “волшебных пуль”.
Глава 11 Атомный конструктор
Вот мы и добрались до атомов. Многие убеждены, что манипулирование атомами и сборка различных объектов из атомов составляют квинтэссенцию нанотехнологий, то, что отличает их от “старых” технологий и служит основой революционных технологий будущего. Убеждение это ложное, оно сложилось в значительной мере благодаря публикациям в научно-популярной литературе и СМИ. Откуда здесь ноги растут, я расскажу вам в следующей главе, это довольно занимательная история. Но все это нисколько не умаляет значимости самого открытия. То, что ученые научились напрямую манипулировать атомами, действительно определяет одну из важнейших вех в истории развития науки.
Для того чтобы научиться манипулировать атомами, их надо было для начала увидеть. Долгое время считалось, что эту задачу невозможно решить в принципе. Размер атомов очень мал. Оценили его еще в XIX веке, исходя из данных по размеру молекул, опять же оценочных, и структуры молекулы, которую представляли образованной из сферических атомов. Он составил что-то около одной десятой нанометра. Чтобы не заморачиваться с лишними знаками после запятой, ученые стали использовать эту величину в качестве специальной единицы измерения, названной ангстремом по имени предложившего ее в 1868 году шведского физика Андерса Ангстрема, или, точнее, Онгстрёма (1814–1874).
Разглядеть столь малые объекты с помощью оптических микроскопов – единственных имевшихся тогда в распоряжении ученых приборов – было действительно невозможно, как ни умножай количество линз и ни улучшай