Как Работи Генната Терапия

{h1}

Генната терапия е лесна за описване на хартия, но много по-сложна за прилагане в човешките клетки. Научете сега генната терапия работи в WordsSideKick.com.

Спомняте ли си Чарли Гордън? Той беше звездата на „Цветя за Алгернън“, известен роман (а по-късно и филм с награда „Оскар“), написан от Даниел Кийс през 1966 година.

Гордън е бил 32-годишен психически инвалид, чието увреждане може да бъде проследено до нелечен случай фенилкетонурия (PKU), заболяване, причинено от загубата на ген. Този ген кодира ензим, който метаболизира аминокиселината фенилаланин, Ако хората с ПКУ ядат храни, съдържащи фенилаланин, съединението и неговите странични продукти се натрупват в кръвта им и стават токсични, причинявайки увреждане на мозъка, загуба на пигментация, припадъци и множество други проблеми.

В света на фантастиката Гордън в крайна сметка преодолява наследственото заболяване, като се подлага на експериментална операция за повишаване на интелигентността си. В действителност хората, родени със състоянието, имат много по-различен опит, но само защото спазват строга ниско протеинова диета, за да избягват храни, съдържащи фенилаланин, като меса от всякакъв вид, млечни продукти, ядки, боб, тофу и изкуствения подсладител аспартам.

Идеалното решение може да се намира някъде между опасни мозъчни операции и строги диетични ограничения. Всъщност идеалното решение може да бъде да се замени липсващия ген, така че хората с ПКУ да могат да се наслаждават на високопротеинови храни толкова, колкото и хората без него. Благодарение на напредъка на генна терапия - добавянето на нови гени в клетките на човек, които да заменят липсващи или неправилно функциониращи гени - този на пръв поглед невъзможен сън може скоро да стане реалност.

Генната терапия измина дълъг път от мрачните дни на 90-те години на миналия век, когато много разпространеното лечение доведе до смъртта на няколко пациенти. През последните две десетилетия изследователите са научили много неща, може би най-важното от тях е това: Генната терапия е лесна за описване на хартия, но много по-трудна за прилагане в човешките клетки. За щастие за нас тези решителни учени продължиха да работят над пъзела, докато накрая генната терапия не беше готова да революционизира съвременната медицина.

На следващите няколко страници ще преминем курс на срив в генната терапия - как работи, какво може да лекува, защо е труден и кога може да се предлага в местната клиника. Преди да преминем на бързия път на генната терапия, нека да направим няколко подготвителни обиколки за преглед на основите на ДНК функцията и генната експресия.

Един ген, един протеин: основите на генната терапия

ДНК структура

ДНК структура

Разбирането на това медицинско лечение изисква добро познаване на гените. Добрата новина е, че вероятно сте обхванали това в класа си по биология в гимназията, но само в случай, че сте забравили, ето бърз резюме. А ген се отнася до една единица наследствена информация - фактор, който контролира някаква специфична дейност или черта. Гените съществуват на хромозоми, които сами пребивават в ядрата на нашите клетки.

Хромозомите, разбира се, съдържат дълги вериги от ДНК, изградени с повтарящи се субединици, известни като нуклеотиди, Това означава, че един ген е ограничен участък от ДНК със специфична последователност от нуклеотиди. Тези нуклеотиди действат като план за специфичен протеин, който се събира в клетка, използвайки многостъпален процес.

  • Първата стъпка, известна като транскрипция, започва, когато молекулата на ДНК се откопчава и служи като шаблон за създаване на единична верига от допълнителна месинджър РНК.
  • След това пратката РНК пътува извън ядрото и в цитоплазмата, където се прикрепя към структура, наречена рибозома.
  • Там генетичният код, съхраняван в пратеника РНК, който сам отразява кода в ДНК, определя точна последователност на аминокиселини. Тази стъпка е известна като превод, и това води до дълга верига от аминокиселини - протеин.

Протеините са работните коня на клетките. Те помагат за изграждането на физическата инфраструктура, но също така контролират и регулират важни метаболитни пътища. Ако даден ген се повреди - ако, да речем, последователността му от нуклеотиди се забърка - тогава съответният му протеин няма да бъде направен или няма да бъде направен правилно. Биолозите наричат ​​това а мутацияи мутациите могат да доведат до всякакви проблеми, като рак и фенилкетонурия.

Генната терапия се опитва да възстанови или замести дефектен ген, като върне способността на клетката да прави липсващ протеин. На хартия е просто: Просто вмъкнете правилната версия на ген в нишка от ДНК. В действителност е малко по-сложно, защото клетките изискват някаква външна помощ под формата на вирус. Вероятно мислите за вирусите като причинители, които причиняват инфекции - едра шарка, грип, бяс или СПИН. В генната терапия учените използват тези малки живи, но не-живи частици, за да дадат на клетката генетично преобразуване. В следващия раздел ще проучим кои вируси се използват и защо.

Вируси като вектори за генна терапия

Как работи генната терапия: работи

Вирусите смущават биолозите от години. Те можеха да видят ефекта на вирусите - болест - но не можаха да изолират заразителя. Отначало те смятаха, че се занимават с изключително малки бактериални клетки. След това, сред бурята на интерес към вирусите, американският учен Вендел Стенли кристализира частиците, отговорни за тютюневата мозаечна болест и описа вируси за света през 1935г.

Тези странни образувания нямат ядра или други клетъчни структури, но имат нуклеинова киселина, или ДНК, или РНК. Този малък пакет генетична информация е опакован вътре в протеинова обвивка, която в някои случаи е обвита в мембранен плик.

За разлика от другите живи същества, вирусите не могат да се възпроизвеждат самостоятелно, защото нямат необходимите клетъчни машини. Те обаче могат да се възпроизвеждат, ако нахлуят в клетка и заемат клетовото оборудване и ензими. Основният процес работи така:

  1. Вирусът влиза в клетка гостоприемник и освобождава нуклеиновата си киселина и протеини.
  2. Домашните ензими не разпознават вирусната ДНК или РНК като чужди и щастливо правят много допълнителни копия.
  3. В същото време, други ензими-гостоприемници преписват вирусната нуклеинова киселина в месинджърната РНК, която след това служи като шаблон за получаване на повече вирусни протеини.
  4. Новите частици на вируса се самосглобяват, като използват свежите запаси от нуклеинова киселина и протеин, произведени от клетката гостоприемник.
  5. Вирусите излизат от клетката и повтарят процеса в други хостове.

Тази способност да пренася генетична информация в клетките прави вирусите полезни при генната терапия. Ами ако можете да замените фрагмент от вирусна ДНК с ДНК на човешки ген и след това да оставите този вирус да заразява клетка? Не би ли гостоприемната клетка да направи копия на въведения ген и след това да последва плана на гена, за да отшуми асоциирания протеин? Както се оказва, това е напълно възможно - стига учените да модифицират вируса, за да не му причинят болест или да предизвикат имунна реакция от гостоприемника. Когато е модифициран, такъв вирус може да се превърне в средство, или вектор, за да доставят специфична генна терапия.

Днес изследователите използват няколко вида вируси като вектори. Един от любимите е аденовирус, причинителят, отговорен за обикновената настинка при хората. Аденовирусите въвеждат своята ДНК в ядрото на клетката, но ДНК не е интегрирана в хромозома. Това ги прави добри вектори, но те често стимулират имунния отговор, дори когато са отслабени. Като алтернатива изследователите могат да разчитат адено-асоциирани вируси, които не предизвикват човешки заболявания. Не само това, те интегрират своите гени в хромозомите гостоприемници, като правят възможно клетките да репликират вмъкнатия ген и да го предадат на бъдещите поколения на променените клетки. ретровирусиПодобно на тези, които причиняват СПИН и някои видове хепатит, също сплитат генетичния си материал в хромозомите на клетките, които нахлуват. В резултат на това изследователите са проучили широко ретровирусите като вектори за генна терапия.

Генна терапия извън тялото

Силният комбиниран имунодефицитен синдром (SCID) е един от (ограничените) истории за успех на генната терапия. На снимката тук е

Силният комбиниран имунодефицитен синдром (SCID) е един от (ограничените) истории за успех на генната терапия. На снимката е „момчето с балончета“ Дейвид Ветър, който имаше SCID и почина години преди да започнат изпитанията.

Идеята за генна терапия се върти около мозъка на учените от десетилетия. Всъщност именно Едуард Тейтъм, американски генетик, пръв предположи, че генетичните заболявания могат да бъдат излекувани с „генно инженерство“ през 1966 г. Същата година друг американец Джошуа Ледерберг всъщност очерта подробностите за „вирусогенната терапия“ в статия, публикувана в The American Naturalist. Тогава многобройни изследователи усърдно работеха за преместването на генната терапия от концепцията към реалността. През 1972 г. биохимикът Пол Берг измисля как да откъсне част от човешката ДНК и да го вмъкне в генома на вируса, който след това използва за заразяване на бактериални клетки. В крайна сметка той успя да получи бактерии за производството на човешки инсулин. Десет години по-късно Роналд М. Еванс вмъкна гена за хормон на растежа на плъхове в ретровирус и след това прехвърли този ген в миши клетки.

Всички тези усилия поставят основата за революция на генната терапия. Първото изпитване за генна терапия, одобрено от Американската агенция по храните и лекарствата, се провежда през 1990 г. Изследването се фокусира върху пациенти с тежко комбинирано имунодефицит (SCID), известно още като болест на „балонче“ след Дейвид Ветър, който живееше в стерилната среда на пластмасов балон, докато не умря през 1984 г. на 12-годишна възраст.

Изследователите в това изпитание използваха това, което е известно като извън тялото генна терапия. Първо, те добиват мозък от пациент, като вкарват специална игла през кожата и в костта на тазобедрената става. След това в лабораторията те изложиха стволовите клетки от мозъка на ретровируси, чиято РНК беше модифицирана, за да съдържа гена, свързан с SCID. Ретровирусите инфектират стволовите клетки и вмъкват функционалния ген в хромозомата гостоприемник. След това учените взеха инженерните стволови клетки и ги инжектираха обратно в кръвообращението на пациента. Клетките направиха линия на костния мозък и, както всички добри стволови клетки, узряват в различни клетъчни типове, включително здрави Т-клетки с функциониращи копия на необходимия ген. Използвайки тази техника, десетки деца със SCID са напълно излекувани. Но това не е единствената болест - или подходът - в плейлистата на генетиците [източник: Nienhuis].

Генна терапия в тялото

Вторият често срещан начин за прилагане на генна терапия е инжектирането на вируса, носещ ген, директно в областта, в която има клетки с дефект. Джеймс Уилсън, професор по патология и лабораторна медицина в Университета в Пенсилвания, е пионер на тази така наречена генна терапия „в тялото“ през 90-те години. Той използва аденовирус като свой вектор, но го отслабва, за да ограничи имунния отговор в реципиента. В ранните тестове изглежда, че модифицираният му вирус изобщо не причинява никаква вреда - дори дори смъркане. Това означава, че може да достави гени надеждно с малко странични ефекти.

През 1999 г. той води клинично проучване фаза I, за да изпробва терапия на базата на аденовирус за лечение на рядко генетично заболяване, наречено дефицит на орнитин транскарбамилаза (OTC). OTC е ензим, който помага на организма да разгради излишния азот. Без него нивата на амоняк се увеличават, докато мозъкът не се отрови. Един единствен ген на Х хромозомата кодира ензима, което го прави идеален кандидат за експерименталната терапия. Уилсън вмъква OTC гена в отслабени аденовирусни частици и след това инжектира тези в черния дроб на 18 пациенти [източник: Neimark].

Идеята беше проста: Вирусът ще зарази чернодробните клетки, които след това ще продължат да репликират OTC гена и да започнат производството на ензима. За съжаление, един от пациентите, 18-годишният Джеси Гелсингер, почина само три дни след като получи инжекцията на инженерния вирус. Сега учените смятат, че тялото на Гелсингер монтира масивен имунен отговор, което води до широко разпространена органна недостатъчност. Това е само един от рисковете от генната терапия, както ще видим на следващата страница.

Генна терапия на гермайн

Досега учените са съсредоточили своите експерименти с генна терапия върху соматични клетки - всяка клетка на тялото, различна от репродуктивните клетки. С други думи, тези лечения не могат да се предадат на деца на човек. Възможно е на теория да се манипулира ДНК на яйцеклетки и сперматозоиди, което би позволило генетично разработените гени да бъдат предадени на бъдещите поколения. Тази така наречена зародишна генна терапия поражда редица етични проблеми и остава извън границите на изследователите, които се надяват да получат федерални средства.

Безопасност на генната терапия

Смъртта на Джеси Гелсингер шокира обществеността и тя изпраща ударни вълни и през научната общност. Генетиците стигнаха до болезненото осъзнаване, че генната терапия, макар и лесно да се диагностицира на хартия, е натоварена с предизвикателства и клопки. И нямаше значение как те се справят с проблема - както вътрешните, така и извън телесните подходи идваха с присъщи рискове.

За генната терапия в тялото най-големият проблем е имунната система на пациента. Тялото разглежда частиците на аденовируса, дори тези, които носят човешки ген, като чужди предмети. Когато влязат в клетките на домакините, домакинът реагира, като монтира контраатака, за да се отърве от нашествениците. Това се случи с Джеси Гелсингер. Имунната му система не осъзнаваше, че вирусите се опитват да бъдат полезни и той предприе енергична атака, затваряйки органите му в процеса. Днес изследователите могат да дадат на Гелсингер по-ниски дози терапия или да го лекуват предварително с имуносупресивни лекарства. Друг вариант, който се изследва, включва „гола“ ДНК, която се отнася до молекула нуклеинова киселина, лишена от нейния вирусен носител.

Терапиите извън тялото, разчитащи на ретровируси, имат свои собствени проблеми. Не забравяйте, че ретровирусите зашиват своята ДНК в хостовата хромозома, което е малко като да вземете кратка фраза от едно изречение и да я включите в по-дълго изречение. Ако вмъкването не се извършва на точното място, полученият „език“ може да няма никакъв смисъл. В някои изпитвания за генна терапия, използващи ретровируси, пациентите са развили левкемия и други форми на рак, тъй като вмъкването на един ген нарушава функцията на другите околни гени. Това усложнение е засегнало няколко деца в изпитванията за SCID, въпреки че много от тях са победили рака с други терапии.

Поради тези проблеми, Американската администрация по храните и лекарствата (FDA) регулира всички продукти за генна терапия в Съединените щати чрез своите Център за биологична оценка и изследвания, или CBER, Центърът предоставя и проактивни научни и регулаторни съвети на медицински изследователи и производители, заинтересовани от разработването на продукти за човешка генна терапия. Изследователите могат също да се обърнат към Националния здравен институт за насоки и насоки при провеждане на клинични изпитвания с генна терапия.

Към днешна дата центърът все още не е одобрил за продажба нито един продукт за генна терапия с хора, въпреки че няколко текущи проучвания дават обещаващи резултати. След това ще разгледаме няколко скорошни успеха в това, което мнозина смятат, че е втората революция на генната терапия.

Етиката на генната терапия

Безопасността на генната терапия е само част от проблема. Много хора се съмняват дали модифицирането на нечии гени е морално добро или правилно. Те се чудят кой ще определи кои гени са "добри" и кои са "лоши". Те се чудят и на разходите, свързани с генната терапия. Ако лечението идва с висока цена, няма ли да надхвърли средствата на много пациенти с ниски доходи или неадекватна здравна застраховка? И какво се случва, когато някой реши да използва генна терапия за коригиране на нелетални човешки черти като височина, интелигентност и атлетични способности? Тези етични въпроси са също толкова важни, колкото всички, които се отнасят до биологията на вирусите или механиката на вмъкването и експресирането на гени.

Болести, лекувани с генни терапии

След смъртта на Джеси Гелсингер, FDA забрани на Джеймс Уилсън да провежда експерименти с генна терапия с хора. Други изследователи обаче не са действали при същите тези ограничения.

През 2007 г. Жан Бенет, молекулярно-генетик и лекар от Медицинското училище на Университета в Пенсилвания, и съпругът й Алберт Магуайър, ретинален хирург в детската болница на Филаделфия, започнаха клинично изпитване за проучване на лечение с генна терапия за рядко форма на слепота, известна като лебер вродена амавроза (LCA). Мутация в ген, известен като RPE65, води до дефицит на протеин, който е жизненоважен за нормалната функция на ретината. Хората, на които им липсва този протеин, търпят прогресивна загуба на зрението, докато не загубят зрението си, обикновено до 40-годишна възраст.

Бенет и Магуайър вмъкнаха гена RPE65 в адено-асоцииран вирус, по-добрия и по-нежният вариант на аденовирус. След това инжектирали инженерния вирус в ниски дози в ретината на трима пациенти. Вирусите заразили клетките на ретината, които започнали да избиват протеина RPE65. Вижте, зрението и на трите лица се подобри и не се съобщава за противни странични ефекти - включително опасни имунни реакции. Екипът реши да тества по-голяма тестова популация с по-силна доза от вируса. Още шест пациенти с LCA са получили генната терапия и се радват на още по-добри резултати [източник: Kaiser].

Това поставя SCID и LCA в разредена категория - заболявания, успешно лекувани чрез генна терапия. И въпреки това генетиците и молекулярните биолози се чувстват уверени, че ще има повече. Джеймс Уилсън, който продължава да допринася в областта, е изолирал 120 вида адено-асоциирани вируси, много от които се проявяват по-ефективно в някои тъкани от други. Например, някои от тези вектори имат афинитет към сърдечната тъкан, докато други имат афинитет към клетките в гръбначния мозък и мозъка. Бъдещите изследвания могат да дадат жизнеспособни методи за лечение на гръбначни наранявания и за заболявания като Паркинсон [източник: Neimark].

Изследователите също постигат голям напредък с терапиите извън тялото. През юли 2013 г. списание Science публикува резултатите от две проучвания, изследващи използването на лентивируси като вектори на генната терапия. Лентивирусите са ретровируси, но те са уникални по способността си да пренасят гени ефективно и постоянно както в делящи се, така и в неразделителни клетки. Други ретровируси трябва да направят генетичното си вуду върху делящите се клетки. Може би по-важно е, че лентивирусите изглеждат по-малко предразположени към активиране на други свързани с рака гени, когато вмъкнат своя полезен товар в ДНК на гостоприемника. Когато изследователите изпробваха лентивирусна терапия върху пациенти с адренолейкодистрофия, Х-свързана невродегенеративна болест, която засяга млади мъже, и метахроматична левкодистрофия, рядко невродегенеративно заболяване, причинено от мутации в един ген, те успяха да спрат прогресирането на двете заболявания с няма вредни странични ефекти [източник: Косинки].

В бъдеще със сигурност ще се появят други обещаващи генни терапии, най-вече за наследствени заболявания, като муковисцидоза, мускулна дистрофия, сърповидноклетъчна анемия и хемофилия. Дори фенилкетонурията може да се превърне в минало, нещо, което вероятно би направило Чарли Гордън доста щастлив.

Забележка на автора: Как работи генната терапия

Трудно е да не се впечатлиш от механиката на генната терапия - отрязването, сплайсирането и размяната на ДНК. Но разделянето на „Можеш ли?“ от „Трябва ли?“ изглежда много по-плашеща задача. Подозирам, че разглеждането на етиката на генната терапия зависи много от това дали вие или член на семейството страдате от рядко генетично разстройство.


Видео Добавка: За тайните в човешкия геном | Милена Георгиева | TEDxSofia.




Изследване


Антарктически Срив Ще Наводни Вашингтон, D.C.
Антарктически Срив Ще Наводни Вашингтон, D.C.

"Сърцебиене" На Земната Атмосфера, Открита От Космоса

Наука Новини


Задържане На Времето: Защо 60 Минути?
Задържане На Времето: Защо 60 Минути?

Мозъчните Скани Показват Как Възниква Болестта На Алцхаймер
Мозъчните Скани Показват Как Възниква Болестта На Алцхаймер

Най-Голямата Жива Структура В Света
Най-Голямата Жива Структура В Света

Най-Високата Светкавица На Земята, Видяна В Безпрецедентен Детайл
Най-Високата Светкавица На Земята, Видяна В Безпрецедентен Детайл

Президентът Обама Ще Обяви Плана За Изменение На Климата Днес
Президентът Обама Ще Обяви Плана За Изменение На Климата Днес


BG.WordsSideKick.com
Всички Права Запазени!
Възпроизвеждането На Използваните Материали Оставя Само Prostanovkoy Активна Връзка Към Сайта BG.WordsSideKick.com

© 2005–2019 BG.WordsSideKick.com