Чудеса перепрограммирования
Перестроечный потенциал. Кровяные клетки против инфаркта. Скоростная геномика
Американские ученые вновь продемонстрировали способность искусственно созданных аналогов эмбриональных стволовых клеток превращаться в специализированные клетки различных органов. Первые действующие модели стволовых клеток эмбрионов были созданы в прошлом году. Сначала такие эксперименты ставились на клетках мышей, но вскоре ученые из США и Японии добились успеха и с человеческими клетками. Чаще всего исследователи в качестве исходного материала используют фибробласты, одну из разновидностей клеток кожных покровов. В их ядра с помощью вирусных носителей вводятся гены четырех белков, запускающих процессы перезаписи генетической информации с хромосомной ДНК на информационную РНК. В результате этой пересадки активируются гены, которые вынуждают кожные клетки вести себя подобно стволовым клеткам, выделенным из эмбрионов. Многочисленные опыты показали, что фибробласты в измененной наследственностью демонстрируют примерно ту же способность к превращениям в клетки любых специализированных тканей, что и настоящие эмбриональные стволовые клетки. У этого свойства есть собственное имя - плюрипотентность. По этой причине перепрограммированные фибробласты называют индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками (ИПСК). Перестроечный потенциал таких клеток сейчас считается надежно доказанным. А недавно последовала и демонстрация их терапевтических возможностей. В апреле исследователи из Гарвардского университета и Массачусетского технологического института превратили в нервные клетки ИПСК, полученные из фибробластов мышей. Затем они пересадили эти нейроны в мозг животных с искусственно вызванной болезнью Паркинсона и тем добились заметного ослабления ее симптомов. Только что были обнародованы результаты новых экспериментов с ИПСК, выполненных в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. Исходным материалом для них вновь послужили мышиные фибробласты. Директор университетского Центра по изучению сердечно-сосудистых стволовых клеток профессор Робб Маклеллан и его коллеги обычным способом получили из этих фибробластов ИПСК и заставили их дать начало кардиомиоцитам, рабочим клеткам сердечной мышцы. В другой серии опытов ИПСК после ряда делений превратились в клетки внутренней выстилки кровеносных сосудов и в клетки гладких мышц, обеспечивающих сосудистые сокращения. Исследователи этим не ограничились и вынудили ИПСК также трансформироваться в несколько видов кровяных клеток. Эти опыты – только начало. Калифорнийские ученые уже проверяют, могут ли человеческие ИПСК тоже давать начало клеткам сердечной мышцы, сосудов и крови. На это вполне можно рассчитывать, поскольку из предшествующих экспериментов отнюдь не вытекает, что ИПСК животных более склонны к превращениям в соматические клетки, нежели ИПСК человека. В случае успеха можно будет надеяться, что со временем удастся ремонтировать послеинфарктные и прочие повреждения сердечной мышцы и коронарных сосудов с помощью трансплантации искусственно выращенных клеток, созданных с помощью генетической перестройки фибробластов самого больного. Поскольку такие клетки будут нести его собственную генетическую информацию, им не грозит отторжение иммунной системой. В последние годы во многих лабораториях пытались ремонтировать повреждения различных органов с помощью подсадки эмбриональных стволовых клеток. Однако опыты на животных показали, что стволовые клетки эмбрионов в новом окружении способны давать начало злокачественным опухолям. Соматические клетки, полученные на основе ИПСК, скорее всего такой угрозы не представляют. Человеческий организм состоит из клеток примерно 220 различных типов, и в теории всех их можно получить с помощью ИПСК. Однако чтобы эта возможность стала реальностью, наверняка потребуются еще многие годы исследований. В Юго-Западном медицинском центра Техасского университета выполнены эксперименты на животных, в ходе которых был опробован принципиально новый способ лечения острых нарушений сердечной деятельности. Исследователи из Далласа решили воспользоваться недавно доказанной возможностью генного перепрограммирования обычных соматических клеток, наделяющего их способностью превращаться в клетки другого типа. В качестве исходного сырья Джей Шнайдер и его коллеги использовали периферические мононуклеарные клетки, одну из многочисленных разновидностей клеток белой крови. Они подвергли их воздействию нескольких синтетических веществ, способных запустить генную перестройку в нужном направлении. Предварительно ученые протестировали без малого полтораста тысяч различных соединений и в конце концов вышли на семейство молекул, обладающих нужной биологической активностью. В главной фазе эксперимента исследователи в течение трех суток размножали человеческие периферические мононуклеарные клетки на питательной среде, в которую были добавлены отобранные биостимуляторы. Еще через несколько дней потомки исходных кровяных клеток претерпели столь значительные генные перестройки, что стали синтезировать специализированные белки, которые в норме производят клетки сердца. Эти перепрограммированные клетки были имплантированы непосредственно в сердечную ткань крыс, у которых был искусственно вызван некроз части сердечной мышцы. Всего лишь через неделю после имплантации состояние животных заметно улучшилось, а еще через полмесяца у них полностью восстановился нормальный ритм сердечной деятельности. Новая терапевтическая техника в принципе очень перспективна. Возможность переделать клетки крови больного в ремонтный материал для устранения повреждений сердечной мышцы обещает полностью революционизировать лечение инфарктов. Однако ученым и врачам еще предстоит проделать множество опытов на животных прежде чем появится возможность перейти к клиническим испытаниям этого метода. Две молодые американские корпорации совместно разрабатывают революционную технологию скоростной дешифровки генных структур. Генетическая информация почти всех живых существ, кроме некоторых вирусов, записывается с помощью четырех химических соединений из семейства нуклеотидов, входящих в состав молекул ДНК. Эти вещества, аденин, гуанин, цитозин и тимин, образуют линейную цепочку, аналогичную последовательности букв письменного текста. Для расшифровки генома необходимо установить, в какой последовательности эти химические буквы следуют друг за другом в составе молекул ДНК данного конкретного организма. В настоящее время такие процедуры обходятся куда дешевле, чем на заре геномики. Первая в истории дешифровка генома человека была осуществлена в рамках международного проекта, завершенного в 2003 году. Она потребовала почти пятнадцатилетней работы множества специалистов из разных стран и в общей сложности обошлась в 3 млрд долларов. Выполненное в прошлом году прочтение наследственной информации одного из первооткрывателей структуры ДНК Джеймса Уотсона стоило немногим более миллиона. В марте нынешнего года калифорнийская фирма Applied Biosystem сообщила, что ей удалось картировать геном человека всего за 6 недель, затратив 60 тыс долларов. Почти все ныне существующие методы составления генных карт основаны на идентификации нуклеотидов поодиночке, друг за другом. Фирмы-партнеры Complete Genomics и BioNanomatrix разработали технологию, которая в принципе позволяет считывать сразу пятерки химических букв генетического текста. Идея состоит в том, чтобы синтезировать все возможные пятичленные комбинации нуклеотидов и пометить их различными флуоресцентными ярлыками. В процессе считывания каждая такая группа химически связывается с парной последовательностью нуклеотидов в картируемой молекуле ДНК, после чего световые кванты от флуоресцентного маркера регистрируются специальной высокочувствительной камерой. Новая технология пока что создана лишь в общих чертах, и на ее совершенствование, как полагают, понадобится не менее пяти лет. Однако разработчики надеются, что со временем она позволит тратить на расшифровку одного человеческого генома не более ста долларов. Если это произойдет, любой желающий сможет получить свою генную карту по вполне доступной цене.