Чужие гены наших побед

Чужие гены наших побед

Олимпиада в Лондоне, 2012 год. На старте мужской стометровки — представители Ямайки, Тринидада и Тобаго, США и Нидерландов. Фото: GETTY IMAGES/FOTOBANK.COM 

Теперь силу и выносливость человека, определяемую наследственностью, можно развить не только тренировками. Вмешательство в геном приносит высокие спортивные результаты

Уже давно известно, что чернокожие бегуны своими успехами обязаны особой наследственности: их мышцы эффективнее расходуют энергию. Врачи XXI века не только выявляют хорошие гены, но и пробуют улучшать то, что дано природой. Конечно, технологии, близкие к генетическому допингу, отрабатываются в первую очередь не ради спортивных результатов, а для победы над наследственными заболеваниями мускулатуры. Самая грозная из этих болезней — миопатия Дюшенна. Она все еще остается неизлечимой, и больные погибают в возрасте около 20 лет. Причина их смерти — сбой в работе генов, отвечающих за регенерацию.

За день среднестатистический землянин выполняет не менее 23 000 дыхательных движений межреберными мышцами и диафрагмой. Даже когда мы моргаем, улыбаемся или хмуримся, мускулатура совершает работу, а значит, изнашивается. Организм постоянно ремонтирует ее. Специальные ферменты разрушают и «выводят из игры» поврежденные и отработанные молекулы, а вместо отслуживших белков мышечное волокно синтезирует новые. Это в норме. Но есть группа заболеваний, при которых этот механизм из-за генетических нарушений не работает. Миопатия Дюшенна — сбой работы гена, отвечающего за синтез важного структурного белка дистрофина. Его нужно совсем немного, всего 0,002% от массы мышцы. Но отсутствие дистрофина влечет гибель мышечных волокон. Когда болезнь захватывает дыхательную и сердечную мускулатуру, пациент умирает в самом цветущем возрасте.

Один из возможных путей решения проблемы — пересадка больному здоровых стволовых клеток костного мозга. Такие опыты ведутся на мышах mdx, представляющих собой естественную модель человеческой миодистрофии Дюшенна. Профессор Института цитологии РАН Вячеслав Михайлов рассказывает, что по всему миру опыты с десятками типов стволовых клеток закончились неудачей: «Никто не смог получить стойких результатов в инициации синтеза дистрофина в мышечных  волокнах экспериментальных животных. Что касается лечения человека, то только доктор Питер Лоу из Мемфиса гарантирует два года успеха при пересадке культивируемых in vitro (в пробирке. — Прим. ред.) стволовых клеток в мышцы пациентов с болезнью Дюшенна. Секрет приготовления он хранит до сих пор. Причина неуспеха проста — культивируемые in vitro стволовые клетки теряют свои стволовые свойства как при приготовлении, так и после внедрения в мышечные ткани».

Фото: GETTY IMAGES/FOTOBANK.COM

Однако и группа Михайлова сумела многого добиться. «Для трансплантации стволовых клеток собственный костный мозг реципиента обычно убивают рентгеновским облучением в дозах 7 и выше грэй (Гр). При лечении опухолей клеток крови тотальное уничтожение клеток костного мозга необходимо. Для мышей mdx доза 5 Гр летальна… Мы обратились к использованию несмертельного облучения в дозе 3 Гр. И зарегистрировали постоянный рост дистрофин-экспрессирующих мышечных волокон. Практически нам удалось вылечить мышей, так как синтез дистрофина на уровне 30% мышечных волокон позволяет мышцам нормально функционировать». Доклад, сделанный Михайловым в 2011 году на конференции в США, был воспринят с огромным интересом. Однако при скудости финансирования российские исследования в этом направлении развиваются медленнее, чем могли бы. Правильный ген дистрофина нельзя доставить в клетку-мишень традиционным способом — при помощи вируса. Этот ген так велик, что не помещается в геном вируса. Продвинуться вперед удалось только в прошлом году, когда профессор Мицуо Ошимура создал искусственную хромосому, в которую целиком заключил нужный ген. Японским исследователям совместно с британской группой под руководством Джулио Коссу удалось получить вполне обнадеживающие результаты у мышей. «Сейчас мы сконструировали новую хромосому, рассказывает Коссу, — теперь уже с геном человеческого белка дистрофина. Новая конструкция проходит испытания in vitro на специальных линиях человеческих клеток. Но требуется повышенное внимание к аспектам безопасности. Пока безвредность методики доказана на мышах. Мы надеемся, что исследования с вовлечением человека у нас впереди. Технология искусственных хромосом вполне универсальна, и вместо гена дистрофина в них можно встроить и другие гены, например ответственные за рост или восстановление мышечной ткани. Но пока мы не докажем возможность излечения миопатии Дюшенна, говорить о применении нашей техники для иных целей преждевременно».

Надежда Остапчук (вверху) и Лэнс Армстронг были дисквалифицированы за введение гормонов. Средства генной терапии увеличивают выработку гормонов в организме естественным путем. Фото: PCN PHOTOGRAPHY/ALAMY/DIOMEDIA 

*****
Статистика американского футбола свидетельствует, что команду из 25 игроков в каждом сезоне ожидает около 50 травм. Примерно половина этих травм выводит  игроков из строя по крайней мере на неделю, а восемь или девять травм требуют и более долгого восстановительного периода, вплоть до четырех недель. 87% повреждений приходится на мягкие ткани: мышцы, сухожилия, связки. Считается, что скорость восстановительных процессов определяется наследственностью, но врачи способны создать максимально благоприятные условия.

Современные технологии регенеративной медицины широко используются для восстановления поврежденных тканей в сочетании с надежными хирургическими методами. Однако в некоторых случаях сама анатомия человека резко ограничивает наши возможности. Хорошая тому иллюстрация — суставные хрящи. Конструкция сустава отлично приспособлена к длительной работе: прилегающие друг к другу поверхности, идеальная смазка — синовиальная жидкость, отсутствие нервных болевых окончаний и собственных сосудов. Но клеточных источников для восстановления у суставов почти нет, поэтому, однажды разрушившись, суставной хрящ фактически не восстанавливается. Самое неприятное, что такое разрушение у спортсменов может произойти даже не из-за травмы, а, например, просто из-за высокой нагрузки.

Это наглядно показано в экспериментах профессоров Центрального института травматологии и ортопедии Сергея Миронова и Николая Омельяненко.  Динамику разрушения хряща отслеживали, создавая сверхфизиологическую нагрузку на суставы подопытных баранов. Сначала стирается самый верхний, бесклеточный, слой. Потом появляются вертикальные трещины, которые рассекают вещество хряща, что через некоторое время приводит к полной деструкции, которая сопровождается воспалением окружающих тканей и сильной болью. Ортопеды часто сталкиваются с такой ситуацией в повседневной практике. Увы, выбор не богат — хирургическое удаление и монтаж «железного сустава».

Травмы положили конец карьере многих выдающихся атлетов. Это случилось, например, с Павлом Буре. Игроки команд-соперников специально били его по коленям, чтобы повредить суставы, и в 30 лет Буре оставил хоккей. Фото: RAY STUBBLEBINE/REUTERS/VOSTOCK PHOTO 

Конечно, мечта врача в этой ситуации — замена такого хряща биоискусственным, который был бы живым, идеально интегрировался бы с окружающими тканями и походил бы на родной. Эту мечту воплощают в жизнь в лаборатории профессора Августинуса Бадера, директора Центра биотехнологии и биомедицины Лейпцигского университета. К мысли о бионическом подходе в регенеративной медицине Бадер пришел не сразу. Сначала он как исследователь работал с тяжело обожженными пациентами, пытаясь помочь в заживлении обширных ожоговых ран. Оказалось, что обреченных можно спасти, воздействуя на оставшиеся в ране жизнеспособные источники регенерации допинговыми веществами-индукторами. Например, эритропоэтином, который в организме человека стимулирует созревание переносящих кислород красных кровяных телец. Если этот принцип сработал в термической ране, то мы вправе, рассуждал профессор Бадер, ожидать успеха и при других повреждениях, например в лечении длительно незаживающих язв при диабетической стопе. Первые положительные результаты и в этом направлении не заставили себя долго ждать.

Однако с хрящом такой подход не годится — там нет своих стволовых клеток. Тогда профессор решил их туда добавить. Для этого сделали специальный биореактор, в котором моделируются не только химический состав, температура и газовая смесь, необходимые для роста клеток, но и физические условия — импульсная нагрузка, чтобы «незрелые» стволовые клетки постепенно могли формировать механически прочную ткань. Этот метод хорошо показал себя при лечении крупных животных. В настоящий момент вся исследовательская группа Бадера готовится к клиническим испытаниям, чтобы доказать эффективность бионического подхода к восстановлению тканей, в том числе при артрозах, вызванных сверхфизиологическими нагрузками.

Уиппет по кличке Венди при росте 52 сантиметра весит 27 килограммов.
Фото: POLARIS/EAST NEWS

 

Уиппеты среди нас

Генетические сбои в работе мускулатуры опасны для жизни далеко не всегда. В животном мире известны случаи повреждений в гене белка миостатина, ответственного за подавление роста мышц. Это приводит к формированию избыточной мышечной массы у коров породы бельгийская голубая, а также у малых английских борзых — уиппетов.

Описана такая мутация и у людей. Причем если повреждена одна из двух копий гена, находящихся в геноме, то мышечная масса увеличена не намного. Но при повреждении обеих копий человек обретает чрезвычайно развитую мускулатуру и значительную физическую силу. Разумеется, биотехнологи от спорта взяли этот факт на вооружение и создали MYO-029 — антитела, которые снижают уровень миостатина в организме, провоцируя интенсивный рост мышечной ткани. Прототип препарата на основе MYO-029 уже прошел исследования безопасности на здоровых добровольцах, а также показал некоторую эффективность у пациентов с различными видами разрушения мышечной ткани.

Нужно отметить, что сочетание обоих подходов — использования стволовых клеток, поддержанных некоторое время в лабораторных условиях, и активация собственных клеток организма веществами-индукторами — дает поразительные результаты: ведь лучшего биореактора, чем само тело человека, изобрести невозможно. Впервые в истории медицины этот принцип был экстренно применен для спасения 11-летнего британца по имени Киаран Финн-Линч, родившегося с недоразвитием трахеи. В марте 2010 года стало ясно, что без трансплантации он не выживет. Однако никто раньше не конструировал трахею ребенку. Только известный хирург Паоло Маккиарини имел опыт пересадки тканеинженерных трахей взрослым больным. Но тут задача была более сложной: пересаженный орган должен был расти вместе с мальчиком. Объединив усилия с врачами лондонской детской больницы Грейт-Ормонд-стрит, профессора Бадер и Маккиарини добились успеха. Сейчас мальчик бодр и весел. Он снова посещает школу и начал забывать про докторов.

*****
Пока врачи борются за жизнь пациентов с отклонениями наследственности, в мире спорта, где вращаются большие деньги, вовсю испытывается генный допинг. Первый связанный с ним скандал произошел в 2006 году. На скамью подсудимых попал опытный немецкий тренер Томас Шпрингштайн, который в свое время готовил  победоносную сборную ГДР по легкой атлетике. Он выдавал юным бегуньям неведомые таблетки, уверяя, что это витамины для регенерации. Одна девушка испугалась побочных эффектов и передала таблетки тренеру федеральной олимпийской команды, формальному боссу Шпрингштайна. Успехи уроженцев ГДР в спорте — предмет особой гордости для всей Восточной Германии и не самых приятных переживаний для западных немцев. Уязвленный бундестренер ухватился за возможность уличить восточногерманского наставника. В доме Шпрингштайна состоялся обыск, в ходе которого нашли все виды запрещенных препаратов. Сюрпризом стало обнаруженное в компьютере тренера электронное письмо с заказом на «Репоксиген», прототип генного препарата, который индуцирует повышенную выработку эритропоэтина. Как раз на инъекциях эритропоэтина погорели лыжница Лариса Лазутина и велосипедист Лэнс Армстронг. Однако если этот гормон не впрыскивается с помощью инъекций, а вырабатывается естественным путем, пусть даже под влиянием «Репоксигена», придраться вроде бы не к чему. Препарат разрабатывался для лечения анемии, но его можно использовать и не по назначению.

На процессе Шпрингштайна было сразу два защитника — самый дорогой адвокат Германии и бывший министр внутренних дел ГДР. Суд состоялся в Магдебурге, на территории Восточной Германии, где связи экс-министра сыграли свою роль. Подсудимый отделался сравнительно легко: вместо «причинения тяжкого вреда здоровью» ему вменили всего-навсего «грубое нарушение закона об обороте лекарственных средств» и приговорили к 16 месяцам лишения свободы условно.

Всемирное антидопинговое агентство ввело наказание спортсменам за «генный допинг», определив этот термин очень широко: «…нетерапевтическое использование клеток, генов, генетических конструкций или их частей, модуляторов генной экспрессии, которые потенциально могут обеспечить улучшение спортивных результатов». Научиться выявлять все такие манипуляции — дело будущего. Пока что попался только Шпрингштайн, да и тот из-за большой политики. По данным журнала «Штерн», получив свой срок, он прекратил работу с олимпийцами и стал частным тренером. Реклама предлагает его клиентам «креативные решения для тех, кто достиг пределов спорта». И хотя побочные эффекты генных препаратов изучены мало, желающих выглядеть «здоровее, сексуальнее, сильнее» (как гласит слоган Шпрингштайна) предостаточно. 

 
# Вопрос-Ответ