Эпигенетика. Как современная биология переписывает наши представления о генетике, заболеваниях и наследственности

Разберем это на примере какого-нибудь заболевания, скажем, диабета 1 типа. Он обычно возникает в детстве, когда определенные клетки поджелудочной железы (носящие просто волшебное название — бета-клетки островков Лангерганса) разрушаются в ходе процесса, природа которого не до конца ясна. Погибая, эти клетки никогда уже не восстанавливаются и не заменяются новыми, и в результате этого больной не способен более вырабатывать гормон инсулин. Без инсулина невозможно контролировать уровень сахара в крови, и последствия этого могут быть просто катастрофическими. До тех пор, пока не были обнаружены способы получения инсулина у свиней и введения его больным, дети и подростки регулярно умирали из-за диабета. Даже сегодня, когда прием инсулина (теперь это обычно искусственно синтезированный человеческий гормон) стал делом вполне обыденным, эта процедура продолжает сопровождаться целым рядом обременительных проблем. Больным приходится измерять уровень содержания сахара в крови по нескольку раз в день и соответственно менять дозы лекарства и рацион, стараясь оставаться в пределах жестко установленных границ. Заниматься этим на протяжении многих лет чрезвычайно сложно, особенно для подростков. Много ли вы знаете детей, которые искренне беспокоятся о том, что с ними может что-то случиться, когда им стукнет сорок? А хронический диабет 1 типа способен спровоцировать самый широкий спектр осложнений, включая потерю зрения, нарушение кровообращения, которое может привести к ампутациям, и заболевания почек.

Как было бы здорово, если вместо того, чтобы ежедневно делать себе инсулиновые инъекции, диабетики смогли бы получить новые бета-клетки! Тогда они сами снова смогли бы вырабатывать инсулин. Собственные внутренние механизмы организма обычно очень эффективны в контролировании уровня содержания сахара в крови, так что о большей части проблем можно было бы просто позабыть. Загвоздка в том, что в организме не существует клеток, которые могли бы преобразоваться в бета-клетки (они располагаются на самом дне одной из уоддингтоновских ложбин), поэтому нам придется прибегать к трансплантации поджелудочной железы или, возможно, превратить некоторые человеческие ЭС клетки в бета-клетки и ввести их в организм.

Выполнению этой задачи препятствуют две большие проблемы. Первая из них заключается в том, что донорский материал (как ЭС клетки, так и здоровая поджелудочная железа) в большом дефиците, и его никогда не будет достаточно для обеспечения всех диабетиков. Но даже если бы мы располагали им в достаточных количествах, существовал бы серьезный риск того, что они окажутся не совсем такими, как ткани пациента. Иммунная система больного идентифицирует их как чужеродные и попытается отторгнуть. В этом случае пациент, возможно, и избавится от необходимости делать себе инсулиновые инъекции, но будет вынужден всю свою жизнь принимать иммуно-подавляющие лекарственные препараты. Такое решение проблемы никак нельзя назвать приемлемым, поскольку эти препараты обладают целым рядом чрезвычайно тяжелых побочных эффектов.

Принципиально новый выход из этой запутанной ситуации предлагают iPS клетки. Возьмем крошечный соскоб клеток кожи у нашего пациента, которого условно назовем Фредди. Будем выращивать эти клетки в культуре, пока не получим достаточного количества, с которым можно было бы работать (это очень просто). Воспользуемся четырьмя факторами Яманаки для создания большого количества iPS клеток, обработаем их в лаборатории, превращая в бета-клетки, а после этого вернем пациенту. Иммунного отторжения не произойдет, поскольку Фредди получит обратно свои собственные клетки. Недавно ученые продемонстрировали, что на практике это вполне осуществимо, когда они проделали эту процедуру на больных диабетом мышах[12].

Все это, конечно, не так просто. Еще предстоит преодолеть целый сонм технологических барьеров, не говоря уже о том, что один из четырех факторов Яманаки, с-Мус, провоцирует развитие рака. Но за несколько лет, прошедших после той знаменитой публикации в журнале Cell, ученым удалось достичь заметного прогресса в совершенствовании технологий, благодаря чему мы теперь находимся едва ли не на самом пороге клинических испытаний. Мы научились создавать человеческие iPS клетки так же легко и уверенно, как мышиные, причем для этого теперь далеко не всегда используется с-Мус[13]. Разработаны новые способы создания клеток, устраняющие и некоторые другие тревожившие нас раньше проблемы безопасности. Например, при ранних методиках создания iPS клеток на стадии клеточной культуры использовались животные продукты. Это было небезопасно, поскольку всегда имел место риск заражения человека специфическими болезнями животных. Однако теперь исследователи обнаружили синтетические заменители этих животных продуктов[14]. Весь процесс воспроизводства iPS клеток постоянно и неуклонно совершенствуется. Но финишную черту мы пока не пересекли.