Ген, примененный американскими учеными и внедренный в геном яйцеклетки при помощи ретровируса, не имеет никакого физиологического значения. Речь идет о гене, полученном из генома медузы, производящем фосфоресцирующий протеин. Это совсем не означает, что Анди светится зеленым светом, но чужой ген может быть легко идентифицирован в полученных пробах ткани.
Незначительная степень успеха опытов на обезьянах показывает, что речь идет не только об этических, но и о серьезных технических проблемах, необычность которых граничит с мистификацией. Геральд Шатен спекулирует на том, что ген Альцгеймера можно внедрить обезьяне и затем испытывать прививочные вещества против этой болезни.
Но что он понимает под геном Альцгеймера? Утверждение, что различные варианты аполипопротеинового гена с большой степенью вероятности вызывают БА, является далеко не однозначным. И было бы крайне легкомысленно переносить результаты опытов с обезьяны на человека. Об идеальной модели животных для выявления человеческих болезней не может быть и речи.
Изучить на подопытных животных все генетические изменения в мозге в течение болезни является гигантской задачей, если представить себе, что многие десятки тысяч генов в мозге играют определенную роль, как у человека, так и у животных.
Для того чтобы реализовать техническую оценку таких массовых результатов, ученые фирмы «Биофронтера» комбинируют различные молекулярно-биологические методы. Прежде всего посредством сложных манипуляций с применением лабораторных роботов создается генетический профиль мозга, причем каждая полоска на нем при помощи индикаторной окраски показывает активность гена во времени. Количество полосок может доходить до 100 000.
С помощью такой методики может быть одновременно исследовано очень большое количество генов. Более точное определение их специфики из всего этого потока информации происходит посредством сортировки. Так, например, ученые собирают вместе гены, которые становятся активными тогда, когда в развитии болезни происходит что— то важное, решающее, например, если при кровоизлиянии в мозг повреждение нервных клеток распространяется на области, первоначально не затронутые болезнью.
Анализ и оценку результатов осуществляет мощная биоинформатика, которая опирается на генный и протеиновый банк данных. Возможно, на основании сигналов о повреждении окончаний нервных клеток можно проследить путь развития болезни, то есть определить цепочку, по которой от одной молекулы к другой перемещается процесс поражения болезнью. Именно такая цепная реакция передачи сигналов указывает на распространение изменений, которые приводят к необратимым последствиям. Конечно, она нуждается во многих дополнительных подтверждениях, но какими бы путями ни шли ученые, в конце стоит молекулярная модель развития болезни.
С повышением степени изученности генома человека появляются возможности для разработки новых медикаментов. Так, например, число «точек» (точки приложения или опасные пункты) для медикаментов растет с огромной скоростью. Если до сего времени фармакологи всего мира концентрировались на примерно 500 целевых молекулах, то теперь эта цифра достигает 10 ООО. В скором будущем можно будет разрабатывать лекарства «на заказ» — все больше специальных медикаментов для более узких групп. Медикаменты, предназначенные для определенных групп пациентов, можно будет определить посредством анализа генов.
В исследовательском центре фармацевтического швейцарского гиганта «Новартис» со штаб-квартирой в Базеле и с бюджетом 3,45 млрд евро заняты 1200 человек.
«Если в США очень часто предлагается путь, когда отдельные группы ученых внутри предприятия выступают друг против друга как конкуренты, с тем чтобы повысить общую эффективность, то в Базеле такую установку и концепцию считают неправильной», — объясняет ведущий ученый Херрлинг.
Он пытается объединить ученых в группы посредством своеобразной сетки переплетений. В погоне за новыми активными веществами, будущими медикаментами, здесь параллельно разрабатывается до 100 проектов, одни из которых заканчиваются в течение нескольких недель, другие растягиваются на годы.
В результате за год отдел покидают от 15 до 20 готовых проектов, превращаясь в дальнейшем в новые медикаменты. После последнего фильтра клинических испытаний остается дюжина новых веществ.
С помощью синтеза компьютерной техники и разгаданных структур генома разрабатываются новые лекарственные препараты. При этом создаются новые методики исследований, в которых целый ряд веществ одновременно подвергается тестам на наличие требуемых свойств. Так, например, вышеописанные «точки» можно наносить на генный чип.
Значительную помощь оказывает так называемое молекулярное моделирование. При этом в компьютере симулируется пространственная структура «опасной точки» — позиция атомов известна из анализов рентгеновских структур протеиновых кристаллов. На экранах можно проигрывать ситуации с различными активными веществами, пробовать, могут ли они пространственно вписаться в «активные центры» протеинов.
«Раньше поиск основывался на принципе «проб и ошибок», сегодня мы можем увидеть внутреннее взаимодействие между молекулами уже в компьютере, — объясняет принцип «моделирования» специалист Паскаль Фуре. — По крайней мере статически. В реальности молекулы непрерывно и постоянно двигаются».
Если целевой ген однажды будет найден, его размножают («клонируют») — и только тогда может начаться скрупулезная биологическая работа. Одновременно идет и конвейерный поиск возможных активных химических веществ. В компьютерных базах данных фирмы «Новартис» «складируется» примерно I млн подобных сложных соединений с определенными химическими свойствами, причем вредные для организма сразу же исключаются из общей концепции поиска.
Генная технология и в будущем останется методом испытаний и сама по себе не принесет много новых медикаментов, — говорит Херрлинг. — С рекомбинацией протеинов будет еще много проблем, — сожалеет он и вспоминает: — Две недели назад пациент, получивший прививку против БА во время испытаний, получил тяжелое воспаление мозга».
И тем не менее, эйфория от успехов генных технологий не пропадает, ибо, по мнению большинства ученых, именно они сулят большие возможности и могут произвести революционный переворот в существующих представлениях как о диагностике, так и о терапии этого недуга. И уже первые сообщения заставили мир вздрогнуть, и многие с надеждой вырывали друг у друга газетные статьи, которые в конце 1999 года обошли страницы мировой печати под заголовками: «Американка снова может ходить», «Клетки свиньи для жертв инсультов».
Сообщения из Бостона освещали подробности. В течение пяти лет Марибет Кук из Массачусетса вследствие перенесенного инсульта была разбита параличом и лишь с трудом могла говорить. Это улучшение оказалось возможным благодаря клеткам мозга 12 поросят.
Доктор Луис Каплейн из исследовательской клиники в Бостоне обнаружил, что ДНК свиньи почти на 90 % сходны с человеческими. Исходя из этого он разработал сенсационную теорию, согласно которой поврежденные человеческие клетки мозга можно просто заменить клетками свиньи.
Марибет Кук сразу же согласилась на такую операцию. Под местной анестезией в ее мозг было трансплантировано 30 млн клеток, взятых у 12 поросят. На следующий день после операции 39-летняя пациентка уже пыталась самостоятельно ходить, ее речь быстро восстановилась, и она снова могла работать телефонисткой.
Как помогает нам природа?
Познавая сложность конструкции человеческого организма и происходящих в нем процессов, мы все чаще получаем помощь от самой природы, аппелируя к ее законам. И для понимания взаимодействия нашего организма с окружающей средой начнем с небольшого исторического экскурса.
Все живые организмы, как и человек, поглощают кислород, необходимый для реакции окисления в процессе обмена веществ. Но кислород не только дарует жизнь, он также является газом, ее разрушающим. Когда в ранней истории на нашей Земле множество водорослей начало производить кислород, то большое количество тогдашних обитателей Земли вымерло. Для организмов, привыкших к бескислородным условиям окружающей среды, действие кислорода оказалось смертельным. Применительно к тогдашним условиям кислород явился первым веществом глобального загрязнения среды на нашей планете.
Это истребление планетарного масштаба пережили только те организмы, которые разработали механизмы, защищающие их от отравляющего действия кислорода. Эти механизмы в течение миллионов лет постоянно совершенствовались, благодаря чему дышащим живым существам удалось отравляющий и одновременно полезный кислород поглощать в клетки и вырабатывать с его помощью энергию.
Любая человеческая клетка при помощи кислорода сжигает составные части питания, превращая их в углекислый газ и воду, выделяя большое количество энергии. Человек с нормальным весом ежедневно сжигает в «печке» обмена веществ около 2000 ккал. Для этого необходимы 700 г кислорода. За 70 лет потребление организмом кислорода составляет 17 т, 2 % которого «сжигается» не полностью, образуя свободные радикалы, которые вследствие своей ненасыщенной валентности очень агрессивны и разрушают другие молекулярные структуры.
В течение жизни у человека с нормальным весом образуется примерно 0,3 тонны кислородных радикалов. У людей с избыточным весом, употребляющих больше пищи, соответственно больше кислородных радикалов — организм страдает от «оксидантного стресса». Так ученые называют конфронтацию обмена веществ с кислородными радикалами, образующимися в клетках не только вследствие неполного сгорания в «печах» обмена веществ. Различные энзимы, например, при иммунной защите, также способствуют появлению кислородных радикалов, которые также образуются в нашем организме под действием медикаментов и различных отравляющих веществ, находящихся в окружающей среде.
Один-единственный вдох сигаретного дыма вызывает в наших легких «наводнение» свободных радикалов, в результате чего в кровь поступают миллиарды из них.
Электромагнитные поля (ЭМП) различного происхождения также являются причиной образования свободных кислородных радикалов и относятся к числу сильнодействующих экологических факторов, приводящих к катастрофическим последствиям для всего живого. Напряженность полей особенно резко возникает вблизи ЛЭП (линий электропередач), радио— и телестанций, средств радиолокации и радиосвязи (в том числе мобильной и спутниковой), различных энергетических и энергоемких установок, городского электротранспорта.
Один-единственный вдох сигаретного дыма вызывает в наших легких «наводнение» свободных радикалов, в результате чего в кровь поступают миллиарды из них.
Результатом продолжительного воздействия электромагнитных волн, даже относительно слабого уровня, могут быть раковые заболевания, изменение поведения, потеря памяти, болезни Паркинсона, Альцгеймера и др.
Ученые из института Уэйна Хьюза (г. Сент— Пол, США), наблюдая воздействие электромагнитных волн на живую клетку, обнаружили, что гены, провоцирующие лейкемию, за 10 минут воздействия активировались в несколько раз. ЭМП не уступают по своей истребляющей силе радиации и химиотерапии. И именно во взаимодействиях сильных концентрированных пучков энергии с клеточными конструкциями нашего организма, приводящих к свободно-радикальному агрессивному разрушительному механизму, лежат причины многих заболеваний.
Еще одним примером свободного кислородного радикала, который сегодня все хорошо знают, является озон. Этот трехатомный кислород представляет собой молекулу, которая, вследствие своей нестабильности, легко превращается в одну стабильную молекулу кислорода и в один нестабильный агрессивный кислородный радикал, в котором на внешней электронной орбите не хватает до валентной насыщенности одного электрона. Он отнимает недостающий электрон у других молекул, которые имеют теперь также ненасыщенную электронную связь, становятся агрессивными и атакуют в борьбе за недостающий электрон следующую молекулу — так возникает цепная реакция.
Если речь при этом идет о «разворованных» молекулах, входящих в клеточные структуры, например, из мембран клеток, из ненасыщенных жирных кислот, из кровеносных сосудов или из наследственных ДНК — то все это может привести к серьезным нарушениям.
Наследственную информацию каждой клетки нашего организма 10 раз в день атакуют появившиеся вследствие цепной реакции кислородные радикалы. Чтобы эти атаки не привели к катастрофе, растения и животные используют различные защитные механизмы. Так, например, существуют энзимы и энзимные системы, которые с помощью различных металлов, например железа, цинка, магния или селена, нейтрализуют кислородные радикалы или восстанавливают уже возникшие нарушения. С двумя такими энзимами мы уже познакомились, а именно с супероксиддизмутазой и каталазой.
Растения в ходе эволюции также образовали вещества, с помощью которых защищаются от кислородных радикалов. Эти вещества служат и человеку. К ним принадлежат уже известные витамины Е, С, β-каротин, а также большое количество других активных антиоксидантов, которые мы получаем в основном с пищей и которые только в последнее время были установлены.
Китайская пословица говорит: «Неважно, кто отец болезни, матерью всегда является питание».
Доктор Марианна Й. Энгельгарт и ее сотрудники из медицинского центра «Эразмус» (Роттердам, Голландия) обработали данные, полученные в экспериментах, связанных с традициями питания. В ходе эксперимента были изучены 5395 мужчин и женщин в возрасте 55 и более лет, не имеющих признаков деменции. Все заболевания и случаи смерти в ходе эксперимента были детально документированы. Все участники были дополнительно опрошены специалистами по питанию.
За шесть лет наблюдения БА заболели 146 участников, васкулярной деменцией — 29. Ученые установили, что оставшиеся здоровыми участники принимали с пищей значительное количество β-каротина, витаминов С и Е и овощей. Но в то же время не было установлено прямой зависимости между риском заболевания васкулярной деменцией и употреблением вторичных продуктов переработки растений и овощей.
Повышенную потребность в витамине Е, вызванную разрушением синапсов, можно выровнять, употребляя его в капсулах, причем молодым людям можно рекомендовать 200 мг, а более пожилым — 400 мг в день.
