Со времен первых экспериментов по генному сплайсингу, то есть выделению с помощью методов биотехнологии гена из одного организма с последующим введением этого гена в другой организм, то есть экспериментов, из которых выросла вся биотехнологическая индустрия, достигнут огромный прогресс. Об этом свидетельствуют новые препараты и вакцины, ускоренное открытие лекарств, усовершенствованные диагностические средства и другие новые медицинские процедуры. Но многие ученые считают, что достигнутый прогресс - это только начало. Они уверены, что в не столь отдаленном будущем совершенствование "целевых терапий", ориентированных на биологические основы заболевания, должно резко улучшить безопасность и эффективность лекарств, а развитие прогностических технологий может привести к новой эпохе в профилактике заболеваний, особенно в некоторых странах мира с быстроразвивающейся экономикой. И все же нельзя сбрасывать со счетов факторы риска, поскольку новые разработки и открытия ставят новые вопросы, особенно в таких областях, как генная терапия, этические аспекты исследований по стволовым клеткам и использование информации о геномах.

Тридцать лет назад более 100 ведущих ученых мира собрались в конференц-центре "Азиломар" в Пасифик-Грове (штат Калифорния), чтобы обсудить потенциальные факторы риска при генной инженерии. Обеспокоенные тем, что технология рекомбинации ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) может трансформировать безвредные микробы в опасные для человека патогены, ученые договорились о добровольном моратории на некоторые эксперименты.

Мрачные прогнозы оказались необоснованными. Напротив, генный сплайсинг стимулировал многочисленные революции в медицине: экспресс-методы обнаружения инфекции или мониторинга уровней холестерина, разработку новых вакцин и совершенно новых классов лекарств, прорывы в понимании столь разнообразных заболеваний, как кистозный фиброз и рак.

Из ранних экспериментов по генному сплайсингу возникла динамичная - и очень прибыльная - биотехнологическая индустрия. Рекомбинация ДНК обеспечила секвенирование генома человека (определение последовательности расположения всех нуклеотидов в молекуле ДНК) и заложила основу для зарождения новых областей - биоинформатики, наномедицины и индивидуализированной терапии. В ближайшие два десятилетия, полагают многие ученые, совершенствование "целевых терапий", ориентированных на биологические основы заболеваний, должно резко улучшить безопасность и эффективность лекарств, а развитие таких прогностических технологий, как протеомика, может привести к новой эпохе в профилактике заболеваний.

И все же остаются опасения в связи с рисками генной терапии, этическими аспектами исследований по стволовым клеткам и потенциальным злоупотреблением геномной информацией. В зависимости от точки зрения, биотехнология изобилует перспективами или опасностями, либо и тем, и другим.

ПЕРВЫЕ ШАГИ

Первое "биоинженерное" лекарство - рекомбинантная форма инсулина человека - было утверждено американской Администрацией по контролю за продуктами питания и лекарствами в 1982 году. До этого инсулин получали из ограниченного количества ткани поджелудочной железы коров или свиней. Внедрив человеческий инсулиновый ген в бактерии, ученые смогли добиться бактериального производства больших количеств спасительного белка. В ближайшем будущем пациенты с диабетом, возможно, смогут вдыхать инсулин, что устранит необходимость инъекций.

Первая рекомбинантная вакцина, утвержденная в 1986 году, была получена путем внедрения генного фрагмента вируса гепатита В в дрожжи. Генетическим механизмом дрожжей фрагмент переводился в антиген - находящийся на поверхности вируса протеин, стимулирующий иммунную реакцию. Это исключило необходимость экстракции антигена из сыворотки людей, инфицированных гепатитом В.

В настоящее время существует более 100 рекомбинантных лекарств и вакцин. Благодаря их эффективности, безопасности и относительно низкой стоимости, молекулярные диагностические тесты и рекомбинантные вакцины могут оказаться особенно актуальными для борьбы с давними заболеваниями в развивающихся странах, включая лейшманиоз (тропическая инфекция, вызывающая лихорадку и патологические изменения) и малярию.

УЛУЧШЕННЫЕ ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА

Биотехнология также резко улучшила диагностические средства. Например, цепная реакция полимеразы - метод усиления мельчайших частиц ДНК, впервые описанный в середине 1980-х годов, - имеет решающее значение для разработки методов анализа крови, которые могут быстро определять подверженность действию вируса иммунодефицита человека (ВИЧ).

Разработка моноклональных антител в 1975 году привела к аналогичной медицинской революции. Обычно организм вырабатывает широкий спектр антител - протеинов иммунной системы, которые искореняют микроорганизмы и другие инородные вторжения. Соединив производящие антитела клетки с миеломными клетками, ученые смогли получить антитела, способные, как "волшебные пули", бить по конкретным целям, включая уникальные маркеры, называемые антигенами, на поверхностях воспаленных клеток.

Ранние примеры включают в себя моноклональные антитела, способные не позволять иммунной системе организма отторгать трансплантаты органов, и получивший широкую известность "герцептин", утвержденный в 1998 году для лечения прогрессирующего рака груди. Другие моноклональные антитела были утверждены для лечения рассеянного склероза и ревматоидного артрита, а в настоящее время они испытываются в качестве потенциальных лекарств от астмы, болезни Крона и мышечной дистрофии.

Меченные радиоизотопами или другими контрастными веществами моноклональные антитела могут помочь точно определить местонахождение раковых клеток, тем самым повышая точность хирургии и радиационной терапии и в течение 48 часов показывая, реагирует ли опухоль на химиотерапию.

ТРАНСГЕННЫЕ ЖИВОТНЫЕ

В настоящее время возможен генетический анализ многих редких заболеваний - таких, как гемофилия, вызываемая мутацией в одном гене. Однако мало что можно сделать для предотвращения или замедления некоторых из этих заболеваний, а биологические основания более сложных болезней, как рак, порок сердца и психическое расстройство, еще малопонятны.

Эта ситуация меняется, отчасти благодаря разработанной в начале 1980-х технологии вводить ДНК от людей мышам и другим животным.

Поскольку подобные "трансгенные" животные являются носителями человеческих генов, они могут изучаться в качестве моделей развития диабета, атеросклероза и болезни Альцгеймера. Они также могут вырабатывать большие количества потенциально лекарственных человеческих протеинов. Например, рекомбинантный "блокатор тромбов", выраженный в молоке трансгенных коров, в настоящее время испытывается на пациентах.

Секвенирование генома человека, завершившееся всего два года назад, также дало ученым невероятно богатый "список составных частей", позволяющий лучше понять, почему и как возникает заболевание. Оно усилило профилирование экспрессии генов - метод мониторинга экспрессии тысяч генов одновременно на предметном стекле, называемом микроматрицей. С помощью этого метода в некоторых случаях можно прогнозировать агрессивное развитие рака груди.

Еще одной быстроразвивающейся областью стала протеомика - применение таких методов, как масс-спектрометрия, для обнаружения биологических маркеров протеина в крови, что может указывать на первые признаки заболевания даже до появления симптомов. Один из таких маркеров - С-реактивный белок, индикатор воспалительных изменений в стенках кровеносных сосудов, которые предвещают атеросклероз.

Высокопроизводительный скрининг, проводимый с помощью сложных роботизированных и компьютерных технологий, позволяет ученым испытывать десятки тысяч небольших молекул за один день на предмет их способности связывать или модулировать активность "цели", такой как рецептор нейротрансмиттера в мозгу. Стоит задача повысить скорость и точность изготовления лекарств, одновременно уменьшив затраты и улучшив безопасность препаратов в соответствии с требованиями рынка.

РЕАКЦИЯ НА УСТОЙЧИВОСТЬ К АНТИБИОТИКАМ

Биотехнология также решает острую и растущую проблему устойчивости к антибиотикам.

С помощью биоинформатики - мощных компьютерных программ, способных анализировать миллиарды бит данных о геномной последовательности, - ученые взламывают генетические коды бактерий и обнаруживают "слабые места", уязвимые перед атакой соединений, выявленных путем высокопроизводительного скрининга. Подобная работа привела в 2000 году к утверждению "зайвокса" - первого совершенно нового антибиотика, выпущенного на рынок за 35 лет.

Литические бактериофаги - вирусы, инфицирующие и убивающие бактерии, - могут быть еще одним способом противодействия резистентности. Впервые использованную для лечения инфекционных заболеваний в 1920-е годы "фаговую терапию" во многом затмила разработка антибиотиков. Однако ранее в этом году в бывшей советской республике Грузии исследователи сообщили, что разлагаемый микроорганизмами полимер, пропитанный бактериофагами и антибиотиком "ципро", успешно лечит раны, инфицированные лекарственно-устойчивой бактерией.

Наномедицина - еще одна быстро развивающаяся отрасль. Ученые разрабатывают разнообразные наночастицы и наноустройства, в диаметре едва достигающие миллионной доли дюйма, для улучшения диагностики рака, стимулирования иммунных реакций, ремонта поврежденных тканей и предотвращения атеросклероза. Ранее в этом году Администрация по контролю за продуктами питания и лекарствами утвердила наночастицу, связанную с онкологическим препаратом "таксол", для лечения прогрессирующего рака груди. Еще одна наночастица испытывается на пациентах с сердечно-сосудистыми заболеваниями в Соединенных Штатах в качестве средства, позволяющего поддерживать сердечные артерии открытыми после ангиопластики.

Исследования стволовых клеток эмбриона человека, направленные на замену клеток, поврежденных диабетом, раком или болезнью Альцгеймера, вызывают в Соединенных Штатах неоднозначную реакцию в силу опасений, что такие исследования требуют уничтожения потенциальной человеческой жизни. Однако исследования быстро продвигаются в финансируемых из частных источников лабораториях в Соединенных Штатах и по всему миру.

ПРОБЛЕМА ГЕННОЙ ПЕРЕДАЧИ

Некоторые биотехнологические подходы к улучшению здоровья оказались более сложными, чем другие. Примером служит генная передача - замена дефектного гена нормально функционирующим. Нормальный ген доставляется в заданные ткани в большинстве случаев аденовирусом, генетически измененным для того, чтобы сделать его безвредным.

Первый эксперимент в области генной передачи, проведенный в 1990 году в Национальных институтах здравоохранения (НИЗ), успешно исправил дефицит ферментов у четырехлетней девочки. Однако девять лет спустя смерть другого пациента, по-видимому, от подавляющей иммунной реакции на несущий ген вирус, побудила сделать требования безопасности при клинических испытаниях более жесткими.

С тех пор работа продвигается медленно, хотя генная передача в настоящее время изучается на пациентах в Соединенных Штатах и других странах как потенциальный метод лечения рака головы и шеи.

Ученые не считают, что они найдут один ген от всех болезней. Поэтому они изучают связи между генами и берут у населения пробы на изменения в генном коде, называемые однонуклеотидными полиморфизмами, которые могут повысить риск возникновения определенного заболевания у человека или определить его реакцию на данное лекарство.

Вооружившие исследовастелей возможности оценивать риск и реагировать на генетические изменения стимулирует движение к "индивидуализированной медицине". Задача состоит в том, чтобы осуществлять профилактику, более раннюю диагностику и более эффективную терапию за счет осуществления процедур, соответствующих конкретным генным характеристикам пациента.

РЕАЛИЗАЦИЯ НОВЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ

В ответ на опасения, что информация о заболеваниях может быть использована для отказа людям в медицинской страховке или трудоустройстве, в последние годы в США - как в отдельных штатах, так и на федеральном уровне - принято множество законов о запрете генетической дискриминации.

Между тем, НИЗ, крупнейший спонсор медицинских исследований в Соединенных Штатах, побуждает учебные заведения осваивать новую науку и новые возможности. Медицинский центр при университете Вандербильта в Нэшвилле (штат Теннеси), например, уточняет свой стратегический план исследовательских проектов, делая упор на том, как лучше обеспечить индивидуализированную медицину, обнаружение лекарств и охрану здоровья различных групп населения.

Продвижение передовых исследований "приближает нас к конечной цели - ликвидации инвалидности и заболеваний наилучшими средствами, какие только может обеспечить современная медицина", говорит Гарри Р. Джейкобсон, проректор университета Вандербильта по вопросам здравоохранения.

Биотехнология - нейтральный инструмент, но, тем не менее, ее возможности вызывают много тревожных этических вопросов. Следует ли разрешать будущим родителям "моделировать" физические характеристики своих эмбрионов? Должна ли наука экспериментировать с зародышами человека, или это в корне и необратимо изменило бы смысл, вкладываемый в понятие человечности.

Еще более насущный вопрос: разве ученым нельзя применить биотехнологию, если они могут это сделать, для ликвидации различий в здоровье между расовыми и этническими группами? Хотя генетическая вариация лишь один из многих факторов, обусловливающих различия в состоянии здоровья (другие включают в себя окружающую среду, социально-экономический статус, доступ к здравоохранению, стресс и поведение), совершенствование возможностей приобретать базы данных о ДНК от различных групп населения должна позволить ученым проанализировать, какую роль играют эти и другие факторы.

"Понимание генетических основ сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний будет способствовать развитию скрининговых инструментов и медицинских средств, которые могут помочь предотвратить распространение этих серьезных болезней в самых быстроразвивающихся странах мира, включая Дальний Восток", - говорит Джеффри Р. Болсер, помощник проректора университета Вандербильта по научной работе.

Биотехнология не может решать в одиночку сложные медицинские проблемы. Должна быть создана благоприятная инфраструктура здравоохранения, гарантирующая доступ к новым скрининговым тестам, вакцинам и лекарствам, должны быть преодолены культурные, экономические и политические преграды на пути перемен. Исследования должны охватывать больше людей из неблагополучных групп, которым необходимо будет преодолевать укоренившиеся опасения в отношении медицинской науки.

"Необходимо будет также добиться того, чтобы новые знания и технологии не использовались для неправомерной дискриминации отдельных лиц и целых групп, - считает Эллен Райт Клейтон, директор Центра биомедицинской этики и общества при университете Вандербильта. - Уже принятые законы - это шаг в верном направлении, но предстоит еще много работы, чтобы общество было здоровым и распространяло свои блага на всех".

Мнения, высказываемые в этой статье, не обязательно отражают точку зрения или политику правительства США.