Британский минздрав намерен в апреле 2015 года легализовать метод лечения наследственных митохондриальных болезней, при котором ребенок получает ядерные хромосомы от настоящих мамы и папы, а здоровые митохондрии — из яйцеклетки женщины-донора. К сожалению, новогоднего подарка для тысяч семей из этой первоапрельской шутки не получится: после утверждения нормативного акта на окончательную подготовку к первым экспериментам потребуется как минимум несколько месяцев.
Репродуктивное клонирование человека - возможно

Дискуссия о допустимости этого метода идет уже много лет. Противники считают его возрождением евгеники, а детей, зачатых с его помощью, — генетически модифицированными. Но сторонников у методики, позволяющей предотвратить тяжелые наследственные заболевания, намного больше. Ни на какие внешние признаки митохондриальные гены не влияют, а от описания симптомов митохондриальных болезней волосы встают дыбом.

Дефектные митохондрии

Известно около 50 (по другим данным — до 150) синдромов, вызванных нарушением функций митохондрий. Они приводят к заболеваниям сердца, умственной отсталости, тяжелым неврологическим нарушениям, мышечной дистрофии, диабету, потере зрения, глухоте и многим другим неприятностям.

Хромосомных нарушений и наследственных болезней, вызванных мутациями одного из около 19?000 «работающих» (синтезирующих белки или РНК) ядерных генов, известно около 6000. В среднем одна из них проявляется у одного из пяти-шести тысяч новорожденных. В результате один из нескольких сотен детей рождается с более или менее влияющими на здоровье наследственными болезнями.

Фото
Мутации в митохондриальных ДНК могут вызывать передаваемые по материнской линии наследственные заболевания. В каждой клетке человека (кроме сперматозоидов и яйцеклеток) обычно находится 100−10?000 копий мтДНК, и с этим связаны особенности проявления митохондриальных болезней — обычно позднее их начало и очень изменчивые симптомы.
Митохондриальная ДНК (мтДНК) содержит всего 37 генов, но связанные с ней наследственные болезни встречаются не реже, чем мутации в ядерной ДНК. В 2008 году авторы статьи в Американском журнале генетики человека (The American Journal of Human Genetics) при анализе митохондриальных геномов более 3000 новорожденных установили, что каждый 200-й (!) младенец имеет явные или скрытые (не проявляющиеся при обычном обследовании, но потенциально опасные) замены нуклеотидов в мтДНК.

Причина такой высокой частоты митохондриальных болезней в том, что мутации в мтДНК происходят в 1000 раз чаще, чем в ядерных хромосомах: при работе «клеточных энергостанций» образуется огромное количество свободных радикалов, которые, если соответствующие молекулярные механизмы не успеют их вовремя нейтрализовать, могут вызвать нарушения в колечке мтДНК, состоящем примерно из 16?500 нуклеотидов. А система восстановления повреждений ДНК в митохондриях работает хуже, чем в ядре. К тому же, в отличие от ядерных хромосом, «мусорной» ДНК в митохондриях практически нет, и свободный радикал, прорвавшийся на свободу, не может уйти в несущественную часть генома. Любое повреждение митохондриальных генов бьет точно в цель и может снизить эффективность работы закодированных в них белка или РНК или полностью прекратить их синтез. Такие поломки могут сделать эмбрион нежизнеспособным и привести к выкидышу, а в менее тяжелых случаях болезни, связанные с нарушением работы митохондрий, кочуют из поколения в поколение.

Митохондриальные болезни передаются только по материнской линии, вместе с цитоплазмой яйцеклетки: в сперматозоиде митохондрий в тысячу раз меньше, и они или не попадают в яйцеклетку, или разрушаются к началу формирования зародыша. При делении дочерним клеткам передаются больные митохондрии, и дети больной женщины со стопроцентной вероятностью родятся с той же болезнью. Что делать, узнав о таком диагнозе? Остаться бездетной? Взять приемного ребенка? Завести «сводного», зачатого с помощью экстракорпорального оплодотворения здоровой донорской яйцеклетки и сперматозоида собственного мужа (или сделать то же самое, но естественным путем, при взаимном непротивлении всех трех сторон)? Или…

Заменить «батарейки» в яйцеклетке

Самый простой способ такой замены — перенос цитоплазмы (сytoplasmic transfer). При этом перед экстракорпоральным оплодотворением (ЭКО) часть цитоплазмы из яйцеклетки пациентки удаляют, а на ее место вводят донорскую цитоплазму со здоровыми митохондриями. Первое удачное использование этого метода произошло в 1997 году в Институте репродуктивной медицины и науки (The Institute for Reproductive Medicine and Science) в Ливингстоне (США, штат Нью-Джерси). На правах клинических исследований методику повторили еще около 30 раз, но в 2001 году FDA (Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США) фактически запретила ее применение, так как результаты оказались недостаточно стабильными для внедрения в клиническую практику. Митохондрии, в отличие от хромосом, распределяются между делящимися клетками случайным образом, и некоторые клетки эмбриона, а значит, и органы, которые из них разовьются, могут оказаться невылеченными. Правда, есть и такое явление, как «медицинский туризм»… Тем более что мутации в митохондриальном геноме могут быть не наследственными, а случайными, и вероятность этого с возрастом повышается. Даже при частичной замене митохондрий (особенно у дам, решивших завести ребенка в зрелом возрасте, когда весьма вероятно появление в мтДНК приобретенных мутаций) эта методика позволяет повысить эффективность ЭКО, а заодно и вероятность родить здорового ребенка.

Стабильных результатов можно было бы добиться, полностью заменив цитоплазму на донорскую, но такой операции яйцеклетка не перенесет. А вот противоположный процесс — замена ядра донорской яйцеклетки на ядро пациентки — технически не так уж сложен. Тем более что «метод Долли» отлично работает на множестве видов животных. Но — гладко было на бумаге…

И на мышах все было гладко, и на кроликах, и даже на мулах, но клонировать приматов до недавнего времени никому не удавалось: их эмбрионы с пересаженным ядром погибали на ранних стадиях из-за того, что хромосомы в делящихся клетках распределялись совершенно случайным образом. Причину этого «хромосомного хаоса» в 2003 году выяснили исследователи под руководством профессора Джеральда Шаттена с медицинского факультета Университета Питтсбурга в Пенсильвании. Как оказалось, у приматов (к которым относимся и мы с вами) вместе с ядром из «приемной» яйцеклетки удаляются белки, тесно связанные с хромосомами и необходимые для образования митотического веретена — сети микротрубочек, аккуратно растягивающих пары хромосом к полюсам делящейся клетки. И при извлечении ядра, предназначенного для переноса в донорскую яйцеклетку, эти белки тоже теряются.

Два метода

Если хорошо подумать, можно найти выход: использовать в качестве донора хромосом не неоплодотворенные яйцеклетки, а уже «немножко беременные». Главное, не упустить время.

После проникновения опередившего конкурентов сперматозоида в яйцеклетку их ядра, каждое из которых несет непарный набор из хромосом, около тридцати часов отдыхают после тяжких трудов в виде пронуклеусов — «предъядер» и только после этого сливаются воедино.

Первый относительно успешный опыт с пересадкой пронуклеусов между человеческими яйцеклетками провела группа ученых под руководством Дуга Тернбулла, профессора британского Университета Ньюкасла. Относительно — хотя бы потому, что делиться (то есть превращаться в эмбрионы) начали только десять из неизвестного числа (возможно, нескольких сотен) яйцеклеток, оставшихся невостребованными после процедуры ЭКО. Правда, было это в 2008 году, с тех пор Тернбулл и его коллеги получили около ста жизнеспособных эмбрионов и утверждают, что сейчас их методика полностью готова к внедрению в клинику.

Две методики, позволяющие избавиться от передачи ребенку митохондриальных болезней ЭКО яйцеклетки женщины с дефектом митохондриальной ДНК
Статья Шухрата Миталипова об успешном применении метода пересадки веретена деления опубликована в журнале Nature в 2012 году. Основные направления работы — предотвращение митохондриальных болезней и терапевтическое клонирование.
А пока через несколько дней после пересадки пронуклеусов бластоцисты — эмбрионы из одной-двух сотен клеток — приходится уничтожать. Хотя «лист ожидания» женщин с митохондриальными болезнями в Британии уже составляют в надежде на скорое разрешение клинических исследований. Затягивается это решение не только из-за бюрократических, этических и прочих немедицинских проблем, но еще и потому, что эксперты Управления по искусственному оплодотворению и эмбриологии человека (Human Fertilization and Embryology Authority) не могут определиться с вопросом, какой метод разрешить — этот или другой, немного позже разработанный в Орегонском университете (США) под руководством нашего почти соотечественника Шухрата Миталипова. Или оба сразу.

Вторая методика — пересадка веретена деления — предполагает обмен ядрами между «дозревающими» яйцеклетками, находящимися на второй стадии мейоза — способа, которым делятся только половые клетки, как мужские, так и женские. В результате этого сложного многостадийного процесса из диплоидной (с двумя парами хромосом) клетки-предшественницы, в которой, как и в соматических клетках, представлен полный набор хромосом (у человека — 23 пары) формируются сначала две, тоже диплоидных, клетки, которые делятся, образуя четыре собственно половые клетки — гаплоидные, то есть с половинным набором хромосом, по одной из каждой пары.

В конце последней фазы мейоза, когда парные хромосомы уже расходятся, а стенки ядер вокруг них еще не образовались, веретено деления, растягивающее хромосомы к полюсам будущей зрелой яйцеклетки, можно извлечь вместе с хромосомами без потери белков, необходимых для образования микротрубочек при делении клеток в эмбрионе.

На пути к клонированию

Методика предотвращения митохондриальных болезней, несомненно, будет одобрена для клинических исследований — если не будущей весной, то немного позже. После этого (будем надеяться, что проверка на людях пройдет успешно) — и для применения в клиниках. Какой из двух существующих методов (а может быть, и пока не опубликованный третий или четвертый) окажется предпочтительным, покажет время. А разрешительные органы других стран наверняка не захотят оставлять монополию за Британией: FDA уже год обсуждает возможность клинических исследований метода Миталипова.

Теоретически эта методика может наконец сделать возможным репродуктивное клонирование человека. Хотя существует мнение, что ни вреда в этом особого нет, ни смысла никакого. Но, как говорила одна энергичная дама, «я подумаю об этом завтра». Тем более что сейчас клонирование человека законодательно запрещено не только в развитых странах, но и, наверное, на Берегу Слоновой Кости. На всякий случай.

А исследователи под руководством Шухрата Миталипова занимаются совершенствованием методики терапевтического клонирования — получения эмбриональных стволовых клеток из донорских яйцеклеток и ядер клеток кожи. Выращенные из них культуры любых тканей организма можно использовать для клеточной терапии, для выращивания органов, иммунологически совместимых с организмом пациента, для изучения наследственных болезней и проверки эффективности кандидатов в лекарственные препараты.

Детки из пробирки

Экстракорпоральное оплодотворение — один из методов преодоления бесплодия, как у женщин, так и у мужчин. Только не путайте его с искусственным и внематочным осеменением, при которых зачатие происходит почти так же, как в природе! Перед ЭКО женщину с помощью гормонов стимулируют к производству не одной, как обычно, а нескольких яйцеклеток, извлекают их и на несколько часов помещают в концентрированный раствор сперматозоидов. При очень плохом качестве спермы применяют метод интрацитоплазматической инъекции сперматозоидов — их вводят в яйцеклетки с помощью тончайшего капилляра. Через несколько дней из каждого развивающегося в питательной среде эмбриона извлекают одну из множества клеток, анализируют ее на наличие хромосомных нарушений и самых распространенных или имеющихся у одного из родителей вредных мутаций и два-три из будущих зародышей внедряют в матку пациентки. На разработку этого метода ушло больше тридцати лет — от первых опытов в 1944 до рождения первого «ребенка из пробирки» в 1978.

Статья «» опубликована в журнале «Популярная механика» (№10, Октябрь 2014).