Разкази за съвременната биология

110
медицина за научноизследователската им дейност в областта на рестриктазите и тяхното използуване в генното инженерство.
Първият действително голям успех на генното инженерство беше постигнат през 1977 г. от групата на Г. Бойер от Калифорнийския университет. Изследователите успяха да „заставят“ бактерийните клетки от вида Е. коли да синтезират в себе си белтък, който нормално се произвежда само от специализирани жлези в организма на висшите животни. Става дума за соматостатина — хормон на растежа, който се синтезира в хипофизата. Известно беше, че той е изграден от 14
аминокиселинни остатъка. С помощта на генетичния код аминокиселинната последователност на хормона била преведена на
„нуклеотиден“ език. След това по химичен път била синтезирана двойната спирала на ДНК, т.е. бил синтезиран изкуственият ген на соматостатина. Започнал най-отговорният момент в генетичната операция — присаждането на синтезирания ген в плазмида
(пръстеновидната ДНК) на чревната бактерия Е. коли. Плазмидите били
„разцепени“ на точно определени места в рестриктазите и там с помощта на други ензими свързали изкуствените гени. Получени били няколко варианта плазмиди, един от които след успешно размножаване започнал да синтезира соматостатин!
Разработеният метод е голямо постижение не само поради факта,
че за пръв път бактерийни клетки са заставени да произвеждат животински белтък, но и защото дава възможност на промишлената микробиология да започне производството на този хормон в промишлени мащаби. На първо време евтиният соматостатин ще намери приложение в животновъдството за увеличаване продукцията от месо, мляко и вълна.
Към края на 1979 г. дойде съобщението, че със същия метод успешно е получен и хормонът на растежа при човека, който се нарича соматотропин. За разлика от животинския хормон на растежа човешкият е изграден от 191 аминокиселинни остатъка и дори на неспециалиста, вярваме, става ясно, че химичната синтеза на такъв полипептид е свързана с големи трудности и с още по-големи разходи.
Медиците се надяват с бактериен соматотропин (който ще бъде много евтин!) в бъдеще да лекуват деца с нарушена дейност на хипофизната жлеза.

111
През 1978 г. екип от специалисти, работещи във фирмата
„Джининтек инкорпорейтид“ в Сан Франциско, успя да „накара“
бактерията Е. коли да произвежда и друг много важен хормон —
инсулина, който нормално се синтезира от задстомашната жлеза
(панкреаса). Генетичната манипулация, която принудила бактериите да произвеждат инсулин, е подобна на описаната по-горе. Остава само да се изясни дали промишленото производство на бактериен инсулин ще бъде достатъчно рентабилно, за да се появи на пазара евтин и достъпен за всички болни от диабет препарат. Засега необходимият за болните инсулин се получава при преработване на панкреаси от едри преживни животни или от свине, но е много скъп и съдържа примеси, които предизвикват понякога тежки алергични реакции в пациентите.
През 1979 г. групата по генно инженерство, ръководена от Пол
Брег, постигна голям успех в тази нова област на човешкото знание.
Вече посочихме, че първата възможност на генното инженерство беше реализирана — бактериите бяха принудени да произвеждат евтино и в неограничени количества полезни за човека биологично активни вещества. Групата на Брег обаче работила върху другата перспектива на генното инженерство — лекуването на наследствени болести чрез внасяне отвън на здрав ген, който да замести неправилно функциониращия ген в човешките клетки. Експериментаторите успешно пренесли ген от топлокръвни животни — генът, кодиращ бетаверигата на заешкия хемоглобин — в клетките на друг топлокръвен организъм, сравнително близкородствен на човека — вид зеленоглава африканска маймуна. Следователно била осъществена трансгенозна манипулация от еукариотни в еукариотни клетки, докато доскоро говорехме само за трансгенози от еукариотни в прокариотни клетки.
Освен успешното пренасяне на гени между два далекостоящи във видово отношение организъма било постигнато и функционирането на
„трансплантираните“ гени. Доказателство за това било, че маймунските клетки започнали да синтезират заешки хемоглобин. За носител на глобиновия ген бил използуван вирусът CB–40. При нормални условия този вирус е инфекциозен и причинява тежки заболявания при маймуните. Екипът на Брег успял да замести с хемоглобиновия ген точно този участък в ДНК на вируса, който го прави болестотворен, без при това да се променят останалите му качества. По този начин в маймунските клетки била внесена нова информация, без да им се

112
навреди по какъвто и да е начин. Веднага искаме да предупредим, че чрез тази генна манипулация сътрудниците на Брег съвсем не са искали да излекуват зеленоглавите африкански маймуни от дадена болест, нито пък чрез заешкия хемоглобин са повлияли на доброто настроение на пъргавите маймуни. Това е само един опит, който показва на другите изследователи начина, по който в бъдеще биха могли да се лекуват наследствените болести.
А сега нека разкажем по-подробно за работите на д-р Мартин
Клайн от Калифорнийския университет в САЩ, за които специалистите твърдят, че са едно от най-големите постижения на 1980 г. в областта на генното инженерство. За тях именно споменавахме и в края на разказа за рака, защото, както ще видите по-нататък, тези изследвания дават нова и много голяма надежда в борбата срещу злокачественото израждане на клетките.
Най-голямата трудност при терапевтичното лекуване на туморите се състои в това, че противотуморните лекарства унищожават не само туморните, но и здравите клетки. Заслуга на Клайн е, че той за пръв път успя да проведе успешен опит, техниката на който в бъдеще може да подобри класическите методи за лекуване на туморите. Идеята за новото лекуване хрумнала на д-р Клайн при наблюдения над болни в клиниката. Той установил, че при лекуването им с метотрексат (силно действуващо противотуморно вещество) повишените дози от него не засилвали, а, напротив, отслабвали ефекта на лекуването. Този факт озадачил извънредно много д-р Клайн и той започнал да търси причините за получавания при лекуването обратен ефект.
Клайн знаел много добре, че метотрексатът блокира първото звено във веригата за синтеза на ензима дехидрофолатредуктаза
(ДХФР), която се синтезира в клетките. В резултат на това рухва цяла верига от вътрешноклетъчната белтъчна синтеза и клетките загиват.
Предполагало се също така, че туморните клетки се влияят много повече от действието на метотрексата и загиват по-рано от нормалните.
Но защо клетките така успешно се противопоставяли на вкараните в организма увеличени дози от лекарството?
Отговор на този труден въпрос намерил друг американски изследовател — проф. Р. Шимке. Той размесил в епруветка зародишни клетки от мишка с метотрексат. Повечето от клетките загинали, но някои оцелели. Шимке отбрал резистентните клетки и им

113
въздействувал с още по-големи дози от лекарството. Картината отново се повторила и така опитите продължили, докато най-после не била получена популация от клетки, напълно резистентни към метотрексата.
Когато анализирали средата, в която живеела тази клетъчна популация,
установили, че тя съдържа големи количества дехидрофолатредуктаза
— ензим, който задействува производството на клетъчните белтъци,
чието действие метотрексатът вероятно подтиска. За сравнение проф.
Шимке използувал контролни култури, които били обработени със слаби дози метотрексат — те съдържали съвсем малки количества от въпросния ензим.
Шимке започнал да изследва хромозомите от клетъчните ядра.
Както е известно, в тях се пазят плановете на всички белтъци, които задължително се синтезират в клетката. Върху една от тези хромозоми ученият открил гена, който отговаря за синтезата на ензима дехидрофолатредуктаза. Нещо повече — той установил, че този ген се различавал в зависимост от това, дали е взет от чувствителна или от резистентна към метотрексата клетка: в чувствителните клетки генът се съдържал в простата си форма, докато в резистентните той се повтарял няколко пъти. Или, казано с други думи, увеличената „батарея“ от гени в резистентните клетки можели да синтезират много по-големи количества от ензима ДХФР. Тези свои резултати проф. Шимке предоставил на д-р Клайн, който разказва следното за по-нататъшните си работи:
„Взех култура от клетки, чувствителни към метотрексат, и култура от клетки, резистентни към това лекарство. Сегмент от ДНК на тези клетки съдържаше гена, който отговаря за синтезата на ДХФР. В
клетките от първия вид този ген е нормален, докато във втория вид клетки той е необикновено голям. След като отделно центрофугирах двете култури от клетки, получих два вида ДНК — едната със сегмент,
който е съставен от нормалния ген, а другата със сегмент, изграден от гигантски ген. Във втория етап на опита използувах популация от лабораторни мишки, еднакви във всичко освен в кариотипа си — една от хромозомите на вида «T6» е по-дълга от хромозомите на вида «Са».
Значението на тази подробност е в това, че позволяваше да се разграничават клетките.
От бедрената кост на мишката от вида «Са» извадих костен мозък.
Същото направих с мишката от вида «T6». В среда, която съдържа

114
калций, смесих клетките на костния мозък с предварително извлечената
ДНК. Под действието на калция мембраната на клетките на костния мозък стана проницаема. ДНК навлезе в нея и се «закачи» за собствената ДНК на клетките. Включвайки чуждата ДНК, клетките на костния мозък включиха и чуждия ген, който бе присаден именно по този начин.
В третия етап от работата смесих обработените клетки и инжектирах сместа в коремната кухина на трета мишка от вида «Са»,
която предварително бях облъчил. Целта на облъчването е да се попречи на клетките на костния мозък да произвеждат кръвни клетки.
Колкото и да беше странно и без да може да се обясни все още защо,
обработените клетки отново заеха първоначалното си място —
следвайки кръвния ток, те се настаниха в костния мозък и там броят им се увеличи. Наблюдавах ги именно в костния мозък на бедрената кост.
Няколко дни по-късно те произведоха червени кръвни клетки.
Очевидно тези кръвни клетки не можеха да произлизат от други освен от инжектираните клетки, тъй като собственият костен мозък на мишката не беше способен да ги произведе след облъчването на животното.
Накрая подложих мишката на постепенно увеличаващи се дози метотрексат и наблюдавах, какво става в костния й мозък. Клетките,
които не произвеждаха червени кръвни клетки, бяха унищожени;
загинаха и клетките, които съдържаха простия ген. Клетките с гигантския ген останаха резистентни и продължаваха да произвеждат червени кръвни клетки. Това беше и доказателството, че присаждането на гена е успешно.
Реших да присадя два гена едновременно — единият щеше да създаде резистентност към метотрексата, а другият щеше да произвежда нормален хемоглобин. Този вид двойно присаждане би могло да помогне при лекуването на болни от сърповидна анемия (при тази болест червените кръвни клетки имат формата на сърп поради това, че хемоглобинът им не е нормален). Когато се инжектира метотрексат, клетките на костния мозък на пациента ще бъдат унищожени и веднага заменени с клетки, подобни на клетките, които инжектирах на мишката. Тези клетки ще бъдат резистентни към метотрексата и ще произвеждат нормален хемоглобин“.

115

Изтегляне 4.75 Mb.

Сподели с приятели: