Возникновение злокачественных опухолей

2.7. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНЖЕНЕРИИ РАСТЕНИЙ С

ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ Ti-ПЛАЗМИД

Еще несколько лет назад ученые задавали вопрос, можно ли создать сорта, сбалансированные по составу аминокислот, устойчивые к холоду, засухе, не поражаемые вредителями. Сегодня можно с уверенностью утверждать, что такие трансгенные растения уже вышли в поле. По литературным данным, к 1997 году в 30 странах мира проведено более 3 тыс. полевых испытаний. В этих экспериментах использовали трансгенные растения 40 различных видов, относящихся к разным семействам, включая злаки. После успешных экспериментов появились опасения о возможном вреде генетической инженерии для природы и человечества. Однако уже более чем за четверть века своего существования генетическая инженерия не принесла ущерба ни природе, ни человеку. Главное, в любых экспериментах по генной инженерии следует соблюдать разработанные правила.

Наиболее остро стоит вопрос о получении растений, устойчивых к вредителям сельского хозяйства, так как болезни растений стали основным лимитирующим фактором получения урожая. В арсенале генной инженерии растений есть много приемов, позволяющих получить трансгенные растения, устойчивые к насекомым. Традиционно используют ген bt, продуктом которого является бактериальный токсин Bacillus thuringiensis. Эта тюрингская бактерия продуцирует крупный белок (протоксин), контролируемый геном bt, который, попадая в кишечник личинок насекомых, разрушается под действием ферментов, а его фрагмент (эндотоксин) приводит к их гибели. На приведена схема конструирования вектора и получения трансгенных растений хлопка, которые приобретают признак устойчивости к насекомым. В настоящее время уже синтезирован искусственный ген bt, конструкция с которым более эффективна, а сами трансгенные растения обладают широким спектром устойчивости к насекомым. Трансгенные растения картофеля, хлопка, кукурузы с геном bt уже производятся фирмами "Monsanto", "Ciba Seeds" и продаются на рынках мира, хотя дискуссии об их использовании еще не закончены.

Известно, что растения, так же как и животные, способны вырабатывать иммунитет. Этим замечательным свойством обладают только устойчивые растения, у которых при атаке патогенов сильно меняется метаболизм.
Например, у устойчивых растений накапливаются такие химические соединения, как перекись водорода (Н2О2), салициловая кислота (SA), фитоалексины
(соединения, выполняющие защитную функцию в растении). Повышенное содержание этих соединений способствует противостоянию растения в борьбе с патогенами. Вот один из примеров, доказывающий роль салициловой кислоты в иммунном ответе растений. Трансгенные растения табака, которые содержат бактериальный ген, контролирующий синтез салицилат гидролазы (этот фермент разрушает SA), были неспособны к иммунному ответу. Поэтому изменение генно- инженерным путем уровня салициловой кислоты или выработки в растениях в ответ на патоген H2O2 может быть перспективным для создания устойчивых трансгенных растений.

В последние годы ученые используют новый подход для получения трансгенных растений с "antisense RNA" (перевернутой или антисмысловой
РНК), который позволяет управлять работой интересуемого гена. В этом случае при конструировании вектора копию ДНК (к-ДНК) встраиваемого гена переворачивают на 180?. В результате в трансгенном растении образуется нормальная молекула мРНК и перевернутая, которая в силу комплементарности нормальной мРНК образует с ней комплекс и закодированный белок не синтезируется. Такой подход использован для получения трансгенных растений томатов с улучшенным качеством плодов. Вектор включал к-ДНК гена PG, контролирующего синтез полигалактуроназы (polygalacturonase) - фермента, участвующего в разрушении пектина, основного компонента межклеточного пространства растительных тканей. Продукт гена PG синтезируется в период созревания плодов томатов, а увеличение его количества приводит к тому, что томаты становятся более мягкими, что значительно сокращает срок их хранения. Отключение этого гена в трансгенах позволило получить растения томатов с новыми свойствами плодов, которые не только значительно дольше сохранялись, но и сами растения были более устойчивы к грибным заболеваниям. Такой же подход можно применить для регулирования сроков созревания томатов, а в качестве мишени в этом случае используют ген EFE
(ethylene-forming enzyme), продуктом которого является фермент, участвующий в биосинтезе этилена. Этилен - это газообразный гормон, одной из функций которого является контроль за процессом созревания плодов.

Таким образом, стратегия антисмысловых конструкций широко применима для модификации экспрессии генов. Эта стратегия используется не только для получения растений с новыми качествами, но и для фундаментальных исследований в генетике растений.

Следует упомянуть еще об одном направлении в генной инженерии растений, которое до недавнего времени в основном использовали в фундаментальных исследованиях - для изучения роли гормонов в развитии растений. Суть экспериментов заключалась в получении трансгенных растений с комбинацией определенных бактериальных гормональных генов, например только iaaM или ipt и т.д. Эти эксперименты внесли существенный вклад в доказательство роли ауксинов и цитокининов в дифференцировке растений.

В последние годы этот подход стали использовать в практической селекции. Оказалось, что плоды трансгенных растений с геном iaaM, находящимся под промотором гена Def (ген, который экспрессируется только в плодах), являются партенокарпическими, то есть сформировавшимися без опыления. Партенокарпические плоды характеризуются либо полным отсутствием семян, либо очень небольшим их количеством, что позволяет решить проблему
"лишних косточек", например в арбузе, цитрусовых и т.д. Уже получены трансгенные растения кабачков, которые в целом не отличаются от контрольных, но практически не содержат семян.

Остается добавить несколько слов еще об одном аспекте возможностей использования Ti-плазмиды агробактерии. Обезоруженную, лишенную онкогенов
Ti-плазмиду ученые активно используют для получения мутаций. Этот метод носит название Т-ДНК-инсерционного мутагенеза. Т-ДНК, встраиваясь в геном растения, выключает ген, в который она встроилась, а по утрате функции можно легко отбирать мутанты. Этот метод замечателен также тем, что позволяет сразу обнаружить и клонировать соответствующий ген. В настоящее время таким способом получено множество новых мутаций растений и соответствующие гены клонированы. В нашей лаборатории М.А. Раменской на основе Т-ДНК мутагенеза получены растения томатов с неспецифической устойчивостью к фитофторозу.

Областей применения трансгенных растений так много, что все имеющиеся сведения невозможно изложить в рамках одной статьи. На уровне лабораторных экспериментов ведутся работы по получению растений, устойчивых к холоду, тяжелым металлам, повышенному содержанию солей и др. Трансгенные растения, устойчивые к гербицидам (химическим соединениям, которые используют для борьбы с сорняками), к вирусам, растения с повышенным содержанием масел и незаменимых аминокислот уже выращивают на миллионах гектаров. Не менее интересен и другой аспект работ - получены трансгенные растения с измененными декоративными свойствами. Один из примеров - это получение растений петунии с разноцветными цветками. На очереди голубые розы с геном, контролирующим синтез голубого пигмента, клонированным из дельфиниума.

Итак, многие надежды уже сейчас превратились в свершения, а агробактерия с ее удивительной Ti-плазмидой в руках ученых стала настоящим инструментом как для познания функционирования растительного генома, так и для решения многих проблем, которые стоят перед сельским хозяйством. К сожалению, в нашей стране трансгенные растения еще остаются на уровне лабораторных экспериментов, поскольку дорога от лаборатории до поля, как и много лет назад, остается непротоптанной, а во многих лабораториях, в том числе и в нашей, уже есть трансгенные растения, которые ждут своего часа.

2. Онкогенез, вызываемый у животных ДНК-вирусами.

Исследования канцерогенеза у животных нередко проводятся на культурах тканей. Если перенести клетки животных, например из органов кур или хомячков, или фибробласты человека в подходящую питательную среду, то на внутренней стенке культурального сосуда они начнут размножаться. Обычно клетки продолжают расти лишь до тех пор, пока не начнут соприкасаться между собой. Из-за контактного торможения образуется только однослойный клеточный газон. Если же эти нормальные клетки инфицировать опухолеродным вирусом, то контактное торможение снимается, клетки продолжают размножаться и начинают надвигаться друг на друга. Многослойный рост наблюдается только у клеток, претерпевших опухолевую трансформацию. Из клеточной массы легко выделить отдельные клетки и таким путем получить чистые линии (клоны) трансформированных клеток.

Вирусы полиомы и SV40 ("Обезьяний вирус 40") относятся к группе паповирусов. Они содержат двухцепочечные кольцевые молекулы ДНК. В эксперименте вирус можно перенести для размножения в клетки тканевой культуры. Размножаясь в некоторых (так называемых пермиссивных) клетках, вирус вызывает их лизис, и по мере его размножения клетки гибнут. В других
(непермессивных) клетках вирус ведет себя иначе. В этом случае размножение вируса подавляется, и примерно в одной из 105 клеток вирусная ДНК интегрируется в клеточную ДНК. Такое включение вирусной ДНК в геном клетки- хозяина может приводить к опухолевой трансформации. В трансформированной клетке образуется белок (Т-антиген), который запускается репликацию клеточной ДНК, и в результате начинается размножение клеток. Инъекция такого рода трансформированных клеток животым приводит к быстрому образованию опухолей.

Онкогенез, вызываемый у животных РНК-вирусами.

К образованию опухолей у животных могут быть причастны также и РНК- вирусы – ретровирусы. Они относятся к икосаэдрическим вирусам с оболочкой и содержат (+)РНК-геном (одноцепочечную РНК). В качестве онкогенных вирусов они, например, вызывают саркому Рауса и кур и лейкемию у мышей. Название
"ретровирусы" связано с тем, что в их размножении участвует обратная транскриптаза. РНК этих вирусов не может воспроизводиться путем простой репликации – необходима ее предварительная транскрипция в ДНК с последующей интеграцией этой ДНК в одну их хромосом клетки-хозяина. Интеграция – необходимый этап репродукции вируса; только интегрированная вирусная ДНК будет транскрибироваться. Так как интеграция в клеточную ДНК входит в жизненный цикл вируса, частота интеграции очень велика. Вероятно, вирусная
ДНК может включаться в клеточную в любом месте.

Размножение вируса не приводит к лизису клетки. Нуклеокапсид образуется внтури клетки, перемещается затем к плазматической мембране и выходит наружу, одетый в оболочку из этой мембраны. Интегрированная ДНК ретровируса реплицируется вместе с геномом клетки-хозяина и поэтому содержится в каждой клетке опухоли (саркомы). Опухолевый рост клеток обусловлен экспрессией вирусного гена "src". Этот ген кодирует белок, который по-видимому, представляет собой киназу, фосфорилирующую белки. Можно думать, что эта киназа участвует в преобразовании дифференцированной клетки в клетку эмбрионального типа.

Недавно была выяснена последовательность оснований в вирусной РНК.
Оказалось, что она сходна в последовательностью одного из генов человека.
Отсюда можно заключить, что src – это ген животного происхождения, который в результате неточной транскрипции был включен в РНК вируса вместе с вирусными генами и закрепился в ней. Это мог быть ген, кодирующий важный для эмбриональной клетки фактор роста. Таким образом, опухоли, вызываемые ретровирусами, в конечном счете обусловлены переносом какого-то гена животного происхождения в клетку животного.

"Рак вызывается вирусами". Это некогда сумасшедшая идея Л. А. Зильбера высказанна еще в середине 30-х годов. То, что вирусы могут вызывать опухоли у мышей, у крыс, у кур - доказано. Но при чем тут человек? Загадка происхождения рака волновала ученых с тех пор, как медики научились распознавать это страшное заболевание. Что вызывает злокачественное перерождение клеток, стремительный лавинообразный их рост, когда, вторгаясь в здоровые ткани и органы, они душат, опутывают, убивают все живое?В начале нашего века выяснилось, что рак может возникнуть под влиянием разных химических веществ, их стали называть канцерогенами. Ртуть и мышьяк, дым сигареты и анилиновые красители, каменноугольная смола и минеральные масла, типографская краска и асбест... Подчас кажется, что лишь горстке из нас каким-то чудом удается выжить в этом канцерогенном океане.

Итак, ливень, поток, потоп канцерогенов. А может быть, и генетический рок: есть люди, которым предопределено заболеть раком, это заложено в них наследственно, генетически?

Ушел в историю XIX век с его блестящими открытиями в микробиологии, закончился и ХХ, вместе со вторым тысячелетием, с лавиной открытий во всех областях науки и техники. Однако воз и ныне там. До сих пор о причинах развития рака (по научному - этиологии), до сих пор ничего не известно.
Конечно, мы знаем, что может служить фактором риска, но почему и у кого завтра разовьется опухоль - никто сказать, к сожалению, пока не может.
Человек нашел возбудителей многих страшных болезней. Еще в конце ХIX века
Д. И. Ивановский открыл мир вирусов, а в самом начале XX века один из первых вирусологов Европы А. Боррель впервые в печати высказал гипотезу: а не фильтрующиеся ли вирусы вызывают злокачественные опухоли?

Вскоре В. Эллерман и О. Банг сообщают, что лейкозы у кур действительно могут иметь вирусное происхождение. И готовы экспериментально подтвердить это... Впрочем, тогда лейкозы не причисляли еще к злокачественным новообразованиям, так что вопрос вроде бы совершенно неясен. Неясен для всех, кроме... И. И. Мечникова. Еще в 1910 году этот великий провидец науки печатает в газете "Русское слово" статью, в которой пишет буквально следующее: "Одна причина рака, безусловно, находится в самом организме, но другая попадает в него в виде экзогенного начала, скорее всего - вируса".

Проходит всего только один год, и ветеринарный врач П. Раус представляет доказательства вирусной природы плотной (иначе, солидной) опухоли кур, так называемой саркомы Рауса. Это открытие было сделано в 1911 году, а Нобелевская премия за него была присуждена Раусу через... полвека.
Счастье, что он успел дожить до своего триумфа!

Между открытием и его признанием (и использованием) весьма часто лежат
"дистанции огромного размера". Вспомним, что законы Г. Менделя были совершенно не оценены современниками и по существу переоткрыты заново через
50 лет, когда их творца уже не было в живых. Вирус полиомиелита открыл К.
Ландштейнер в Вене в 1909 году, а эффективная вакцина против этого страшного заболевания появилась на свет только в 50-е годы. Вирус гриппа впервые выделен от человека К. Эндрюсом в 1933 году, эффективных гриппозных вакцин нет до сих пор, а уж Нобелевской премией за решение проблемы гриппа, как говорится, и не пахнет. Так что Раус - счастливый человек!

Впрочем, вернемся в начало ХХ века. Мелькнувшая в те годы в работах А.
Борреля, И. И. Мечникова, В. Эллермана, О. Банга, П. Рауса мысль о вирусной природе рака, мысль, в значительной мере подсказанная охотой за вирусами, погасла на целую четверть века.

В самом деле, были открыты болезнетворные вирусы, вызывающие оспу, корь, грипп, свинку, желтую лихорадку, но где он, вирус рака человека, и если он есть, почему его никто и никогда не смог настигнуть и увидеть?

...14 декабря 1935 года. Всесоюзное совещание по изучению ультрамикробов и фильтрующихся вирусов.

На трибуне - Зильбер. Советская вирусология только рождается. И он один из самых страстных ее пионеров, создатель первой специализированной вирусологической лаборатории Наркомздрава РСФСР. Ученый начинает с общепризнанных аргументов:

"Существует мнение, что фильтрующиеся вирусы редко поражают человека.
Это, однако, совершенно неверно. Если мы подсчитаем заболеваемость... то получим, что... с 1929 по 1934 год... гриппом, корью, полиомиелитом и оспой заболели 25 142 650 человек, в то время как основными бактерийными инфекциями - 4 072 446 человек".

Итак, убеждать в необходимости изучения вирусов, кажется, не приходится.

Но... И далее Зильбер заговорил о том, что не могло не вызвать глубокой и настороженной тишины зала:

"...Необходимо остановиться на успехах в области изучения этиологии некоторых злокачественных опухолей. Я прекрасно понимаю необходимость чрезвычайной сдержанности и глубокой осторожности в этом сложном и важном вопросе. Однако невозможно обойти молчанием работы самого последнего времени, в которых высказывается принципиально новый взгляд на эту сложную проблему... Позволительно думать, что фактор, вызывающий некоторые опухоли млекопитающих, является не самой клеткой этой опухоли, а экзогенным, автономным от нее агентом, который в иных случаях, однако, так тесно связан с ней, что не может быть отделен от нее фильтрованием... Пройти мимо этих фактов не представляется возможным..."

Настороженность зала сменилась недоумением, недоумение разрешилось непониманием. Хорошо еще, если вежливым, без усмешек и иронических восклицаний... Слишком многим, в отличие от Зильбера, эти факты показались не стоящими внимания, мимо них вполне можно было пройти... Да и какие факты? Опухоли мышей, крыс и кроликов, вызванные искусственно в эксперименте?

И все же исторические слова тоже были произнесены: "...фактор, вызывающий некоторые опухоли млеко питающих, является... агентом, автономным от клетки, который... однако, так тесно связан с ней, что не может быть отделен от нее фильтрованием". Слово вирус еще отсутствует, но оно и только оно должно стоять здесь, рядом с другими: "не может быть отделен от нее (клетки) фильтрованием". Пока это больше намек, чем вывод, но какой вещий намек!

Моцарт говаривал о "мгновении, когда сразу слышишь всю еще не написанную симфонию". Никто не верит в нее, кроме самого автора, ибо только авторский слух готов воспринять звучащее будущее. Для этого необходим особый провидческий слух. Зильбер обладал таким слухом. И шумное неодобрение оппонентов не могло его притупить.

"Нелегко, - пишет ученик и последователь Зильбера член-корреспондент АН
СССР профессор Г. И. Абелев, - постоянно быть в оппозиции к общепринятым мнениям. То, что для него было ясным и даже очевидным... отнюдь не представлялось таковым большинству исследователей... Факты, приводимые
Львом Александровичем, как веские доводы в пользу своей точки зрения, далеко не всегда звучали для них однозначно... И дело здесь не в равнодушии или консерватизме. Дело в разном складе ума и в разных подходах к проблеме".

...1935 год... Может быть, слишком преждевременны идеи Зильбера? Но ведь все, что касается вирусов - возбудителей острых инфекций, - слушается со вниманием и острым интересом. И лишь соображения о фильтрующемся агенте опухолей, который "не может быть отделен от клетки фильтрованием", падают на каменистую почву... Значит, рано?

Сумасшедшая идея о вирусной природе рака или, по крайней мере, некоторых его видов подкрепляется и догадками других ученых. Н. Ф. Гамалея еще раньше высказывал идеи о том, что могут существовать вирусы, размножающиеся в клеточных ядрах. Есть ведь паразиты, которые размножаются в ядрах туфелек-инфузорий. При этом туфельки гибнут...

Страницы: 1, 2, 3