14 ноября 2008

Федор Туренко: Экологическая культура человека в ноосфере (ноосферология ). Лекция 6. Генетика человека

1. Философско-гуманитарные проблемы генетики человека

Среди областей научного знания, в которых особенно остро и напряженно обсуждаются различные этические, философские, религиозные и правовые проблемы, особое место занимают генетические исследования человека. Свершения генной инженерии в этом плане весьма внушительны, а перспективы поистине фантастичны. Однако уже после первых успешных экспериментов с рекомбинацией молекул ДНК в пробирке появились первые сомнения и опасения, не принесет ли генная инженерия вред природе и человечеству.

Мощный рывок в исследованиях по молекулярной генетике за последние десятилетия открыл перед учеными перспективы направленного воздействия на наследственность организмов, вплоть до инженерного конструирования организмов с заранее заданными свойствами. Начались обсуждение и поиски возможностей практического осуществления таких процессов и процедур, как получение в неограниченных количествах раннее труднодоступных медикаментов (включая инсулин, человеческий гормон роста, многие антибиотики и пр.); придание сельскохозяйственным растениям свойств устойчивости к болезням, паразитам, морозам и засухам, а также способности усваивать азот прямо из воздуха, что позволило бы отказаться от производства и применения дорогостоящих азотных удобрений; избавление людей от некоторых тяжелых наследственных болезней путем замены патологических генов нормальными (генная терапия). Наряду с этим началось бурное развитие биотехнологий на основе применения методов генной инженерии в пищевой и химической промышленности, а также для ликвидации и предотвращения некоторых видов загрязнения окружающей среды. В невиданно короткие сроки, буквально за несколько лет генетика прошла путь от фундаментальных исследований до практического применения их результатов.

К началу 80-х годов термин `генная инженерия` вряд ли был известен за пределами исследовательских лабораторий, а уже сегодня общественное мнение поляризовалось: есть и сторонники генетических манипуляций. И противники, призывающие к осмотрительности в выборе этих средств. Способных изменить жизнь человека с гораздо более значительными последствиями, чем прежние научные и технологические прорывы. Дело осложняется тем, что мы пока практически не знаем последствий искусственного вмешательства в геном, хотя исследования в этом направлении ведутся весьма интенсивно. Сегодня уже очевидно, что даже простая небрежность экспериментатора или некомпетентность персонала лаборатории в мерах безопасности могут привести к непоправимым последствиям. Еще больший вред методы генной инженерии могут принести при использовании их всякого рода злоумышленниками или в военных целях. Опасность обусловлена прежде всего тем, что организмы, с которыми чаще всего проводятся эксперименты, широко распространенны в естественных условиях и могут обмениваться генетической информацией со своими `дикими` сородичами. В результате подобных экспериментов возможно создание организмов с совершенно новыми наследственными свойствами, ранее не встречавшимися на Земле. Такого рода опасения заставили ученых разработать чрезвычайно строгие меры безопасности при проведении экспериментов (в их числе – биологическая защита, т.е. конструирование ослабленных микроорганизмов, способных жить только в искусственных условиях лаборатории). Тем самым генетики продемонстрировали осторожность и осмотрительность при планировании и проведении исследований, которые могли нести в себе потенциальные опасности и для человечества, и для всей живой природы. Это свидетельствует о том, что научное сообщество вполне в состоянии действовать, исходя из интересов и ценностей не только науки, но и человечества.

Новаторские методы, в частности, репродуктивные техники, генные технологии, господство над инфекционными болезнями, пересадка органов и изменение поведения, пренатальная хирургия и т.п. создали новые дилеммы как для ученых, так и для пациентов.

Как никакое другое направление научно-технического прогресса – новейшие биотехнологии обнажают связь между достижениями генетики и биомедицины и падением ценности человеческой жизни. Как это ни парадоксально, но падение ценности человеческой жизни проявляет себя особенно ярко в технологиях, обеспечивающих воспроизводство человека. Заготовка `запасных` зигот и их последующее уничтожение – условие процедуры искусственного оплодотворения. Отрицательные результаты пренатальной диагностики – еще одно мощное основание `показаний` для искусственного прерывания жизни. Превращение человеческих зародышей в фармацевтическое `сырье` является условием фетальной терапии.

Достижения генетики активно используются в медицинской науке, которая направлена на поиск освобождения человека от разного рода ограничивающих его возможности явлений, связанных с природными недостатками, болезнями, несчастными случаями, болью, старением организма и смертью. В настоящее время этот идеал управления человеческой жизнью вступает в решающую стадию. Сегодня техника способна воздействовать непосредственно на живой организм. В современной медицине речь идет уже не только о помощи больному, но и о возможностях управления процессами патологии, зачатия и умирания с весьма проблематичными `физическими` и `метафизическими` (нравственными) последствиями этого для человеческой популяции в целом.

Сегодня уже признано целесообразным применение генной терапии для лечения многих заболеваний, ранее считавшихся неизлечимыми. Введение генных конструкций предъявляет к вопросам генетической безопасности повышенные требования. Особое значение имеет тип клеток, служащих объектом генной терапии. Любое введение в клетки человека генетического материала может иметь отрицательные последствия, связанные с неконтролируемым встраиванием их в те или иные участки генома, что может привести к нарушению функции генов. Однако отрицательные последствия генной терапии соматических и половых клеток несоизмеримы по своему масштабу.

Еще раз отметим, что на современном уровне знаний недопустимо проводить коррекцию генных дефектов на уровне половых клеток и ранних доимплантационных зародышей человека в связи с реальной опасностью засорения генофонда нежелательными искусственными генными конструкциями или внесением мутаций с непредсказуемыми последствиями для будущего человечества.

Сближение генетики и методов медицинской помощи зачатию, а также все возрастающая конкуренция между предприятиями в области биотехнологий также могут стать причиной серьезных этических отклонений. В науке появилось новое понятие `прогностическая медицина`, достижения которой дают возможность задолго до появления `клинической картины болезни` человека, даже до его рождения, определить, какие заболевания ему грозят. Также широкое распространение медицинских технологий, способствующих зачатию, в сочетании с развитием генетики открывает возможности уже в самом скором времени производства детей по запросу взрослых. Например, существуют методики, позволяющие выбирать пол ребенка (80 % успеха).

Очень сложным является также вопрос о возможных границах проведения научных исследований. Например, несколько лет назад сообщалось о предложении ввести в эмбрион гены, компенсирующие один из тяжелейших генетических дефектов – иммунодефицит. На сегодняшний день случай диагностирования этого заболевания на ранних сроках является показателем для прерывания беременности. С согласия женщины с помощью определенных манипуляций вводится нужный ген. Но речь совсем не идет об излечении. Беременность все равно будет прервана, а полученный эмбриональный материал используют для того, чтобы доказать, произошла или не произошла компенсация генетического дефекта. Это достаточно резкое изменение в подходах к манипуляциям на половых клетках. Естественно, перед обществом, перед врачами, перед родителями встают новые, очень сложные морально-этические проблемы. Сегодня большинство ученых и богословов согласны в том, что формирование человеческого эмбриона является началом человеческой жизни и связано с фундаментальным правом человеческой личности не быть `биологическим объектом` для разного рода экспериментов. Представители церкви справедливо считают `безнравственным лишение жизни зачатого человеческого существа по причине нежелательного для родителей пола или наличия вражденного недуга` и напоминают о необходимости трезво и ответственно учитывать этические последствия внедрения новых технологий.

Стремительный прогресс современных генетических технологий показывает, что рассмотрение этих вопросов необходимо, в целях человеческой безопасности, на уровне экологичекой этики и культуры человека. Таким образом, проблема, вся острота которой до последнего времени была ясна лишь достаточно узкому кругу специалистов по философским и этическим вопросам биомедицины, становится ныне актуальной для всех. Генетика сегодня непрестанно расширяет технологические возможности вмешательства в естественные процессы расширяет технологические возможности вмешательства в естественные процессы зарождения, протекания и завершения человеческой жизни. Как уже отмечалось, стали обыденной практикой различные методы искусственной репродукции человека. Замена органов и тканей, нейтрализация действия вредоносных или замещения поврежденных генов, продления жизни, воздействия на процесс умирания и др.

Зависимость выживания человечества от науки и технологий неуклонно возрастает. И все же необходимо признать факт – несмотря на то что мы все больше углубляемся в понимание жизни, она остается неразгаданной тайной.

Представляется, что для генетики особо важное значение имеет справедливое распределение ресурсов между живущим и будущим поколениями. И когда общество не вкладывает средства в развитие медицинской генетики – оно ущемляет тем самым права и интересы тех людей, которые еще не родились. Поэтому очевидно, что успехи в их анализе и практическом решении в немалой степени зависят от налаживания плодотворного сотрудничества представителей самых разных областей знания. Безусловно, коллективный разум – самое мощное средство для распутывания `морского узла` проблем, с которыми сталкивается человечество.

2. Методы изучения генетики человека

Одним из важнейших разделов генетики, обоснованно претендующим на статус отдельной биологической науки, является генетика человека, включающая экологическую этику и культуру. Интерес к генетике человека определяется несколькими факторами, в том числе такими, как стремление познать самого себя, относительным увеличением доли наследственных заболеваний, появлением в окружении человека многообразных веществ, обладающих мутагенным действием и т.д. Основными проблемами генетики человека являются:

- Изучение генетического разнообразия человека;

- Микроэволюция нуклеотидных последовательностей в ДНК человека;

- Физиологические проявления генетического полиморфизма человека;

- Этические проблемы: генная инженерия, коррекция пола и пересадка органов, генетика и криминалистика;

- Медицинская генетика;

- Расшифровка генома человека.

В то же время изучение генетики человека осложнено некоторыми трудностями, обусловленными особенностями человека, как объекта изучения:

- Невозможно использовать один из основных методов генетики – гибридологический; тем не менее среди множества семейных пар вполне возможно подобрать варианты, отвечающие целям исследования;

- Редкая смена поколений, для которой необходимо как минимум 30 лет;

- Ограниченное число потомков. Обычно в семьях не более 2-3 детей;

- Достаточно позднее половое созревание;

- Довольно большое (46 в диплоидном наборе) число хромосом.

О важности изучения генетики человека свидетельствует факт открытия в 1979 г. в Институте общей генетики им. Н.И. Вавилова лаборатории генетики человека. Российские ученые-генетики принимали участие в расшифровке генома человека и продолжают эту работу.

В середине прошлого века было установлено, что стандартный набор хромосом человека (кариотип) содержит 46 хромосом, в гаметах – 23 хромосомы. По мере совершенствования методов исследования появилась возможность описать строение и локализацию генов во всех 23 парах гомологичных хромосом. Из 23 пар хромосом 22 пары аутосом (соматических) и одна пара половых или гетеросом, у мужчин они представлены XY, у женщин – XX, т.е. гетерогаметен у человека – мужской пол, и именно мужчины определяют пол будущего ребенка.

Половые хромосомы отвечают не только за развитие признаков. Связанных с полом, но и некоторых других признаков. В таком случае эти признаки называются сцепленными с полом. Наиболее активны в этом отношении X-хромосомы. Ранее полагали, что У-хромосома генетически пуста. Однако позднее было установлено, что гены, локализованные в ней, отвечают за развитие вторичных половых признаков, сперматогенез, контролируют интенсивность роста тела и зубов, определяют оволосение ушной раковины. Естественно что отклонения, связанные с нарушением их работы будут передаваться лишь по мужской линии. Зафиксирована у человека и передача признаков в поколениях по так называемому принципу цитоплазматического или митохондриального наследования, но передача идет только по материнской линии, так как в сперматозоидах митохондрии отсутствуют. Такое наследование контролируется особыми факторами, называемыми плазмогенами.

По строению хромосомы можно объединить в три группы: метацентрические (оба плеча одинаковой длины), субметацентрические (одно плечо несколько короче) и акроцентрические (одно плечо почти незаметно). При изучении хромосом учитывается не только размер плечей и положение центромеры, но и интенсивность окрашивания различных участков хромосомы специальными красителями.

Рассмотрим основные методы исследования генетики человека:

Генеалогический метод – это изучение родословного дерева определенной семьи. Генеалогическое изучение начинается с обнаружения человека носителя необычного признака, в том числе и патологического. Такого человека называют пробандом. Сведения для составления родословной собирают путем опроса пробанда и его родственников. Для этого используют как анкетирование, так и индивидуальные беседы. Спектр задаваемых вопросов достаточно широк: фамилия, имя, отчество, дата рождения (для умерших и дата смерти), национальность, место проживания, сведения о заболеваниях. По завершении сбора данных родословную изображают графически, а затем приступают к ее анализу.

Анализ предполагает установление степени наследуемости изучаемого признака и типа наследования: аутосомно-доминантное, аутосомно-рецессивное, сцепленное с половыми хромосомами.

Наиболее часто генеалогический метод используется для следующих целей:

- Установления наследственного характера признака;

- Определения типа наследования и пенетрантности – степени фенотипического проявления гена;

- Анализа сцепления генов и картирования хромосом;

- Изучения интенсивности мутационного процесса;

- Расшифровка механизма взаимодействия генов;

- Проведения медико-генетических консультаций.

Цитогенетический метод – это изучение строения и функционального состояния хромосом человека. Особенно активно этот метод стали использовать с середины прошлого века, когда было точно установлено число хромосом и изучена их морфология. Хромосомные нарушения встречаются с частотой 7 случаев на 1000 новорожденных, они же являются причиной гибели зародышей в начале беременности.

Близнецовый метод. около 1,5 % новорожденных в мире составляют близнецы. Известны два типа рождения близнецов: из одной зиготы – монозиготные близнецы (МБ) всегда одного пола, внешне очень схожи, и из разных зигот – дизиготные близнецы (ДБ), могут быть как разнополыми, так и одного пола.

Использовать близнецовый метод для разграничения влияния наследственности и среды: воспитания, обучения, окружения, на развитие определенных признаков, еще в XIX в. предложил английский исследователь Ф. Гальтон. Сравнение проводится двумя способами: 1) монозиготных близнецов с однополыми дизиготными близнецами; 2) монозиготных близнецов, воспитанных вместе и раздельно.

Используя близнецовый метод можно исследовать следующие проблемы:

- Оценить роль наследственности и среды в формировании физиологических и патологических особенностей организма;

- Выявить конкретные факторы, усиливающие или ослабляющие влияние внешней среды;

- Изучить корреляцию признаков и функций.

Антропометрические методы основаны на получении количественных характеристик морфологии отдельных людей. Медики установили, что склонность к определенным заболеваниям связана с особенностями телосложения: например туберкулезом чаще болеют высокие худощавые люди. Изучение ряда признаков строения тела, рисунка папиллярных линий на кончиках пальцев, ладонях и стопах ног у большого числа людей позволило установить закономерности их распределения и построить кривые распределения. Если антропометрические параметры: нарушение роста скелета (замедление или ускорение). Диспропорциональность массы тела, длины конечностей, окружности груди и черепа выходят за пределы допустимых вариаций кривых нормального распределения, это свидетельство патологических изменений в организме.

Одним из наиболее надежных маркеров генетических отклонений является рисунок дермальной кожи. Его изучение занимается дерматоглифика, которая разделяется на дактилоскопию – изучение папиллярных линий и рисунка на кончиках пальцев, пальмоскопию, изучающую узоры и складки на ладонях и плантоскопию – на стопах ног. Ученые установили, что дерматоглифика отражает эффекты пола, роль генных мутаций, хромосомных дефектов в тератогенных (вызывающих уродства) воздействий. Исследование пациентов с хромосомными болезнями показали, что у них меняется не только рисунок пальцевых и ладонных узоров, но и характер основных сгибательных борозд на ладонях. Ценность данного метода заключается в возможности ранней диагностики возможных патологий.

Биохимические методы используются при изучении генетики человека в связи с тем, что достаточно много из почти 2000 наследуемых болезней проявляются главным образом на уровне метаболизма.

По мере накопления данных о механизмах возникновения и передачи наследственных болезней все отчетливее становилась необходимость введения генетического консультирования. Сначала на Западе, а затем и в России стали появляться медико-генетические консультации (МГК), в которых врачи-генетики после обследования могли дать заключение об опасности развития наследственных болезней у будущего ребенка. Поводом для обращения в МГК являются признаки патологии у ребенка, подозреваемые или реальные наследственные болезни, задержка развития, повторяющиеся выкидыши, мертворождения, близкородственные браки. Диагноз и прогноз здоровья ребенка предполагает 4 этапа: установление диагноза, если необходимо с привлечением врачей других специальностей; прогноз вероятности возникновения и развития болезни; заключение; совет. При этом сотрудники МГК ни в коем случае не берут на себя ответственность в принятии решения, они лишь объясняют его последствия, а решения принимают родители будущего ребенка.

3. Программа `геном человека`

Впервые мысль заняться расшифровкой генома человека возникла в 1984 г. у группы ученых-ядерщиков США, которые завершили работу по проекту Министерства энергетики, а через несколько лет ее окончательно сформулировали американец Джеймс Уотсон и российский академик Александр Александрович Баев. Далеко не все биологи благосклонно восприняли эту идею: многие сомневались в успехе, говорили о дороговизне проекта, считали, что `овчинка выделки не стоит`. И лишь после того, как обсуждение вышло на уровень президентов США и Советского Союза, в 1990 г. было принято решение о создании HUGO – HumanGenomeOrganization – Международной организации по изучению генома человека. В ее состав вошли и 80 российских ученых. На программу было выделено более 3 млрд. долларов, иными словами, по 1 доллару на каждую пару нуклеотидов (как известно, по разным данным, в геноме человека насчитывается от 3,2 до 3,5 млрд. пар нуклеотидов). Этой же проблемой, но с коммерческой точки зрения, заинтересовалась фармацевтическая компания Селера, которая в свою очередь выделила на исследование такую же сумму.

`NEWbiology` - `новая биология` началась с февраля 2001 г. Расшифровка генома человека позволяет с высокой достоверностью составить генетические карты с указанием точной локализации каждого гена. Теперь станет возможным создание `генетических паспортов`, в которых будет оценена степень риска заболеваний и наличие `плохих` генов, обусловливающих предрасположенность к тем или иным заболеваниям. Не менее важно изучить характер связей между генами, особенности их работы в конкретных условиях.

В ходе расшифровки были обнаружены особые структуры, названные Alu-элементами, длиной до 300 пар нуклеотидов. Их происхождение в ходе эволюции пока неясно, но у человека они составляют около 10 % и располагаются в хромосомах самым причудливым образом.

Вполне вероятно, что и такие пороки как алкоголизм и наркомания связаны с наличием определенных генов. По крайней мере, уже обнаружены 7 генов, дефекты которых приводят к токсикомании. Фармакогенетика выяснит почему люди, имеющие один и тот же набор хромосом неодинаково реагируют на некоторые лекарственные препараты. Функциональная геномика получит возможность уточнить механизмы генной регуляции синтеза белка. Генная терапия позволит вводить фрагменты ДНК в клетки с целью замены мутантных генов и лечения наследственных болезней.

Программа `Геном человека` далеко не завершена. Появилось множество новых вопросов. Вот лишь некоторые из них:

- Почему чем выше уровень организации, тем больше неинформативных участков (интронов) в ДНК, в геноме человека их оказалось около 40 000, а у бактерий их нет вовсе;

- Отчего в мужских гаметах мутации появляются в 2 раза чаще, чем в женских;

- Откуда появились неизвестные ранее мутации, которые затрагивают границы экзонов и интронов, сигналы формирования зрелых РНК, посттранляционные преобразования белков.

- Л. Киселев, подводя итог расшифровки генома, сказал: `Мы все точнее и точнее знаем, чего мы не знаем. Мы не понимаем, для чего нужна основная часть генома. `Что` - известно, `как` - предстоит узнать.

4. Генетически модифицированные продукты

Продолжая раскрывать тему экологической этики и культуры в генетике и химической эволюции нельзя не вспомнить об инновациях в области генетики, о генетически-модифицированных продуктах. С такими продуктами мы сталкиваемся каждый день, к сожалению не все об этом знают. В то время как в России продолжаются споры о перспективах генномодифицированных растений (ГМР), мировой рынок биотехнологий для сельского хозяйства и пищевой промышленности оценивается в 45 млрд. долл. США. Представители российского агропромышленного комплекса до сих пор с недоверием относятся к биотехнологическим инновациям, несмотря на то, что они давно стали решающим конкурентным преимуществом транснациональных агрокорпораций.

Спорить о плюсах и минусах внедрения биотехнологий в российское сельское хозяйство можно очень долго. Для того чтобы увидеть все выгоды и преимущества инновационного подхода к отечественному агрокомплексу, достаточно проанализировать экономический потенциал одного из рынков ГМР в России, не отвлекаясь на эмоциональные и полемичные моменты этого вопроса.

В 2002 г. специалисты компании AbercadeConsulting провели исследование потенциального рынка генномодифицированных семян (ГМС) сахарной свеклы в России. В настоящий момент изучение проблемы трансгенных растений в РФ переходит из плоскости научной риторики в плоскость изучения возможности инвестировать конкретные научные проекты, в частности, в проект изучения потенциального рынка сахарной свеклы.

Сахарная свекла чувствительна к сорнякам и не может физически подавлять их. При культивации сахарной свеклы обработка гербицидами происходит практически весь период вегетации. При этом необходимо учитывать, что гербициды обладают свойством избирательности – действуют не на все сорняки, а на определенный их спектр. Соответственно, для качественной обработки свекольных полей необходим комплекс гербицидов. Сильными гербицидами, способными уничтожить более широкий спектр сорняков и требующими меньших объемов внесения ( гербициды сплошного действия Баста и Раундап), нельзя обрабатывать традиционные сорта и гибриды сахарной свеклы. На этом фоне возникла потребность создания сахарной свеклы, устойчивой к гербицидам сплошного действия.

Соответственно, учеными была разработана технология генной модификации сахарной свеклы, устойчивой к гербицидам Баста и Раундап. Данная технология позволяет проводить обработку сахарной свеклы указанными гербицидами сплошного действия не только до высева семян, но и в течение всего периода вегетации культуры.

Несомненное достоинство генетически-модифицированных сортов сахарной свеклы – это их более низкая себестоимость в сравнении с другими вариантами (отечественные и зарубежные сорта).

С технологической точки зрения переработка обычных сортов и гибридов сахарной свеклы ничем не отличается от переработки генномодифицированной сахарной свеклы. Сахар, получаемый в первом и втором случаях, ничем не отличается. Так как он представляет собой химически чистый продукт. Следовательно, проблем, связанных с потреблением генномодифицированных продуктов, конечными пользователями возникнуть не может. Положительное отношение представителей управляющих сахарных компаний к генномодифицированной сахарной свекле подкрепляется дефицитом свеклы для переработки.

В ходе исследования российского рынка генетически модифицированной свеклы аналитики AbercadeConsulting опросили руководство управляющих сахарных компаний и сахарных заводов на предмет их отношения к генномодифицированной свекле. Абсолютное большинство представителей сахарных заводов положительно отнеслись к возможности появления генетически модифицированной сахарной свеклы. Отрицательный ответ был зафиксирован только один. В то же время в ходе опроса выяснилось, что многие руководители недостаточно информированы о специфике генетически измененных растений.

Тем не менее при экспертном опросе все представители управляющих сахарных компаний приветствовали возможность будущих закупок генномодифицированной сахарной свеклы. Некоторые эксперты высказывали предположение о том, что за генной инженерией растений будущее и все связанные с ней новинки будут рано или поздно внедрять в производство.

В целом выход российского рынка биотехнологий на качественно более высокий уровень, реализация потенциала современных биотехнологических разработок возможны в сочетании государственного регулирования и частных инвестиций.

Стратегическая цель развития биотехнологической отрасли – это ее структурная перестройка и формирование конкурентоспособных производств на основе наукоемких технологий, способных обеспечить потребности внутреннего рынка в условиях открытой экономики. Тенденции развития российского рынка биотехнологий и проблемы инвестирования в эту область будут представлять и некоторую экологическую опасность влияния на окружающую среду и человека генетически измененных растений.

Контрольные вопросы для домашнего задания

1. Не принесет ли генная инженерия вред природе и человечеству?

2. Суть биотехнологий на основе генной инженерии в пищевой и химической промышленности?

3. Последствия искусственного вмешательства в геном человека?

4. Какова опасность при создании организмов с новыми наследственными свойствами?

5. Взгляды ученых и пациентов на новые генные технологии?

6. В чем падение ценности человеческой жизни с достижениями генетики?

7. Каковы условия фетальной терапии?

8. Последствия генной терапии с использованием генных конструкций?

9. Дать понятие о `прогностической медицине`?

10. Мнения ученых и богословов о морально-этических последствиях новых медицинских технологий с человеческим эмбрионом?

11. Какова зависимость здоровья человечества от медицинских препаратов?