Геном человека: этические вызовы и риски

Владимир Савченко

главный научный сотрудник Центра междисциплинарных исследований Института философии НАН Беларуси, член-корреспондент

Геном человека: этические вызовы и риски

Идея проекта по изучению генома человека была озвучена еще в 1985 г. тремя американскими учеными, однако в то время не нашлось необходимых источников финансирования. После почти трех лет дискуссий, в конце 1988 г., было принято решение о начале работы над проектом в научных центрах США. Он был запущен в начале 1989 г. с финансированием 3 млрд долл., а для координации международных усилий по его реализации в Швейцарии создается организация «Геном человека».

ВЗВЕСИТЬ ВСЕ ЗА И ПРОТИВ

Сразу после черновой расшифровки 3,2 млрд «букв» нашего генетического кода стал ясен беспрецедентный характер этого международного проекта. Его сравнивали с такими достижениями, как открытие пенициллина, расщепление ядра атома, выход человека в космос. С этим новым знанием человечество подошло вплотную к выдающимся достижениям на пути предупреждения и излечения многочисленных болезней. Наступает эра,

когда становится возможным диагностировать риск возникновения генетических недугов, исправлять дефектный ген с помощью технологии генной терапии, лечить возникшую болезнь индивидуально приготовленными лекарствами без побочных эффектов. Но насколько оправданны такие оптимистические прогнозы?

Первым, безусловно, выдающимся достижением проекта является беспрецедентное повышение результативности технологий секвенирования молекул ДНК, создание компьютерных технологий анализа геномных последовательностей и их аннотации, а также быстрый перенос новых технологий из лабораторий в биологическую промышленность. Так, например, за период с 1989 по 2001 г. эффективность технологий секвенирова-ния последовательностей нуклеотидов в молекуле ДНК возросла примерно в 100 раз. Это стало возможным за счет использования флуоресцентных красителей, лазеров и капиллярного электрофореза для разделения оснований. Вторым успехом стало улучшение методов компьютерного анализа и соединения

фрагментов ДНК, содержащих миллионы пар оснований.

Недостатком проекта является его фактическая незавершенность. Имеются относительно небольшие пропуски последовательностей нуклеотидов в геномной ДНК, содержащей 3,2 млрд оснований. Гораздо более сложную проблему представляют гены, функции которых пока не выяснены, и она потребует для своего решения времени и значительных людских и финансовых ресурсов (около 25 тыс. генов, из них 41% — с неизвестными функциями).

Таким образом, можно утверждать, что публикация рабочих последовательностей генома человека завершила первую фазу этого уникального проекта. Полученные знания стимулируют дальнейшее быстрое развитие биомедицинских технологий, но предстоит еще многое сделать, особенно в части выявления внутригеномного генетического разнообразия и его связи с болезнями человека. Следует также отметить, что технология генной терапии, конечно же, основана на знании после-

довательности нуклеотидов, но для ее успешного применения потребуется решить проблему надежного вектора для доставки нормального гена в ткань-мишень и его интеграции в геном реципиента.

При использовании новых знаний о геноме человека возникает целый ряд проблем этического, социального и юридического характера. Уже идут дискуссии о том, как защитить интересы общества и отдельной личности при применении новых геномных технологий. В рамках проекта «Геном человека» была учреждена специальная программа для поиска ответов на возникающие вызовы. В круг ее задач входили этические проблемы возможного воздействия новых технологий на личность; конфиденциальность и неприкосновенность частной жизни; этика применения геномных технологий в медицинской практике; генетическое тестирование и консультирование; этика принятия решений при применении репродуктивных технологий. В рамках программы состоялся ряд форумов и рабочих совещаний для выявления и выработки стратегии решения возникающих этических проблем. В настоящее время программа сосредоточивает свое внимание на четырех приоритетных направлениях:

• защита частной жизни и устранение дискриминации на основе использования и интерпретации генетической информации;

• проблема переноса и практического использования новых знаний о геноме человека из исследовательских лабораторий в клинику;

• необходимость информированного согласия участников на проведение генетических манипуляций в клинике и экспериментов в лабораториях;

• совершенствование системы общественного просвещения и профессионального образования в области биоэтики.

Можно надеяться, что по мере развития и практического использования плодов

геномной революции главные этические проблемы будут выявлены и изучены, а затем достигнут и международный консенсус, касающийся политических решений и юридического регулирования этой сферы жизни людей.

ТЕСТИРОВАНИЕ ГЕНОМА ЧЕЛОВЕКА

Геном человека представляет собой гигантскую молекулярно-информационную систему, программирующую образование зародыша, его развитие вплоть до взрослого состояния, функционирование взрослого организма и его старение, которое заканчивается летальным исходом. Эта система подвержена естественным рекомбинациям в результате полового процесса и объединения гаплоидных наборов родительских хромосом. Эта изменчивость часто не зависит от среды и является полностью наследственной (рост, цвет глаз, способность различать вкус, цвет и запах и др.). В дальнейшей жизни часто возникают изменения при функционировании и взаимодействии генома с условиями среды существования. Диета, радиация, загрязнение воздуха, воды и продуктов питания — важнейшие факторы среды, способные вызывать мутации генов и способствующие накоплению мутационного груза. Мутации проявляются в виде добавления или утери отдельных хромосом, их структурных перестроек, в возникновении мутантных аллелей, изменении последовательности нуклеотидов различной длины — от одного до нескольких тысяч и миллионов. Частота мутаций гена невысока — 1/1 000 000 — и колеблется в зависимости от типа на 1—2 порядка. Но, учитывая размер мишени (около 25 тыс. генов), частота клинических проявлений геномных вариаций значительно возрастает. Крупные изменения структуры генома ведут к летальности зигот и элиминируются. Более мелкие изменения способны вызывать генетические неполадки. Для картирования отклонений в структуре генома и определения вероятности возникновения наследственных болезней используются различные методы тестирования генома и выявления различных компонентов его из-

менчивости в масштабах от 1 нуклеотида до 1 млн и более.

Целью начатого в 2008 г. международного проекта «1000 геномов» по картированию и анализу генетического разнообразия, представленного в геноме человека, было ускорить и облегчить поиск генетических причин болезней. Геномы для исследования были взяты у индивидов, принадлежащих к различным локальным популяциям человека на разных континентах. Получены оценки частоты встречаемости замен одиночных нуклеотидов в эухроматиновых последовательностях генома. Они колеблются от 1 на 100 до 1 на каждые 300 нуклеотидов. Гетерохроматиновые же районы генома, бедные на гены, но представленные сотнями тысяч миллионов нуклеотидов, пока не включались в анализ. В результате первой фазы проекта были генотипированы 1,1 млн сайтов полиморфизма единичного нуклеотида в геномах человека, взятых у 270 индивидов из четырех мировых популяций. Во второй фазе были генотипи-рованы еще 4,6 млн таких сайтов. В этот каталог вошла генетическая изменчивость генома на самом низком уровне, затрагивающем всего 1 нуклеотид [1]. Однако при сравнении карт персональных геномов руководителей проекта «Геном человека» К. Вентера и Дж. Уотсона и корейского ученого Сеонг-Джин Кима оказалось, что у последнего 6 из 10 тыс. нуклеотидов являются характерными именно для корейской популяции.

Подготовка и составление гаплокарт создают хорошую основу для ассоциативного генотипирования мутаций и перестроек последовательностей нуклеотидов, способных вызывать болезни человека, в рамках уже известной геномной координатной сетки. Крупные структурные вариации геномов колеблются от нескольких тысяч до нескольких миллионов оснований. Одни из них представляют собой приобретение или потерю некоторых последовательностей генома, тогда как другие связаны с перестройкой последовательностей участков молекулы ДНК. Такие вариации могут включать различия в числе копий отдельных генов, делеций, инверсий или

транслокаций нуклеотидных последовательностей или отдельных участков хромосом. Данные, полученные в рамках проекта, позволяют изучать неуловимые ранее генетические влияния на причины возникновения таких сложных болезней, как диабет, астма, шизофрения, мигрень и др. Ранее были установлены связи между изменением последовательностей нук-леотидов и некоторыми из этих болезней, но одни лишь генетические нарушения никогда не рассматривались сами по себе в качестве причины болезней, поскольку известно, что в их развитии участвуют как генетические, так и средовые факторы. Поэтому в конкретных случаях могут быть разные точки зрения на роль этих факторов в этиологии болезней, и встает вопрос: можно ли в разных клинических случаях вычленить в качестве причины конкретные генетические нарушения? Геномные локусы и определенные типы коротких повторов могут сильно различаться между индивидами, что делает желательным их использование при изучении полиморфизма рестрикционных фрагментов индивидуальных геномов или в ДНК-технологиях оценки спорного отцовства.

Большое число болезней человека связано с крупными изменениями структуры генома, выявляемыми цитологическими методами. Синдром Дауна, Клейнфельте-ра, синдромы Тернера и некоторые другие болезни связаны с нерасхождением в мей-озе отдельных хромосом. Клетки раковых опухолей часто также являются анеупло-идными, хотя прямая связь между этой болезнью и изменением числа хромосом не была установлена.

Более мелкие наследственные нарушения теперь можно описывать как клинические болезни, связанные с изменением последовательностей нуклеотидов геномной ДНК. Во многих случаях такое нарушение может быть ассоциировано с мутацией всего одного гена. Например, кистозный фиброз вызывается мутацией гена CFTR и представляет собой наиболее распространенную рецессивную наследственную болезнь в кавказской популяции, насчитывающей более 1300 уже известных генных мутаций. Мутации специфических генов

сопровождаются серьезными нарушениями их функции и вызывают болезни, но к счастью, эти мутации относительно редки, поэтому и подобные генетические недуги также встречаются не часто. Однако имеется множество генов с вариабельной способностью вызывать генетические отклонения от нормы, и вместе они составляют значительный компонент известных медицинских случаев, особенно в педиатрии. Молекулярно охарактеризованными генетическими болезнями признаются те нарушения, для которых уже идентифицированы соответствующие гены. В настоящее время известно примерно 2200 таких наследственных заболеваний, аннотированных в базе данных ОМ!М.

Их изучение обычно осуществляется на основе обследования семейных генеалогий. Иногда используется популяционный подход, особенно в случае характеристики так называемых популяций основателей (Финляндия, французская Канада, Сардиния, штат Юта и др.).

Результаты проекта «Геном человека» позволяют обеспечивать более эффективное лечение для пациентов. Родительские пары могут быть обследованы на отяго-щенность их геномов мутационным грузом с использованием ДНК-микрочипов. Такое тестирование дает возможность оценить нагруженность генома мутантными генами и вероятность их наследования. Цель тестирования — разработка рекомендаций семейным парам, каким способом избежать передачи дефектных генов их потомкам. Наследственные недуги вызываются самыми разными изменениями нормальной последовательности нуклео-тидов в геноме. Для того чтобы установить и молекулярно охарактеризовать такую болезнь, необходимо выявить причинную связь между определенной последовательностью нуклеотидов и клиническими признаками заболевания.

Генетическое тестирование может осуществляться в форме пренатальной диагностики и выявления гетерозиготных носителей рецессивных аллелей, которые могут вызывать недуг. ДНК-микрочипы позволяют тестировать геном пациента на

предрасположенность к 50—100 наследственным заболеваниям одновременно, включая и такие, которые могут проявиться не сразу, а годы и десятилетия спустя. Эти новые технологии способствуют серьезному совершенствованию клинической практики, но вместе с тем несут в себе этические вызовы и риски. Так, например, встает вопрос о необходимости информирования пациентов о предстоящем тестировании. В каком объеме следует это делать, чтобы не нанести человеку психологическую травму? Как хранить и использовать полученную генетическую информацию, как избежать любых форм дискриминации по генетическим показателям? Нужно ли добиваться законодательного регулирования процедур тестирования генома и легализации данных с учетом этических норм?

Тестирование всего генома технологически осуществимо, но не во всех случаях обнаружения мутантных аллелей уже теперь можно предложить эффективное лечение. Не всегда наличие мутации обязательно вызывает наследственную болезнь, как и не всегда позитивный тест гарантирует отсутствие ее развития в будущем. Кроме того, отдельные мутации, нарушая одну функцию, способны улучшать другую. Так, например, мутация, вызывающая серповидно-клеточную анемию, одновременно повышает иммунитет к малярии. Не вызовут ли подобные неоднозначные ситуации моральных издержек и трудностей у пациентов и их близких? Мы знаем последовательность нуклеотидов в нашем геноме, но не знаем, как возникли и что значат эти, по всей вероятности, мутационные различия последовательностей объемом 1% по сравнению с геномом шимпанзе. Здесь мы вступаем на терра инкогнита. На эти и ряд других подобных философских и этических вопросов нам придется сообща искать рациональные ответы с целью административного и законодательного регулирования медицинской практики.

ГЕННАЯ ТЕРАПИЯ

Разработка технологий рекомбинантной ДНК открыла эру направленной модифи-

кации видовых геномов микроорганизмов, растений и животных [2—4]. Практическое использование этих технологий показало, что они могут иметь как положительные, так и отрицательные последствия [5]. Технологии рекомбинантной ДНК могут быть применены также для коррекции или замещения дефектных генов в геноме человека с целью лечения наследственных болезней [6]. Суть технологии состоит в создании специальных конструкций из модифицированного генома вируса-вектора, ставшего непатогенным, и нормального гена человека и введении этих последовательностей в клетки-мишени с целью восстановления нормальной функции му-тантного гена в тканях реципиента. Трансгенная конструкция может быть помещена также в искусственную липосому, а клетки-мишени обработаны химическими соединениями для повышения проницаемости их стенок при переносе копий нормального гена. Становится возможным также синтез искусственной хромосомы с желательными генами и ее введение в геном человека в качестве добавочной, 24-й, хромосомы.

Первая генная терапия была проведена в 1990 г. молодой женщине, страдавшей тяжелым комбинированным иммунодефицитом ^СЮ). Эта болезнь может вызываться мутациями нескольких разных генов. В данном случае терапии в культуру Т-лимфоцитов пациентки ввели модифицированный ретровирус со встроенной в его геном копией нормального гена, кодирующего фермент аденозинде-замилазы. После интеграции трансгена в геном лимфоцитов и его экспрессии они в количестве 1 млн были введены в кровяное русло больной и восстановили функцию ее иммунной системы. К сожалению, повторные попытки использовать эту технологию привели к тому, что в 2007 г. из 10 пациентов у 4 развилась лейкемия в связи с интеграцией ретровируса вблизи онкогена. Тем не менее за прошедшее время с помощью генной терапии были вылечены 17 детей, страдавших двумя формами SCID.

Любопытный случай генетической инженерии человека связан с рождением

здорового ребенка у больной матери, страдавшей от мутации, расположенной в геноме митохондрий. Для этого у здоровой женщины-донора была взята яйцеклетка, из которой было удалено ее собственное ядро и заменено ядром пациентки. После оплодотворения модифицированной яйцеклетки и имплантации ее в тело матери родился ребенок, у которого были не два, а три родителя — две генетические матери и один отец.

Векторы первого поколения, такие как вирус Молони и аденовирусы, имеют ряд отрицательных свойств, поэтому поиск новых векторов продолжается. Среди векторов второго поколения имеются аденовирусы, аденоассоциированные вирусы, ретровирусы и лентивирусы. С помощью нового вектора ААV удалось осуществить генную терапию гемофилии, ассоциированной с мутацией гена в половой хромосоме Х. Проводятся клинические испытания методов генной терапии некоторых форм инфекционных, сердечно-сосудистых и раковых заболеваний. Появились частные компании, специализирующиеся на производстве целого спектра продуктов, необходимых для осуществления генной терапии и других биомедицинских технологий.

Генная терапия в настоящее время может легально осуществляться лишь применительно к соматическим клеткам, для клеток же зародышевого пути, то есть тех, которые дают начало яйцеклеткам и сперматозоидам, она пока находится под запретом по этическим соображениям.

Соматическая генная терапия проводится после анализа ситуации на нескольких уровнях и осуществляется с целью защиты интересов пациента под контролем соответствующих правительственных структур. Такая терапия требует разрешения и информированного согласия больного и ограничивается лишь клетками его тела.

Вопрос генной терапии зародышевых клеток затрагивает не только геном индивида, но и весь генофонд популяции, ее генетическое будущее, поэтому ее применение

требует большой осторожности, так как окажет влияние не только на все клетки данного индивида, но и на его будущее потомство, причем без согласия последнего. Возникает вопрос: этично ли это, имеем ли мы моральное право принимать решения за будущие поколения? Пока что опасения перевешивают возможные выгоды от применения технологий генной терапии зародышевых клеток, и подобные работы не получают соответствующего разрешения.

Технологии генной терапии позволяют не только корректировать или заменять мутантные гены, вызывающие наследственные заболевания, но и использовать клонированные гены для улучшения признаков нормального фенотипа человека. Улучшающая генная терапия и соответствующая технология могут увеличивать рост и улучшать интеллектуальные способности человека, повышать силу мышц и выносливость у спортсменов. Именно эти возможности вызывают неприятие многими улучшающей терапии по этическим соображениям, поскольку в условиях рыночной экономики новые качества индивида можно покупать за деньги. В отдаленной перспективе такая практика может привести к возникновению генетического неравенства людей, которое может стать источником новых конфликтов. Этические проблемы, сопутствующие новым достижениям в области генной инженерии человека, затрагивают судьбы не только отдельных людей, но и всего человечества и требуют к себе осторожного и рационального отношения.

КЛОНИРОВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА

Природа способна производить клоны людей естественным путем, но с невысокой частотой — в виде однояйцовых близнецов, которые представляют собой генетически идентичные организмы, различающиеся между собой в такой же степени, как левая и правая сторона тела человека. Были сделаны попытки экспериментально удалить прозрачное тело зиготы после ее первого деления и затем возвратить каждой клетке после очередного деления

отдельное прозрачное тело. Такое разделение эмбриона можно повторять многократно и полученные клоны сохранять при низкой температуре для последующей имплантации приемной матери. Это одна из технологий репродуктивного клонирования, применяемая в животноводстве. Возможно также стимулировать к делению зрелую яйцеклетку без ее оплодотворения, но в таком случае получаются лишь женские клоны.

Научной сенсацией стало первое клонирование млекопитающего — овцы Долли в 1996 г. в Институте Рослин в Эдинбурге. Технология клонирования в этом случае была иной. Из зрелой яйцеклетки одной овцы было удалено ее гаплоидное ядро и заменено диплоидным ядром, взятым из клетки вымени другой взрослой овцы. После стимуляции электрическим разрядом яйцеклетка стала делиться; полученный 6-дневный эмбрион был пересажен третьей овце и через 100 дней превратился в маленькую Долли, как две капли воды похожую на свою генетическую мать. Она появилась на свет 24 февраля 1997 г. Клонированная овца, став взрослой, страдала старческими заболеваниями — раком легких, артритом — и прожила до 2003 г., произведя на свет 6 ягнят, тогда как обычные овцы живут 11—12 лет. В дальнейшем с помощью технологии переноса ядра клетки от взрослого организма в яйцеклетку, лишенную ядра, были клонированы овцы, козы, коровы, свиньи, кролики, мыши и другие организмы. Отметим, что технология переноса диплоидного ядра в яйцеклетку была опробована на амфибии еще в 1952 г., а 1963 г. было осуществлено клонирование карпа.

В настоящее время обсуждаются возможности использования технологий репродуктивного и терапевтического клонирования человека. Первый гибридный клон человека был создан компанией Американские клеточные технологии в ноябре 1998 г. Он был получен путем перенесения ядра клетки из ноги человека в безъядерную яйцеклетку коровы и через 12 дней деления уничтожен. Цель работы имела терапевтический характер. В 2002 г. фирма Clonaid объявила об успешном клонировании че-

ловека, но не представила научных доказательств этого события. В 2005 г. Южная Корея и Англия заявили о клонировании эмбрионов человека в терапевтических целях. В январе 2008 г. американская корпорация Stemagen сообщила о создании 5 клонов человека, полученных путем переноса ядра соматических клеток кожи в яйцеклетки с удаленными собственными ядрами. Эти клоны позже по этическим и юридическим соображениям также были уничтожены.

Следует отметить, что рассматриваемая технология неизбежно приводит к ликвидации генетического разнообразия среди клонированных копий генома, а это представляет собой эволюционный тупик из-за неспособности клонов в будущем адаптироваться к меняющейся среде обитания. Второе геномное препятствие связано с тем, что клон продолжает жизнь донорского ядра и быстро стареет. Это обусловлено укорачиванием концевых участков хромосом, так называемых те-ломер, которое вызывает дегенерацию организма и развитие разнообразных болезней.

Каждый индивидуум генетически уникален. Какие психологические коллизии могут возникнуть в случае «конвейерного» производства человеческих существ, лишенных индивидуальности, не трудно представить. Большие сомнения и опасения вызывает технология клонирования людей с социальной и моральной точек зрения.

Отдельные ученые, научные и религиозные организации резко выступили против попыток клонирования человека. Совет Европы принял Дополнительный протокол к Конвенции о защите прав и достоинства человека, касающийся запрещения клонирования человеческих существ [7—8]. Позднее Генеральная Ассамблея ООН приняла Декларацию о клонировании человека и призвала страны-члены разработать и принять на национальном уровне законодательные акты о запрете попыток клонирования человека [9]. США вместе с 50 другими странами выступили с призывом полностью запретить клонирова-

ние человека. Бельгия и 20 других стран, включая Россию, Японию, Южную Корею, Англию и Данию, призвали запретить лишь репродуктивное клонирование (оно не запрещено только в Австралии).

Некоторые ученые и политики, напротив, видят позитивные стороны технологии клонирования и выступают против ограничений и запретов таких научных проектов.

В последнее время, кроме геномных, предложен ряд новых биомедицинских технологий, таких как технологии эмбриональных стволовых клеток, эксракорпо-рального оплодотворения, суррогатного материнства, трансплантации органов и тканей, практическое применение которых также связано с этическими вызовами и рисками и требует серьезного научного анализа и этической оценки.

Литература

1. Thorisson G.A., Smith A.V., Krishnan L., and Lincoln D. Stein L.D. The International HapMap Project Web site // Genome Research, 2005, vol.15. P. 1592-1593.

2. Савченко В.К. Биотехнологии для модификации геномов животных // Наука и инновации. №11(81), 2009. C. 33-38.

3. Sauchanka U.K. Geogenomics: Organisation of the Genosphere // CPL Press: Newbury, UK. 2009.

4. Савченко В.К. Геогеномика: организация гено-сферы. - Мн., 2009.

5. Савченко В.К. Генетически модифицированные организмы в биосфере // Экологический вестник. №2(8), 2009. C. 12-22.

6. Клаг У.С., Каммингс М.Р. Основы генетики. — М., 2009.

7. Всеобщая декларация о геноме человека и правах человека // ЮНЕСКО, 1997.

8. Дополнительный протокол к европейской Конвенции о защите прав и достоинства человека в связи с применением достижений биологии и медицины, касающийся запрещения клонирования человеческих существ. Париж, 12 января 1998 г.

9. Декларация Организации Объединенных Наций о клонировании человека // Принята резолюцией 59/280 Генеральной Ассамблеи от 8 марта 2005 г.