Все в клетку!

/  Общество и наука /  Медицина

Возраст родам не помеха. Американские ученые нашли способ, как омолодить человеческие яйцеклетки с помощью донорских митохондрий

 

Руководитель лаборатории Центра стволовых клеток Орегонского университета здравоохранения и науки в США Шухрат Миталипов признается, что в 90-е годы потратил немало денег из своей аспирантской стипендии, чтобы подкормить подопытных мышек в московском Институте медицинской генетики. Сегодня он — один из самых успешных ученых, работающих в области стволовых клеток и репродуктивных технологий. В его лаборатории уже родились несколько приматов, появившихся из комбинированных яйцеклеток. Как говорит ученый, технология пересадки цитоплазмы в скором времени принесет пользу людям: с ее помощью можно будет не только лечить генетические болезни, но и убирать следы возраста из яйцеклеток.

— Шухрат, в научных кругах вы известны как человек, который впервые клонировал обезьяну...

— Нам действительно удалось получить клонированный эмбрион, но до рождения обезьянок-клонов дело пока не дошло. Нужно, чтобы самке удалось выносить такой зародыш. Но у обезьян все время происходят выкидыши на раннем сроке. Тут еще много проблем.

— Значит ли это, что человека тоже пока невозможно клонировать? Не по этическим соображениям, а из-за того, что несовершенна технология?

— Насколько я знаю, да. Несколько серьезных лабораторий в мире работают над так называемым терапевтическим клонированием — они пытаются получить эмбриональные стволовые клетки путем трансплантации ядер, но это пока не сделано. Эмбрионы не удается дорастить даже до стадии бластоцисты — это примерно недельный срок. Они останавливаются в развитии раньше. Вообще-то клонированием эту технологию назвали не совсем верно. Это методика трансплантации клеточных ядер. Ядро соматической клетки одного организма пересаживается в цитоплазму половой клетки другого организма. Но и это еще не все. Мы, например, сейчас учимся трансплантировать цитоплазму из одной клетки в другую и таким образом лечить яйцеклетки у женщин. Это поможет бороться с некоторыми заболеваниями, передаваемыми по наследству по женской линии. Возможны и другие применения этой технологии. Например, для лечения бесплодия, связанного с возрастом. Известно, что годам к 35—40 качество яйцеклеток падает. Сейчас в США до 25 процентов женщин именно в этом возрасте создают семью. Но их шансы иметь здорового ребенка уменьшаются. Процент беременностей после ЭКО (экстракорпорального оплодотворения) в США у женщин до 35 лет около 30 процентов, а после 40 — меньше 5 процентов. Но если те же самые женщины используют молодые донорские яйцеклетки, то процент успешных имплантаций увеличивается и они до 60 лет могут иметь здоровых детей. У специалистов по ЭКО уже вошло в практику сразу предлагать донорские клетки тем, кому за 40. Получается, что состояние репродуктивной системы у женщин еще долго остается нормальным и основная проблема в яйцеклетках.

— Вы решили вылечить яйцеклетки от старости?

— Мы попробовали использовать наши технологии, чтобы омолодить их цитоплазму.

— Для лечения генетических болезней используете тот же метод?

— И в том и в другом случае мы заменяем цитоплазму яйцеклеток донорской. Известно, что не все гены находятся в ядре. В цитоплазме расположены митохондрии — энергетические фабрики клеток. Митохондриальных генов всего 37, но они очень важны, так как отвечают за использование энергии. Митохондрии окисляют органические соединения и используют освобождающуюся энергию для синтеза молекул аденозинтрифосфата — нуклеотида, который является универсальным источником энергии для всех биохимических процессов. Митохондриальные гены не подвергаются рекомбинации и передаются только по материнской линии. Считается, что в отношении генома митохондрий все мы клоны по материнской линии. Но оказалось, это не так. Проблема в том, что митохондриальный геном в отличие от ядерного способен подвергаться сильным мутациям. Сейчас думают, что в нем приблизительно в 100 раз больше мутаций, чем в ядре клетки. Кстати, на этом основана одна из теорий старения: с возрастом митохондриальные гены в соматических клетках человека мутируют. Чем старше мы становимся, тем больше накапливается таких мутаций в тканях и органах. Из-за них митохондрии не могут производить энергию, и клетки погибают. Вообще-то в процесс переработки энергии вовлечены более 1000 генов, не только 37 митохондриальных, но остальные оказались в клеточном ядре в ходе эволюции. Когда-то митохондрии были отдельно живущими бактериями, потом возник симбиоз бактерии с клеткой. Кстати, ученые предполагают, что митохондрии стали для живых организмов яблоком с древа познания добра и зла. Ранние одноклеточные эукариоты были бессмертными до того, как в них появились бактерии, которые после стали митохондриями. После этого клетки приобрели возможность эффективно получать энергию, организмы стали многоклеточными и эволюция пошла вверх. Но теперь митохондриальные гены определяют срок жизни. Сначала все тысячи генов, наверное, были в митохондриях. Потом большинство из них перекочевало в ядерный геном. Эти 37 остались в цитоплазме, внутри митохондриона, который производит энергию. Но это опасное место для хранения генетической информации. Все равно что хранить гены в ядерном реакторе. Мутации происходят потому, что во время транспорта электрона вырабатываются реактивные молекулы кислорода, способные атаковать ДНК. В итоге мы стареем. Для чего мы едим антиоксиданты, витамины? Чтобы защитить митохондрии в клетках, знаем мы это или нет.

— Митохондрии яйцеклеток тоже не защищены от мутаций?

— Они защищены гораздо лучше из-за того, что не используются как фабрики энергии. Видимо, так сложилось в ходе эволюции — если они включат свои «ядерные реакторы», то начнут быстро мутировать. И вид быстро исчезнет. Поэтому в линиях женских половых клеток энергия поступает за счет гликолиза — отщепления небольших кусочков от молекул глюкозы. Это очень неэффективно, но зато безопасно для генома. У яйцеклеток есть и другой источник энергии. Ею с ними делятся тысячи окружающих клеток в яичниках. В общем, это как у пчел — у них матка не работает, а только производит линии половых клеток. Здесь происходит что-то подобное. Но до определенного срока. Считается, что после 40 лет природа перестает защищать яйцеклетки женщины от мутаций митохондриальной ДНК. По этой причине приживаемость эмбрионов падает в несколько раз. Видимо, эволюция решила, что таким клеткам лучше не выживать.

— У животных такого нет?

— Есть, но такие репродуктивные проблемы более или менее явно выражены только у людей. Поэтому у исследователей и возникли определенные надежды, что митохондрии можно заменить на более молодые. Мы отработали эту технологию на мышах, на обезьянах. Самки благополучно произвели потомство. Да, мы можем трансплантировать митохондрии из молодых яйцеклеток. Но факт состоит в том, что у этих животных нет ярко выраженного репродуктивного старения. Ни мыши, ни обезьяны просто не доживают до репродуктивной старости. Так как у нас нет хорошей модели, похоже, придется показывать эффективность этого метода на яйцеклетках пациентов. Наша задача — создать комбинированную клетку. Сначала мы получим у женщины несколько яйцеклеток. Затем пересадим в каждую из них цитоплазму из яйцеклетки молодой женщины-донора. Мы доказали, что таким образом можно практически полностью или на 99 процентов заменить митохондриальные гены. При этом обе женщины совсем не должны быть родственницами или иметь какую-то особую совместимость. Мы проделали подобные вещи с мышами, с обезьянами, сейчас работаем с человеческими клетками. У нас пока нет разрешения FDA (Food and Drug Administration) проводить клинические испытания. Поэтому оплодотворяем комбинированные человеческие яйцеклетки в пробирке и доращиваем их до стадии недельного развития. Это пока только начало. Надеемся, что через год-два получим разрешение трансплантировать такие эмбрионы пациенткам.

— Как считаете, трудно будет получить разрешение?

— Эти работы вообще вести нелегко. В США принят закон, запрещающий выделение госсредств на исследования человеческих эмбрионов. Поэтому тема оказалась вне государственного финансирования. Запрещать ее никто не запрещает, но и работу без денег вести нельзя. Поэтому мы создали специальную параллельную лабораторию, чтобы в нее можно было вкладывать другие средства. Ведь использовать деньги частных инвесторов в государственной лаборатории мы не имеем права. Сейчас получаем деньги из частных фондов в Орегоне и из Франции. Кроме того, предстоит много бумажной волокиты — нам предстоит пройти через специальный совет, разрешающий исследования, в которые вовлечены пациенты. Есть и другие запреты — во многих штатах, например, нельзя оплачивать донорство яйцеклеток. Но если не оплатить, кто даст их бесплатно? В нашем университете я долго воевал — почти три года. Сейчас нам дали разрешение выплачивать компенсации женщинам-донорам. Все непросто.

— С генетическими заболеваниями вы уже начали работать?

— В этом случае предстоит взять яйцеклетку у пациентки, у которой, как мы знаем, есть мутации митохондриальных генов. Как узнаем? К сожалению, уже после того, как родился хотя бы один больной ребенок, ведь митохондриальные мутации не отражаются в ядерных генах. Эти мутации в основном вызывают неврологические отклонения, мышечную дистрофию, нарушения в работе сердца, влияют на зрение и слух. Таких женщин мы просим прийти сдать яйцеклетки. А здоровые молодые женщины сдают свои — мы будем использовать донорские митохондрии. На сегодняшний день у нас нет разрешения трансплантировать эмбрионы пациенткам. И на это тоже нужно разрешение FDA. Кстати, такие проблемы есть не только в США. Эта технология считается технологией будущего, поэтому во многих странах она еще и законом запрещена. Все, что мы можем делать, — это выращивать эмбрионы в пробирке до недельного возраста. И ждать разрешения FDA.

— Дождетесь?

— Надеюсь, рано или поздно это случится. Методы лечения развиваются. Например, сейчас думаем о том, как научиться лечить не только митохондриальную, но и ядерную ДНК. Мутацию можно будет заменить на здоровую копию гена. В течение 5—10 лет эта технология будет полностью разработана на животных. Мы сейчас ведем некоторые исследования в этой области на обезьянах. Но здесь придется потрудиться. Во-первых, это должна быть очень эффективная технология. Надо быть уверенными, что ген в яйцеклетке скорректирован. Во-вторых, методика должна быть безопасной. Но даже в этом случае нас все равно ждут этические дискуссии. Сейчас вопрос дискутируется даже в отношении митохондриальных генов. В Англии, например, уже почти два года ведут споры — нужно или нет проводить замену митохондриальной ДНК. Впрочем, разрешение трансплантировать эмбрионы, скорее всего, получат именно британские ученые. И первые клинические испытания будут там.