Генетика ожирения: не за горами генная терапия против лишнего веса

Говоря об ожирении, в основном все вспоминают США. И, конечно, не зря, в этой стране граждане с лишним весом составляют примерно 1/3 от всего населения, тогда как в России примерно 1/4, что тоже очень много. Ожирение сокращает продолжительность жизни, увеличивает вероятность диабета и сердечных заболеваний. Думаю, многие ждут чудес от генетической инженерии, которая, безусловно, поможет нам справляться с лишним весом быстро и естественно, и предпосылки к чудесам постепенно начинают появляться...

В данный момент найдено несколько генов, возможно отвечающих за склонность к избыточному весу. Открытый в 2007 ген FTO (fat mass and obesity associated - переводится как "связанный с количеством жира и ожирением") активно исследуется, т.к. согласно многим трудам, именно он бесспорно влияет на склонность к ожирению.

На сегодняшний день пока не ясен механизм по которому FTO влияет на избыточный вес. Некоторые ученые полагают, что ген регулирует склонность к обжорству и потреблению высококалорийной пищи и вообще, что ген как-то влияет на наш мозг, который принимает решения, приводящие к ожирению. В исследовании "Cohort of birth modifies the association between FTO genotype and BMI" установили что FTO по разному определяет склонность к ожирению у людей родившихся до и после Второй Мировой. Одним из возможных объяснений является то, что до Второй Мировой люди были более подвижны и всё негативное влияние гена FTO за счет физической активности значительно снижалось.
И вот недавно совместными усилиями ученых из Harvard и MIT мы, возможно, немного приблизились к пониманию как работает FTO. Как показало их исследование, неблагоприятная версия гена FTO способствует сохранению энергии из пищи в клетках в виде жира.
Участки FTO регулируют деятельность генов IRX3 и IRX5, которые, если включены, заставляют клетки сохранять энергию. Если IRX3 и IRX5 не работают, вероятность ожирения снижается. Из полученных данных следует, что для некоторых людей вероятность избыточного веса определяется не их особенностями диеты или тем, как активно они занимаются спортом, а именно склонностью клеток сохранять жир.

С помощью современных технологий можно искусственно отключить IRX3 и IRX5 и, теоретически включить механизм сжигания жира в клетках. Эксперименты на мышах показали, что вес животных с включенным IRX3 при высококалорийной диете на 15% выше, чем у подопытных с выключенным геном. Все это дает надежду, что скоро лишние килограммы можно будет убрать уколом или таблеткой, стимулирующими естественное сжигание жира.
Проверить активность IRX3 и IRX5 по данным 23andme можно с помощью rs1421085.
Каждая копия C увеличивает активность вредных генов.

Крейг Вентер

Как я уже писал, за последние 20 лет в генетике произошли мало освещаемые открытия по значимости сопоставимые с полетом человека в космос или на Луну. Тут есть и свои малоизвестные Гагарины с Армстронгами.

Одним из известных ныне здравствующих деятелей в области генетики является Craig Venter. Этот человек был в числе ученых, участвовавших в первом в истории секвенировании генома живого организма в 1995. Секвенировали тогда геном гемофильной палочки а также геном организма Mycoplasma genitalium.

Кроме того, Venter принимал участие в приближении первого секвенирования человеческого генома, которое окончательно было выполнено к 2003.

После 2003 Venter в рамках всемирной экспедиции по исследованию ДНК мирового океана (Global Ocean Sampling Expedition) занимался изучением разнообразия геномов организмов, обитающих в мировом океане. Экспедиция была анонсирована самим Вентером в марте 2004. От берегов Канады стартовала принадлежащая ученому яхта, которая, сделав кругосветное путешествие, вернулась к берегам США в январе 2006. По пути экспедиция брала образцы живых организмов из океана и секвенировала их геномы.

С 2006 этот предприниматель/ученый возглавляет институт имени себя (J. Craig Venter Institute), в котором занимаются различными исследованиями в области генетики.

С марта 2014 года Вентер совместно с Peter Diamandis и Robert Hariri основали компанию "Человеческое долголетие" (Human longevity). Цель компании состоит в повышении продолжительности жизни и работоспособности человека.

Короче говоря, Вентер очень яркая персона в мире ДНК.

Теперь особенно крутые достижения Вентера. В 2003 году ученый с коллегами за 14 дней воссоздали ДНК вируса Phi X 174. Полученную ДНК ввели в бактерию, тем самым имитируя заражение клетки, которая создала вирус Phi X 174. Образовавшийся вирус вел себя как настоящий - размножился и убил все бактерии в исследуемом пространстве. Геномы вирусов синтезировали и до 2003 года, но обычно такой синтез занимал несколько лет и полученные последовательности имели ошибки.

Следующим прорывным успехом Вентера стало создание "синтетической клетки" в 2010. Суть успеха состояла в замене оригинального генома в клетке Mycoplasma capricolum на полученную синтетическим путем ДНК. Организм, полученный в результате эксперимента, был назван Mycoplasma laboratorium.

Синтетическая ДНК незначительно отличалась от оригинальной - в ней содержались "водяные знаки" - зашифрованные в коде ДНК имена 46 ученых, принимавших участие в эксперименте, таблица для алфавита, в котором были зашифрованы сообщения, три цитаты и секретный адрес электронной почты бактерии. "Водяные знаки" (watermarks) использовались чтобы в последующем убедиться, что в бактериях было именно синтезированное ДНК, а не естественное, которое могло попасть в клетку случайно.
Вот 3 цитаты, зашифрованные в коде искусственной ДНК:

1. Жить, ошибаться, терпеть неудачи, побеждать, воссоздавать жизнь из другой жизни. (TO LIVE, TO ERR, TO FALL, TO TRIUMPH, TO RECREATE LIFE OUT OF LIFE) -- James Joyce.
2. Видеть вещи не такими, какие они есть, а такими, какими они могли бы быть. (SEE THINGS NOT AS THEY ARE, BUT AS THEY MIGHT BE) -- из книги American Prometheus.
3. То, что я не могу построить - не могу и понять. (WHAT I CANNOT BUILD, I CANNOT UNDERSTAND) -- Ричард Фейнман.

Успех пересадки искусственной ДНК в клетку трудно переоценить. Своим достижением Вентер с коллегами дали человечеству инструменты для создания новых организмов, которые, например, можно использовать для получения топлива или для очистки чего угодно от чего угодно и для всего, что только можно вообразить. Одним из направлений деятельности Вентера сейчас как раз является создание таких организмов.

В книге Вентера "Жизнь со скорость света" (Life at the speed of light) ученый рассказывает про "биологическую телепортацию". Смысл явления состоит в том, что на одном конце (например на Марсе) мы имеем ДНК секвенатор с передатчиком, а на другом (например на Земле) имеем приемник с устройством для создания ДНК по полученной приемником последовательности. Предположим на Марсе робот нашел жизнь - каких-то микробов. Чтобы отправить фрагмент ДНК с Марса на Землю потребуется куча денег и минимум несколько недель. Вместо этого ДНК секвенатор секвенирует геном найденного организма, компьютер шлет полученную последовательность ДНК на Землю, где ученые, возможно, смогут воссоздать организм по последовательности ДНК. Операция пересылки ДНК как информации займет несколько минут и ее цена будет ничтожна по сравнению с доставкой целого марсианского фрагмента на Землю.

Сейчас Вентер работает над увеличением продолжительности здоровой жизни человека. К 2020 Вентер в рамках одного из проектов планирует секвенировать 1 миллион человеческих геномов, которые помогут нам глубже понять природу различных болезней.
Имя ученого в виде CRAIGVENTER, зашифрованное в геноме Mycoplasma laboratorium, представляет следующую последовательность нуклеотидов:
TTAACTAGCTAATGTCGTGCAATTGGAGTAGAGAACACAGAACGATTAACTAGCTAA

Генетическая инженерия: новый шаг к сверхчеловеку

Думаю, многие помнят клонирование овечки Долли. Успех этого эксперимента стал прорывом в области генетической инженерии. Но Долли родилась в далеком июле 1996 года и с тех пор прошло почти 20 лет, за которые в генетике случились новые важные открытия. Например, совсем недавно была опубликована научная статья, описывающая исследование, в ходе которого был искусственно изменен геном эмбриона человека (оригинал статьи на английском). Примененная для изменения технология называется CRISPR/Cas9. Она основана на способности бактерий противостоять вирусам.
Вирусы внедряют в клетки собственную ДНК или РНК, по которой клетка сама начинает производить необходимые вирусу вещества.

В некоторых бактериях осуществлен следующий механизм защиты от вирусной ДНК (очень примерно):
1 когда бактерия обнаруживает вирусную ДНК, она производит 2 типа РНК, один из которых может соединяться с вирусной ДНК
2 Эти два типа РНК и, присоединенная к одному из них, вирусная ДНК попадают в протеин, называемый Cas9, который умеет разрезать вирусную ДНК
3 По разрезанной вирусной ДНК уже нельзя создать вредные химические вещества - действие вируса нейтрализовано.
Такой механизм защиты начали исследовать примерно в 2005, далее сначала в 2010 в Science, потом в 2012 в Nature вышли статьи, проливающие свет на природу явления. В 2013 была разработана CRISPR/Cas9.
Основным преимуществом CRISPR/Cas9 является возможность изменять сразу несколько генов за раз, благодаря чему технология открывает горизонты для быстрого, точного и дешевого искусственного изменения ДНК. Все это вызвало много споров вокруг этической стороны применения CRISPR/Cas9 для совершенствования генома. Многие ученые бьют тревогу, что технология дает слишком много свободы, которую будут использовать не по назначению. В упомянутой выше статье эксперимент шел над эмбрионом, которому не было суждено родиться, так что этого сверхчеловека мы не увидим, но, думаю, не за горами применение технологии на эмбрионах - будущих людях. Просто представьте, скоро ваш ребенок появится на свет, и вы за некоторое время до рождения выбираете его цвет глаз, волос, рост, указываете ползунком какие у него должны быть умственные способности... Звучит сюрреалистично - мне напоминает фильм Гаттака, но, похоже, это вполне реальное будущее.

Вообще применять CRISPR/Cas9 можно и для более приземленных вещей, например, можно лечить им ВИЧ. Кстати, если у вас есть результаты 23andme (о том, как их получить), можно проверить I3003626 и узнать стойки ли вы к некоторым формам ВИЧ (если у вас DD - вы стойки к ВИЧ, если что-то другое не стойки). Еще с помощью CRISPR/Cas9 лечат от муковисцидоза - не знаю, что это за болезнь, но по результатам 23andme тоже можно узнать есть ли у вас вредные, вызывающие недуг, мутации (здесь не привожу анализ raw data от 23andme, т.к. нужно проверить слишком много SNP). Также технологией CRISPR/Cas9 лечили аутизм, правда пока только у обезьян и только в научных целях, лечили мышечную дистрофию у мышей. Возможности CRISPR/Cas9 продолжают применять для поиска лечения рака и в целом ряде научных приложений.
Плюс ко всему уже появились несколько стартапов, которые собираются использовать CRISPR/Cas9 для лечения всего, что только можно придумать на генетическом уровне (intelliatx.com crisprtx.com). Дальновидные инвесторы уже вкладывают туда свои миллионы.
Согласно научно-популярным статьям, CRISPR/Cas9 дает возможности, ограниченные только нашим воображением, и мы должны использовать их максимально аккуратно.
Будущее наступило уже сегодня.