e4j14ji
Povara genetica in societatea umana
«Minte sanatoasa intr-un corp sanatos» -; spune proverbul antic. Si nu intamplator oamenii isi doresc in primul rand sanatate. Fericirea familiei depinde si ea in mare parte de sanatatea copiilor.
Numeroasele boli de care sufera oamenii au cauze diferite. Daca boala pruncului este provocata de actiunea unor factori nefavorabili asupra organismului fatului, ea se considera neereditara, dobandita. Daca ea a fost determinata de genele defectate ale parintilor, ea este ereditara.
Medicina moderna se achita usor cu bolile dobandite. Ea a castigat lupta cu epidemiile de pesta, de variola, de holera, care in trecut secerau mii de vieti omenesti. Ea lupta cu mai mult succes contra tuberculozei, pneumoniei, dizenteriei si numeroaselor boli de copii.
Cat priveste bolile ereditare, situatia este alta, deoarece in aceste cazuri il putem trata partial pe bolnav, dar nu putem lichida boala, caci deocamdata nu e posibila prevenirea transmiterii ei generatiei ulterioare.
De aceea, cand in familie un copil e bolnav din nascare, parintii vor sa stie daca urmatorul prunc o sa fie sanatos sau il ameninta aceeasi soarta. Incertitudinea il sileste sa se abtina de la procreare, sa recurga la intreruperea artificiala a sarcinii s. a. Acestea duc la traume psihice grave si deseori sunt cauze de destramare a familiei.
Conform calculelor efectuate de diferiti savanti, 7-;10% din numarul total al oamenilor au devieri de la norma biologica. Mai mult chiar, avem impresia ca bolile ereditare sunt in crestere. Acest lucru este determinat de multe cauze, si in primul rand de poluarea globala a mediului ambiant.
Odata cu dezvoltarea industriei si tehnicii in orase si cu industrializarea si chimizarea productiei agricole, in mediul ambiant a aparut o mare cantitate de agenti mutageni, care provoaca modificari ereditare -; mutatii. Frecventa mutatiilor poate spori mult datorita cresterii fonului artificial al radiatiei, actiunii mutagenilor chimici si a multor pesticide. In prezent sunt cunoscuti aproape 2000 de compusi chimici cu un efect mutagenic. S-a mai constatat ca unele preparate medicamentoase, daca-s folosite prea mult, pot avea si ele rol de mutageni.

Utilizarea fara control a medicamentelor, fumatul si consumul alcoolului de catre femeile gravide exercita o influenta negativa asupra dezvoltarii fatului. Din aceasta cauza atat la femei, cat si la barbati deseori se formeaza gameti de valoare genetica incompleta.
Agentii mutageni de origine fizica si chimica provoaca modificarea genelor, cromozomilor si a unor intregi genomi atat in celulele sexuale, precum si in celulele somatice. Din cauza tulburarilor aparatului genetic al celulelor sexuale, ele isi pierd vitalitatea si nu pot participa la fecundare sau produc zigoti, embrioni si feti de valoare incompleta, cu vitalitate scazuta, care sunt eliminati la diferite etape de embriogeneza si dezvoltare postembrionara. Daca mutatiile nu exercita nici o influen¬ta asupra vitalitatii, ele conduc la dezvoltarea bolilor ereditare care au forme diferite si care, luate in ansamblu, creeaza asa-zisa povara mutationala sau genetica (ereditara) in populatiile omului.
In unele tari s-a facut o statistica foarte trista. In SUA, de exemplu, numai jumatate din 5-;10 milioane de graviditati ating maturitatea, cealalta jumatate se sfarsesc cu pieirea embrionilor in etapele precoce de dezvoltare. Din 3,2 milioane de embrioni, care au atins varsta de 20 de saptamani, 40 de mii pier, fara a dovedi sa se nasca. Tot atatia prunci mor in prima luna dupa nastere din cauza unor defecte, alte 40 de mii raman in viata, avand vicii congenitale, care uneori pot fi tratate. In fiecare an se nasc aproximativ 90 mii de copii deficienti mintal si 150 de mii care vor invata cu greu.
Care sunt cauzele acestor nenorociri? Principala se contine in genele si cromozomii defectati care se transmit prin ereditate. Fiecare om care pare sanatos are in aparatul cromozomic al celulelor sale cel putin 12 gene defectate, care pana la un anumit timp nu se manifesta, deoarece se afla in stare heterozigota. Insa atunci cand aceste gene recisive mutante sunt introduse in zigotul simultan si de gameta masculina si de gameta feminina, ele trec in stare homozigota si conduc la dezvoltarea unei boli ereditare.
Stiinta cunoaste peste 2000 de boli ereditare ale omu¬lui ce tin de mutatiile unor gene aparte si aproape 500 de boli, ce tin de tulburarea structurii sau numarului cromozomilor. Ele, independent de vointa noastra, se transmit generatiilor viitoare, daca medicina nu va interveni la etapa embrionara de dezvoltare a acestor boli.
Prezinta interes urmatoarele date. Frecventa mutatiilor cromozomice la avorturile medicale (cu scopul reglarii natalitatii) nu depaseste 2%, la avorturile spontane ea constituie 20-;25%. In primele 10 saptamani de graviditate ea atinge 50%, iar la 6 saptamani -; 70%. Aceste date demonstreaza ca daca in garnitura cromozomica a embrioni¬lor intervin mai multe tulburari, atunci fetii sunt eliminati mai repede. De aceea putem presupune ca majoritatea absoluta a zigotilor cu tulburari mai complicate ale cromo¬zomilor este eliminata imediat dupa ce a fost conceputa sau in cele doua-trei saptamani ce urmeaza dupa ea. Ei scapa din campul de vedere al medicilor si nu sunt examinati de catre acestia.
Asa dar, pieirea intrauterina a gametilor, zigotilor si embrionilor de valoare genetica incompleta constituie un mecanism de selectie la om. Daca n-ar exista actiunea de eliminare a selectiei naturale la etapa embrionara de dezvoltare, numarul bolilor ereditare ar fi foarte mare. Acesta e rolul profilactic al selectiei embrionare.
Sunt descrise multe boli, care se transmit stabil prin ereditate. Printre ele citam -; surdomutia, podagra, sizo¬frenia, hemofilia, daltonismul, albinismul (pielea si parul sunt incolore, ochii trandafirii), boala oaselor de marmora (fragilitatea oaselor), unele forme de diabet, incaruntirea si chelia s. a.
Faptul ca unele boli se transmit prin ereditate se cunostea demult. Astfel in 1716 lui Edvar Lambert, fiu al unor parinti sanatosi, a inceput a i se intuneca repede pie¬lea si apoi s-a acoperit cu solzisori. Edvar a avut 6 fii, care au avut si ei piele de porc ghimpos. Acest semn s-a repetat la sase generatii posterioare de baieti. Istoria cu¬noaste cazuri de transmitere prin ereditate a cecitatii nocturne congenitale, care au mostenit-o 134 de urmasi ai unui neam de elita pe parcursul mai multor generatii.
Regii germani din dinastia Habsburgica, care au carmuit intre anii 1273-;1918, la inceput in Sfantul Imperiu roman, apoi in Spania, Austria si, in sfarsit, in Austro-Ungaria, aveau falca de jos proeminenta si buza de jos deformata in mod specific. Mostenirea acestor caractere s-a studiat foarte amanuntit, rezultatele au fost publicate impreuna cu portretele istorice de Academia imperiala, care se afla sub auspiciile familiei Habsburgilor. Daca privim portretul unui membru al familiei din secolul XIV si portretul unui urmas din secolul XIX, vom vedea ca acest semn, buza habsburgica, se transmitea din generatie in generatie si se reproducea cu exactitate.
Articulatiile, oasele, cartilagiile, ligamentele contin niste glucide numite mucopolizaharide. Daca metabolismul lor este tulburat, copiii raman in dezvoltarea lor intelectuala si fizica. Cresterea lor incetineste brusc, li se deformeaza cutia toracica si membrele, deseori le creste un gheb. Se presupune ca Nicollo Paganini a suferit de o astfel de boala.
Geneticiienii contemporani au gasit explicatia infatisarii bizare a marelui violonist. Fata lui palida, ochii enoftalmici, degetele supraelastice si extrem de lungi -; ele toate sunt caracteristice pentru sindromul Marfan -; o boala ereditara, descrisa pentru prima data peste 56 de ani dupa moartea lui Paganini. Virtuozitatea interpretarii lui Paganini se explica prin structura neobisnuita a degetelor. Bineinteles, plus talentul sau muzical.
In anul 1866 neuropatologul englez L. Down a descris pentru prima data o boala congenitala, care afecta in mediu unul din 600 de prunci. Copiii bolnavi erau indolenti, cu limba groasa, stangace, cu nasul turtit, cu fata palpebrala ingusta. Deseori sufereau de leziuni valvulare cardiace congenitale si intotdeauna erau deficienti mintal. Multi dintre ei alcatuiau contingentul spitalelor de psihiatrie. Aceasta boala a fost numita boala lui Down, mostenind numele medicului care a descris-o. Adevarata ei cauza, insa, a fost descoperita de savantul francez J. Legen. El a studiat la microscop multe celule luate de la copiii bolnavi si a descoperit ca ele in loc de 46 de cromozomi au 47. Cromozomul de prisos se afla in perechea 21. De aceea aceasta tulburare mai poarta numele si de trizomia-21. Odata cu inaintarea in varsta a mamei, sporeste pericolul nasterii unor astfel de copii. La femeile intre 19-;21 ani un «daun» se naste la 2500 de copii, iar la femeile de 45 de ani -; unul la 40.
Bolnavii cu sindromul «daun» traiesc cateva zeci de ani. Tratamentul este ineficient. Uneori ei pot fi invatati sa citeasca si sa scrie.
O alta boala cromozomica este sindromul Edvards, provocata de neconcordanta cromozomilor in perechea 18. El este intotdeauna mortal. Copiii mor peste cateva luni de la nastere. Ei au ochi mici, urechile dispuse neregulat, sternul scurt, le lipseste gatul, au defecte la degete s. a. Fetite cu sindromul Edvards se nasc de doua ori mai des decat baietei. Ca si in cazul trizomiei-21, trizomia-18 depinde de varsta mamei: cu cat mama este mai in varsta, cu atat este mai posibila neconcordanta perechii a 18-ea a cromozomilor.
«Sindromul Patau» este numit trizomia-13 (lipsa de concordanta in perechea 13 de cromozomi). In cazul acestei boli la copii nu se sudeaza buza de sus cu bolta palatina de sus. In popor aceasta anomalie se numeste «buza de iepure». Ea este insotita de leziunea valvulara cardiaca congeni¬tala si pruncii pot avea sase degete. Copiii cu trizomia-13 se nasc cu o mica masa a corpului (mai putin de 2,5 kg) si mor, de regula, in primele luni ale vietii.
Am adus exemple de boli genice si cromozomice, care formeaza povara genetica a umanitatii. Mentionam ca ereditatea sanatoasa serveste drept baza a formarii personalitatii multilateral dezvoltate. Ereditatea patologica dimpotriva, devine o povara pentru societate, familie si pentru bolnav. De aceea grija pentru ereditatea fara anoma¬lii a omului trebuie sa devina o sarcina comuna a tuturor oamenilor: de stat, savanti, medici din intreaga lume.
Politica consecventa cu privire la prevenirea catastrofei nucleare, lichidarea armelor chimice, biologice si a altor arme reflecta nazuintele tuturor oamenilor de a mentine viata pe mica noastra planeta si ereditatea sanatoasa ne intregul glob pamantesc. Mai sunt vii in amintirea noastra evenimentele ce au demonstrat uriasa forta de distrugere a radiatiei nucleare. Dupa exploziile din august 1945 a bombelor atomice in Japonia 18,7% din fe¬meile gravide nu au mai devenit mame din cauza avorturilor, 23,3% au nascut copii morti, 26% din prunci au murit curand dupa nastere din cauza leziunilor provocate de radiatie. Chiar acum, dupa atatia ani, la Herosima continua sa moara multi oameni din cauza iradierii bunicilor lor. Consecinte la fel de triste provoaca folosirea armei chimice. Aviatia americana a aruncat deasupra Vietnamului si a raioanelor invecinate ale Campuciei mii de tone de armament chimic, numit «substanta portocalie». Reprezentantii oficiali ai Pentagonului stiau, desigur, ca acest preparat, folosit, chipurile, numai pentru nimicirea frunzelor din paduri, pentru a descoperi partizanii, poate provoca multe boli. Utilizarea de catre armata americana a substantelor chimice toxice se resimte si acum, consecintele lor au afectat cateva generatii de vietnamezi.
Defoliantul care continea una dintre cele mai toxice substante, dioxina, nu i-a crutat nici pe soldatii americani. In lista jertfelor lui se inscriu 20 mii de veterani ai razboiului american, care sufera in urma aplicarii de catre ei a acestei toxine. Si aceasta lista continua sa sporeasca. Pentru ei si membrii familiilor lor intoxicarea cu «substanta portocalie» a devenit cauza imbolnavirii de cancer a ficatului, pierderii echilibrului psihic, avorturilor la femei, nasterea unor copii anormali.
Serviciile medicale din tara noastra lucreaza mult in aceasta directie, in scopul prevenirii bolilor ereditare. Au fost deschise si functioneaza cabinete consultative si sectii de genetica medicala. Medicina genetica nu dispune inca de mijloace efective pentru tratamentul multor boli ereditare, dar in viitorul apropiat, pe masura dezvoltarii metodelor ingineriei genice, vor apare noi posibilitati de terapie genetica a bolilor ereditare. In continuare vom relata unele realizari ale ingineriei genetice in domeniul acesta.
Medicamentele -; sub controlul genelor
In domeniul medicinii sarcinile ingineriei genetice tin de producerea diferitelor preparate a caror fabricare este imposibila prin metodele traditionale sau necesita un volum mare de munca.
In prezent se aplica mult interferon -; un medicament care permite combaterea numeroaselor infectii, si in pri¬mul rand a celor virotice. Printre ele se numara toate felurile de gripa, hepatita virotica, scleroza difuza s. a. Interferonul exercita un efect pozitiv si la tratamentul unor boli canceroase cum sunt osteosarcomul, mielomul, melanomul, tumoarea laringelui, meningeomul si cancerul pulmonar.
Interferonul e foarte necesar, dar el se produce deocamdata in cantitati foarte mici, deoarece este un preparat specific. Pentru tratamentul oamenilor este eficient numai acel care se obtine din sangele omului.
Componenta chimica a interferonului o constituie o proteina elaborata de celulele omului si ale celorlalte vertebrate drept reactie la infectia virotica. Interferonul omului se extrage din leucocitele sangelui sau din ce¬lulele tesutului conjunctiv -; din fibrolasti. Dintr-un litru de sange se extrage o cantitate de interferon suficienta pentru o singura injectie. S-a calculat ca inter¬feronul obtinut din sangele tuturor oamenilor ce traiesc pe Pamant ar ajunge doar pentru tratamentul a 20 mii de oameni.
In prezent ingineria genica a procedat la solutionarea problemei interferonului. Firmele mari «Biogen» si «Ghenenteh», precum si laboratoarele din Belgia, Elvetia si Japonia au inceput producerea lui din a doua jumatate a anului 1980.
Ce s-a realizat deocamdata? Culturile celulelor de leucocite si de fibroblasti ai omului au fost contaminate cu virus si in ele a inceput elaborarea interferonului. Din aceste celule s-a separat ARNi si din el, cu ajutorul revertazei, a fost sintetizat ADNc. Apoi ADN-ul purtator al genei necesare a fost inclus in plasmida colibacilului. Astfel bacteria a obtinut o proprietate noua de a produce interferonul omului.
In anul 1982 s-a obtinut sintetizarea in celulele colibacilului a interferonului leucocitar. Prima etapa a cercetarilor consta in clonarea si identificarea genei, iar a doua -; in obtinerea din leucocitele sangelui omului a ARN-ului informativ, care codifica sinteza interferonului. In acest scop in leucocitele sangelui a fost inserat virusul bolii de Newcastl -; un stimulator puternic al interferonului, care genereaza sin¬teza lui. Dupa aceea gena interferonului a fost inserata, cu ajutorul plasmidei, in gena colibacilului. Si bacteriile au inceput sa produca interferonul. Dintr-un litru de mediu de cultura (recalculat la 1 litru de sange) se poate obtine de 1000 de ori mai mult interferon.
Astfel s-a facut un pas important spre producerea industriala a interferonului leucocitar relativ ieftin. Pen¬tru munca rodnica in domeniul acesta savantilor sovietici Iu. Ovcinnicov, E. Sverdlov, S. Tarev s. a. li s-a decernat premiul Lenin.
Bacteriile «programate» special in acest scop elaboreaza si medicamente antitumorale. Unul din ele -; limfotoxina este o proteina, elaborata de celulele sistemului imun al omului (limfocite). El are capacitatea de a ucide celulele tumorale fara a influenta celulele sanatoase. Limfocitele, insa, produc aceasta proteina in cantitati foarte mici si de aceea pana in prezent nu s-a reusit sa se cerceteze amanuntit insusirile ei.
Pentru a obtine aceasta proteina minunata in cantitati mai mari, colaboratorii uneia din firmele de inginerie genetica din SUA au hotarat sa utilizeze bacteriile cu ca¬re se lucreaza mult mai usor si-s mult mai ieftine decat culturile de limfocite. In acest scop a fost nevoie de o gena, care sa codifice limfotoxina. Pentru a sintetiza aceasta gena, savantii au inceput sa determine succesiunea aminoacizilor din limfotoxina. Ei au reusit sa descifreze un fragment compus din 155 de aminoacizi, care alcatuia 90% din lungimea moleculei proteice. Utilizand datele codului genetic, ei au sintetizat gena, care codifica limfotoxina scurtata si au inserat-o in bacteria E. coli. Dar experimentatorii au ramas deceptionati: pro¬teina «scurtata», elaborata de bacterii, nu era activa din punct de vedere biologic.
Urmatoarea etapa a fost gasirea acelei parti a genei care lipsea. Din limfociti a fost separat ARNi-ul din care s-au obtinut copii de ADN. Intre acestea trebuia de gasit copia care codifica limfotoxina. In acest scop a fost utilizata metoda de hibridizare a ADN-ului. Apoi din copia de ADN cautata a fost taiat un sector ce codifica fragmentul final care lipsea si a fost sudat la gena sintetica.
Bacteriile in care a fost inserata gena «sudata» au in¬ceput sa produca limfotoxina, insusirile si gradul de activitate ale careia nu se deosebeau de insusirile celei naturale. Producerea ei prin aceasta metoda a fost de 500 de ori mai mare decat cea produsa de cultura limfocitilor. Cand aceasta limfotoxina a fost administrata soarecilor in tumoarea provocata de cancerogenele chimice, tumoarea pierea.
Specialistii americani au reusit printr-o metoda analoga sa cloneze in bacterii gena unei alte proteine anticanceroase a omului -; a asa-numitului factor al necrozei tumorii.
Daca proteinele obtinute pe calea ingineriei genice vor putea fi utilizate pentru tratamentul oamenilor, ele vor deveni medicamente de tip nou. Preparatele anticanceroase folosite pana in prezent sunt ne specifice: ele actioneaza atat asupra celulelor canceroase, cat si asupra celulelor normale. Afara de aceasta , ele sunt niste substante straine organismului, pe cand limfotoxina si factorul necrozei tumorilor sunt proprii organismului. Aceste pre¬parate se afla in etapa experimentelor clinice.
Ingineria genica a facut posibila crearea asa-numitelor vaccinuri vii. Vaccinul viu se obtine atunci cand «se sutureaza» la un loc, bunaoara, ADN-ul virusului de variola si o anumita gena a hepatitei care functioneaza in caliate de vaccin antihepatic. Vaccinarea obisnuita a acestui -!reparat provoaca simultan rezistenta contra variolei si hepatitei. Lucrarile de creare a vaccinului contra hepatitei (boala Botchin sau icter), boala grava si foarte raspandita, sunt efectuate de doctorul in stiinte biologice Istvan Fodor, conducator de laborator la Institutul de biochimie si fiziologie a microorganismelor din - orasul Puschino. Conform planurilor savantilor, principalul avantaj al acestei substante pe langa eficacitate trebuie sa devina si producerea ei in cantitati ce-ar face posibila vaccinarea in masa a populatiei. Vaccinul con¬tra icterului, elaborat in SUA, se facea din sangele omu¬lui care a suferit de aceasta boala. Acest vaccin il costa pe pacient o suta de dolari.
Bazandu-se pe datele ingineriei genetice, grupul stiintific al lui I. Fodor primul in practica medicala a reusit sa insereze gena hepatitei in genomul vaccinei contra variolei. A fost obtinuta o vaccina hibrida, care poate fi utilizata contra a doua boli simultan.
Justetea presupunerilor, facute de catre savanti, au confirmat-o si examenele de laborator. In sangele iepurilor de casa, carora li s-a administrat preparatul recombinat, au fost descoperiti anticorpi nu numai contra variolei, dar si contra hepatitei.
Experientele efectuate, asupra animalelor nu puteau fi, insa, absolut convingatoare. Doar hepatita e o boala de care sufera in primul rand oamenii. Savantii din laboratorul doctorului Fodor au luat benevol decizia de a deveni primii oameni in lume vaccinati contra icterului, fiind absolut convinsi teoretic ca aceasta nu poate provoca consecinte grave. In acest fel unsprezece oameni de pe Pamint de acum inainte nu mai sunt amenintati de icter. Acestia sunt membrii colectivului condus de I. Fodor. Organismul fiecaruia din ei a actionat la vaccin prin reactia imuna.
Autorii noii inventii sunt convinsi ca in viitorul apropiat vaccinarea in masa contra hepatitei va deveni po¬sibila in orice colt al planetei; fiecare vaccin va costa cateva copeici.
Astfel pentru intaia data o singura fiola contine un preparat contra a doua boli -; a variolei si a icterului. E posibila oare obtinerea unui vaccin mai universal? Sa¬vantii sunt foarte optimisti in acest sens. Tehnologia ADN-ului recombinat, ingineria genica si noile metode de biotehnologie vor permite, probabil, crearea de vaccinuri care «ar functiona» simultan contra unei serii de virusuri agenti patogeni ai bolilor infectioase. Biologia virusurilor permite «inghesuirea» in genomul vaccinului de variola inca a douazeci-treizeci de gene. Astfel dupa vaccinare organismul omului va obtine un scut sigur contra multor boli.
Unul dintre domeniile medicinii, in care este deosebit de necesara interventia ingineriei genice, este endocrinologia. Aceasta stiinta studiaza bolile legate de tulburarea cresterii si dezvoltarii organismului, precum si tulburarile metabolismului provocate de insuficienta sau excesul unor proteine speciale -; a hormonilor. Hormonii se sintetizeaza in anumite organe ale animalelor si omului si este imposibil a-i obtine in cantitati mai mari in afara in¬gineriei genice. De exemplu, pentru a se produce un miligram de hormon tiroliberina a fost nevoie sa se prelucreze 7 tone de hipotalamus, luate de la 5 milioane de oi.
Unul din primii hormoni obtinuti de ingineria genica in celulele colibacilului a fost somatostatina, despre care am mai relatat. Ea este elaborata in organism de hipotalamus (o glanda ce se afla la baza creierului). Somatostatina regleaza secretia hormonului cresterii (somatotropinei) si a insulinei. Ea se foloseste pentru tratamentul acromegaliei si diabetului.
Cu ajutorul somatotropinei, obtinute si ea prin metodele ingineriei genice, le putem ajuta oamenilor cu inaltimea de 120-;130 centimetri sa mai creasca. Unii pacienti cresc timp de un an cu 3 cm, si nu numai in perioada copilariei, ci si in cea a adolescentei. Medicii lituanieni au reusit sa-i faca sa creasca pe oamenii de 25-;28 de ani. Aceste date confirma o data in plus posibilitatile mari de care dispune terapia hormonala.
Insuficienta in organism a hormonului pancreasului, a insulinei, provoaca o boala grava -; diabetul zaharat. Peste 60 de milioane de oameni din lumea intreaga sufera de aceasta boala, care se transmite si prin ereditate si care ocupa locul trei, in ce priveste cazurile de mortalitate, dupa bolile cardio-vasculare si canceroase. Numarul bolnavilor de diabet sporeste cu fiecare an si insulina, obtinuta prin metoda traditionala din pancreasul porcilor si viteilor, nu mai ajunge. Chiar mai mult, preparatul provoaca unor bolnavi, mai alee copiilor, reactii alergice. De aceea s-a propus obtinerea insulinei de la om, nu de la animale prin metodele ingineriei genice.
Au fost elaborate doua metode de obtinere a insulinei. Prima -; clonarea artificiala a genei sintetizate a insuli¬nei. Daca sintetizarea genei pe cale chimica este dificila, atunci se procedeaza la o metoda de ocol. Din celulele eucariotilor se separa o gena matura (ARNi) de insulina. Apoi, cu ajutorul fermentului, a transcriptazei reversibile (revertazei) din acest ARNi se obtine o copie complementara a ADN-ului -; ADNc. Catena ARNi este distrusa si cu ajutorul fermentului ADN-polimeraza este sintetizata o a doua catena ADNc. Pentru a se putea insera in vector-gena sintetizata, cu ajutorul ligazei se sutureaza la capetele ei succesiuni nucleotidice scurte -; lincherii. Lincherii au o structura de nucleotide pe care o recunosc restrictazele. In continuare construirea vectorului hibrid se face pe cale obisnuita. Dupa prelucrare cu restrictaza a vectoru¬lui si a ADNc cu ajutorul ligazei se obtine un ADN recombinat, care poate functiona in celula bacteriana. Dar, pentru ca noua gena sa functioneze eficace, in componenta moleculei recombinate, inaintea ei, se pune un promotor bacterial si un sector de ADN responsabil pentru legatura dintre ARNi cu ribozoma bacteriana. Abia dupa aceasta incep sa se produca moleculele de proinsulina in bacterie.
Molecula de insulina este compusa din doua catene proteice: catena A cu o lungime de 21 de aminoacizi si catena B constituita din 30 de aminoacizi. Catenele sunt legate intre ele prin legaturi bisulfide. De aceea cea de-a doua metoda de obtinere a insulinei se bazeaza pe sintetizarea artifi¬ciala a genelor catenelor A si B in forma de ADN. Aceasta se obtine cu ajutorul «masinii genice», al carei principiu de functionare a fost examinat.
Se sintetizeaza separat catena A a ADN-ului cu lungimea de 63 de nucleotide si catena B cu lungimea de 90 de nucleo¬tide. La capetele ambelor catene se sutureaza cate trei nu¬cleotide, care codifica aminoacidul metionina, si cu aju¬torul unei plazmide cu promotor bacterian si a genei ß-galactozidazei sunt reunite intr-un ADN recombinat, care transforma bacteriile. In acest fel colibacilul «inselat» de prezenta promotorului sau propriu si de gena ß-galactozidazei sintetizeaza totodata si insulina. La inceput se produce o proteina intermediara, care contine r-galactozidaza si proinsulina. Apoi ß-galactozidaza se separa, actionand asupra tripletei metioninei cu ajuto¬rul bromcianului. Dupa aceasta ambele catene proteice se unesc intr-o molecula de valoare complecta de insulina, care este separata si purificata minutios.
Aceasta metoda de obtinere a insulinei are avantaje, si in primul rand pentru ca dispare munca dificila de obtinere a genei dintr-o sursa naturala din celulele pan¬creasului. Primele loturi de insulina, obtinute prin metoda de inginerie genica, au fost deja livrate pe piata mondiala. De la un fermentor cu o capacitate de 2000 litri, in care se cresc bacterii cu ADN recombinat, se obtin 100 g de insulina pura. Prin metoda traditionala un asemenea rezultat se obtine dupa prelucrarea a 275 chilograme de pancreas de porc.
Se efectueaza lucrari intense de producere prin metoda ingineriei genice si a altor preparate medicamentoase: hormonul glandei tiroide -; calcitoninei, factorului VIII, urochinazei, plazminogenei s. a.
Calcitonina este o proteina ce contine 32 de aminoacizi si care fereste oasele de pierderea calciului in timpul cresterii organismului si graviditatii. Asa-numitul fac¬tor VIII este un medicament de care au nevoie oamenii ce sufera de o boala ereditara grea -; de hemofilie, cand sangele nu se coaguleaza, fapt ce provoaca hemoragii mari si chiar moartea. Acest factor ii restituie sangelui capacitatea de a se coagula.
Este absolut contrarie actiunea celorlalte doua pre¬parate -; a urochinazei si a activatorului tisular plazmino¬genei. Ele sunt destinate resorbtiei trombilor, care apar deseori in cursul nasterii, bolilor infectioase si dupa operatiile chirurgicale. Deseori trombii cauzeaza atacuri de cord si accidente vasculare cerebrale.
In centrul atentiei ingineriei genice se afla si un grup mare de hormoni speciali -; neuropeptidele (unul din ei este ß-endorfina), care actioneaza asupra sistemelor creierului si tin de senzatia durerii.
Majoritatea substantelor farmaceutice obtinute pana in prezent prin metodele ingineriei genice au o insusire comuna -; toate sunt produse naturale ale organismului uman si servesc drept scut contra diferitilor dusmani. Uneori ele se afla in cantitati insuficiente pentru ca organismul sa poata sa-i invinga singur pe vrajmasi. In aceste cazuri introducerea proteinelor proprii omului ii va ajuta sa biruie boala sau sa-si usureze starea.
Genoterapia si perspectivele ei
Domeniul cel mai tanar si cel mai atractiv al medicinei, dar deocamdata inca putin accesibil ingineriei genice, se - considera terapia genelor. Aceasta directie, abia aparuta, a starnit bucluc. In anul 1980 in SU A o fata de 21 de ani, care suferea de talassemie, a fost supusa terapiei genice, dar tratamentul a esuat. Ideea terapiei genelor a ramas, totusi, la ordinea zilei. In octombrie 1985, dupa o discutie ce-a durat sapte luni in SUA au fost adoptate niste reguli de care trebuie sa tina cont savantii care se ocupa cu problemele terapiei genelor. In etapa actuala este permisa numai terapia somatica si sunt interzise operatiile care pot conduce la modificari ereditare.
In sens larg terapia genelor include atat profilaxia, cat si tratamentul bolilor genetice. Pentru profilaxia bolilor ereditare se cer metode de diagnosticare prenatala. Apar aici multe probleme ce tin de conceperea copilului de catre parintii purtatori ai acestor boli. Din cele peste 500 de boli cromozomice, cateva zeci tin de anomalii foarte mari ale cromozomilor care pot fi diagnosticati la microscop. Aici se inscrie si tulburarea balantei cromozomilor sexuali, motiv ce nu permite dezvoltarea complecta a sistemului sexual si care provoaca aparitia sindromului Clainfelter la barbati (XXV -; un cromozom de prisos) si Seresevschii-Turner la femei (XO -; lipseste un cromozom X), precum si anomalii in perechile 21, 18 s. a. de autozome. Aceste anomalii pot fi evidentiate atat la parinti (astfel se poate prezice posibilitatea mostenirii lor la copii), cat si la fat. Sarcina consta in diagnosticarea cat mai devreme a acestor anomalii.
In ultimii 15-;20 de ani metodele de luare a probelor intravitale de celule din amnion si din lichidul lui (amniocenteza) prin punctionarea cu un ac al peretelui uterului in perioada de 14-;16 saptamani de graviditate au permis sa se determine constitutia cromozomica a fatului. Astfel a fost solutionata sarcina determinarii precoce a sexului viitorului copil, ceea ce prezinta importanta pentru diagnosticarea mai exacta a bolilor ereditare ce tin de sex. Hemofilia (incoaguabilitatea sangelui), de exemplu, se manifesta numai in organismul barbatesc, cu toate ca gena defectata se intalneste in cromozomul X si la femei. In cazul acesta, ca si in altele analoge, determinarea intrauterina a sexului permite a se lua decizia cu privire la intreruperea sarcinii, pentru a nu avea copil cu anomalii.
Sexul viitorului copil a fost prima diagnosticare intrauterina. Aceasta a avut loc in anul 1955, iar in anul 1960 aceasta realizare a adus primul folos practic: la o mama purtatoare a bolii ereditare, care aparea pe linia barbateasca, a fost diagnosticat sexul fatului. In anul 1961 cu ajutorul amniocentezei a fost determinata incompatibilitatea dintre fat si mama dupa factorul rezus, iar in anul 1968 a fost evidentiata intrauterin boala Down.
Un alt exemplu elocvent al folosirii metodelor in¬gineriei genice in diagnosticarea prenatala a bolii eredi¬tare, ce tine de sex, este evidentierea precoce a distrofiei musculare Diusen. Aceasta boala se manifesta in frageda copilarie prin slabirea progresiva a muschilor si, in cele din urma, copilul ramane tintuit la pat. Boala conduce la o moarte precoce a bolnavului. Gena defectata de care tine boala, ca si in cazul hemofiliei, este localizata in cromozomul X si este recisiva, de aceea boala afecteaza numai reprezentantii sexului tare. Barbatii au doar un singur cromozom X si de aceea valoarea incompleta a genei se mani¬festa neaparat. La fetitele care au doi cromozomi X, din care unul functioneaza normal, actiunea genei defectate este compensata de gena de valoare complecta.
Femeia poate fi sanatoasa, purtand concomitent catastro¬fa in unul din cromozomii ei X. Cand un barbat sanatos se casatoreste cu o femeie purtatoare a genei defectate, e posibila nasterea copiilor sanatosi, dar si bolnavi, care au mostenit de la mama un cromozom X defectat. Analiza repartizarii fragmentelor restrictionale dintr-un anumit segment de cromozomi X permite sa se evidentieze gena defectata la mama si la copii. Daca aceasta gena a fost descoperita in ADN-ul fiului, inseamna ca el a fost afectat de boala. Aceasta se poate stabili prenatal si atunci parintii vor putea hotari in prealabil daca doresc sau nu sa aiba un copil bolnav incurabil.
Analiza restrictionala, ca metoda a ingineriei genice, care are drept scop diagnosticarea bolilor ereditare, este foarte simpla. Pentru ea este suficient ADN-ul dintr-o singura celula.
Sa presupunem ca este vorba de drepanocitoza, o boala de care sufera zeci de milioane de oameni din lumea intreaga. Pentru a se verifica daca acest defect tine de gena globinei de sange sau de alta cauza, ADN-ul obtinut din cro¬mozomii bolnavilor este prelucrat cu restrictaza Xpa 1. Daca dupa prelucrare se obtine un fragment de ADN cu o lungime de 13 mii perechi de baze, inseamna ca exista o gena defectata, care poate conduce la imbolnavire. Marimea normala a genei globinei de sange la om este de 7600 de baze. Siguranta acestui diagnostic este de 80%. Metoda diagnosticarii dupa fragmentele restricte de ADN caracteristice anumitor gene se foloseste tot mai larg in practica medicala si continua sa fie perfectionata. Pentru terapia genica prezinta o mare importanta munca de perfectionare a coordonatelor exacte a genelor din cromozomi. Pana in prezent s-a stabilit localizarea pe cromozomii omului a mai mult de 800 de diferite gene. Au obtinut «inscrierea» pe cromozomi si 18 oncogene -; gene capabile sa provoace cancerul.
Pentru ca terapia genica sa devina posibila, trebuie sa se respecte o serie de conditii. Genele normale trebuie sa fie separate in cantitati suficiente si bine studiate. Vectorii sa conduca genele exact in acele organe si tesuturi in care ele functioneaza de obicei. Mai e nevoie si de elaborarea unei metode sigure de inserare a genei in cromo¬zomii omului.
Terapia bolilor genetice presupune, din punct de vedere al ingineriei genice, introducerea in aparatul genetic al omului in care se afla gena (sau genele) defectata a unei gene cu o informatie genetica normala. In conditii ideale aceasta operatie poate fi realizata, luandu-se un ovul fecundat, care urmeaza sa fie transplantat mamei adoptive, pentru ca informatia genetica introdusa sa fie mostenita de toate celulele organismului ce se dezvolta din el si sa se transmita generatiilor ulterioare. Dar aici apar probleme, incat devine limpede ca a vorbi despre utilizarea acestei metode in medicina este inca prea devreme.
Terapia celulelor somatice, care provoaca in prezent un interes atat de mare, consta in inserarea unei noi in¬formatii genetice in celulele somatice care au un defect ereditar. Informatia inserata corecteaza defectele numai la nivelul dat si nu se transmite prin ereditare. In aceasta directie s-au obtinut de acum succese despre care vom vorbi mai amanuntit.
Galactozemia este o boala grea -; omul bolnav nu poate asimila galactoza (o parte componenta a lactozei), deoarece ii lipseste fermentul galactotransferaza necesar pentru asimilarea ei. Acest ferment ii lipseste pentru ca in cromozomul omului este defectata gena responsabila de sin¬teza lui. Defectul cromozomic, prin urmare si boala insasi, se transmite prin ereditate. Galactozemia se combate, eliminand din hrana galactoza, dar acest tratament nu poate fi considerat radical.
Fermentul despre care este vorba se intalneste si la alte organisme, in special la colibacil.
La inceputul deceniului al noualea colaboratorii Institutului de ocrotire a sanatatii (SUA) in frunte cu C. Merril au inceput sa studieze culturi ale tesuturilor unor bolnavi de galactozemie. Ei au lucrat cu celulele tesutului conjunctiv -; cu fibroblastii, care cresc bine in conditii de laborator. Savantii au transferat in celula fibroblastului prin transductie cu ajutorul bacteriofagului lambda o gena a colibacilului, responsabila de produc¬tia galactotraneferazei. Celula colibacilului, care contine fermentul necesar, a fost contaminata cu virus Bacteriofagul lambda a patruns in celula, s-a inmultit, iar noile lui generatii purtau de acum in ADN-ul lor material ereditar al colibacilului, in special, gena responsabila de producerea galactotransferazei. Apoi aceste virusuri au fost introduse in cultura celulelor de fibroblasti ai omului. In urma acestor operatii fibroblastii obtineau noi insusiri, ei incepeau sa asimileze galactoza. Inseamna ca in ADN-ul celulei omului a fost inserata gena adusa de la bacterii. Generatiile urmatoare ale celulei lecuite s-au dovedit a fi si ele sanatoase. Astfel a avut loc vindecarea unei rele boli ereditare.
Este interesant de mentionat ca in varianta de control, in care virusul a transmis materialul ereditar din celula mutanta a bacteriei, in care gena necesara lipsea, fibro¬blastii nu capatau nici o insusire noua.
Astfel, a fost demonstrata pentru prima data posibilitatea terapiei genetice a celulelor somatice Dar aceste operatii fine au fost efectuate in celule crescute in cultura, in afara organismului uman. Iata, insa, unele rezultate mai noi si mai incurajatoare In anii 1984-;1985 un grup de savanti americani in frunte cu R. Mallighen s-au ocupat de ADA (deficitul de adenozin-dezaminaza), o boala ereditara rara. Aceasta boala cauzeaza defectiuni grave ADA inhibeaza atat de mult sistemul imun al omului, incat o racire obisnuita poate deveni pentru el mortala. Terapia genica a purces anume la cercetarea acestei boli, deoarece ea este cauzata de deficitul de ferment in maduva oaselor, tesut, care asigura cele mai bune conditii pentru inserarea genelor sanatoase in organism. In maduva oaselor se formeaza limfocitii -; elementul de baza al sistemului imun al organismului. Deficitul de ferment provoaca elaborarea toxinelor, care impiedica dezvoltarea normala a limfocitilor T.
Mallighen a elaborat o metoda inofensiva si eficace de transplantare a genelor. In cativa ani el a studiat retrovirusurile si s-a gandit sa-i restructureze in asa mod, ca ei sa serveasca drept curieri sau vectori, care transporta genele in celule. Deoarece retrovirusurile isi introduc pe cale naturala genele in celule, judeca savantul, putem sa le silim sa faca acelasi lucru si cu genele straine. In acest scop Mallighen si Verma, care lucra si el asupra problemei ADA, «au suturat» o gena de om cu o gena de virus si au contaminat cu ele celulele din cultura Savantii si-au pus sarcina de a crea o noua specie de retrovirusi, care ar transporta genele in celulele omului si care ar fi inchise trainic in ele. Grupul lui Mallighen s-a apucat de solutionarea acestei probleme complicate. Au fost create din nou retrovirusuri, astfel ca sa se obtina o noua unitate infectioasa. Fiecare dintre acestea nu mai era in stare sa nasca noi virusuri. In acest scop ei au indepartat dintr-un virus genele responsabile pentru crearea membranei proteice si le-au inlocuit cu o gena straina, dar necesara lor. Dintr-un alt virus, asa-numitul virus-ajutator, ei au indepartat succesiunea genelor, care ii dadea «semnalul» membranei proteice de a se asambla cu ARN si a forma un nou virus. Cand aceste doua «virusuri-schiloade» sunt introduse in celulele culturii, virusul ajutator asigura toata munca necesara de inserare in celula a virusului combinat (cu gena straina), dar el singur nu se poate insera Vectorul, insa, aflandu-se in interior, nu se poate reproduce, deoarece in ADN-ul sau lipsesc instructiile necesare pentru aceasta actiune si el (virusul cu gena straina) ramane inchis pe veci in ADN-ul celular.
Mallighen afirma ca acest sistem virotic de transportare a genelor este perfect. El poate fi utilizat cu succes pentru transmutarea genelor omului in celulele omului cultivate in vitro.
Genele defectate, care provoaca ADA, precum si o alta boala -; sindromul Lesh-Nyhan, au fost de acum identificate si copiile lor normale pot fi clonate in laborator. Ele vor fi, probabil, primele care vor putea fi tratate conform acestei metode. Savantii isi imagineaza aceasta procedura complicata, in mai multe etape, cam asa: la inceput medicul terapeut va injecta acul seringii in bazinul osos al pacientului, care sufera de boala incurabila si va extrage o lingura de celule de maduva osoasa In laborator el va contamina aceste celule cu virusuri artificiale, care au fost «recroite» in asa fel ca ARN-ul lor sa contina gena construita ce ii lipseste bolnavului. Cand aceste celule vor fi din nou introduse pacientului de la care au fost luate, genele ce functioneaza corect isi vor asuma munca celor defectate, care nu-si indeplineau functiile. Daca se va intampla asa, pacientul, probabil, se va insanatosi si stiinta va obtine o noua metoda de tratare a sute de alte boli ereditare.
Dar aceasta forma de terapie genica va putea modifica garnitura de gene numai a pacientului. Noile gene nu se transmit celulelor embrionare, din care se formeaza ovulele si spermatozoizii si, prin urmare, nu pot sa se transmita urmasilor prin ereditate. Tratamentul bolilor genice prin transferare pacientului a unor gene normale pare un lucru foarte simplu. In realitate, insa, terapia genica este o procedura atat de fina, incat numai un numar foarte mic de colective stiintifice din lume dispun de cunostintele si experienta necesara pentru efectuarea unui asemenea tratament. Unul dintre cele mai mari obstacole in calea lor este gasirea unei me¬tode sigure de inserare a genei normale in celula si nu numai in celula, dar si in locul unde se afla genele defectate din ovulul (zigotul) fecundat, de la care isi ia inceputul viitorul individ. Dar, in pofida tuturor acestor probleme stiintifice si sociale complicate, era terapiei genice, conform parerii unice a savantilor, a inceput si nu mai este departe timpul cand medicii-geneticiieni nu numai vor inlatura simptomele bolilor ereditare, dar vor corecta si defectele genelor care le provoaca.