Трансгенная мутация что это
Откуда берутся трансгендерные люди?
Анна Петренко СПИД.ЦЕНТР
В пандан к выходу нового ютьюб-шоу Антона Красовского, а первая его серия посвящена трансгендерам и травести, сайт СПИД.ЦЕНТР подготовил небольшую справку о том, что такое трансгендерность и как объясняется с позиции биологии происхождение трангендерных людей. Для всех, у кого остались вопросы после просмотра или возникли новые, — этот материал.
Дисклеймер: само шоу можно посмотреть по этой ссылке
В мае 2019 года Всемирная организация здравоохранения утвердила новую версию Международной классификации болезней — ICD-11 (МКБ-11). В ней гендерное несоответствие (gender incongruence, несоответствие между тем, как человек себя ощущает, и полом, зарегистрированным при рождении) было перенесено из списка психических расстройств в главу о вопросах, связанных с сексуальным здоровьем (Conditions related to sexual health).
Трансгендерность — явление, когда люди не идентифицируют себя с полом, зарегистрированным при рождении, — статистически встречается не слишком часто. Трансгендерные люди составляют всего от 0,1 до 1,1 % от всей популяции. Впрочем, только на первый взгляд эта цифра кажется не такой большой. По примерным оценкам за 2016 год, их число во всем мире составляло как минимум 25 миллионов человек старше 15 лет, а это примерно равно сегодняшнему населению Австралии.
Часто (но не всегда) люди с гендерным несоответствием страдают от гендерной дисфории — постоянного психологического дискомфорта, вызванного несовпадением биологического пола и гендерной идентичности (о симптомах дисфории можно прочитать здесь).
Поскольку такое состояние может стать невыносимым, некоторые трансгендерные люди обращаются за медицинской помощью с целью изменить тело так, чтобы оно соответствовало гендерной идентичности. В этих случаях врачи могут прибегнуть к гормональной терапии и/или хирургическому вмешательству.
Однако долгое время «транссексуальность» (а именно так звучала формулировка в предыдущей версии Международной классификации болезней, где указанное состояние значилась под номером F64.0) рассматривалась как психическое расстройство, что влияло и на доступ трансгендерных людей к медицинской помощи, и на их психологическое состояние.
Все это приводит к высокому уровню депрессий, расстройств, связанных с употреблением психоактивных веществ, и самоубийств среди таких людей.
«Когда мне было 10, кто-то из одноклассников спросил, как выглядят люди в раю, и наш учитель ответил: там ты выглядишь так, как тебе хочется. Я обрадовалась. Я не могла дождаться смерти, потому что тогда я могла бы выглядеть, как девочка. Я не собиралась совершать самоубийство, но у меня было твердое ощущение, что мне открыли тайну», — это слова 24-летней Гвен из Пенсильвании. В популярном интернет-сообществе Reddit она предложила задавать ей любые личные вопросы о трансгендерных людях, которые обычный цисгендерный человек (тот, у кого идентичность и пол при рождении совпадают) боялся или стеснялся спросить ранее.
Предложение Гвен вызвало фурор, всего транс-девушка получила более двух тысяч вопросов и комментариев. В этом материале мы попытаемся ответить на один из них, а именно — дать очень краткий обзор мнений о происхождении трансгендерности с позиций биологии. Итак, откуда же берутся трансгендерные люди?
Истоки трансгендерности
Хотя биологи — люди, которые стремятся описать любые проявления человеческой натуры с точки зрения науки, гендерная идентичность ими мало изучена, и причины трансгендерности до сих пор не до конца ясны.
Что же мы знаем на сегодня? И каков в трансгендерности биологический компонент? Сказать, насколько биологическая составляющая предопределяет (хотя в том, что предопределяет, сомнений нет) и как взаимодействует с другими факторами влияния, — непросто.
Что такое генная инженерия и зачем вмешиваться в природу организмов
Содержание:
Генная инженерия — это современное направление биотехнологии, объединяющее знания, приемы и методики из целого блока смежных наук — генетики, биологии, химии, вирусологии и так далее — чтобы получить новые наследственные свойства организмов.
Перестройка генотипов происходит путем внесения изменений в ДНК (макромолекулу, обеспечивающую хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) и РНК (одну из трех основных макромолекул, содержащихся в клетках всех живых организмов).
Если внести в растение, микроорганизм, организм животного или даже человека новые гены, можно наделить его новой желательной характеристикой, которой до этого он никогда не обладал. С этой целью сегодня генная инженерия используется во многих сферах. Например, на ее основе сформировалась отдельная отрасль фармацевтической промышленности, представляющая собой одну из современных ветвей биотехнологии.
История развития
Истоки
Основы классической генетики были заложены в середине XIX века благодаря экспериментам чешского-австрийского биолога Грегора Менделя. Открытые им на примере растений принципы передачи наследственных признаков от родительских организмов к их потомкам в 1865 году, к сожалению, не получили должного внимания у современников, и только в 1900 году Хуго де Фриз и другие европейские ученые независимо друг от друга «переоткрыли» законы наследственности.
Параллельно с этим шел процесс формирования знаний о ДНК. Так, в 1869 году швейцарский биолог Фридрих Мишер открыл факт существования макромолекулы, а в 1910 году американский биолог Томас Хант Морган обнаружил на основе характера наследования мутаций у дрозофил, что гены расположены линейно на хромосомах и образуют группы сцепления. В 1953 году было сделано важнейшее открытие — американец Джон Уотсон и британец Фрэнсис Крик установили молекулярную структуру ДНК.
На подъеме
К концу 1960-х годов генетика активно развивалась, а ее важными объектами стали вирусы и плазмиды. Были разработаны методы выделения высокоочищенных препаратов неповрежденных молекул ДНК, плазмид и вирусов, а в 1970-х годах был открыт ряд ферментов, катализирующих реакции превращения ДНК.
Генная инженерия как отдельное направление исследовательской работы зародилась в США в 1972 году, когда в Стэнфордском университете ученые Пол Берг, Стэнли Норман Коэн, Герберт Бойер и их научная группа внедрили новый ген в бактерию кишечной палочки (E. coli), то есть создали первую рекомбинантную ДНК.
Техника ПЦР была впервые разработана в 1980-х годах американским биохимиком Кэри Маллисом. Будущий лауреат Нобелевской премии по химии (1993 года), обнаружил в специфический фермент — ДНК-полимеразу, который участвует в репликации ДНК. Этот фермент буквально считывает отрезки цепи нуклеотидов молекулы и использует их в качестве шаблона для последующего копирования генетической информации.
Новая эра
В 1996 году методом пересадки ядра соматической клетки в цитоплазму яйцеклетки на свет появилось первое клонированное млекопитающее — овца Долли. Это событие стало революционным в истории развития генной инженерии, потому что впервые стало возможным серьезно говорить о создании клонов и выращивании живых организмов на основе молекул.
Технологии генной инженерии
Генная инженерия за короткий срок оказала огромное влияние на развитие различных молекулярно-генетических методов и позволила существенно продвинуться на пути познания генетического аппарата.
Так, появилась технология CRISPR — инструмент редактирования генома. В 2014 году MIT Technology Review назвал его «самым большим биотехнологическим открытием века». Он основан на защитной системе бактерий, которые производят специальные ферменты, позволяющие им защищаться от вирусов.
«Каждый раз, когда бактерия убивает вирус, она разрезает остатки его генома, будь то ДНК или РНК, и сохраняет их внутри последовательности CRISPR, как в архив. Как только вирус атакует снова, бактерия использует информацию из «архива» и быстро производит защитные белки Cas9, в которых заключены фрагменты генома вируса. Если вдруг эти фрагменты совпадают с генетическим материалом нынешнего атакующего вируса, Cas9 как ножницами разрезает захватчика, и бактерия снова в безопасности», — поясняет Алевтина Федина, медицинский директор Checkme.
Уникальное открытие состоялось в 2011 году, когда биологи Дженнифер Дудна и Эммануэль Шарпантье обнаружили, что белок Cas9 можно обмануть. Если дать ему искусственную РНК, синтезированную в лаборатории, то он, найдя в «архиве» соответствие, нападет на нее. Таким образом, с помощью этого белка можно резать геном в нужном месте — и не просто резать, а еще и заменять другими генами.
Теоретически, технология CRISPR может позволить редактировать любую генетическую мутацию и излечивать заболевание, которое она вызывает. Но практические разработки CRISPR в качестве терапии еще только в начальной стадии, и многое еще непонятно.
Есть и другие методы генной инженерии, например, ZFN и TALEN.
Где и как применяется генная инженерия
Медицина
Уже сейчас активно применяется инсулин человека (хумулин), полученный посредством рекомбинантных ДНК. Клонированные гены человеческого инсулина были введены в бактериальную клетку, где начался синтез гормона, который природные микробные штаммы никогда не синтезировали. С 1982 года компании США, Японии, Великобритании и других стран производят генно-инженерный инсулин.
Кроме того, несколько сотен новых диагностических препаратов уже введены в медицинскую практику. Среди лекарств, находящихся в стадии клинического изучения, препараты, потенциально лечащие артрозы, сердечно-сосудистые заболевания, онкологию и СПИД. Среди нескольких сотен генно-инженерных компаний 60% заняты именно разработкой и производством лекарственных и диагностических средств.
«В медицине среди достижений генной инженерии сегодня можно выделить терапию рака, а также другие фармакологические новинки — исследования стволовых клеток, новые антибиотики, прицельно бьющие по бактериям, лечение сахарного диабета. Правда, пока все это на стадии исследований, но результаты многообещающие», — говорит Алевтина Федина.
Сельское хозяйство
В сельском хозяйстве одна из важнейших задач генной инженерии — получение растений и животных, устойчивых к вирусам. В настоящее время уже есть виды, способные противостоять воздействию более десятка различных вирусных инфекций.
Еще одна задача связана с защитой растений от насекомых-вредителей. Путем генетической модификации растений можно уменьшить интенсивность обработки полей пестицидами. Например, трансгенные растения картофеля и томатов стали устойчивы к колорадскому жуку, растения хлопчатника — к разным насекомым, в том числе и к хлопковой совке.
Использование генной инженерии позволило сократить применение инсектицидов (препаратов для уничтожения насекомых) на 40–60%.
Благодаря генной инженерии зерновые культуры стали более устойчивы к климатическим условиям, кроме того появилась возможность увеличить количество витаминов и полезных веществ в продукте. Например, можно обогатить рис витамином «А» и выращивать его в тех регионах, где люди имеют массовую нехватку этого элемента.
С помощью генной инженерии пытаются решить и экологические проблемы. Так, уже созданы особые сорта растений с функцией очистки почвы. Они поглощают цинк, никель, кобальт и иные опасные вещества из загрязненных промышленными отходами почв.
Скотоводство
В Кемеровской области работа генетиков позволила получить устойчивое к вирусу лейкоза племенное поголовье высокопродуктивных животных. Для проведения эксперимента кузбасские ученые отобрали здоровых коров черно-пестрой породы массой до 500 кг. Животным трансплантировали модифицированные эмбрионы, устойчивые к вирусу лейкоза. В середине сентября 2020 года родилось 19 телят с измененными генами.
«В месячном возрасте была проведена оценка, которая показала, что телята отличаются от своих сверстников только устойчивостью к вирусу. Пять особей отобрали для дальнейшей селекционной работы. Это позволит закрепить наследственные признаки устойчивости к вирусу лейкоза у последующих поколений», — пояснила руководитель проекта, доктор биологических наук, профессор кафедры зоотехнии Кузбасской ГСХА Татьяна Зубова.
По словам Зубовой, лейкоз крупного рогатого скота — вирусная хронически неизлечимая болезнь, при которой возникают поражение кроветворной системы и новообразования. Данное заболевание наносит значительный ущерб генофонду пород и мясной промышленности в целом, потому что мясо зараженных животных запрещено употреблять в пищу. Единственным доступным методом борьбы с лейкозом ранее было только уничтожение зараженного скота.
Этот успех позволяет говорить о том, что в дальнейшем будет возможно редактировать гены крупного рогатого скота и от других болезней.
С прицелом на человека
В 2009 году группа ученых под руководством молодого исследователя Джея Нейтца из Вашингтонского университета сумели с помощью генной терапии вернуть обезьянам способность различать оттенки зеленого и красного, которой они были лишены от рождения.
В область сетчатки глаза двух подопытных обезьян был введен безвредный вирус, несущий недостающий ген фоточувствительного рецептора. Вскоре после процедуры обе обезьяны начали различать оттенки красного и зеленого на сером фоне. Два года наблюдения не выявили у них каких-либо нарушений, поэтому ученые не исключают, что данную методику уже вскоре можно будет применять у людей, страдающих дальтонизмом.
Ученые шагнули еще дальше и уже пробуют выращивать в теле животных органы для трансплантации людям. Для минимизации риска отторжения тканей животным вводят специальные гены. Этими опытами занимается научная лаборатория Рослинского института в Великобритании, которая представила миру овцу Долли.
В 2019 году британские ученые вывели кур, яйца которых содержат два вида человеческих белков, способных противодействовать артриту и некоторым видам онкологических заболеваний. В яйцах содержится человеческий белок под названием IFNalpha2a, обладающий мощными противовирусными и противораковыми свойствами, а также человеческий и свиной вариант белка под названием макрофаг-CSF, который планируют использовать для создания препарата, стимулирующего самостоятельное заживление поврежденных тканей.
Изменение ДНК человека
Первые клинические испытания методов генной терапии были предприняты 22 мая 1989 года с целью генетического маркирования опухоль-инфильтрующих лимфоцитов в случае прогрессирующей меланомы.
14 сентября 1990 года в Бетесде (США) четырехлетней девочке, страдающей наследственным иммунодефицитом, обусловленным мутацией в гене аденозиндезаминазы (АDA), были пересажены ее собственные лимфоциты.
Работающая копия гена ADA была введена в клетки крови с помощью модифицированного вируса, в результате чего клетки получили возможность самостоятельно производить необходимый белок. Через шесть месяцев количество белых клеток в организме девочки поднялось до нормального уровня.
После этого область генной терапии получила толчок к дальнейшему развитию. С 1990-х годов сотни лабораторий ведут исследования по использованию генной терапии для лечения различных заболеваний. Уже сегодня с помощью генной терапии можно лечить диабет, анемию и некоторые виды онкологии.
Генная терапия
Генная терапия — введение, удаление или изменение генетического материала, в частности ДНК или РНК, в клетке пациента для лечения определенного заболевания.
Существует три основных стратегии использования генной терапии:
Наиболее часто применяемый метод включает вставку «терапевтического» гена для замены «ненормального» или «вызывающего болезнь».
В 2015 году впервые была проведена процедура изменения ДНК человека с целью продления молодости клеток, когда американке Элизабет Пэрриш 44 лет ввели в организм препарат, влияющий на ДНК, а в 2018 году китайский ученый Хэ Цзянькуй заявил, что с его помощью у двух детей-близнецов якобы изменены гены для выработки у них иммунитета к вирусу ВИЧ, носителем которого являлся их отец.
Все это, с одной стороны, выглядит грандиозно и обнадеживает, но с другой, — вызывает опасения, ведь генетические манипуляции, теоретически, возможно использовать не только в благих и мирных целях.
После эксперимента с ДНК близнецов в Китае, ЮНЕСКО выступила с инициативой о запрете изменения генов у новорожденных до того момента, пока достоверно не будет доказана безопасность таких манипуляций.
Этическая сторона вопроса
В 1997 году ЮНЕСКО выпустила Всеобщую декларацию о геноме человека и его правах, рекомендовав мораторий на генетическое вмешательство в зародышевую линию человека, а в декабре 2015 года на международном саммите по геномному редактированию человека изменение гаметоцитов и эмбрионов для генерации наследственных изменений у людей было объявлено безответственным.
Российское сообщество генетиков в большинстве своем считает, что такие эксперименты на данный момент преждевременны и требуют более глубокого исследования и обсуждений.
«Вопрос клонирования уже давно стоит на горизонте. Этично ли выращивать клонов, чтобы потом забирать их органы для трансплантации человеку… Большой вопрос. Само собой, это абсолютно нормально, что нет единой точки зрения, ведь смысл подобных дискуссий как раз в том, чтобы найти правильные формулировки и отрегулировать потенциально спасительное, но при этом очень опасное знание», — говорит Алевтина Федина.
Страх неизвестности
Вариантов развития событий в области генной инженерии существует множество, и далеко не все они изучены и, в принципе, известны. Поэтому они должны быть последовательно зафиксированы и регламентированы.
Естественно, больше всего опасений вызывают плохие сценарии развития событий. Как правило, все начинается с помощи людям и изобретения новых лекарств. Но потом человек может прийти к желанию сделать своего ребенка светловолосым и зеленоглазым или создать армию универсальных солдат, не боящихся боли и не ведающих страха.
Олег Долгицкий, социальный философ, отмечает, что современное общество настолько неоднородно в культурном и экономическом плане, что любые методы, способные существенно изменить геном, могут создать условия не только для классового, но и видового расслоения, где представители «первого мира» смогут существенно продлевать свою жизнь и не бояться никаких болезней, в отличие от менее богатых людей. Это является серьезнейшей почвой для конфликтов и столкновений.
Эксперты убеждены, что генная инженерия — это будущее медицины. Возможность избавить младенца от пожизненного гнета заболевания, излечить людей от рака, найти лекарство против ВИЧ — за всем этим будет стоять генная инженерия. При этом желание человека изменить, например, цвет глаз или предотвратить наследственное заболевание, несмотря на все риски, будет только расти. И похоже, что остановить этот процесс уже не представляется возможным.
Трансгенные люди. Первый блин комом
Алексей Дейкин,
кандидат биологических наук, Институт биологии гена РАН
«Коммерсантъ Наука» №63(4), декабрь 2018
Фото: Alex Hofford / EPA / ТАСC
На конференции «Редактирование генома человека», которая проходила 27–29 ноября в Гонконге, китайский исследователь Цзянькуй Хэ объявил о рождении двух девочек-близнецов после успешного редактирования генома и об одной развивающейся беременности после пересадки отредактированных эмбрионов. Его сообщение вызвало бурное обсуждение во всем мире, в основном с морально-этических позиций. Но что же было им сделано по существу?
Если коротко, то суть современной технологии геномного редактирования состоит во внесении двуцепочечных разрывов в ДНК с помощью «молекулярных ножниц» — белка CRISPR/Cas9, после чего клетка, залечивая этот разрыв, или вносит случайные мутации, или, используя внесенную исследователем матрицу для репарации, вносит «подсказанные» изменения в геном (подробно метод описан в сентябрьском номере «Ъ-Науки» в статье «Конструирование коровы»).
Система CRISPR/CAS9 состоит из двух компонентов: белка Cas9, который способен разрезать ДНК и sgРНК, которая указывает белку, где нужно вносить разрыв. В результате происходит или выключение гена, или внесение в него требуемых мутаций
Этот метод из-за своей простоты и эффективности находит все большее применение в научных исследованиях, а в Институте биологии гена РАН при поддержке департамента образования города Москвы даже проводятся курсы для школьников и учителей, где они сами разрабатывают систему генного редактирования на основе CRISPR/Cas9. Пользуясь онлайн-сервисами на сайтах ведущих исследовательских центов мира, выбирают ген для нокаута, подбирают оптимальную sgРНК, анализируют наличие сайтов (мест в ДНК) для неспецифичного разрезания.
Где производят и как используют ГМО-растения, которые разрешены в России
В России допущены к использованию для производства продуктов питания и кормов для животных 24 ГМО-растения: 12 сортов ГМО-кукурузы, один из них только для корма животных, 2 сорта картофеля и 1 сорт риса только в качестве пищи, 8 сортов сои, их них 1 только в пищу и 1 только для кормов, 1 сорт сахарной свеклы для изготовления пищевых продуктов.
Этот же метод был использован для редактирования генома и в работе Цзянькуй Хэ.
Научной публикации по общепринятым стандартам он не представил, и обсуждаются здесь только доклад и слайды, представленные на конференции, а также серия его интервью, их предваряющая. Своей целью Цзянькуй Хэ поставил спасение человечества от вируса иммунодефицита человека. Дети, геном которых редактировался, имели повышенный риск инфицирования этим вирусом, поскольку их отец был носителем ВИЧ.
В качестве цели для геномного редактирования был выбран ген CCR5, который копирует многофункциональный белок C-C-рецептор хемокина 5. Кроме связывания с ВИЧ этот белок участвует более чем в 20 биологических процессах (передача сигнала внутри клетки и между клетками, направленное перемещение клеток, управление воспалительным процессом и т. д.). В 2018 году появились данные, что его отсутствие приводит к развитию рассеянного склероза из-за нарушения контроля над воспалительными процессами в мозге.
У европейцев обнаружена природная мутация CCR5-delta32, которая в гомозиготе обеспечивает устойчивость к ВИЧ. Считается, что возникла она в европеоидном этносе 700 лет назад и быстро распространялась по Европе на фоне древней эпидемии, возможно, чумы. Когда давление отбора ослабло (эпидемии отбушевали), мутация начала вымываться из генома.
С этого момента начинаются биологические вопросы к плану эксперимента (опуская юридические, этические, эпидемиологические).
Трансгенные животные, которых уже использует человек
В мире разрешены для производства лекарственных белков человека:
В данном случае был внесен двуцепочечный разрыв в ДНК раннего эмбриона (на стадии 1–4 бластомеров), что запустило механизм случайного соединения концов ДНК (матрица для направленного восстановления целостности ДНК использована не была).
В результате, как и должно было быть, по месту разрезания произошли непредсказуемые, случайные изменения последовательности ДНК — у одного ребенка делеция одного и вставка четырех нуклеотидов в обеих гомологичных хромосомах, у другого только делеция 15 нуклеотидов в одной хромосоме.
В первом случае после точки мутации будет нарушена аминокислотная последовательность белка, цепочка аминокислот быстро оборвется, как такой укороченный пептид будет себя проявлять в клетке, предсказать невозможно.
Поскольку нарушены обе копии гена, ВИЧ инфицировать эту девочку не будет, но ее дети эту защиту утратят (если их отцом не будет гомозиготный носитель природной или искусственной мутации в этом гене).
Схема китайского эксперимента
Вторая девочка и ее дети чувствительность к вирусу сохранят. Отсутствие 15 нуклеотидов (5 из 352 аминокислот) не приведет к драматичному нарушению в структуре белка, но и не защитит от ВИЧ.
При этом, как, например, в случае массового удаления аппендицитов без всяких на то оснований, в борьбе с одним заболеванием мы провоцируем множество других, о которых и не думали до этого.
С точки зрения генетики научного значения эта работа не имеет, мутация, которую рассчитывал получить Цзянькуй Хэ, в геноме человека известна, и, если поставить задачу, можно за два-три поколения получить внуков-правнуков, гомозиготных по аллелю устойчивости к ВИЧ. При этом, возможно, историческая мутация была не одна, и ее эффект на нарушение тех самых 20 функций белка компенсировался другими мутациями, усилившими другие белки, о которых мы не знаем.
Грубо нарушив систему иммунной защиты человека, мы скорее нанесем вред, чем пользу. При этом использованный вариант CRISPR/Cas9 заведомо генерировал случайные замены в известном месте и, возможно нарушил последовательность ДНК и в других местах генома. На текущем уровне развития науки рано говорить о том, что мы готовы управлять геномом человека, пока генная терапия направлена на восстановление правильной функции гена, а не на нарушение нормально работающего, но кажущегося «лишним».