Мутации

Мутации

Леонид Алексеев

10 октября 2013 1

Политика Общество

Иммуногенетика и прогресс человечества

Общепризнанным фактом является то, что биомедицинские науки в значительной степени определят прогресс человечества в ХХI веке. Вместе с тем, наиболее обсуждаемыми на различных уровнях (от СМИ до научных форумов) научными направлениями являются информатика, кибернетика, нанотехнологии, физика и ряд других. Развитие этих направлений науки, по мнению как научной, так и широкой общественности, сулит человечеству в обозримом будущем радужные перспективы, включая бессмертие.

К сожалению, следует отметить, что этими достижениями развития биомедицинской науки невозможно будет воспользоваться - во всяком случае, на Земле - без опережающей гибели человека как биологического вида или его деградации. Для этого печального прогноза есть все основания.

Одним из наиболее очевидных является следующее. Всё человечество или абсолютно большая его часть могут погибнуть от эпидемий. Угроза такой ситуации уже имела место в средние века на территории Евразии, когда эпидемии чумы, оспы, холеры и других заболеваний в среднем уносили жизни трети населения Европы. При этом следует отметить, что для ряда крупных, по тем временам, населенных пунктов, естественно, имевших высокую плотность населения, этот процент доходил до 90. В то же время во многих малодоступных регионах, население которых прекращало контакты с внешним миром, отсутствовали случаи заболевания. Примечательно, что и некоторые города Европы смогли избежать эпидемий благодаря тому, что они вовремя полностью прекращали контакты с внешним миром. Таким образом, несмотря на невозможность медикаментозного лечения больных, эпидемии на время прекращались, чтобы через какое-то время вспыхнуть с новой силой, так что за период жизни одного человека население отдельных регионов Европы сокращалось порой до 10% от исходного.

Следует напомнить, что, несмотря на определенное развитие медицинской науки, возврат эпидемий, так же опустошавший европейские страны, имел место и в более поздние времена. Фактически это продолжалось вплоть до открытия антибиотиков, которые положили конец массовой гибели людей от пандемий.

К сожалению, совершенно ясно, что сейчас эра антибиотиков заканчивается. Это связано в первую очередь с формированием лекарственной устойчивости к основным антибиотикам, используемым для лечения особо опасных инфекционных заболеваний. Создание новых антибиотиков, к сожалению, не решает проблемы. Легко представить себе, как быстро в условиях современного уровня человеческих контактов могут развиваться всемирные эпидемии (пандемии) смертельно опасных инфекционных заболеваний. Следует отметить также, что существует целый ряд факторов, повышающих вероятность развития пандемий. Первое - отсутствие вакцин против ряда возбудителей особо опасных заболеваний.

Второе - длительный период отсутствия "естественного" взаимодействия человечества с возбудителем привел к отсутствию в популяциях лиц иммунных к так называемым "возвратным" заболеваниям. Третье - отсутствие эпидемиологической готовности к встрече с "возвратными" - считавшимися окончательно побежденными инфекциями. Четвертое - недостаток современных (молекулярно-генетических) диагностических систем для экспрессного выявления возбудителя возвратных и "новых", особо опасных и социальнозначимых инфекций.

Между тем, современный уровень развития биомедицинской науки и, в частности, молекулярной генетики, открывает новые перспективы противостояния человечества этому, возможно, наиболее опасному вызову ближайшего будущего.

Одновременно с этим только благодаря успехам молекулярной генетики в последние годы стало возможным получить ответ на вопрос, насколько вероятна гибель человечества от вновь приходящих инфекций, включая основной вызов конца ХХ века - СПИД, против которого пока не удалось создать ни вакцин, ни эффективного метода лечения, и имеется ли принципиальная возможность вылечиться от этого заболевания на стадии его полного развития.

Примечательно, что ответ на этот вопрос в значительной степени связан с ответом на другой вопрос: почему в период развития средневековых пандемий, вызванных инфекциями, смертельными для человека, определенный процент населения всё же выживал.

Ответ на эти вопросы стал возможным благодаря открытию в середине ХХ века французским иммуногематологом, лауреатом Нобелевской премии Ж.Доссе генов иммунного ответа (ГИО) человека. Это открытие носило отнюдь не случайный характер, поскольку являлось необходимым этапом для самого появления и развития такого передового направления клинической медицины, как трансплантация органов и тканей, включая костный мозг.

Общее количество вариантов ГИО, уже обнаруженных в человеческой популяции, превышает 9000. Набор ГИО каждого человека (генотип) содержит около 20 таких вариантов, по половине (гаплотипу) из них он наследует от каждого из родителей. Идентичность по ГИО двух случайно взятых неродственных лиц составляет в среднем 1 на 3 млн. человек.

Конкретный генотип ГИО определяет индивидуальную способность человека осуществлять иммунную защиту против агрессивных факторов окружающей среды, в первую очередь против инфекционных агентов. При этом следует отметить, что максимальный набор генов иммунного ответа в генотипе человека формируется при наследовании им от родителей различающихся вариантов ГИО. В том случае, если у родителей имеются общие варианты ГИО, возможна ситуация наследования двух идентичных специфичностей (так называемый гомозиготный вариант). В этом случае уменьшается спектр агентов, на которые может развиваться иммунный ответ. При полной или значительной ГИО-идентичности (что имеет место, например, при родственных браках) такой спектр снижается практически вдвое, что существенно влияет на иммунитет потомства, снижая спектр агентов, на которые он способен развить иммунный ответ.

Естественно, что организм отдельно взятого человека не в состоянии обладать столь высоким уровнем генетического разнообразия, который мог бы обеспечить присутствие в антиген-распознающей бороздке сайтов для любого вновь появившегося болезнетворного агента. Однако такая задача решаема на популяционном уровне, где структура распознающих сайтов отличается крайне выраженным разнообразием, то есть, обеспечение иммунного ответа осуществляется на популяционном уровне.

Весьма важным для понимания биологической роли ГИО является следующий факт. Проведенные в конце ХХ века широкомасштабные исследования частоты встречаемости конкретных аллельных вариантов различных популяционных групп, населяющих различные регионы Земли, позволили установить выраженные различия в профилях этих частот, то есть в частоте встречаемости одних и тех же ГИО, носящих межрасовый, межпопуляционный и внутрипопуляционный характер.

Следует отметить, что значительный вклад, внесенный отечественными исследователями в развитие данного направления, был оценен почетной медалью Международного сообщества иммуногенетиков.

При анализе этих данных было установлено, что для большинства групп европеоидного населения характерно резкое (значительно превышающее статистически допустимое) повышение частоты конкретной группы ГИО. Выдающимся иммуногенетиком В.Бодмером была выдвинута гипотеза, согласно которой это превышение было связано с тем, что у носителей такого набора ГИО имелось селективное преимущество в выживании в условиях античных и средневековых пандемий. Позже отечественными исследователями было впервые показано, что именно с этими ГИО связана повышенная активность так называемого врожденного иммунного ответа человека, обеспечивающего эффективную защиту организма от агрессивных агентов, в том числе инфекционного происхождения. Повышение данных ГИО характерно только для европеоидов, и иммуногенетики даже называют их генетическими маркерами европеоидных групп населения.

Примечательно, что с этими же группами ГИО связана высокая предрасположенность к аутоиммунным заболеваниям, включая сахарный диабет 1-го типа, высокая частота которого характерна для европеоидов.

Таким образом, имеет место ситуация, когда мутация, произошедшая, закрепившаяся и ставшая одной из наиболее распространенных среди европейского населения благодаря селективному преимуществу в выживании в период средневековых пандемий, в настоящее время оказалась не только ассоциированной с предрасположенностью к развитию аутоиммунных заболеваний, но и принимающей участие (на уровне белковых продуктов) в патогенезе их развития.

Что касается вопроса о радиации как вызова человечеству, то факт наличия выраженной индивидуальной и межпопуляционной нечувствительности к радиации позволяет надеяться, что даже в случае ядерной войны, при самом негативном прогнозе, человечество не погибнет полностью, а "перестроит" свой репертуар ГИО, аналогично тому, как это произошло в период средневековых пандемий.

Другим вызовом отечественному и мировому здравоохранению является эпидемия ВИЧ/СПИД, для которой до настоящего времени не созданы методы специфической профилактики (вакцины) и до последнего времени не было зарегистрировано случаев выздоровления при проводимом медикаментозном лечении.

Среди последних достижений следует выделить установление уровня межпопуляционной иммуногенетической устойчивости к ВИЧ/СПИД на территории трех государств: США, Китая и России.

Но именно отечественными исследователями были установлены маркеры полной устойчивости к ВИЧ/СПИД, ассоциированные с генами, входящими в ГИО, и показаны выраженные различия в частоте встречаемости среди 11 популяций, населяющих Россию.

В целом и эти данные - так же, как и данные, полученные при анализе генетической чувствительности к радиации, - свидетельствуют о том, что среди населения Земли имеются группы, причем достаточно большие, которые смогли бы репопулировать (как это имело место после средневековых пандемий) при самом негативном прогнозе неконтролируемого развития пандемии СПИД.

Примечательно также то, что именно трансплантации совместимых КСК, обеспечивающие пересадку ГИО совместимой иммунной системы от здорового донора больным СПИД реципиентам, явились единственными доказанными на сегодняшний день случаями полного выздоровления от СПИД с развернутой клинической картиной. Единственным отличием донора и реципиента в этих случаях было присутствие в ГИО донора отсутствующих у реципиента аллельных вариантов, ассоциированных с устойчивостью к СПИДу. Это является дополнительным доказательством того, что наличие аллелей, защищающих человека от ВИЧ/СПИД в геномах даже малой части людей, позволит сохранить человечество как вид.

Наконец, надо сказать следующее. Поскольку ГИО являются, по существу, одними из важнейших генов, определяющих выживание человека как вида, значительную роль, особенно сегодня, в период окончания эры антибиотиков, приобретает большое значение возможность анализа SNP-аллельных вариантов, непосредственно не связанных с ГИО.

Весьма перспективными являются работы отечественных исследователей, результаты которых позволяют экспрессно, в течение нескольких часов, то есть у постели больного, - установить, будет ли конкретный антибиотик эффективен при лечении тяжелых форм туберкулеза. То есть создается возможность выбора лекарства из числа имеющихся, которое является эффективным для лечения данного больного. Ранее такого рода анализ выполнялся значительно менее точно и несколько суток, что зачастую определяло судьбу больного. Примечательно, что и эта разработка, включая наборы для генотипирования возбудителя и оборудование для постановки анализа, созданы в негосударственном секторе России.

В настоящее время признано, что именно система ГИО является наиболее подходящим объектом, претендующим на роль индивидуального биологического маркера.

Важнейшей биологической функцией является участие ГИО и их продуктов в процессе репродукции человека. Дело в том, что каждый ребенок получает от каждого из родителей ровно по половине ГИО.

Как говорилось выше, в определенном проценте случаев супруги могут иметь общие ГИО. Особенно высок процент таких случаев при родственных браках. Дело в том, что, если супруги имеют общие варианты ГИО, то у потомства они будут представлены в удвоенном виде (гомозигота), что снизит уровень генетического разнообразия у детей и уменьшит спектр чужеродных агентов, на которые они могут развивать иммунный ответ. Но если такая ситуация может оказаться полезной - например, для трансплантации органов, - то в целом, с биомедицинской точки зрения, она представляет определенную опасность, поскольку в результате может исчезнуть способность потомства "отвечать" на тот или иной болезнетворный агент.

Примером может служить тот факт, что при иммунизации теми или иными вакцинами у определенного процента людей иммунный ответ не развивается. Это является так называемым обеднением репертуара ГИО за счет появления гомозигот. Особенно это опасно для малых этнических групп с большим количеством родственных браков, а исторически такие случаи явились основой для "угасания" аристократических родов, где практиковались близкородственные браки.

В целом, имеются все основания считать, что сама природа противодействует обеднению репертуара ГИО за счет увеличения количества гомозиготных ГИО. Это реализуется в репродуктивном процессе. Дело в том, что выраженный уровень совместимости по ГИО супругов, как правило, сопровождается целым рядом патологий беременности, включая так называемое идиопатическое бесплодие. Если же беременность все-таки наступает, она может сопровождаться привычным невынашиванием, поздними токсикозами и переношенной беременностью, требующей искусственного разрешения. Уже в 70-х годах ХХ века отечественными исследователями были разработаны и запатентованы методы для преодоления последствий иммуногенетической совместимости супругов и обеспечения нормального вынашивания плода. Однако такой ребенок, имел высокий риск развития целого ряда заболеваний, связанных с патологией иммунной системы, начиная с ослабленной инфекционной защиты и заканчивая повышенным риском развития онкопатологий. При этом, естественно, имелся повышенный риск бесплодия и рождения потомства с обедненным репертуаром ГИО.

Эти исследования послужили базой для развития всех основных направлений иммуногенетики человека, включая клиническую трансплантологию, предрасположенность и устойчивость к социально значимым заболеваниям и другим агрессивным факторам окружающей среды, включая радиацию. В рамках этих работ были установлены иммуногенетические маркеры предрасположенности и устойчивости к заболеваниям различного генеза, характерные для различных этнических и субэтнических групп. Сегодня есть возможность оценивать риск развития целого ряда патологий на групповом, семейном и индивидуальном уровнях.

Прогресс, а возможно, и судьба человечества, в значительной мере связаны с достижениями биомедицины и в первую очередь иммуногенетики и молекулярной генетики.

Необходимым условием этого является международное научное сотрудничество, в котором Россия должна сыграть значительную роль, что требует серьезной поддержки или хотя бы внимания со стороны государства.