17 августа 2017

Может ли свинья стать донором органов?

Американским ученым из компании eGenesis удалось клонировать генетически модифицированных свиней, свободных от эндогенного ретровируса свиней (porcine endogenous retrovirus, PERV).

Ежегодно количество пациентов, нуждающихся в трансплантации тех или иных органов, растет. Многие больные так и не дожидаются своей очереди ввиду того, что на данный момент используются исключительно донорские органы, полученные посмертно от только что погибших людей с согласия их родственников. Так как количество человеческих органов для трансплантации ограничено, ученые уже давно работали над технологией ксенотрансплантации.

Известно, что свинья является одним из самых подходящих доноров для трансплантации органов. Во-первых, свиные органы близки по размерам и функциям к человеческим, а во-вторых, использование свиней наиболее выгодно с экономической точки зрения по сравнению, например, с приматами.

Однако существует ряд проблем, стоящих на пути внедрения технологии ксенотрансплантации в медицинскую практику. Одной из таких проблем является опасность заражения человека вирусами, ДНК которых присутствует в клетках донорских органов. Так, копии эндогенного ретровируса свиней разбросаны по множеству участков генома всех известных домашних пород свиней. Скорее всего, следы ДНК вируса PERV являются следствием древней инфекции, поразившей диких свиней еще до одомашнивания. В последствии этот вирус внес свой эволюционный вклад в формирования их фенотипа. Так, по мнению ученых, именно PERV отвечает за интенсивность жироотложения у свиней. Не смотря на безопасность этого вируса для самих свиней, его попадание в организм человека может привести к неблагоприятным последствиям.

На сегодняшний день уже существует пример трансплантации клеток поджелудочной железы свиньи человеку, при этом трансмиссия вируса не была зарегистрирована. Однако необходимо учитывать, что в описанном примере клетки были инкапсулированы и занимали небольшой объем собственного человеческого органа. Кроме того, эксперименты по совместному культивированию на чашке Петри свиных клеток, несущих ретровирус PERV, с человеческими клетками приводили к инфицированию последних. Поэтому условием использования свиных клеток в человеческом теле является инактивация PERV.

Первые попытки «выключения» генов вируса PERV были предприняты с использованием нуклеаз «цинковые пальцы», но они оказались неэффективными. Затем в 2015 году, уже с помощью более современной технологии редактирования генома – CRISPR/Cas9, была предпринята вторая попытка инактивации вируса. В результате эксперимента исследователям удалось внести двухцепочечный разрыв во все 62 участка генома свиньи, где локализовалась ДНК вируса. Однако этот эксперимент проводился с использованием иммортализованных линий свиных эмбриональных клеток, а следовательно, трудно было сделать какие-либо выводы о применимости данного подхода для обычных клеток.

В новой работе ученые адаптировали технологию CRISPR/Cas9 для клеток эмбриональной соединительной ткани поросят. С помощью «гидовых» РНК нуклеаза Cas9 вносила двухцепочечные разрывы в ген обратной транскриптазы вируса PERV, тем самым делая невозможным его репликацию. Первые эксперименты показали положительный результат лишь в трети случаев по причине массового апоптоза клеток после редактирования. По мнению исследователей, множественные двухцепочечные разрывы, вносимые в ДНК нуклеазой Cas9, повлекли за собой включение клеткой внутренних механизмов гибели. Однако добавление в среду антиапоптотических и ростовых факторов повысило эффективность редактирования до 100 %.

Тем не менее, далеко не все 100 % клеточных линий с инактивированным вирусом были пригодны для клонирования. В большинстве из них ввиду повреждения ДНК произошли хромосомные перестройки, поэтому при помощи хромосомного анализа и выборочного секвенирования авторы работы отобрали такую клеточную линию, в которой редактирование не повлекло за собой вредоносные мутации и перестройку хромосом.

Следующим шагом эксперимента стала пересадка ядер из клеток выбранной линии в яйцеклетки свиней. Полученные эмбрионы были имплантированы в матку суррогатной матери. В результате родились 37 поросят, из которых выжило 15. Авторы отмечают, что эффективность клонирования редактированных эмбрионов была сопоставима с таковой при обычном клонировании – без предварительных генетических модификаций. На данный момент самый старший поросенок достиг четырехмесячного возраста и не проявляет никаких признаков отклонений в развитии.

Несмотря на существенные успехи ученых в борьбе с вирусом PERV, до внедрения ксенотрансплантации свиных органов клиническую практику необходимо решить еще много сложных вопросов. Например, помимо вышеупомянутого вируса, в свином геноме присутствуют также фрагменты ДНК других вирусов, потенциально опасных для человека.


Кроме того, основной проблемой ксенотрансплантации по-прежнему остается сверхострая реакция отторжения аллогенного органа организмом человека. Возможно, иммунная несовместимость человека и свиньи будет также преодолена методами генной инженерии. На сегодняшний день эксперименты по трансплантации свиных органов проводят на павианах. По сообщениям 2016 года, группа ученых из штата Мэриленд провела пересадку свиного сердца павиану анубис, который прожил с ним 945 дней.

Оригинал статьи

Записаться на генетическую Школу