Полiт.ua Государственная сеть Государственные люди Войти
7 декабря 2016, среда, 00:49
Facebook Twitter LiveJournal VK.com RSS

НОВОСТИ

СТАТЬИ

АВТОРЫ

ЛЕКЦИИ

PRO SCIENCE

ТЕАТР

РЕГИОНЫ

03 октября 2015, 21:49

Скрытые риски митохондриального донорства

Митохондрии в яйцеклетке
Митохондрии в яйцеклетке

На страницы журнала Nature попал очередной раунд полемики, разворачивающейся вокруг митохондриального донорства. По-видимому, это связано с тем, что в этом месяце должно вступить в силу разрешение на процедуру, выданное британским парламентом.

Митохондриальное донорство – вспомогательная репродуктивная технология. Она должна помочь родить здоровых детей женщинам с генетическими заболеваниями, вызванными ошибками в митохондриальном геноме. Считается, что, оплодотворяя яйцеклетку, сперматозоид привносит в нее только ядерный геном, все остальные его части остаются за бортом. Таким образом, все митохондрии человека – это потомки митохондрий, находившихся в яйцеклетке в момент оплодотворения.

Митохондрии – самые «независимые» из органелл животных клеток: у них есть собственный геном, кодирующий, правда, не все белки, нужные для работы митохондрий. Некоторые гены все-таки переехали оттуда в основной, ядерный геном клетки. В митохондриальном геноме их осталось 37.

Митохондрии обеспечивают клетку энергией в удобной форме, синтезируя АТФ. Форма хранения энергии – очень принципиальная вещь. Если в вашем автомобиле бензиновый двигатель, наличие рядом с ним водопада, атомной электростанции или линии электропередач не поможет ему сдвинуться с места. Даже канистра с бензином, стоящая в багажнике, будет бесполезна, пока вы не перельете бензин в бак. Пока клетка жива, химические реакции в ней снижают энтропию, а, значит, требуют затрат энергии. Например, транспорт многих веществ внутрь (или наружу) клетки требует энергии. Как правило, у фермента, представляющего собой канал в мембране, есть участок, пространственная структура которого позволяет ему связаться с молекулой АТФ. После этого в молекуле АТФ разрывается одна из химических связей (аденозинтрифосфат превращается в аденозиндифосфат - АДФ), пространственная конформация белка меняется, и эта смена позволяет веществу преодолеть клеточную мембрану.

Так работает так называемая «протонная помпа», поддерживающая pH на нужном уровне

Очень многие ферменты в клетке работают именно так, и в их структуре предусмотрен фрагмент, взаимодействующий с АТФ, никакая другая молекула ее не заменит. Неудивительно, что отклонения в работе митохондрий, синтезирующих эту самую АТФ, могут вызывать самые разные болезни.

Синтез АТФ происходит на мембране митохондрии. Этот процесс напоминает работу протонной помпы наоборот. Электрон с высокой энергией движется по транспортной цепи в положение с более низкой энергией, поэтому это движение самопроизвольно. С ним из-за электрического заряда оказывается сопряжен самопроизвольный перенос протонов через АТФ-синтазу, принцип работы которой противоположен протонной помпе. Протоны проходят через нее самопроизвольно, а за счет энергии их прохода образуется химическая связь между аденозиндифосфатом и еще одной фосфатной группой и получается АТФ (или аденозинмонофосфатом и фосфатной группой с получением АДФ).

Все эти процессы происходят у эукариот на мембране митохондрий, а у бактерий – просто на клеточной мембране. Этот факт вместе с тем, что у митохондрий есть свой геном, навел ученых на мысль, что митохондрии – это бактерии, которые выбрали симбиоз с появившейся эукариотической формой жизни. Кроме того, внутри митохондрий находятся свои собственные синтезирующие белок машины – рибосомы, гораздо больше похожие на бактериальные рибосомы, чем на эукариотические. Похожее происхождение, по-видимому, имеют фотосинтезирующие органеллы – пластиды – у растений, водорослей и некоторых простейших.

Загвоздка заключается в том, что из-за самостоятельности митохондрий и важности их функций генетические дефекты быстро становятся видны и, начиная с какого-то момента, не могут устраниться сами. ДНК митохондрий передается дочерним митохондриям безо всякой рекомбинации.

Представим себе, что у женщины возникла мутация в ДНК одной из митохондрий. С этого все и начинается – одна мутация в одной митохондрии. Если эта митохондрия находится не в половой клетке, передаться по наследству у нее шансов нет, как бы она ни размножалась. Но, допустим, бракованная митохондрия все-таки оказалась в яйцеклетке. В яйцеклетке несколько сотен тысяч митохондрий, и, скорее всего, бракованной понадобится несколько поколений, чтобы ее потомки, несущие мутацию, составили значимый процент митохондрий. Пока их мало, всегда может произойти чудо – в будущие половые клетки могут попасть только нормальные митохондрии, и передачи по наследству не произойдет. Но как только бракованных митохондрий стало много, деваться некуда – они будут передаваться по женской линии до тех пор, пока будут потомки по женской линии. Распределение попавших в яйцеклетку бракованных митохондрий по тканям будущего организма довольно случайно, и симптомы болезней зависят от того, куда именно они попадут. Самые тяжелые состояния, как правило, вызывает попадание бракованных митохондрий в нервную и мышечную ткань – им нужно больше всего энергии.

Если аномальные митохондрии попали преимущественно в будущие яйцеклетки, у внешне здоровой женщины могут рождаться тяжело больные или вовсе нежизнеспособные дети. Каждый год в мире рождается несколько тысяч таких детей. Помочь семьям могут донорские митохондрии, вернее, донорские яйцеклетки. Из донорской яйцеклетки будет удален ядерный геном, вставлен ядерный геном матери, и она будет оплодотворена сперматозоидом отца.

С технической точки зрения все манипуляции хорошо отработаны и не несут в себе риска новых патологий развития эмбриона. В 2000 году, когда в США еще не успели запретить процедуру, у матери с генетическим дефектом митохондрий родился первый ребенок с донорскими митохондриями. Девочку зовут Алана Сааринен, по словам родителей, она ведет нормальный образ жизни и чувствует себя прекрасно. Несмотря на это, процедура была запрещена FDA из-за сомнений в этичности и безопасности. Запрет в США до сих пор не снят.

Парламент Соединенного Королевства в феврале этого года разрешил митохондриальное донорство. Разрешение должно вступить в силу в октябре, то есть в самое ближайшее время. Чего же боятся те, кто высказывается против?

У сомнений в безопасности митохондриального донорства есть и теоретическая, и экспериментальная подоплека.

Белки, кодируемые митохондриальным геномом, должны взаимодействовать не друг с другом в вакууме, а с другими клеточными белками, в том числе, теми, которые кодирует ядерный геном. Взаимодействия между белками обычно определяются пространственной структурой белков, и замена единственной аминокислоты может нарушить взаимодействие. Предполагается, что митохондриальные гены согласованы с ядерными, и синтезируемые на их основе белки взаимодействуют как надо. Ученые, предлагающие повременить с донорством, говорят, что замена митохондрий может привести к рассогласованию геномов и нарушению необходимых для жизнедеятельности клетки взаимодействий.

В 90-е годы во Франции был проведен эксперимент с двумя штаммами мышей: H и N. Их митохондриальные геномы немного отличались, и было известно, что H мыши быстрее учатся ориентироваться в лабиринте, чем N. Ученые поменяли мышам местами митохондрии: получились N мыши с h митохондриями и H мыши с n митохондриями. Запустив новых мышей в лабиринт, ученые обнаружили, что Hn мыши стали ориентироваться в лабиринте медленнее, но Nh вовсе не стали ориентироваться быстрее, они остались практически такими же, как были. Перемены в поведении также сопровождались изменениями в анатомии мозга. Это было первое исследование, показавшее, что считавшиеся до сих пор нейтральными вариации мтДНК могут оказывать существенное влияние на поведение и самочувствие.

Похожий эксперимент был проведен на мухах-дрозофилах. Мух одного штамма однократно скрестили с самками штамма с отличающейся мтДНК, а получившееся новое поколение оставили скрещиваться с представителями исходного штамма. Несколько поколений спустя, исследователи получили мух, ядерный геном которых незначительно отличался от исходного, а митохондриальный геном был чужой. После этого мух с идентичным ядерным геномом, но разными митохондриальными поселили вместе и стали смотреть, что произойдет. Оказалось, что мухи со старой мтДНК жили дольше и приспосабливались лучше, чем с привнесенной искусственно. Из этого можно было бы сделать вывод, что старая ДНК лучше новой, если бы не результаты обратного эксперимента. Когда у штамма, служившего донором митохондрий в предыдущем эксперименте, митохондрии заменили на митохондрии штамма-реципиента в первом эксперименте, картина оказалась аналогичной: «свои» митохондрии обеспечивали мухам лучшую конкурентоспособность, чем чужие. Из всего этого следует вывод: важно не то, какие именно варианты генов закодированы в мтДНК, а то, как они сочетаются со всей остальной мухой.

Подобные явления удалось обнаружить не только в экспериментах с лабораторными животными, но и в дикой природе. На тихоокеанском побережье обнаружили две родственные популяции вислоногих рачков с похожими ядерными геномами, но сильно отличающимися митохондриальными. Они могут самостоятельно в дикой природе скрещиваться между собой, но такое потомство обычно не очень хорошо себя чувствует. Оказалось, что их недомогания как раз и связаны с проблемами метаболизма. Более того, когда больных самок, родившихся в «смешанном браке» скрещивали с здоровыми самцами из популяции их матерей, потомство оказывалось здоровым. То есть, когда восстанавливалось нужное сочетание митохондриальной и ядерной ДНК, метаболические проблемы исчезали.

Можно ли перенести результаты этих наблюдений и экспериментов на вопрос донорства митохондрий? И, если да, какие из этого следуют выводы?

Генетическое разнообразие людей куда выше, чем линейных мышей или дрозофилл (линейные лабораторные животные вообще практически идентичны). Последние несколько сотен лет люди довольно активно перемещаются по земному шару и вступают в браки с представителями других народов и рас, создавая новые генетические комбинации. При этом до сих пор не было найдено ни одного свидетельства, что, если абстрагироваться от социальных аспектов, дети от смешенных браков хуже себя чувствуют и страдают от метаболических расстройств, не свойственных их чистокровным сверстникам.

Митохондриальная ДНК людей хорошо изучена и классифицирована: похожие варианты объединены в гаплогруппы. Пока есть сомнения в безопасности сочетания геномной ДНК с произвольной митохондриальной, можно подбирать донора с мтДНК той же гаплогруппы, что и реципиент. Британские врачи собираются поступать именно так.

Для многих семей донорские митохондрии – это единственный способ родить собственного живого и здорового ребенка. Разумеется, остаются суррогатные матери, возможность усыновить ребенка или даже можно, столкнувшись с трудностями, вообще отказаться от идеи иметь ребенка. Но многие люди сочтут такую цену за избавление от опасности, которой, вероятно, не существует, слишком высокой. Для более наглядной демонстрации безопасности метода понадобится еще немного времени. Но уже сейчас вариант с донорством внутри одной гаплогруппы кажется беспроигрышным.

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
Подпишитесь
чтобы вовремя узнавать о новых спектаклях и других мероприятиях ProScience театра!
3D Apple Facebook Google GPS IBM iPhone PRO SCIENCE видео ProScience Театр Wi-Fi альтернативная энергетика «Ангара» античность археология архитектура астероиды астрофизика Байконур бактерии библиотека онлайн библиотеки биология биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера бозон Хиггса визуальная антропология вирусы Вольное историческое общество Вселенная вулканология Выбор редакции гаджеты генетика география геология глобальное потепление грибы грипп демография дети динозавры ДНК Древний Египет естественные и точные науки животные жизнь вне Земли Западная Африка защита диссертаций землетрясение зоопарк Иерусалим изобретения иммунология инновации интернет инфекции информационные технологии искусственный интеллект ислам историческая политика история история искусства история России история цивилизаций История человека. История институтов исчезающие языки карикатура католицизм квантовая физика квантовые технологии КГИ киты климатология комета кометы компаративистика компьютерная безопасность компьютерные технологии коронавирус космос криминалистика культура культурная антропология лазер Латинская Америка лженаука лингвистика Луна мамонты Марс математика материаловедение МГУ медицина междисциплинарные исследования местное самоуправление метеориты микробиология Минобрнауки мифология млекопитающие мобильные приложения мозг Монголия музеи НАСА насекомые неандертальцы нейробиология неолит Нобелевская премия НПО им.Лавочкина обезьяны обучение общество О.Г.И. открытия палеолит палеонтология память педагогика планетология погода подготовка космонавтов популяризация науки право преподавание истории происхождение человека Протон-М психология психофизиология птицы ракета растения РБК РВК регионоведение религиоведение рептилии РКК «Энергия» робототехника Роскосмос Роспатент русский язык рыбы Сингапур смертность Солнце сон социология спутники старообрядцы стартапы статистика технологии тигры торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология Фестиваль публичных лекций физика физиология физическая антропология фольклор химия христианство Центр им.Хруничева школа эволюция эволюция человека экология эпидемии этнические конфликты этология ядерная физика язык

Редакция

Электронная почта: politru.edit1@gmail.com
Адрес: 129343, Москва, проезд Серебрякова, д.2, корп.1, 9 этаж.
Телефоны: +7 495 980 1893, +7 495 980 1894.
Стоимость услуг Полит.ру
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003г. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2014.