Genetika
8.2 Molekulární medicína
Molekulární medicína je vědní obor, integrující aplikace nejnovějších poznatků z biofyziky, chemie, biochemie, genetiky a molekulární biologie. Jeho cílem je získávat a využívat informace o molekulárních strukturách a mechanismech s cílem vyvinout terapeutické a intervenční metody a postupy na molekulární úrovni. Příkladem využití poznatků z genetiky v molekulární medicíně je vývoj tzv. genové terapie. Pod tímto pojem se obecně rozumí terapeutický postup, při němž je do genomu pacienta vpravena cizí sekvence DNA (obrázek 15). Genetická informace, kterou cizí DNA nese, zpravidla nahrazuje poškozenou, chybějící nebo nefunkční genetickou informaci v genomu pacienta. Tato situace může nastat zpravidla vlivem mutací.
Příklad 1. První úspěšnou genovou terapii provedl tým, který vedl Dr. French Anderson v National Heart, Lung and Blood Institute v USA v roce 1990. Pacientkou byla čtyřletá holčička Ashanti DeSilva. Narodila se s deficitem enzymu adenosin deamináza (dále ADA), v jehož důsledku trpěla těžkou imunodeficiencí. Nefunkční enzym ADA u pacientů způsobuje hromadění deoxyadenosinu, které vede k inhibici syntézy DNA. Ta se nejvíce projevuje v mitoticky aktivních buňkách, jako jsou např. prekurzory B a T lymfocytů. Kromě toho, dalším z důsledků nefunkčního enzymu ADA je zvýšení koncentrace S-adenozylhomocysteinu, který rovněž působí toxicky na nezralé lymfocyty. Tato porucha byla způsobena autozomálně recesivní mutací genu pro zmíněný enzym. Vzhledem k závažnosti zdravotního stavu pacientky se její rodiče rozhodli podstoupit rizika genové terapie. Tým specialistů jí odebral leukocyty, které byly dále kultivovány a s pomocí tzv. nosiče (v tomto případě retroviru) byla do nich vnesena DNA s funkčním genem pro enzym ADA. Takto upravené buňky byly po kultivaci vpraveny zpět do těla pacientky. Ashanti DeSilva žije dodnes.
Obrázek 15 - Princip genové terapie
Bohužel, tato metoda zatím zůstává pouze doménou výzkumu. Její aplikaci do klinické praxe brzdí především ne zcela zvládnutá technologie způsobu vpravení do organismu pacienta a možné selhání integrace nukleové kyseliny s funkční kopií genu do složitého systému řízení exprese genů v genomu pacienta.
Příklad 2. Jedním z prvních veřejně známých případů nezdařené genové terapie je považován Jesse Gelsinger. Trpěl deficiencí enzymu ornitin transkarbamyláza. Gen pro tento enzym je umístěn na chromosomu X. Zvláštností tohoto případu bylo, že u pacienta tato mutace vznikla až v průběhu embryonálního vývoje. Z genetického hlediska se tudíž jednalo o mozaiku (viz poznámky v kapitole 7.4 Molekulárně genetické metody), proto onemocnění nemělo v tomto případě obvyklý letální průběh. V rámci terapie byl pacientovi podán vektor (adenovirus) s funkční kopií DNA genu pro ornitin transkarbamylázu. Pacient bohužel zemřel o čtyři dny později ve svých osmnácti letech.
Přes všechny zmíněné nedostatky představuje genová terapie příslib nových terapeutických možností v relativně blízké budoucnosti.
Příklad 3. V prosinci roku 2011 byla týmem britských specialistů publikována v časopise New England Journal of Medicine úspěšná genová terapie čtyř pacientů s hemofilií B. Výsledkem terapeutického postupu bylo obnovení syntézy koagulačního faktoru IX u všech pacientů bez nutnosti jeho injekční suplementace.
Důležité poznámky:
- Z obrázku 15 vyplývá, že v případě úspěšně provedené genové terapie zůstává naživu recesivní homozygot, který by bez terapeutického zásahu zemřel anebo byl do konce života odkázán na terapii. V případě sňatku vyléčené holčičky s genotypově zdravým mužem bude všechno její potomstvo tvořeno heterozygoty, kteří budou mít jednu mutantní recesivní alelu. Je tomu tak proto, že genovou terapií byla pozměněna pouze část somatických buněk pacientky. V tomto případě bohužel nebyla ovlivněna genetická informace v prekurzorech pohlavních buněk – gamet. Vidíme, že genová terapie z hlediska genetiky populací může zvyšovat v populaci podíl mutantních alel díky potomstvu vyléčených jedinců, kteří budou (v toto konkrétním případě) heterozygotní nosiči bez patologických klinických projevů. To může v konečném důsledku vést k nárůstu pacientů – recesivních homozygotů, kteří budou vyžadovat genovou terapii. Jediným teoreticky proveditelným řešením, které by v budoucnosti umožnilo kompenzovat poškozenou genetickou informaci ve všech buňkách člověka, je genová terapie v raných stadiích prenatálního vývoje. Tato možnost je ovšem spojena s velkými etickými dilematy (viz kapitola 8.3 Etické problémy), protože přímo zasahuje do integrity lidské bytosti a jejího rozmnožování.
- Terapeutický princip, uvedený na obr. 15 se nedá aplikovat v případě mutantních alel s dominantním projevem. Dominantní mutantní alela (s chybějící a/nebo pozměněnou funkci proteinového produktu) se projeví už v heterozygotním stavu. Jedinou možností medicínské aplikace genetiky je pouze prenatální skríning v případě pozitivní rodinné anamnéze výskytu choroby (např. Huntingtonova chorea).