Engineered mice-ը inherited Lyme resistance ցույց տվեցին և ticks-ին այլևս գրեթե չէին վարակում — lab proof of concept, ոչ wild release

Բուժել ոչ թե հիվանդին, այլ խզել փոխանցման շղթան

Լայմի հիվանդությունը ԱՄՆ-ում տզերով փոխանցվող ամենատարածված հիվանդություններից է, և դրա դեմ պայքարը սովորաբար անհատական մակարդակում է՝ ստուգել մարմինը տզերի համար, հեռացնել դրանք, իսկ կծելուց հետո բնորոշ օղակաձև ցանի դեպքում բուժվել հակաբիոտիկներով։ Բայց Լայմ առաջացնող Borrelia burgdorferi բակտերիայի հիմնական բնական հյուրընկալողը մարդը չէ։ Մարդը դրա փոխանցման ցիկլում գրեթե փակուղի է։ Իրական ցիկլը պտտվում է տզերի և փոքր անտառային կաթնասունների միջև, իսկ ԱՄՆ-ի արևելքում կարևոր պահուստային հյուրընկալներից մեկը սպիտակաթաթ մուկն է։ Տիզը բակտերիան վերցնում է վարակված մկից, պահպանում այն զարգացման ընթացքում և հետո փոխանցում հաջորդ մկանը կամ պատահաբար՝ մարդուն։ Մկները պահուստային հյուրընկալներն են, տզերը՝ փոխանցող «ասեղը», իսկ մենք՝ երբեմն պատահաբար կծված կողմը։

Ուստի խնդրին կարելի է նայել հակառակ կողմից։ Մարդկանց մեկ առ մեկ բուժելու փոխարեն ի՞նչ կլինի, եթե հնարավոր լինի մկներին դարձնել իմունային և այդ իմունային հատկությունը պահպանել սերունդ առ սերունդ՝ առանց յուրաքանչյուր կենդանուն առանձին պատվաստելու։ Սա է աշխատանքի հիմնական գաղափարը։ Այն հեշտ է վերածել «ԳՄՕ մկներ», «գենային դրայվ» կամ «վայրի բնության պատվաստում» վերնագրերի, բայց հոդվածի իրական արդյունքը ավելի նեղ ու զգույշ է, և հենց դրա սահմաններն են կարևոր հասկանալ մինչև որևէ դաշտային կիրառում քննարկելը։

Գաղափարը կոչվում է ժառանգվող իմունացում։ Պատվաստանյութի կամ հակամարմնի հրահանգները գրվում են կենդանու գենոմի մեջ, որպեսզի կենդանին ծնված պահից արտադրի համապատասխան հակամարմինը և այդ կարողությունը փոխանցի սերունդներին։ Սովորական պատվաստանյութը պետք է տալ յուրաքանչյուր անհատի, իսկ ժառանգվող գենը կարող է տարածվել սովորական բազմացման միջոցով՝ առանց յուրաքանչյուր նոր սերունդ առանձին պատվաստելու։

Ի՞նչ արեցին հեղինակները

Նրանք սկսել են արդեն հայտնի պաշտպանիչ հակամարմնից։ Borrelia-ի մակերեսին կա OspA կոչվող սպիտակուց, և դրա դեմ հակամարմինն ունի օգտակար հատկություն։ Դասական հակա-OspA աշխատանքներում պատվաստված մկանը կծող տիզը արյան հետ կուլ է տալիս հակամարմինը, և այն կարող է բակտերիայի վրա ազդել հենց տիզի ներսում՝ մինչև հաջորդ փոխանցումը։ Այսինքն՝ թիրախը տիզ–մուկ փոխանցման հանգույցն է, ոչ միայն արդեն վարակված մուկը։

Հեղինակները վերցրել են այդպիսի հակամարմին՝ LA-2-ը, և գենետիկորեն ձևափոխել սովորական լաբորատոր տնային մկներին՝ Mus musculus-ին, որպեսզի կենդանիներն այդ հակամարմինը շարունակ արտադրեն իրենց ԴՆԹ-ից։ Աշխատող կառուցվածքին հասնելու համար մի քանի տարբերակ է փորձարկվել։ Առաջին տարբերակը հակամարմինը արտադրում էր հիմնականում լյարդում և պաշտպանելու համար չափազանց քիչ քանակ էր տալիս։ Հաջող տարբերակում հակամարմինը վերաձևավորվել է փոքր ու կայուն մեկշղթա ձևի, միացվել արյան ալբումին սպիտակուցին՝ շրջանառության ժամանակը երկարացնելու համար, և տեղադրվել գենոմի լավ բնութագրված «անվտանգ նավահանգիստ» տեղամասում, որպեսզի այն կայուն արտահայտվի սերունդ առ սերունդ։

Հետո հերթով ստուգվել են երեք հարց։ Առաջինը՝ հակամարմնի գենը արդյոք հուսալիորեն ժառանգվո՞ւմ է։ Երկրորդը՝ գենետիկորեն ձևափոխված մկները արդյոք դիմադրո՞ւմ են Borrelia-ով վարակված տզերի կծումից առաջացած վարակին։ Երրորդը՝ հիվանդության էկոլոգիայի տեսանկյունից ամենակարևորը, նախկինում չվարակված թրթուրային տզերը այդ մկների վրա սնվելուց հետո մնո՞ւմ են չվարակված, թե վերցնում են բակտերիան։ Վերջին փորձը հենց այն ուղղակի հարցն է՝ փոխանցման ցիկլը խզվե՞լ է։

Ի՞նչ գտան

Հակամարմնի գենը կայուն փոխանցվում էր սերունդներին։ Հաջող կառուցվածքը առաջին՝ չաշխատող տարբերակից մոտ հազար անգամ ավելի շատ հակամարմին էր արտադրում և առնվազն վեց սերունդների ընթացքում պահպանում էր համեմատաբար կայուն մակարդակներ։ Գենի երկու պատճեն ունեցող մկները մոտ երկու անգամ ավելի շատ հակամարմին էին արտադրում, քան մեկ պատճեն ունեցողները։ Առաջին կառուցվածքում դիտված կենդանի առ կենդանի մեծ տատանումներն այստեղ հիմնականում վերացել էին։

Մկները դիմադրում էին վարակին նույնիսկ գենի մեկ պատճենի դեպքում։ Borrelia-ով վարակված տզերով վերահսկվող վարակման փորձերում և՛ երկու պատճեն, և՛ մեկ պատճեն ունեցող գենետիկորեն ձևափոխված մկները սովորական մկների համեմատ ցույց էին տալիս վարակի ցուցիչների վիճակագրորեն նշանակալի նվազում։ Երկու պատճեն ունեցողները ավելի ուժեղ պաշտպանված էին, բայց հատկապես կարևոր է մեկ պատճեն՝ հետերոզիգոտ մկների պաշտպանությունը, որովհետև այն գործնական կիրառման համար շատ ավելի իրատեսական է։

Նրանք մեծ մասամբ դադարեցնում էին բակտերիայի փոխանցումը հաջորդ տզերին։ Առանցքային էկոլոգիական փորձակում նախկինում չվարակված թրթուրային տզերը սնվել են գենետիկորեն ձևափոխված մկների վրա, որոնց հատուկ պայմաններում ենթարկել էին բազմաթիվ վարակված տզերի կծմանը։ Այդ փորձի ընթացքում 10 ձևափոխված մկներից 8-ը մնացել են ամբողջությամբ չվարակված և չեն վարակել հաջորդ տզային սերունդը, մինչ վերահսկիչ սովորական մկների դեպքում նույնը եղել է 10-ից միայն 1-ի մոտ։ Տարբերությունը բարձր վիճակագրական նշանակալիություն ուներ։ Վանդակի ներսում փոխանցման շղթան իսկապես հիմնականում խզվում էր։ Բայց սա վերահսկվող լաբորատոր վարակման փորձ է, ոչ անտառում Լայմի հիվանդության հաճախականության չափում։

Մեխանիզմի վերաբերյալ մնաց մեկ ազնիվ անակնկալ։ Ավելի վաղ հակա-OspA աշխատանքների համեմատ այս գենետիկորեն արտադրվող հակամարմինը պաշտպանել է մկներին, բայց արդեն սնված վարակված տզերից բակտերիան կարծես չի վերացրել։ Այսինքն՝ փոխանցումը խափանվում է մի մեխանիզմով, որը հեղինակները դեռ ամբողջությամբ չեն բացատրում։ Հակամարմնի կապվելը, ըստ երևույթին, բավարար է, բայց ճշգրիտ գործընթացը բաց է մնում։

Ի՞նչ է սա հավանաբար նշանակում

Հիմնական գաղափարը՝ պահուստային հյուրընկալի գենոմում կայուն պաշտպանություն կառուցել և այդպիսով կոտրել հիվանդության փոխանցման ցիկլը, այս լաբորատոր մկների դեպքում աշխատել է։

Մի մանրուք նաև կարևոր կերպով նվազեցնում է ամենասարսափելի «գենային դրայվի» պատկերացումը։ Գենային դրայվը համակարգ է, որը խախտում է սովորական Մենդելյան ժառանգման մոտ 50/50 հավանականությունը և ընտրված գենը փոխանցում է սերունդների շատ մեծ բաժնին, նույնիսկ եթե այդ գենը կենդանուն բնական առավելություն չի տալիս։ Այդ հատկությունը դրայվը հզոր է դարձնում, բայց նաև դժվար վերահսկելի ու հետ կանչելի վայրի բաց թողնումից հետո։ Այս աշխատանքում նման համակարգ չկա։ Քանի որ հակամարմնի գենի նույնիսկ մեկ պատճենը արդեն պաշտպանություն էր տալիս, հեղինակները պնդում են, որ տեսականորեն բավարար կարող են լինել սովորական բազմացումն ու նպատակային բաց թողումները՝ առանց գենը պոպուլյացիայի միջով ստիպողաբար տարածելու։ Նրանք բացահայտ ասում են, որ սա գենային դրայվ չէ։ Սա դեռ դաշտային ցուցադրում չէ, բայց մեկ պատճենով պաշտպանությունն է, որ այդ ավելի վերահսկելի տարբերակը հնարավոր է դարձնում։

Ի՞նչ սա չի ապացուցում

• Աշխատանքը դիտավորյալ կատարվել է ոչ այն մկնատեսակի վրա, որը հիմնական պահուստային հյուրընկալն է վայրի բնության մեջ։ Օգտագործվել է լաբորատոր տնային մուկ՝ Mus musculus, ոչ Peromyscus leucopus սպիտակաթաթ մուկը, որը կարևոր է ԱՄՆ-ի արևելքի Լայմի ցիկլում։ Հեղինակներն արդեն գործիքներ են մշակում Peromyscus-ի համար, բայց պաշտպանիչ գենը այդ տեսակի մեջ դեռ չի փորձարկվել։
• Սա լաբորատոր փորձ է, ոչ դաշտային փորձարկում։ Որևէ գենետիկորեն ձևափոխված մուկ վայրի բնություն չի բաց թողնվել։ Վանդակում չերևացող գոյատևման կամ բազմացման գինը վայրի պայմաններում կարող է կարևոր լինել։
• Սա գաղափարի գործունակության ցուցադրում է, ոչ պատրաստ լուծում։ Պաշտպանությունը ուժեղ էր, բայց ոչ ամբողջական․ վերահսկվող վարակման փորձերում 10-ից 8 մուկը խզել է փոխանցումը։ «Լայմը վերացված է» եզրակացություն հոդվածում չկա։
• Մեխանիզմը ամբողջությամբ պարզ չէ։ Հակամարմինը աշխատում է, բայց ոչ ճիշտ այն եղանակով, որն ակնկալվում էր ավելի վաղ աշխատանքներից։
• Սա գենային դրայվ չէ, և հեղինակները նման բան չեն պնդում։
• Գենետիկորեն ձևափոխված կաթնասունների բաց թողնման համար կարգավորող հստակ նախադեպ չկա։ Էկոլոգիական ռիսկի գնահատումը, կառավարումը և այն համայնքների համաձայնությունը, որոնք պիտի ապրեն նման ծրագրի հետևանքների հետ, դեռ բաց հարցեր են, և հեղինակները դա նշում են։

Որքա՞ն ուժեղ է ապացույցը

Արժե բաժանել երկու մասի, որովհետև դրանք նույնքան հաստատված չեն։

• Լաբորատոր արդյունքը ամուր է։ Հակամարմինը կայուն ժառանգվել է առնվազն վեց սերունդ, վարակի նկատմամբ պաշտպանությունը վիճակագրորեն նշանակալի է եղել, և հետագա փոխանցումը նոր տզերին էականորեն նվազել է՝ չափված ուղղակի փորձով, որտեղ չվարակված տզերը սնվել են մկների վրա։ Մի քանի անկախ փորձ նույն ուղղությունն են ցույց տալիս։
• Իրական աշխարհի քայլը գրեթե ամբողջությամբ չփորձարկված է։ Այլ տեսակը, վայրի գոյատևումը, բազմաթիվ պահուստային հյուրընկալների բարդ էկոլոգիան, բաց թողնման ռազմավարությունը և կարգավորումը այս հոդվածի տվյալների մաս չեն։ Հեղինակներն այդ ամենը ներկայացնում են որպես ապագա աշխատանք, իսկ համայնքների մասնակցությամբ դաշտային ծրագրումը դեռ շատ վաղ փուլում է։

Հրապարակման կարգավիճակն էլ արժե նշել․ այս տարբերակը գրախոսված և ընդունված ձեռագիր է՝ «article in press», ոչ վերջնական խմբագրված հրապարակումը։ Հիմնական արդյունքները դժվար թե փոխվեն, բայց վերջնական տարբերակի հրապարակումից հետո կոնկրետ թվերը նորից ստուգելը ճիշտ կլինի։

Ինչո՞ւ է սա կարևոր

Տզերով փոխանցվող հիվանդությունների դեմ պայքարի մեծ մասը արձագանքային և անվերջ կրկնվող է՝ ցողել, պաշտպանվել, ստուգել, բուժել, կրկնել ամեն սեզոն։ Այս հոդվածը ուրվագծում է այլ մոտեցում՝ մեկ անգամ միջամտել կենդանի պահուստային հյուրընկալի մակարդակում և պահպանման մի մասը թողնել ժառանգմանը։ Եթե նույնը աշխատի սպիտակաթաթ մկների մեջ և դաշտում ապացուցվի անվտանգ ու արդյունավետ, տեսականորեն հնարավոր կլինի տվյալ տարածքում նվազեցնել Լայմի ֆոնային մակարդակը՝ ոչ միայն պաշտպանել առանձին մարդկանց։

Այստեղ «տեսականորեն» բառը հսկայական ծանրություն է կրում, և հոդվածը դա ազնվորեն ընդունում է։ Աշխատանքի արժեքը պատրաստ «բուժումը» չէ։ Այն զգույշ կերպով ցույց է տալիս, որ ժառանգվող իմունացումը կարող է աշխատել և կարող է փոխանցումը խզել՝ վերահսկելի, ոչ գենային դրայվով եղանակով։ Իսկ ամենադժվար հարցերը՝ ճիշտ տեսակը, բաց դաշտը, գենետիկորեն ձևափոխված կենդանիների բաց թողնման էթիկան, կարգավորումը և էկոլոգիան, չեն թաքցվում, այլ հստակ նշվում են որպես դեռ լուծվելիք խնդիրներ։

Կարճ ամփոփում

Լայմի հիվանդության բնական ցիկլը հիմնականում պտտվում է տզերի և պահուստային հյուրընկալ մկների միջև, իսկ մարդը պատահական հյուրընկալ է։ Հետազոտողները լաբորատոր տնային մկների գենոմում ներդրել են Borrelia OspA մակերեսային սպիտակուցի դեմ հակամարմնի գեն, և մկներն այդ կարողությունը առնվազն վեց սերունդ փոխանցել են։ Վարակված տզերով վերահսկվող փորձերում նրանք դիմադրել են Borrelia-ի վարակին նույնիսկ գենի մեկ պատճենի դեպքում, իսկ 10 գենետիկորեն ձևափոխված մկներից 8-ը բակտերիան չեն փոխանցել հաջորդ՝ նախկինում չվարակված տզերին, համեմատած վերահսկիչ մկների 10-ից 1-ի հետ։ Կարևոր է, որ մեկ պատճենով պաշտպանությունը նշանակում է՝ մոտեցման համար գենային դրայվ պարտադիր չէ։ Բայց աշխատանքը կատարվել է լաբորատոր տնային մկների, ոչ իրական սպիտակաթաթ պահուստային հյուրընկալի վրա, վայրի բաց թողնում չի եղել, մեխանիզմը ամբողջությամբ պարզ չէ, իսկ էկոլոգիական, կարգավորող և էթիկական հարցերը բաց են։ Սա ժառանգվող իմունացման զգույշ գաղափարի գործունակության ցուցադրում է, ոչ գենային դրայվ և ոչ «Լայմի խնդրի լուծում»։

Առանց չափազանցության

Ի՞նչ է ցույց տալիս աշխատանքը։ Գենետիկորեն ձևափոխված լաբորատոր Mus musculus-ը, որն արտահայտում է հակա-OspA LA-2 մեկշղթա–ալբումին միաձուլումը, հակամարմինը կայուն փոխանցել է առնվազն վեց սերունդ, տզերով վերահսկվող վարակման դեպքում էականորեն դիմադրել է Borrelia-ին նույնիսկ մեկ պատճեն ունեցող հետերոզիգոտ մկների մոտ, և մեծ մասամբ դադարեցրել է բակտերիայի փոխանցումը նախկինում չվարակված տզերին՝ 10-ից 8 մուկը փոխանցում չի տվել, վերահսկիչների 10-ից 1-ի դիմաց։ Մեկ պատճենով պաշտպանությունը նշանակում է, որ պաշտպանիչ ազդեցության համար գենային դրայվ պետք չէ։

Ի՞նչն է հավանական, բայց ապացուցված չէ։ Հակամարմնի փոխանցումը խափանելու ճշգրիտ մեխանիզմը և այն, որ նույն կառուցվածքը նույն կերպ կաշխատի ու կայուն կժառանգվի սպիտակաթաթ մկների մեջ։

Ի՞նչ չի ցույց տալիս։ Վայրի բնության կամ իրական պահուստային տեսակի վրա որևէ ազդեցություն, պոպուլյացիոն կամ էկոհամակարգային արդյունք, Լայմի հիվանդության վերացում, գենետիկորեն ձևափոխված կաթնասունների բաց թողնման անվտանգություն կամ թույլատրելիություն, կամ գենային դրայվի օգտագործում։

Հիմնական սահմանափակումները։ Օգտագործվել է լաբորատոր Mus musculus, ոչ վայրի Peromyscus leucopus, փորձը միայն լաբորատոր է և առանց դաշտային բաց թողնման, փոխանցումը ուժեղ, բայց ոչ լիովին արգելափակվել է, մեխանիզմը ամբողջությամբ պարզ չէ, իսկ էկոլոգիական, կարգավորող և էթիկական հարցերը չլուծված են։ Հոդվածն ընդունված է, բայց վերջնական խմբագրված տարբերակը դեռ հրապարակված չէ։

Որքա՞ն վստահություն պետք է ունենա ընդհանուր ընթերցողը։ Բարձր՝ որ լաբորատոր մկները ժառանգվող պաշտպանություն են ցույց տվել Լայմի բակտերիայի դեմ և էականորեն խզել փոխանցումը, և որ սա դիտավորյալ գենային դրայվ չէ։ Բարձր՝ որ սա դեռ կիրառված լուծում չէ և ոչ «Լայմի խնդրի ավարտ»։ Ցածր՝ թե արդյոք և ինչպես մոտեցումը երբևէ կաշխատի վայրի պայմաններում։ Ճիշտ վերաբերմունքը՝ զգույշ և հուսադրող գաղափարի գործունակության ցուցադրում՝ հիվանդին բուժելու փոխարեն պահուստային հյուրընկալին փոխելու մասին, մինչ ամենադժվար հարցերը դեռ առջևում են։