Нобелевская лженаука

                Аннотация

Открытие потенциальной «возможности перепрограммирования соматических клеток в плюрипотентные» (индуцированные плюрипотентные стволовые клетки – ИПСК)  было отмечено Нобелевской премией 2012 в году (Дж.Гёрдон, С.Яманака). На такие клетки учёные и клиницисты возлагают очень большие надежды. Полагают, что будут решены проблемы омоложения и продления жизни, лечения тяжелых заболеваний, замены больного органа здоровым, выращенным из простой клетки кожи больного.

Особо привлекательными являются решения проблем: а) этической - связанной с использованием естественных эмбриональных стволовых клеток ЭСК новорожденных, для извлечения которых приходилось прерывать вновь зарождающиеся жизни; б) медицинской - иммунного конфликта, потому что ЭСК являются чужеродными, поэтому отторгались организмом пациента либо приводили к серьезным осложнениям, вплоть до канцерогенеза, а ИПСК были бы своими. К тому же ИПСК можно производить в неограниченных количествах. Однако добиться желанного пока не удается: открытие породило множество новых проблем, не решив прежних.

                Индукция

Индукция (получение ИПСК) -  это скачкообразный переход уже дифференцировавшейся клетки обратно в начало развития (в плюрипотентное состояние, такое, когда из ИПСК якобы может образоваться клетка любого органа). Скачок достигается принудительно - посредством введения в "зрелую" клетку генов факторов транскрипции (то есть, генов особых белков, осуществляющих синтез новых клеток, органов и целого организма).

Нетрудно убедиться, что в результате индукции формируется химера - клеточное образование, которое не является аналогом естественных исходных ЭСК. Химера - это аномалия. Из аномалии здоровые органы не вырастают, наоборот, даже здоровые с их "помощью" превращаются в раковые.

Анализ процессов образования ЭСК естественным путем показывает, что концепция лауреатов является однобокой и недостаточно обоснованной в научном плане: одной лишь транскрипцией невозможно создать стволовые клетки и новые организмы. Эта концепция - заблуждение. Однако речь идет не о простом заблуждение, а о гораздо большем, а именно:
            заблуждаешься сам, заблуди других, тогда ты станешь героем! 

Транскрипция, на которую сделана ставка, является лишь звеном цепи важнейших процессов, без которых в природе образование ЭСК невозможно. К ним относятся дробление зиготы - самой первой клетки будущего ребенка, и образование пакета строго определенного по количеству и типу ЭСК.

"Пакетирование" ЭСК обеспечивает последовательное развитие эмбриона. Оно имеет место в  естественных условиях, но не достигается при индукции.

 Копией ДНК, которая образуется при транскрипции, является РНК. Именно в РНК скрывается основное генетическое содержание стволовых клеток. В отличие от природных ЭСК, совокупность РНК в ИПСК образуется сразу, так сказать, "валом". Следовательно, ИПСК не в состоянии обеспечить последовательности развития. Это очень серьезный недостаток награжденного открытия.

 Неудивительно, что пригодной для клиники оказалась всего одна клетка из десяти тысяч (0,01%) – это просто мизер. Значит, ни теория, ни эксперимент не подтверждают данного открытия.
 
 Индукция, осуществляемая введением в клетку генов факторов транскрипции, может привести, как к гипо(малой)-потентности, так и к гипер(сверх)-потентности, превышающей нормальную потентность (плюрипотентность – это способность развития в разные органы). В результате ИПСК никак не хочет становиться тем, что нужно ученым и врачам, а всё норовит превратиться в раковые. Или стремится хотя бы просто погибнуть.

                Гипо- и гипер- потентность, а также метилы

 Чтобы родился здоровый ребенок, потентность ЭСК должна строго соответствовать норме. Если она меньше нормы, то родится ребенок либо нежизнеспособный, либо с телесными или умственными дефектами. А если она больше нормы, то может родиться, например, двуголовый ребенок. Но, как правило, гибель дефектного плода происходит в утробе на ранних стадиях развития.

Общепризнано, что работа генов регулируется метилированием ДНК. Метил состоит из атома углерода трех атомов водорода. Углерод четырехвалентен, поэтому одна из связей остается свободной. Благодаря этой свободной связи метил в состоянии прочно связаться с ДНК. В зависимости от локуса (места)связывания, либо препятствуется работе гена, либо задается синтез белка.

В дифференцированной клетке с ДНК связано большое количество метилов, запрещающих работу ненужных для данной клетки генов (ДНК метилирована). Поэтому большинство генов не работает, а только те, которые характерны для данной клетки. Иначе, например, клетка кожи перестанет быть клеткой кожи, а клетка нейрона – клеткой нейрона.

Очевидно, что при введении генов факторов транскрипции по-Яманака (их всего четыре), может быть получено только ограниченный типаж белков. В живом организме присутствует более двух тысяч ТФ - факторов транскрипции (по некоторым источникам, 2600), что обеспечивает всё многообразие типов клеток тела.

Однако одних ТФ недостаточно: ДНК должна быть метилирована в определенных участках. 
 
Этот теоретический результат подтвержден экспериментально. В опытах с пересадкой ядер было доказано, что эффективность перепрограммирования клетки действительно зависит от степени метилирования ее генома. В частности, метод бисульфитного секвенирования позволяет с высоким разрешением изучать метилирование ДНК. Было установлено, что гипо(мало)метилированная ДНК легче поддается  перепрограммированию - индукции [1, 2]. Интересно, что другой лауреат (Дж.Гёрдон) в 2004 году опубликовал статью на эту тему [2].

Было далее показано, что эффективность перепрограммирования можно повысить  посредством подавления метилирования ДНК.  Поэтому у некоторых ученых возникла идея тотально деметилировать ДНК клетки с помощью ферментов-деметилаз, что якобы привело бы к полноценной плюрипотентности, и цель была бы достигнута.

Но не тут-то было. Результаты подобных вмешательств предсказуемы –  нарушение работы генома и образование сверхпотентных химер. Логичная на первый взгляд идея оказалась непригодной – закономерности функционирования генома сложнее, чем можно предположить на основе простой экстраполяции факта повышения эффективности перепрограммирования посредством подавления метилирования ДНК. 

Поскольку контролировать процесс перепрограммирования сложно, то в итоге происходит отсев большей части клеток. Названные выше цифры озвучил сам Яманака - один из двух награжденных. "Пока процент пригодных для клиники клеток не выше 0,01%"  [3].
Это никак не 99,9%, что было бы предпочтительнее. Явно отсутствует повторяемость результатов - один из важных условий в науке и технике.
 
 В научном плане это микроскопический успех, то есть "псевдоуспех". Но благодаря широкой рекламе, обещаниям ярких перспектив здоровья и омоложения, безграничной вере людей – мировая слава. В реальной жизни удалось индуцировать золото в прямом смысле слова (Приз Нобеля и несколько миллионов долларов).
 
                О необходимости оценки качества клонов ИПСК

Институт в Киото, которым руководит доктор Яманака, планирует клинические испытания ИПСК по лечению болезни Паркинсона, диабета и заболеваний крови. Однако, по его словам, до начала испытаний нужно преодолеть немало проблем.
Цитата из интервью Яманака: «Технология пока еще в младенческом возрасте, ведь наша группа разработала ее только шесть лет назад. Одна из главных задач – разработать метод получения пригодных для клиники клеток. Это означает, что мы должны определить, какой тип соматических клеток лучше всего подходит для наших целей и какой метод нужно использовать, чтобы технология была безопасной. Моя группа работает над созданием клеток, пригодных для клинического использования, а также над методом оценки качества клонов ИПСК. Даже клоны, полученные из одной и той же соматической клетки, различаются по характеристикам…» [4].

Достойное признание. Кстати, это было сказано перед присуждением премии в 2012 году.
«Клоны, полученные из одной и той же соматической клетки, различаются по характеристикам» - тоже его слова.

Дело не в «младенческом возрасте» технологии. Дело в том, что в научном плане исходная концепция примитивна до ошибочности.
На ошибочность и непоправимый вред открытия необходимо указать со всей ясностью, потому что на кону не клетки, а человеческие жизни.
Примечание: даже спустя 10 лет, в 2022 году, многие проблемы еще не решены.

                О терминах

 Что подразумевают под термином «перепрограммирование»? Конечно же:
    скачкообразный возврат клетки из унипотентного (дифференцированного) состояния в предполагаемое недифференцированное плюрипотентное состояние. При этом образуется набор стволовых клеток (РНК) – продукт деятельности введенных в клетку генов факторов транскрипции.

По сути, «перепрограммирование клетки» должно быть родственным явлению «программирование ДНК», потому что перепрограммирование – это удаление существующей программы и вторичное программирование. К сожалению, нет ничего общего между ними.

В 2010 году автором этой заметки теоретически открыто явление «Естественное биохимическое программирование ДНК». 

Явление интересно тем, что в нем основными фигурантами являются половые гормоны. Половые гормоны выполняют несколько функций, в том числе, регулируют: транскрипцию; геном потомка; половой диморфизм (развитие по мужскому или женскому пути), а также осуществляют метилирование ДНК.

Согласно этой теории, у человека и других млекопитающих в транскрипции участвуют не два, а три фактора: ДНК; комплекс транскрипционных белков; половые гормоны (которых не вводят в клетку и о которых вовсе нет речи в Открытии) [5].

 Очевидно, что перепрограммирование по-Яманака не имеет никакого отношения к явлению программирования ДНК [5]. Поэтому неважный результат его экспериментов неудивителен.

Поскольку индуцированные клоны клетки одного и того же донора, вопреки ожиданию лауреатов, практически не являются клонами по причине разброса характеристик, то следует говорить, что имеет место непрогнозируемая изменчивость. Эта  изменчивость касается набора РНК (стволовых клеток). Очевидно, что подобная изменчивость является источником иммунного конфликта после введения ИПСК пациенту. Не исключена даже гибель больного.
 
                Новые проблемы

Даже если удастся вырастить новый организм из ИПСК, то возникнут серьезные проблемы не только этического плана. Уголовный аспект может возникнуть тогда, когда удастся вырастить клон человека, предназначенного "на органы". 

Даже если всё будет идеально, то от момента создания ИПСК до образования полноценного органа для замены должно пройти хотя бы полтора десятка лет. Дождется ли больной? Кроме того, возникает вопрос,- в каком месте организма пациента будут расти сначала эмбрион, а затем плод и осуществиться рождение после ведения ИПСК пациенту? Если проблема у женщин может показаться разрешаемой, то у мужчин возникают сложности.

На рисунке показан эмбрион в сердце. Нетрудно представить результат развития эмбриона в сердце: неизбежная остановка сердца и гибель человека. Поэтому ученые прилагают все усилия для выращивания отдельных органов в пробирке, но это уже другая тема, такая же непредсказуемая. Могу лишь искренне посочувствовать тем, кто нуждается, верит и надеется вылечиться благодаря этому открытию.

Мудрец сказал: «всё гениальное – просто». Некто осторожный добавил: «но не всё простое – гениально». Оба изречения не только верны, но и в полной мере соответствуют данной ситуации. Идея Яманаки проста, но не гениальна, потому что не подтверждается экспериментом, то есть, она неверна. Это по пункту 2. А гениальность по пункту 1 заключается в том, с какой простотой была получена Нобелевская премия. Такая вот индукция славы.

В целом, рано говорить о научной революции, о которой заявляют сторонники ИПСК [6;7].

                Заключение

Неизвестно, какой непоправимый вред в состоянии нанести лженаука. Сколько лабораторий во всех уголках мира, очарованных перспективами, потратили средств и времени на повторение или развитие работ с ИПСК без видимых успехов? Трудно сосчитать, сколько клиник практикует лечение стволовыми клетками, и каковы результаты, каков реальный процент канцерогенеза. Во всяком случае, нобелевская аура открытия будет играть немалую роль в интересе к ИПСК и привлечении финансирования.

  Однако эйфория постепенно сходит на нет. Некоторые ученые уже высказываются против ИПСК не в кулуарах, а в открытую даже по ТВ. Ясно одно - без серьезной теоретической проработки и выработки новых подходов добиться успеха проблематично. Индукция стволовых клеток в предложенном виде – тупиковое направление. ИПСК – не волшебная палочка и не панацея.

Литература
1. Meissner A, Mikkelsen TS, Gu H, Wernig M, Hanna J, Sivachenko A, Zhang X, Bernstein BE, Nusbaum C, Jaffe DB, Gnirke A, Jaenisch R, Lander ES.  Genome-scale DNA methylation maps of pluripotent and differentiated cells.   Nature. 2008 Aug 7;454(7205):766-70.doi: 10.1038/nature07107. Epub 2008 Jul 6       (рус. Карты метилирования ДНК плюрипотентных и дифференцированных клеток в масштабе генома);
2. Simonsson S., Gurdon J. DNA demethylation is necessary for the epigenetic reprogramming of somatic cell nuclei (англ.) // Nature Cell Biology. — 2004. — № 6. — С. 984-990. — DOI:10.1038/ncb1176 (рус. Деметилирование ДНК необходимо для эпигенетического перепрограммирования ядер соматических клеток);
3.      Старокадомский Петр. Снежный ком проблем с плюрипотентностью
4. Торгашев Алексей,   Головина Дарья. За плюрипотентность! Русский репортер; «Expert Online» /10 окт 2012, 11:05;  http://expert.ru/2012/10/10/za-plyuripotentnosti/
http://biomolecula.ru/print.php?id=897 [9 июля, 2011 г.];
5. Гелецян С.Г. Программирование ДНК; монография, М., МГОУ, 2010, 227 с., илл.. ISBN 978-5-7017-1532-;
6. Чугунов А. Нобелевская премия по физиологии и медицине (2012): индуцированные стволовые клетки.; 8 октября, 2012 г.
7. Чугунов А. Была клетка простая, стала стволовая. Биомолекула, 2008