Для понимания генетики первичных иммунодефицитов полезно сопоставить спектры генетических нарушений, лежащих в их основе, с двумя аналогичными спектрами — суммой данных о последствиях генетического нокаута генов и набором мутаций генов, имеющих отношение к иммунной системе, отобранных и закрепленных в линиях мышей.
В основе генетического нокаута лежит генно-инженерная технология, состоящая в следующем. В ген, подлежащий выключению, вводится ген устойчивости к неомицину (neo), который одновременно расщепляет генмишень и служит маркером. С одной или обеих сторон от гена-мишени помещают второй маркерный ген HSV-tk, кодирующий тимидинкиназу вируса простого герпеса. Ген neo придает клеткам устойчивость к неомицину и его аналогам, а ген HSV-tk — к противовирусному препарату ган- цикловиру. Эту конструкцию вводят в клетки, которые помещают в культуру, содержащую аналог неомицина и ганцикловир. Клетки, в которые описанная конструкция не интегрировалась, гибнут от действия аналога неомицина. Клетки, в ДНК которых конструкция встроилась в нехарактерном для данного гена месте, гибнут от действия ганцикловира. Выживают только клетки, в которых введенная конструкция заняла положенное место и уже вступила в рекомбинацию с нормальным геном, в результате которой ген HSV-tk был «выброшен» как негомологичный (отсюда — устойчивость к ганцикловиру). В таких клетках ген-мишень, расщепленный внедрением гена neo, не работает, в то время как ген neo функционирует и обеспечивает устойчивость к неомицину и его аналогам. Если подобная процедура проделана с зиготой, которую можно ввести в матку самке и получить потомство, удается создать мышей с целенаправленно удаленным геном.
С помощью данной процедуры получено очень большое количество «нокаутных» мышей, у которых инактивированы гены, кодирующие различные молекулы, которые участвуют в развитии клеток иммунной системы и осуществлении иммунологических процессов. Этот подход используют для наиболее четкого определения функциональной роли конкретных молекул в организме. Следствия нокаута генов, кодирующих иммунологически значимые молекулы, весьма разнообразны — от эмбриональной летальности до отсутствия эффектов. Гибель на стадиях эмбрионального развития обычно обусловлена участием молекул в ключевых событиях эмбриогенеза. Само по себе нарушение иммунологических функций не может быть причиной смерти (органы и клетки иммунной системы не относятся к жизненно важным органам) и в условиях особого содержания жизнеспособность обеспечивается при поражениях иммунной системы любой степени тяжести.
С другой стороны, выясняется, что хотя функциональные тесты in vitro и даже in vivo свидетельствуют о наличии у отдельных молекул тех или иных функциональных эффектов (например, у цитокинов, — способности вызывать пролиферацию определенных клеток), выключение соответствующего гена путем нокаута не всегда приводит к утрате функций, выполняемых продуктами его экспрессии. Чаще всего причина такого несоответствия — феномен избыточности, состоящий в том, что один и тот же функциональный эффект может быть вызван несколькими молекулами. Выключение генов каждой из них желаемого эффекта не дает и только выключение генов всего комплекса молекул, выполняющих эту функцию, устраняет изучаемый эффект. Это означает, что далеко не все генетические изменения вызовут видимые функциональные нарушения на уровне организма. С другой стороны, опыт использования генетического нокаута позволил получить достаточно полную информацию о молекулярном обеспечении процессов, обусловливающих развитие и функционирование иммунной системы.
Другой ряд иммунологических феноменов генетической природы, с которым следует сопоставить первичные иммунодефициты, представляет спектр линий мышей, несущих мутации, влияющие на иммунную систему. Мутации, регистрируемые у лабораторных мышей, отбирались искусственно и закреплялись в линиях. В естественных популяциях многие из этих мутаций не могли бы закрепиться. Спектр мутаций мышей, по крайней мере потенциально, более широк, чем спектр мутаций, лежащих в основе первичных иммунодефицитов.
Проведенное сопоставление позволяет констатировать, что наблюдаемый спектр первичных иммунодефицитов человека сужен по сравнению с максимально возможным спектром мутаций иммунологически значимых генов в связи с эмбриональными потерями и выбраковкой мутаций на популяционном уровне под действием отбора. Даже в том минимальном объеме, в каком отбор проявляется в человеческой популяции, его достаточно, чтобы элиминировать очевидно вредные мутации. Действие отбора на мутации, обусловливающие развитие наследственных заболеваний, будет полностью исчезать по мере разработки эффективных методов лечения. С другой стороны, необходимо учитывать, что фенотипически проявляются только мутации тех генов, которые кодируют незаменимые молекулы. Этим объясняется, например, редкость первичных иммунодефицитов, затрагивающих систему цитокинов, для которой характерна максимальная избыточность.