Od genetskog inženjeringa do ljubavi: što su biolozi učinili 2017. godine

Od genetskog inženjeringa do ljubavi: što su biolozi učinili 2017. godine

Kirill Stasevich
"Znanost i život" №1, 2018

Geni i stanice

Ako govorimo o događajima koji su se dogodili u "vrućim" pravcima, onda se prije svega sjećam onoga što je objavljeno u časopisu priroda Članak istraživača sa Sveučilišta u Oregonu Zdravlje i znanost koji je uredio genom ljudskih zametaka. Ovo je poznata metoda popravka DNA nazvana CRISPR / Cas9. Metoda je posuđena od bakterija koje se bore protiv virusa s CRISPR / Cas9: biblioteka virusnih sekvenci pohranjena je u bakterijskoj DNA na mjestu zvanom CRISPR, a proteini Cas obitelji (Cas9 i drugi) uzimaju kopije tih knjižničnih sekvenci i uspoređuju ih s bilo kojom stranom DNK prodrli u ćeliju. Ako postoji sličnost, to znači da se viralna DNA pojavila u bakterijama i uništena.

Pokazalo se da je ova metoda neizmjerno prikladnija od ostalih metoda za uređivanje DNA, a može se upotrijebiti za različite korekcije na genom stanice. Nedavno nije objavljen tjedan rada s CRISPR / Cas9 sustavom: konstantno se mijenja i poboljšava, testiran je na kvasac, voćnim mušicama, okruglicama, duhanu i riži na stanicama miševa, svinja, pasa i ljudi.

Čim se metoda CRISPR / Cas9 počela primjenjivati ​​u biotehnologiji, postalo je jasno da će prije ili kasnije stvar doseći osobu, točnije, ljudski embrij. Naravno, genetički urednik može se pokušati isporučiti u nepropisno funkcioniranje organa ili tkiva odraslog organizma, ali ako je unaprijed poznato da će dijete biti genetski bolesno, zašto onda ne ispraviti svoje gene na samom početku razvoja? Ali kako je legitimno ometati DNA embrija? Eticke rasprave trebale bi dugo trajati, ako bi 2015. kineski znanstvenici sa Sveučilišta Sun Yat-sen ne priopćili da su već koristili CRISPR / Cas9 na ljudske embrije. Kao rezultat toga, bilo je moguće dogovoriti da se s određenim rezervama metoda može primijeniti na ljudske embrije. Sada, najvjerojatnije, bit će mnogo više takvih djela, a gornji članak u priroda – samo jedan od prvih.

Istina, ako netko u vezi s tim čeka pojavu "dizajnerske djece" ili bilo kojeg genetski modificiranog super-vojnika, onda će morati pričekati dosta dugo vremena. Problem je u tome što s embrijima učinkovitost CRISPR / Cas9 metode nije 100%: kod nekih zametaka promjene su napravljene samo na jednoj kopiji gena (iako je svaki gen, kao što znamo, u dvije verzije – otac i majka)i kod nekih uređivanja embrija uopće ne funkcionira. Konačno, i još važnije, ako se mogućnosti CRISPR / Cas9 u "uređivanju osobe" uspoređuju s barelom meda, onda se u žlici nalazi luka koja se odnosi na točnost metode.

Točnost CRISPR / Cas9 uvijek se zove jedna od najvećih prednosti – vjeruje se da ne uređuje ništa dodatno. No, prošlog ljeta pojavljuju se barem dva vrlo ozbiljna članka (u Metode prirode i u Prirodna medicina), koji tvrdi da CRISPR / Cas9 još nije prikladan za uređivanje ljudskih gena, rizik od neplaniranih korekcija je vrlo visok. Problem je velika varijabilnost naših gena: isti DNK slijed u dva različita čovjeka može se razlikovati po jednom ili više slova. Iako takve zamjene često ne utječu na funkciju gena, zbog njih stroj za uređivanje može raditi u desetak, ili čak stotinu točaka u genomu. Prvi put da raznolikost gena može dovesti u zabludu CRISPR / Cas9, počeli su razgovarati prije tri godine, ali sada su uspjeli kvantificirati veličinu problema: u nekim slučajevima broj pogrešaka može doseći do deset tisuća. Istina, neki geni ne izazivaju CRISPR / Cas9 za bilo kakve pogreške, a CRISPR / Cas9 radi s njima isključivo precizno.S obzirom na to da je nova metoda previše prikladna za jednostavno uzimanje i odustajanje, biotehnolozi će, naravno, učiniti sve da poboljšaju svoju točnost bez obzira na koji će se geni morati ispraviti.

Nema sumnje da će se metode genetskog inženjerstva sve više i više koristiti u medicini. Već, uz njihovu pomoć, uistinu možete raditi čudesa, kao što se dogodilo sedmogodišnjem dječaku koji je izliječio tešku genetsku bolest pod nazivom "bulozna epidermoliza". Zbog mutacija u stanicama kože, gornji sloj kože tijekom epidermolize bullosa exfoliates i raspada – izgleda da se koža čini rastopiti. Dječak, koji je imao 80% njegove kože, postao je zdrava koža iz vlastitih stanica, u kojima je prethodno ispravio genetske nedostatke; Članak koji opisuje ovaj slučaj objavljen je u priroda početkom studenog.

Sveučilište u Kaliforniji, San Francisco ("Znanost i život"? 1, 2018) "border = 0>

Keratinocit je jedna od stanica epidermisa zbog čega se obnavlja gornji sloj kože. Od tih keratinocita, koža je podignuta za dječaka s buloznom epidermolizom. Fotografija: ZEISS mikroskopija / Torsten Wittmann, Sveučilište u Kaliforniji, San francisco

Još jedno područje biotehnologije, koja već dugi niz godina ostaje jedan od glavnih, jest tehnologija stanica. To je prvenstveno o matičnim stanicama i njihovoj sposobnosti da se pretvore u stanice bilo koje druge vrste. Doista, matične stanice mogu puno učiniti za regenerativnu medicinu kada se uzgaja tkivo od njih ili čak cijeli organ da bi zamijenio plijen. Istina, cijeli organi za transplantaciju još nisu uzgojeni, ali rad u tom smjeru je u tijeku: na primjer, istraživači sa Sveučilišta u Tokiju, zajedno s kolegama iz Stanforda, podigli su mišu gušterača kod štakora – stanice iz njega kasnije su korištene za transplantaciju na dijabetičke miševe. Drugim riječima, bilo je moguće pokazati da se organi mogu uzgajati u interspecifičnim kimerama: kada jedna životinja jedne vrste služi kao inkubator za biomaterijal druge vrste. Činjenica je da nije uvijek moguće rasti orgulje ili tkivo izvan tijela, stanice se ponašaju drugačije. Da biste dobili upravo ono što vam treba, trebate tijelo "dadilja".

A glodavci nisu ograničeni na ovo. Zasigurno se mnogi ljudi sjećaju vijesti o "pigmanu": istraživači Salk Instituta (SAD) početkom prošle godine prijavili su ćelijada su uspjeli izgraditi embrij koji se sastoji od ljudske i svinjske stanice, te da se takav embrij čak i razvio neko vrijeme unutar krave. U budućnosti, u takvim kimerama, organi se mogu uzgajati iz pacijentovih stanica: nakon transplantacije neće uzrokovati probleme s imunološkim sustavom. Takvi pokusi mogu biti neprocjenjivi u studijama kongenitalnih abnormalnosti.

Pored toga, smjer povezan s uzgojem malih tijela nastavlja se razvijati, kada se za potrebe istraživanja stvara dio velikog organa ili njegova malena sličnost. Ponekad nije ni orgulje, već čitav zametak. Doslovno su ga sakupili znanstvenici iz Cambridgea i pokazalo se da je vrlo slično stvarnom (takav miš polu-artikuliran embrij je opisan u jednom od prošlogodišnjih brojeva znanost).

Medicinski uređaji – manji, pametniji i izdržljiviji

Od organa uzgojenih iz stanica, bilo bi logično premjestiti se na konvencionalne medicinske uređaje. Riječ "obična" ovdje, naravno, treba citirati: teško ga možete nazvati pacemakerom koji radi izravno iz srca, pretvarajući energiju kontrakcija u električnu energiju uz pomoć piezoelektričnog elementa.Model takvog pacemakera raspravlja se dugo, a jedan od potonji je opisan u Časopis za sustave i strukture inteligentnih materijala zaposlenici Sveučilišta Buffalo (SAD); i sad govorimo o tome da počnemo staviti takav poticaj ljudima. Termometar, koji mjeri temperaturu unutar tijela i koji prima struju pomoću želučanog soka, ne može se nazvati običnim – stvoren je na Massachusetts Institute of Technology. I senzor glukoze, koji se razvija na Institutu za teorijsku i eksperimentalnu biofiziku Ruske akademije znanosti, zajedno s kolegama iz Velike Britanije i Njemačke, jedva je uobičajen: ovaj senzor je nešto poput tetovaža, kada su mikrokapsule umetnute pod kožu, neprestano prate razine šećera u krvi i prenose informacije na mobilnom uređaju. "Pametna tetovaža" bi trebala raditi godinu dana, ili čak i duže, iako izumitelji još moraju otkriti kako automatizirati proizvodnju takvih kapsula.

Općenito govoreći, takvi nalazi ilustriraju veliko i aktivno razvijeno područje medicine, s ciljem stvaranja vrlo malih i vrlo pametnih dijagnostičkih i medicinskih lijekova: lijekovi trebaju biti pušteni u ljudsko tijelo u pravom trenutku, mini senzori trebaju stalno pratiti fiziološke parametrei mikroelektronika bi trebala raditi što je dulje moguće.

Budući da smo spomenuli pacemakers, vrijedi spomenuti o nekoj vrsti robota koji pomaže srcu da se ugovara: to je silikonski slučaj koji postaje dodatni mišićni sloj – njegova struktura oponaša strukturu vanjskih mišićnih slojeva srca. Robot je skraćen pneumatskom pumpom i skraćivanjem pomaže srcu da radi. To se može učiniti pojedinačno prema anatomskim i kliničkim značajkama određenog srca: na primjer, ako pacijent ima problema s lijevom ventrikulom, silikonski robot će raditi s lijeve strane. Glavna prednost robota je da na bilo koji način ne dođe u dodir s krvlju, za razliku od svih ostalih modela umjetnog srčanog mišića. Nedavno je robotika aktivno projektirala "mekane robote" koji zbog svoje fleksibilnosti i elastičnosti mogu oponašati kretanje živih objekata, bilo da je to plutajuća meduza ili ugovorni mišić, i silikonski miokard stvoren od strane Harvarda istraživača – prekrasan primjer takvog uređaja.

Raka lijekova i sveprisutnog imuniteta

Ako govorimo o medicini u širem smislu, jedna od najvažnijih tema u njemu je rak, imunitet i razni problemi s imunitetom, dijabetesom, složenim neuropsihijatrijskim poremećajima. Štoviše, potrebno je uzeti u obzir da je sve međusobno povezano: govorimo o onkološkim bolestima, definitivno ćemo izaći na imunitet, a govorimo o imunitetu, htjeli biste se, međutim, morati dotaknuti metabolizma, prekomjerne tjelesne težine i živčanog stresa.

Lijekovi protiv malignih tumora traže se u laboratorijima širom svijeta, a ponekad ih se nalaze u potpuno neočekivanim mjestima: na primjer, zaposlenici Sveučilišta Urbino. Carla Bo (Italija) otkrila je da se podjela kanceroznih stanica može spriječiti ekstraktom jagode, a istraživači Far Eastern Federal University pronašli su tvari s anti-onkogenjem u oiura iz Okhotskoga mora iu moru krastavca. Da, iu našem tijelu postoje pomoćnici na kojima se možete osloniti u borbi protiv raka. Dakle, istraživači sa Sveučilišta u Kopenhagenu otkrili su da adrenalin, koji se pojavljuje u krvi tijekom fizičke kulture, uzrokuje samoubojstvo stanica raka (iakosamo stanice određene vrste su osjetljive na ovu akciju adrenalina). I osoblje Instituta Gustave Russi (Francuska) i njihove kolege s Onkološkog centra. M. Anderson na Sveučilištu u Teksasu (SAD) u prošlogodišnjim dvama člancima u znanost izvijestili su da imunološki napad na stanice raka ovisi o crijevnoj mikroflori – pokazalo se da naše simbiotske bakterije pomažu imunološkom sustavu da napadne rak u punoj snazi.

Neki od pregradnih staništa u moru mogu imati lijek za rak. pogled: FWC Institut za ribolov i divljinu / CC BY 2.0

Imunološke metode liječenja raka sada su vrlo aktivno razvijene, jer uz pomoć imuniteta mogu se dobiti stanice raka koje su postale otporne na uobičajene lijekove. Zadatak je aktivirati pacijentov imunitet tako da njegove vlastite imunološke stanice počnu učinkovito loviti zloćudne stanice. Jedan od načina za postavljanje imuniteta za lov na rak je da se imunološke stanice izvuku iz tijela i obuče ih na tumorske stanice u posebnom umjetnom organu koji simulira timusovu žlijezdu. S ovim "vanjskim" treninzima, imunološke stanice mogu vrlo točno razlikovati tumorske stanice i ne dodirivati ​​zdrave tkiva. Međutim, kako je navedeno u travnju u Metode prirodeU klinici, ova metoda još nije testirana.

Djelujući na imunitet, morate biti oprezni, jer u našem tijelu utječe doslovce sve i povezano je sa svime. Iako se isto može zamisliti još optimističnije: ako se imunitet bavi svime, onda možemo pokušati izliječiti bolesti koje se uopće nisu liječile ili su bile loše tretirane. I ovo je još jedan značajan trend u modernoj biologiji – kako bi saznali kako i što utječe na imunološki sustav. Prošle smo godine saznali da stanice imunog makrofaga pomažu srčanim stanicama da izvode kontraktni impuls i time održavaju točan ritam srčanog mišića; da T stanice stimuliraju podjelu matičnih stanica odgovornih za rast kose; da upala, potaknuta od strane određenih vrsta imunoloških stanica, potiče apetit – drugim riječima, imunološki sustav doslovno tjera nas da jedemo više, a toliko više, što je pokazano eksperimentima fiziologa iz Instituta za metabolizam društva Max Planck (Njemačka), sve može završiti pretilosti i dijabetesom , Istraživači Japanskog instituta za fizikalno-kemijska istraživanja (RIKEN) objavili su u Imunologija prirode Članak koji opisuje kako imunitet može utjecati na psihu: Ispada da zbog pretjerano aktivnih imunoloških stanica mozak počinje nedostatkom neurotransmitera kroz koji neuroni mijenjaju signale, a taj nedostatak neurotransmitera neizbježno utječe na ponašanje.

Poteškoće s mozgom

Life Science baze podataka / CC-BY-SA-2.1 ("Znanost i život"? 1, 2018) "border = 0>

Amigdala, ili amigdala, je regija mozga koja je prethodno smatrana "središtem straha" i koja je nedavno pronašla sve više i više funkcija. Slika: Anatomikacija / Life Science baze podataka / CC-BY-SA-2.1

A ovdje je vrijeme da se sjetite velikog znanstvenog područja s velikim brojem područja – o neurobiologiji. Najveći dio istraživanja u njemu pokušava shvatiti kako ljudski mozak radi, osobito s obzirom na višu kognitivnu funkciju: pamćenje, pažnju, komunikaciju s drugim ljudima itd. Razvojem neurobioloških metoda počeli smo bolje razumjeti što se događa. u mozgu, i dugo se nitko ne čudi što se naše prethodne ideje ponekad moraju ozbiljno revidirati. Na primjer, ispada da neko područje mozga obavlja funkcije koje nitko nije mogao zamisliti.Tipičan primjer je amigdala, ili amigdala, na koju je već dugo povezan naziv "centar straha". Zapravo, amigdala se bavi drugim emocijama, a ne nužno neugodnim. Prošle godine u časopisu Neuron Objavljen je članak u kojemu je rečeno da neki neuroni "centra straha" rade ne zbog straha, već zbog užitka – sjećaju se ugodnih senzacija, potom ih potiču da dalje traže ove senzacije. U istoj amigandi, kako pišu autori drugog časopisa ćelija, centar lovačkog ponašanja, a istraživači s Kalifornijskog instituta za tehnologiju (SAD) otkrili su da neki neuroni u amigdali pomažu u procjeni nejasnih i dvosmislenih emocija koje vidimo u drugim ljudima.

Često se ispostavlja da je složena funkcija raspoređena između različitih područja mozga, koja na prvi pogled ne može imati nikakve veze s tom funkcijom. Na primjer, zaposlenici Ekonomske škole za nacionalno istraživačko sveučilište, zajedno sa kolegama iz Northumbria (Ujedinjeno Kraljevstvo) i Aarhus (Danska) sveučilišta, otkrili su da, kako bi razumjeli značenje riječi koja znači određenu akciju, jezični centri mozga okreću se motoru korteksa.To jest, kada čitamo glagol "bacati", a zatim zajedno s uobičajenim jezičnim zonama u mozgu, aktivira se područje korteksa koji je odgovoran za kretanje ruku. Općenito, nedavno neuroznanstvenici koji su sudjelovali u mozgu i veća živčana aktivnost proučavaju ne toliko specifične zone, kao informacijske kanale koji se ove zone spajaju. Neke zadaće koje mozak mora obaviti zahtijevaju zajedničke napore različitih odjela. Kao što su otkrili istraživači iz Max Planckovog društva ljudskog mozga i svijesti, druga osoba može razumjeti, odnosno razumjeti njegove misli, osjećaje i bihevioralne motive moguće samo ako su posebne neuronske "žice" dobro razvijene u mozgu koje povezuju različita područja vremenske i frontalne udio korteksa.

Trebate ritam spavati

U neuroznanosti postoji jedno vrlo intrigantno područje koje uvijek privlači pažnju javnosti – to je istraživanje spavanja. Međutim, spavanje je samo jedna od manifestacija cirkadijanskih ritmova, što doslovno sve u našem tijelu, od imuniteta na živčani sustav, od hormona do tjelesne temperature. Svakodnevni ritam kontrolira poseban molekularni mehanizam,a za dekodiranje prošle godine dali su Nobelovu nagradu u fiziologiji i medicini (o tome pročitajte u Science and Life, br. 11, 2017, u članku Molekularni ritmovi života). No, Nobelova nagrada ne znači da je tema zatvorena, nego naprotiv. Glavni biološki sat je u mozgu, no ritmovi kontroliraju ne samo stanice mozga: istraživači iz Morehouse School of Medicine otkrili su da mišići pomažu mozgu da održava svoj dnevni ritam i da se nosi s posljedicama nedostatka sna.

I nedostatak sna – to je stvarno loše: nedostatak sna i općenito svaki neuspjeh u biološkom satu povećava vjerojatnost teških poremećaja sustava, od pretilosti i dijabetesa do malignih bolesti. Međutim, u tijelu postoje zaštitni sustavi koji pomažu u rješavanju problema "gledanja", a jedan od tih sustava je i ženski spolni hormon. Prošli listopad objavljeni su u časopisu istraživači sa Sveučilišta u Guelphu (Kanada) Kardiovaskularno istraživanje U članku se objašnjava zašto je žensko srce u prosjeku jače od muškaraca: ispada da ženski hormoni štite srce od problema povezanih s poremećajima u cirkadijarnim ritmovima, a to je i razlog zašto se srčani problemi kod žena počinju kasnije nego kod muškaraca.

Treba pojasniti da dnevni ritmovi različitih ljudi mogu poslušati drugačiji raspored; drugim riječima, sove i larke imaju prilično nekoliko sorti, a razlika između njihovih rasporeda može biti nekoliko sati. Međutim, potrebno je slijediti svoj raspored spavanja i budnosti. A što učiniti ako se raspored i dalje spušta i svaki dan se morate boriti s dnevnom pospanosti? Zatim, kao osoblje Sveučilišta Colorado u Boulderu (SAD) tvrdi, dovoljno je provesti nekoliko dana bez elektronskih uređaja i umjetne rasvjete – u članku u veljači Trenutna biologija oni pišu da ostatak od gadgeta pomaže u uvođenju organizma u svoj dnevni raspored (i, usput rečeno, u takvim uvjetima, istodobno se razgraničava razlika između "sova" i "larks".

Morski psi, papiga i ljubav

Wikimedia commons / CC BY-SA 3.0 ("Znanost i život"? 1, 2018) "granica = 0"

Muškarci crnog kavataca kucaju na drvo kako bi privukli ženke. Fotografija: Doug Janson / Wikimedia commons / CC BY-SA 3.0

No, osim velikih područja s velikim otkrićima koja znače veliki uspjeh, što se konačno možemo sjetiti prošle godine? Možda morski psi, koji gutaju plijen, pomažu se svojim ramenima – to je Zbornik radova Kraljevskog društva B jesu li biolozi pisali na Sveučilištu Brown (USA)? Ili crni kokos, koji, brinući se za ženke, ritmički pobjeđuje štapiću na stablo? Usput, ostaju ostaci jedinki koji mogu održavati konstantan ritam. Istraživači na australskom nacionalnom sveučilištu, koji opisuju bubnjare papige u članku u Znanost napreduje, objavljeno je da čak i kavado čini glazbu za sebe. Više na um dolazi dugo izumrli tiranogur, koji je izmjerio snagu ugriza. Istraživači sa sveučilišta u Oklahomi i Floridi (SAD) analizirali su strukturu čeljusti i lubanja jednog tiransosaura i najbližih rođaka dinosaura, tj. Aligatora, krokodila i ptica, te zaključili da se tirannosauri ugriju snagom od oko 34.5 tisuća Newtona, a to je o težini tri malena automobila.

No, najbolja je stvar vjerojatno dovršiti recenziju s dva primjera kako znanost pomaže osobi da se upozna. I oba su primjera o ljubavi. Prvo, eksperimenti sa Sveučilišta Western Australia pokazali su da androstadienon i estratetraenol, koji se smatraju ljudskim feromonima, ne utječu na atraktivnost.Međutim, te tvari mogu nekako utjecati na nas, samo im se učinci čine složenijima, u obliku posredovanih emocionalnih reakcija.

I drugo – bez obzira na to koliko zamislimo idealan muškarac ili žena, naše stvarne sklonosti ne moraju nužno odgovarati onome što smo mislili. Oni koji nam se sviđaju možda izgledaju kao idealan, kao što je navedeno u rujanskom članku u Psihološka znanostNemoguće je predvidjeti od savršene slike koja će nam se svidjeti. A činjenica da se ljubav ne može predvidjeti nesumnjivo je jedan od najistaknutijih znanstvenih rezultata prošle godine.


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: