Редактируя геном, надо ожидать непредвиденных последствий


Редактирование генома — большие возможности и большие проблемы
Редактирование генома — большие возможности и большие проблемы.

Почти ровно год назад я принял участие в Международном Саммите по редактированию генома человека (Summit of Human Gene Editing) в Национальной академии наук (National Academy of Sciences) США. Он был организован Дженнифер Дудной (Jennifer Doudna), возможно, одной из изобретателей CRISPR/Cas9. Это новый биотехнологический инструмент — дешёвый, простой в использовании и надёжный, что позволяет тысячам учёных по всему миру изменять гены в растениях, модельных организмах и живых клетках человека.

Одним из самых главных пунктов повестки дня было обсуждение редактирования зародышевой линии, наследственного кода, содержащегося в сперме и яйцеклетке, передающегося будущим поколениям. Главный интерес представляет то, что CRISPR/Cas9 откроет новую почву для «рыночной евгеники» — редактирование генома будет сочетаться с методами экстракорпорального оплодотворения. Безусловно, существует мотивация для изучения этой перспективы: многие матери, когда им прогнозируют, что у их ребёнка будет, например, синдром Дауна, выбирают аборт. Если им прогнозируют, что у их ребёнка будет аутизм, или большая депрессия, и если у них будет возможность изменить генетические маркеры интеллекта или признаки риска психического заболевания, у них может возникнуть соблазн воспользоваться ею. Действительно, страховщики могут даже предоставить возможность оплаты за модификацию in vitro генов, связанных с аутизмом, или, например, генов, которые предполагают риск развития рака молочной железы. (далее…)

Созданы устойчивые к туберкулёзу коровы


Угадайте, какая из этих коров генетически модифицирована? Правильный ответ — обе.
Угадайте, какая из этих коров генетически модифицирована? Правильный ответ — обе.

Учёные из Северо-западного научно-технического университета сельского и лесного хозяйства (кит. 西北农林科技大学) вывели трансгенных коров с повышенной устойчивостью к туберкулёзу. Они использовали модифицированную версию CRISPR, благодаря чему им удалось избежать распространённой проблемы исходной технологии — появления незапланированных мутаций. Результаты работы опубликованы в журнале Genome Biology. (далее…)

Make помидоры вкусными again!


В ходе селекции помидоры утратили некоторые гены. Современные томаты крупнее диких предшественников и более старых сортов, но и менее сладкие.
В ходе селекции помидоры утратили некоторые гены. Современные томаты крупнее диких предшественников и более старых сортов, но и менее сладкие.

Многие жалуются, что помидоры уже не такие вкусные, как раньше. Это справедливые обвинения: производители выводят сорта, которые дают высокие урожаи, не поддаются болезням и хорошо переносят транспортировку, а про вкусовые качества вспоминают в последнюю очередь. Учёные из Китая, США, Испании и Израиля выяснили, как нужно изменить геном помидоров коммерческих сортов, чтобы они вновь стали вкусными. (далее…)

Создан организм, ДНК которого содержит 6 «букв»


Код дезоксирибонуклеиновой кислоты содержит всего 4 "буквы" в двух возможных сочетаниях. До недавнего времени у этого правила исключений не было.
Код ДНК содержит всего 4 «буквы» в двух возможных сочетаниях. До недавнего времени у этого правила исключений не было.

Генетический код содержит всего четыре основные «буквы». Они могут соединяться, но только в определённых сочетаниях, поэтому основных пар, образующих «перекладины» на «лестнице» ДНК, всего две. И этого оказалось достаточно, чтобы появились бактерии и бабочки, пингвины и люди. Четыре азотистых основания в двух сочетаниях создали жизнь на Земле такой, какую мы её знаем.

Или, по крайней мере, знали до сих пор. Исследователи из Исследовательского института Скриппс (The Scripps Research Institute, TSRI) сообщила о создании первого стабильного полусинтетического организма. Учёные использовали результаты собственной работы 2014 года, в ходе которой им удалось синтезировать новую пару оснований для ДНК. В бактерии, которая появилась на свет в результате нового проекта, помимо обычных азотистых оснований аденина, тимина, гуанина и цитозина (А, Т, Г и Ц), присутствуют ещё два. Авторы работы обозначили их буквами Х и Y.

Профессор Исследовательского института Скриппс Флойд Ромсберг (Floyd Romesberg) и его коллеги продемонстрировали, что созданный ими одноклеточный организм способен сохранить новую пару оснований даже после многократного деления. Результаты исследования опубликованы в издании Proceedings of the National Academy of Sciences.

Хотя практическое использование нового организма — дело далёкого будущего, исследователи полагают, результаты новой работы могут быть использованы уже сейчас. Например, для придания новых свойств одноклеточным, используемым в процессе поиска новых лекарственных средств. (далее…)

Индия: противники ГМО подали на учёных в суд


ГМ-горчица на поле Делийского университета. Растёт себе и не знает, что вокруг неё жители страны ломают копья.
ГМ-горчица на поле Делийского университета. Растёт себе и не знает, что вокруг неё жители страны ломают копья.

Индийские власти были готовы одобрить первый местный сорт пищевых ГМ-культур, но торжество биотехнологии пришлось отложить — противница ГМО подала на исследователей в суд. Она обвиняет генетиков и правительство в преднамеренном обмане. (далее…)

Сосны и ели используют одни и те же гены для адаптации к холоду


Pinus contorta
Сосна скрученная широкохвойная (Pinus contorta).

Международная группа исследователей, в которую вошли специалисты шести научных организаций Австралии, Канады и США, продвинула нас в понимании генетических механизмов адаптации деревьев к меняющимся условиям окружающей среды. Показано, что два связанных дальним родством вида деревьев используют одни и те же гены для решения сходных задач. Материалы исследования опубликованы в журнале Science.

«Главный вопрос биологии: как повторяется эволюционный процесс? Один из способов ответить на заданный вопрос — изучить, как различные виды приспосабливаются к похожим условиям, и проверить, используются ли одинаковые генетические решения при такой адаптации», — говорит один из авторов исследования, профессор Джейсон Холлидей (Jason Holliday).

В течение пяти лет около тридцати человек изучали два вида хвойных деревьев, растущих в западной части США и в Канаде — сосну скрученную широкохвойную (Pinus contorta) и канадскую ель (Picea glauca). Были собраны образцы из более чем 250 мест, после чего геном каждого из деревьев (23 тысячи генов) был секвенирован.

Анализ полученных данных показал, что сосна и ель используют один и тот же набор из 47 генов для адаптации к изменениям температуры, зависящих от расположения места обитания растения. Это интересный результат, ведь общий предок данных деревьев жил около 140 млн лет назад. У близких видов часто развиваются сходные черты, но в какой степени сходны на уровне генома наблюдаемые признаки разных видов, до сих пор не проверялось. (далее…)

Виды в «серой зоне»: кто с кем смешивается


Западная горилла находится в «серой зоне» видообразования.
Западная горилла находится в «серой зоне» видообразования.

В новом исследовании, результаты которого опубликованы в журнале PLOS Biology, французские генетики разбирались, насколько способность разных видов животных скрещиваться зависит от степени различий между их геномами.

Когда мы слышим о разных видах, то обычно представляем себе что-то вроде собаки и кошки. Спутать их сложно даже в темноте. Однако зоологи-систематики регулярно сталкиваются со сложными ситуациями: существует две популяции животных — вроде бы не совсем одинаковые, но различий не так много, чтобы однозначно сказать, это ещё один вид или уже два. Вероятно, некий вид недавно начал делиться. А это процесс постепенный. Учёные бесконечно спорят о видовом статусе некоторых животных и растений, взгляды специалистов по таким вопросам неоднократно менялись. Например, раньше всех горилл относили к одному виду, а теперь делят на два — западную гориллу и восточную, с двумя подвидами в каждом.

Проблем добавляет то, что некоторые виды внешне различаются сильно, а генетически — нет (допустим, белый и бурый медведи). У других видов — наоборот, строение почти одинаковое, а генетические различия — велики. Это так называемые «виды-двойники», которых описано немало среди насекомых или моллюсков. Например, европейского малярийного комара Anopheles maculipennis, когда-то считавшегося единым видом, учёные впоследствии разделили на 6 видов-двойников, из которых переносчиками малярии выступают только 2.

Как же может зарождаться новый вид? Допустим, популяция животных по каким-то причинам разделилась на две. Сначала популяции довольно легко обмениваются генами, но постепенно в их генофондах накапливаются различия, в результате которых гибриды, если и рождаются, оказываются менее жизнеспособными. В итоге рано или поздно генетические барьеры приводят к практически полной изоляции. И тут учёные уже могут сказать: «Вот разные виды!» (далее…)

Лечение рака груди назвали «образцом индивидуализированного подхода»


Доктор Стивен Кац полагает, что лечение рака молочной железы может стать примером использования персонализированного подхода в онкологии.
Доктор Стивен Кац полагает, что лечение рака молочной железы может стать примером использования персонализированного подхода в онкологии.

Споры о том, в какой степени индивидуализированный подход к терапии способен повлиять на лечение онкологических больных, продолжаются. Предварительные результаты клинического исследования NCI-MATCH (англ. National Cancer Institute — Molecular Analysis for Therapy Choice, рус. Национальный институт онкологии — Молекулярный анализ в выборе терапии) демонстрируют ограниченность применения результатов генетических исследований, несмотря на усилия, прилагаемые в этой области. Однако, по мнению руководителя программы исследования социального поведения доктора Стивена Каца (Steven Katz), рак молочной железы (РМЖ) может стать образцом применения индивидуализированного подхода для улучшения процесса ведения пациентов.

В докладе, сделанном на Симпозиуме по лечению рака молочной железы памяти Линн Сейдж (Lynn Sage Breast Cancer Symposium), доктор Кац сообщил, что РМЖ даёт «пример того, как индивидуализированная медицина способна повысить качество онкологической помощи», поскольку у 75% пациентов с недавно диагностированным раком груди отличный прогноз, а также потому, что для лечения РМЖ уже разработаны более продвинутые методики персонализированной терапии, пока отсутствующие в других областях онкологии. Как результат, иногда при выборе способа лечения РМЖ врачи и пациенты уже могут руководствоваться соображениями качества жизни. Доктор также отметил, что в 2015 г. около 30% пациентов, страдающих РМЖ, прошли генетическое обследование, в то время как в 2012 г. их доля составляла всего 10%. (далее…)

Сколько у вас хромосом? История одной мутации


Сравнение хромосом человека и шимпанзе. Видно, что 2-я хромосома человека соответствует 2-м хромосомам шимпанзе.  Источник: Jorge Yunis, DIAGRAM OF HUMAN AND CHIMP CHROMOSOME, Science 208:1145-58 (1980). Courtesy of Science magazine.
Сравнение хромосом человека и шимпанзе.
Видно, что 2-я хромосома человека соответствует 2-м хромосомам шимпанзе. Источник: Jorge Yunis, Science 208:1145-58 (1980). Courtesy of Science magazine.

Один из популярных доводов креационистов звучит так: у человекообразных обезьян — шимпанзе, горилл и орангутанов — на 2 хромосомы больше, чем у человека. Как же получилось, что в процессе эволюции у людей потерялись хромосомы? Происходит ли что-то подобное у нас сейчас? Почему люди могут и не подозревать, что они — мутанты? Каким образом эти мутанты размножаются?

Напомним нашим уважаемым читателям, что хромосомы — это такие штуки, в которые в наших клетках упакована ДНК. У человека 23 пары хромосом: 23 хромосомы достались нам от мамы и 23 — от папы. Итого 46. У шимпанзе — 24+24=48. Полный набор хромосом называется «кариотип». В каждой хромосоме находится в плотно скрученном виде очень большая молекула ДНК. На самом деле, важно не число хромосом, а те гены, которые в этих хромосомах содержатся. Один и тот же набор генов может быть упакован в разное число хромосом.

В 1980 году в авторитетном журнале Science вышла статья команды генетиков университета Миннеаполиса. Исследователи применили новейшие на тот момент методы окраски хромосом (на хромосомах появляются поперечные полоски разной толщины и яркости, при этом каждая хромосома отличается своим особым набором полосок). Оказалось, что у человека и шимпанзе исчерченность хромосом почти идентична! Но как быть с лишней хромосомой у обезьян? Всё очень просто: если напротив второй хромосомы человека поставить в одну линию 12-ю и 13-ю хромосомы шимпанзе, соединив их концами, мы увидим, что вместе они и составляют вторую человеческую. (далее…)

Шесть клонированных лошадей помогли выиграть чемпионат по поло


Адольфо Камбиасо и его шесть клонированных лошадей.
Адольфо Камбиасо и его шесть клонированных лошадей.

В прошлую субботу Адольфо Камбиасо (Adolfo Cambiaso) выиграл один из самых важных международных чемпионатов по поло верхом на клонированной лошади. За время матча Campeonato Argentino Abierto de Polo («Открытый чемпионат Аргентины по поло», исп.) он сменил шесть скакунов по имени Cuartera 01, Cuartera 02 и т.д. Все они — генетические копии одной кобылицы. (далее…)

Диагностирование генетических болезней по фото


 Так выглядит профиль загруженного фото пациента с оценкой вероятности одного из множества заболеваний, представленных в базе программы

Так выглядит профиль загруженного фото пациента с оценкой вероятности одного из множества заболеваний, представленных в базе программы.

Уже тысячи занимающихся генетическими заболеваниями врачей и исследователей по всему миру используют для предварительной диагностики компьютерную программу Face2Gene.

FDNA, материнская компания Face2Gene, была создана шесть лет назад после того, как израильские соучредители продали прежнюю компанию по производству программ по распознаванию лиц Face.com компании Facebook. Эта программа способна различать конкретные лица после «обучения» на нескольких изображениях конкретного человека. Программа Face2Gene, напротив, определяет паттерн, общий для группы людей с одним синдромом. Установление этого общего знаменателя позволяет программе создавать составное характерно-усреднённое изображение, соотносящееся с заболеванием.

Когда генеральный директор Декел Гелбман (Dekel Gelbman) был принят на работу в 2010 году, он встретился с несколькими практикующими врачами и быстро понял, что распознавание лиц может помочь снизить число недиагностированных заболеваний.

По оценке Face2Gene из более 7000 известных генетических синдромов до половины связаны с особым типом лица, который можно узнать и использовать для установления диагноза. Синдром Дауна, например, является одним из наиболее распространённых, и поэтому его легче диагностировать. Но более редкие заболевания могут оказаться сложной задачей.

«Представьте, что вы генетик и у вас в голове есть собственный архив изображений, соответствующих тому, что вы видели и чему вас учили, — Объяснил Гелбман. — Вы не можете знать всего. Ваша способность вызвать в воображении образ или попытаться сравнить модели в уме, ограничена. Как же вам упростить это?»

Face2Gene бесплатно использует данные, собранные генетиками. Хотя технология бесплатна для поставщиков информации, Гелбман предусматривает оплату фармацевтическими компаниями за получение доступа к помощи в обнаружении и разработке лекарственных средств. Чем больше людей вводят данные в Face2Gene, тем больше система запоминает черт лица, связанных с какими-либо синдромами. По словам Гелбмана, 60 процентов клинических генетиков и генетических консультантов по всему миру используют эту технологию.

Мобильное приложение автоматически фотографирует пациента, загружает эту фотографию на сервер, а также анализирует черты лица в течение нескольких секунд, чтобы составить список синдромов, соответствующих идентифицированным сходствам. Каждый синдром сопровождается информацией из лондонских медицинских баз данных, в которых хранится и пополняется коллекция дисморфологических изображений. (далее…)

Натуральная оспа: не так стара, как её малюют


Именно в этом склепе была обнаружена мумия ребёнка.
Именно в этом склепе была обнаружена мумия ребёнка.

Считается, что египетский фараон Рамзес V умер от оспы предположительно в 1160 году до н. э., а семь веков спустя натуральная оспа бушевала в Древней Греции. Сейчас эти данные придётся пересмотреть — международная команда учёных выяснила, что возбудитель заболевания не мог существовать раньше XVI века уже н. э. Как мумифицированный ребёнок помог исследователям пролить свет на эволюцию натуральной оспы и при чём здесь корова по имени Цветик — в материале XX2 ВЕКа. (далее…)

Препарат для лечения СМА I типа демонстрирует хорошие результаты


Нузинерсен привёл к существенному улучшению двигательных функций у детей, страдающих СМА I типа.
Нузинерсен привёл к существенному улучшению двигательных функций у детей, страдающих СМА I типа.

Спинальная мышечная атрофия I типа (СМА I) — это наследственное заболевание, вызывающее нарушение работы мышц у младенцев. До сих пор не известно средства, способного вылечить эту болезнь или изменить её течение. Клинические испытания нового препарата под названием «нузинерсен» (nusinersen), однако, показали многообещающие результаты.

В настоящее время нузинерсен ожидает одобрения Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (Food and Drug Administration). Результаты II фазы клинических испытаний препарата были недавно опубликованы в журнале The Lancet.

Работа велась под руководством детского невролога Ричарда Финкеля (Richard Finkel) из Детской больницы Nemours (Nemours Children’s Hospital) в Орландо при поддержке Отделения педиатрии Медицинского центра Стэнфордского университета (Department of Pediatrics at Stanford University Medical Center).

По данным результатов II фазы испытаний, нузинерсен безопасен и хорошо переносится. (далее…)

Генетики отвечают на вопросы, заданные во времена Дарвина


Понимание генетических механизмов развития цветка расширяет наши знания обо всей системе опыления — основе биоразнообразия и продовольственной безопасности
Понимание генетических механизмов развития цветка расширяет наши знания обо всей системе опыления — основе биоразнообразия и продовольственной безопасности. / Иллюстрация — Ася Ад.

Биологи определили группу генов, отвечающую за репродуктивные признаки примулы обыкновенной (Primula vulgaris), растения, особенности размножения которого интересовали ещё Чарльза Дарвина.

Для примулы характерна так называемая диморфная гетеростилия. Суть этого приспособления к перекрёстному опылению заключается в том, что цветки у одной части популяции имеют длинные пестики, а у другой — короткие. Рыльце у длиннопестиковой формы располагается около уровня отгиба, а тычинки прикреплены к средней части трубки венчика; рыльце у короткопестиковой формы располагается в средней части трубки венчика, а тычинки — около уровня отгиба.

Гетеростилию первоцветов (первоцвет — одно из наименований примулы) подробно изучал Чарльз Дарвин в 1862 и 1877 годах. Он же ввёл термин гетеростилии в научный оборот. Основываясь на результатах экспериментов, Дарвин сделал вывод, что у гетеростильных первоцветов возможны три варианта опыления (между разными формами, между одинаковыми формами и самоопыление), но наиболее благоприятным для растений является перекрёстное опыление между разными формами: в этом случае семян образуется больше и они более жизнеспособны. (далее…)