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…)

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…)

Сальмонелла может помочь в борьбе с глиобластомой


Бактерии S. typhimurium под электронным микроскопом.
Бактерии S. typhimurium под электронным микроскопом.

Учёные генетически модифицировали сальмонеллу, бактерию, вызывающую пищевые отравления. Теперь эти микроорганизмы будут заниматься поиском и уничтожением опухолей, что, как надеются авторы работы, может помочь справиться с наиболее опасной формой рака головного мозга.

Врачи испытывают острую потребность в новых подходах к лечению пациентов с глиобластомой, самой агрессивной разновидностью опухолей мозга.

Гематоэнцефалический барьер, разделяющий мозг и кровеносные сосуды, затрудняет борьбу с глиобластомой при помощи лекарственных средств. И при помощи хирургии справиться с этой формой рака непросто, поскольку даже крошечные фрагменты глиобластомы, оставшиеся в организме, неизбежно приводят к появлению новых опухолей.

Даже при использовании самых современных методов лечения средняя продолжительность жизни пациентов после получения диагноза составляет всего около 15 месяцев. 5-летний рубеж перешагивает менее 10% заболевших. (далее…)

Траву научили перерабатывать гексоген


Новые травы военным придутся очень кстати, ведь стоимость очистки полигонов от загрязняющих веществ оценивается в 16 — 165 миллиардов долларов.
Новые травы военным придутся очень кстати, ведь стоимость очистки полигонов от загрязняющих веществ оценивается в 16 — 165 миллиардов долларов.

Учёные Вашингтонского университета (University of Washington) в Сиэтле (штат Вашингтон) и Университета Йорка (University of York) в Великобритании создали новые трансгенные виды трав, способные нейтрализовать и перерабатывать гексоген — токсичное соединение, которое широко используется при производстве взрывчатки ещё со времён Второй мировой войны. Эти растения смогут очистить миллионы акров земли на военных полигонах от ядовитых веществ. Результаты работы опубликованы в Plant Biotechnology Journal. (далее…)

Учёные повысили урожайность растений, обманув их защитные механизмы


Листья генетически модифицированного табака под микроскопом. Голубые и пурпурные участки показывают высокую интенсивность нефотохимического тушения, а красные и жёлтые — низкую.
Листья генетически модифицированного табака под микроскопом. Голубые и пурпурные участки показывают высокую интенсивность нефотохимического тушения, а красные и жёлтые — низкую.

Исследователи из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне (University of Illinois at Urbana-Champaign, UIUC), Института генетики растений Польской академии наук (пол. Instytut Genetyki Roślin Polskiej Akademii Nauk) и Калифорнийского университета в Беркли (The University of California, Berkeley) повысили урожайность растений, увеличив выработку трёх белков, которые участвуют в процессе фотосинтеза. Созданный ими генетически модифицированный табак весит на 14—20% больше своих «традиционных» собратьев. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

Учёные выбрали табак потому, что он легко поддаётся модификации. В дальнейшем они собираются работать с продовольственными культурами. «Мы не знаем наверняка, сработает ли этот подход с другими культурами, но поскольку мы затронули универсальный процесс, который у всех культур работает одинаково, мы уверены, что да», — говорит профессор Стивен Лонг (Stephen Long), один из авторов исследования. (далее…)

Китайские учёные впервые использовали CRISPR для лечения людей


Китайские учёные уже начали использовать CRISPR на людях.
Китайские учёные сработали быстрее американских коллег. Безопасность пока под вопросом.

Группа учёных из Сычуаньского университета (кит. 四川大学, англ. Sichuan University) в Чэнду, Китай, работающая под руководством онколога Лу Ю (Lu You) ввела человеку клетки, гены которых были изменены при помощи технологии CRISPR/Cas9. Это первый случай использования данной технологии на полностью сформированном человеческом организме, что спровоцировало начало «биомедицинской войны» между Китаем и США.

Китайские учёные надеются, что генетически модифицированные клетки помогут пациенту с опасной формой рака лёгких, а потом — и другим онкобольным, не ответившим ни на химио- или радиотерапию, ни на другие способы лечения. (далее…)

В Стэнфорде начали использовать технологию CRISPR для лечения серповидноклеточной анемии


Учёные из Медицинской школы Стэнфордского университета (Stanford University School of Medicine) использовали технологию редактирования генов CRISPR для коррекции гена, вызывающего развитие серповидноклеточной анемии
Учёные исправили геном в клетках пациентов с серповидноклеточной анемией и вживили их в мышь. Через 16 недель вживлённые клетки всё ещё нормально функционировали в мышином костном мозге. / Рисунок — Эльза Коркиайнен.

Учёные из Медицинской школы Стэнфордского университета (Stanford University School of Medicine) использовали технологию редактирования генов CRISPR для коррекции гена, вызывающего развитие серповидноклеточной анемии. В работе использовались стволовые клетки пациентов с этим заболеванием. Новая методика может помочь в лечении болезни, от которой страдают около 5 миллионов человек.

«В конце концов, нам удалось показать, что мы действительно можем это сделать, а не просто описать на бумаге», — сказал доктор Маттью Портеус (Matthew Porteus), руководитель исследования, опубликованного в журнале Nature.

Результаты работы, а также неопубликованные наблюдения, сделанные в лаборатории, позволяют Портеусу утверждать, что его команда готова начать первые клинические испытания технологии редактирования генов CRISPR/Cas9 для коррекции мутаций, вызывающих серповидноклеточную анемию. (далее…)

Запрет ГМО приведёт к выбросу огромных количеств углекислого газа


ГМО давно и прочно заняли место в сельском хозяйстве
ГМО давно и прочно заняли место в сельском хозяйстве.

Всемирный запрет на выращивание генетически модифицированных культур приведёт к повышению цен и выбросу в атмосферу миллиардов тонн углекислого газа — к такому выводу пришли Уоллис Тайнер (Wallace Tyner) и Фарзад Тахерипур (Farzad Taheripour) из Университета Пердью (Purdue University), а также специалист компании Cargill Гарри Махаффи (Harry Mahaffey). Результаты исследования опубликованы в Journal of Environmental Protection. (далее…)

Пивная геномика: как люди одомашнили пивные дрожжи


Кевин Верстрепен (в центре) возглавляет дегустацию пива в его лаборатории
Кевин Верстрепен (в центре) возглавляет дегустацию пива в его лаборатории.

Генетики проследили историю самого важного ингредиента пива — дрожжей. Секвенировав геномы почти 200 современных штаммов пивных дрожжей, исследователи открыли, как на протяжении сотен лет люди превращали дикий грибок Saccharomyces cerevisiae во множество штаммов, предназначенных для производства конкретных алкогольных напитков.

Из-за дрожжей у пива есть опьяняющий эффект и пузырьки, поскольку в процессе ферментации они превращают сахар в алкоголь и углекислый газ. Но они также вырабатывают сотни химических веществ, придающих напитку различный вкус — от банана до гвоздичного дерева.

Пивные дрожжи различаются в производстве метаболитов и по другим признакам, таким как их толерантность к алкоголю. Чтобы понять основу этих различий, руководимая генетиком Кевином Верстрепеном (Kevin Verstrepen) команда исследователей из Лёвенского университета (нидерл. Katholieke Universiteit Leuven) и Фламандского института биотехнологий (фламанд. Vlaams Instituut voor Biotechnologie) в Бельгии секвенировала геномы 157 штаммов S. cerevisiae, используемых в производстве пива и других продуктов ферментации, в том числе вина, саке и хлеба. Их работа подробно описывается в статье, опубликованной 8 сентября в журнале Cell. (далее…)

Бактерии-камикадзе борются с раком


Рост популяции и уничтожение (лизис) генетически модифицированных бактерий.
Рост популяции и уничтожение (лизис) генетически модифицированных бактерий.

Учёные Калифорнийского университета в Сан-Диего (University of California, San Diego) и Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology) вывели микроорганизмы, способные вырабатывать противораковые препараты. Попадая в организм, бактерии самоуничтожаются и выделяют лекарство в область опухоли. Новый метод в сочетании с химиотерапией продлил жизнь лабораторных мышей на 50%. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

«Одна из целей лечения в синтетической биологии — направленно работать с очагами заболевания и минимизировать ущерб. Кроме того, мы хотели доставить к поражённому участку значительную лекарственную нагрузку», — объясняет Джефф Хейсти (Jeff Hasty), один из авторов исследования. Перспектива использования бактерий для доставки препаратов заманчива, поскольку они могут заселять труднодоступные участки опухоли, куда «не достаёт» традиционная химиотерапия.

Исследователи создали три бактериальных штамма. В микроорганизмы каждой линии они встроили ген, отвечающий за выработку противоопухолевого белка, и ген, запускающий процесс самоуничтожения (лизис). Каждый штамм вырабатывал одно из лекарственных веществ, и в ходе экспериментов учёные выяснили, что наиболее эффективно работает комбинация всех трёх белков. Чтобы препараты подавляли рост опухоли, необходимо было контролировать размножение бактерий и поддерживать их популяцию на нужном уровне. Для этого учёные использовали естественную способность микроорганизмов координировать своё поведение — чувство кворума. (далее…)

Учёные создали биоробота-ската


Гибрид живого и машины
Гибрид живого и машины.

Кевин Кит Паркер (Kevin Kit Parker) из Института Висса Гарвардского университета (Harvard University’s Wyss Institute) и его команда создали скатоподобного биоробота. Робот состоит из 200 тысяч клеток мышечной ткани крысиного сердца (кардиомиоцитов), уложенных тонким слоем на скелет из золотой проволоки. Покрыт скат «кожей» из эластичного полимера. Биоробот невелик — его длина всего 16 миллиметров, а вес 10 граммов.

Как и у настоящего ската, у биоробота есть крылообразные плавники. Команда модифицировала гены клеток, чтобы сделать клетки более чувствительными к свету. Движение обеспечивается следующим образом: под воздействием света клетки сокращаются, сжимая скелет, что даёт эффект волнообразных движений реального ската. Обратное движение происходит, когда мышечные клетки расслабляются, а гибкий проволочный скелет разжимается. (далее…)

Пересадка митохондрий влияет на процесс старения


Две мыши
Две пожилые мыши. Пересадка митохондрий в этот раз пошла на пользу.

В последние годы создана и опробована технология получения «ребёнка трёх родителей» — использование донорской митохондриальной ДНК с целью предотвращения митохондриальных болезней. Однако замена митохондрий может не только предотвратить болезнь: донорские митохондрии также могут повлиять на ход старения, ускорить его или замедлить.

Два штамма мышей, генетически идентичные, за исключением митохондрий — энергетических центров клеток — стареют очень по-разному. Статья об этом опубликована 6 июля онлайн в журнале Nature. Хотя обе линии мышей имели здоровую митохондриальную ДНК, мыши с донорскими митохондриями прожили лучше и дольше: через два года эти мыши демонстрировали меньше признаков старения и меньший риск возникновения опухолей.

Результаты не означают, что пересадка митохондрий однозначно ведёт к долгой счастливой жизни. Исследование рассматривает один конкретный случай, исследователи предупреждают, что другое сочетание ДНК может изменить результат. Но исследование явно указывает на большую связь между митохондриальной ДНК и старением и поднимает новые вопросы о долгосрочных последствиях создания «детей трёх родителей». (далее…)

Учёные стёрли память мыши, «выключив» ген


После того, как мышам «отключили» ген NPTN, они утратили все воспоминания о том, чему научились в ходе тестов.
После того, как мышам «отключили» ген NPTN, они утратили все воспоминания о том, чему научились в ходе тестов.

Деменция, травмы и несчастные случаи иногда приводят к потере памяти. Учёные Института нейробиологии им. Лейбница (нем. Leibniz-Institut für Neurobiologie) и Лёвенского католического университета (нидерл. Katholieke Universiteit Leuven) продемонстрировали, что некоторые воспоминания можно стереть, просто «выключив» нужный ген. Результаты работы опубликованы в журнале Biological Psychiatry.

Исследователи проводили эксперименты на специально выведенной породе мышей с модифицированным геном NPTN, кодирующим белок нейропластин. Этот ген отвечает за синаптическую пластичность — основной механизм, с помощью которого реализуется феномен памяти и обучения. Предыдущие исследования связывают изменения регуляции нейропластина у людей со снижением интеллектуальных способностей и шизофренией. (далее…)