TechFusion.ruЗдоровьеДайджест достижений биотехнологии и генной инженерии #30

Дайджест достижений биотехнологии и генной инженерии #30

Биотех-дайджест

Мы регулярно рассказываем о последних открытиях и интересных достижениях в мировых и российских технологиях, связанных с работой человеческого организма. Это могут быть как классические биотехнологии — медицинские  открытия, генная инженерия и работа с биоматериалами, — так и технологические новинки, расширяющие возможности для восприятия окружающего мира и человеческого тела

В новом выпуске: где взять органы для пересадки, как победить кариес, что делает уникальным мозг человека, от чего зависит молодость и можно ли создать компьютерный вирус, расшифровав ДНК

Нечеловеческое сердце

В мире постоянно не хватает органов для трансплантации. Пока ученые не научились выращивать почки и сердца из собственных стволовых клеток человека и ищут альтернативные способы решить проблему. Один из вариантов — пересаживать людям органы… свиней.

Многие исследователи считают, что внутренние органы свиней максимально схожи с человеческими, поэтому теоретически подходят для трансплантации. Но, конечно, не в чистом виде — перед пересадкой их гены нужно слегка «отредактировать».

Команда ученых из Китая, США и Дании сделала первый шаг в этом направлении — при помощи технологии CRISPR/Cas9 они сделали свиные органы чуть более похожими на человеческие.

Дело в том, что в генах свиней есть эндогенные ретровирусы — неактивные «останки» вирусов, встроенные в ДНК животных. Эти вирусы специфичны для каждого вида и передаются по наследству — они показывают, какими вирусами когда-то заражались древние предки данного вида. У людей в ДНК тоже есть свои эндогенные ретровирусы, но они для нас не опасны, а вот свиные могут принести вред.

Поэтому ученые решили удалить из ДНК свиных эмбрионов следы эндогенных ретровирусов. Для этого они использовали систему CRISPR/Cas9, которая позволяет распознать и вырезать «лишние» участки генома. Всего ученые удалили 25 отрезков свиного ДНК, в которых были закодированы гены вирусов.

После этого ученые имплантировали эмбрионы свиноматкам. Поросята, которые родились у них, не имели в своей ДНК следов эндогенных ретровирусов.

Если ученые смогли удалить из генов свиней вредные останки вирусов, возможно, им удастся отредактировать и другие несоответствия — и тогда мы получим много новых органов, пригодных для трансплантации.

Конец кариесу?

Поднимите руку те из вас, кто не боится стоматологов! Даже если мы не страшимся боли и звука бормашины, то уж счет на стоматологические услуги точно вызывает ужас практически у всех. Неужели этому кошмару скоро придет конец?

Ученые из Университета Алабамы в Бирмингеме разработали молекулу, которая предотвращает развитие кариеса.

Волшебная молекула помогает противостоять «кариозным монстрам» — бактериям Streptococcus mutans. Эти бактерии питаются остатками еды, которые в виде налета оседают у нас на зубах, и в процессе жизнедеятельности выделяют молочную кислоту. Кислота разъедает эмаль и дает бактериям доступ в более глубокие слои зуба — так образуется кариес.

Молекула, которую ученые назвали #G43, обезвреживает более 85% кариозных стрептококков. На ее основе исследователи создали лекарство, которое они протестировали на крысах.

Две группы грызунов были инфицированы бактериями S. mutans. Контрольная группа не получала никакого лечения, а экспериментальной группе наносили на зубы новое лекарство дважды в день в течение четырех недель.

Хотя по прошествии месяца количество бактерий в обеих группах осталось примерно одинаковым, у крыс из экспериментальной группы обнаружили значительно меньше кариеса. Это говорит о том, что лекарство с #G43 не убивает бактерии, но эффективно предотвращает те процессы, которые ведут к развитию кариеса.

После аналогичных испытаний на людях (конечно, если они пройдут успешно) мы можем получить новое средство для зубов, которое будет бороться с кариесом куда лучше любой разрекламированной зубной пасты.

Этот удивительный мозг

Что делает человека человеком? Почему мозг у одних людей работает лучше, чем у других?

Мы пока до конца не понимаем этого. Головной мозг — загадочная и сложная структура. Но ученые все ближе подходят к разгадке тайн человеческого мозга.

Исследователи из Института Солка и Калифорнийского университета в Сан-Диего получили самую точную на сегодняшний день информацию о том, чем клетки мозга отличаются друг от друга.

Команда ученых проанализировала несколько тысяч нейронов префронтальной коры — зоны мозга, ответственной за принятие решений и социальное поведение — мышей и погибшего 25-летнего человека. Для анализа они использовали собственный инновационный метод, позволяющий дифференцировать нервные клетки с высокой точностью.

Выяснилось, что у мышей существует 16 подтипов нейронов, а у людей — аж 21. В результате исследования ученые нашли у человека новые подтипы нейронов, которые раньше не были описаны — они помогут объяснить, чем человек принципиально отличается от животных. А точнее — как именно это различие отражается на нашем мозге.

К тому же, настолько тонкое понимание устройства мозга даст новые ключи к разгадке причин психических расстройств. Возможно, у человека с шизофренией всего 1% нейронов отличается от нейронов здорового человека, но именно этот процент решает все.

Раньше у ученых не было возможности изучать клетки мозга с такой детализацией, но теперь она появилась — и мы ждем много новых открытий, связанных с нашим удивительным мозгом.

Ген, возвращающий молодость

Старение — это не только и не столько морщины и артрит, мешающий свободно передвигаться. Настоящая старость наступает, когда мы перестаем радоваться жизни, не хотим или не можем учиться, узнавать новое и развиваться. Все дело в старении мозга, который теряет нейропластичность — способность создавать и укреплять нейронные связи.

Ученые из США и Японии сумели вернуть мозгу мыши молодость при помощи одного-единственного гена.

Исследователи изучали феномен «ленивого глаза», или амблиопии — обратимого расстройства зрения. При амблиопии глаза видят слишком разные картинки, которые мозг не может совместить в единое целое — и тогда работа одного из глаз подавляется. Такое расстройство бывает, например, при косоглазии.

Но можно вернуть «ленивому глазу» его функции при помощи специальных тренировок — правда, только в детском возрасте. В более старшем возрасте заболевание уже не поддается коррекции. Ученые подумали, что причина тому — «закостенелость» мозга у взрослых людей, если быть точнее — недостаточная нейропластичность зрительной коры.

Получается, у мозга есть некое «окно возможностей», которое с возрастом закрывается для изменений. Можно ли снова его открыть? И если да, то как?

Ученые идентифицировали ген под названием Arc, который отвечает за зрительное «окно». У тех мышей, у которых этот ген отсутствовал, это «окно» никогда и не открывалось. Проверили они это вот как: молодым мышам — как здоровым, так и грызунам без гена Arc — на несколько дней прикрывали один глаз. У обычных животных мозг быстро адаптировался к новой картинке. Но не у мышей, у которых не было гена Arc — те так и не смогли приспособиться к изменившейся реальности.

Тогда исследователи подумали: если без гена Arc отсутствует пластичность зрительной коры, то снижение этой пластичности с возрастом может быть связано с «выключением» гена Arc.

Ученые заново активировали ген Arc у взрослых мышей и обнаружили, что те смогли адаптироваться к визуальным изменениями так же хорошо, как их здоровые юные собратья. Значит, если поддерживать активность этого гена, мозг откажется стареть и закрывать «окно возможностей» — по крайней мере, в части зрительного восприятия.

Теперь исследователи хотят выяснить, влияет ли активность гена Arc на другие аспекты работы мозга — например, на обучение, память, внимание. Если это так, то можно будет вернуть мозгу юношеские возможности, всего лишь заново «включив» один ген.

ДНК против компьютера

Нет, мы сейчас не об искусственном интеллекте, который грозит захватить человечество. Скорее, наоборот — речь идет о человеческой ДНК, способной атаковать компьютер. Но как?

Биологи и специалисты по кибербезопасности из Вашингтонского университета придумали, как провести хакерскую атаку при помощи модифицированной молекулы ДНК.

Вот как это работает. Программы, которые занимаются расшифровкой генома человека, переводят азотистые основания ДНК — аденин (A), тимин (T), цитозин (C) и гуанин(G) — в последовательность из двоичных кодов: A=00, C=01, G=10, T=11. В итоге расшифрованная ДНК — это длинная цепочка из нулей и единиц.

Таким образом, расставляя азотистые основания ДНК в необходимом им порядке, злоумышленники могут зашифровать вредоносный код. Попав в программу для секвенирования генома, информация из ДНК превратится в вирус и заразит компьютер — именно это продемонстрировали исследователи из Вашингтона в своем эксперименте.

Забавная деталь: этот экзотический «зловред» в наибольшей степени напоминает настоящие вирусы по сравнению со всем вредоносным ПО, которое мы привыкли называть «вирусами».

Пока что подобные атаки далеки от реальности, но специалисты по безопасности решили опередить хакеров. Они советуют биоинформатикам поддерживать высокий уровень защиты программ, расшифровывающих геном, чтобы у злоумышленников не возникло соблазна создать реальный вирус на базе ДНК.

 

Фото на обложке: Pixabay.com