TechFusion.ruЗдоровьеДайджест достижений биотехнологии и генной инженерии #4

Дайджест достижений биотехнологии и генной инженерии #4

Minecraft

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: МРТ для раннего определения РАС, стресс как профилактика болезней и старения, изучение химии в Minecraft, пробиотики против болезни Альцгеймера, а также патент на генетическое редактирование человека

МРТ предскажет вероятность аутизма

Диагноз аутизм, или, если говорить точнее, расстройство аутистического спектра (РАС) получает примерно один из 68 детей. Средний возраст постановки диагноза — около четырех лет, а заподозрить у ребенка РАС, как правило, можно с двухлетнего возраста.

brain

Рис.: Nature

При этом, чем раньше родители и ребенок начнут реабилитационные мероприятия, тем больше вероятность, что симптомы РАС удастся сгладить. Именно поэтому вместо термина «аутизм» врачи сегодня употребляют «расстройство аутистического спектра». Этот спектр достаточно широк: на одном полюсе — дети, которые не могут говорить и ухаживать за собой, на другом — высокофункциональные аутисты с небольшими особенностями поведения. И то, на каком полюсе спектра окажется ребенок с РАС, во многом зависит от возраста, когда ему поставят диагноз.

Ученые из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл решили, что для оценки риска аутизма не стоит ждать двухлетнего возраста, особенно тем родителям, в семье которых уже есть дети с РАС. Если в среднем вероятность развития аутизма у новорожденного чуть меньше 2%, то для ребенка, брат или сестра которого уже получили диагноз РАС, риск увеличивается до 20%.

Исследователи стали искать способ более ранней диагностики для детей из группы повышенного риска. Они делали МРТ мозга младенцам, у которых есть старшие братья и сестры с аутизмом. Сканирование проводили в возрасте шести, 12 и 24 месяцев. У части детей в промежутке от шести до 12 месяцев исследователи отметили слишком быстрый рост площади поверхности коры больших полушарий головного мозга.

Когда детям исполнилось по два года, ученые оценили, у кого из них появились симптомы РАС. Выяснилось, что чрезмерный рост поверхности коры головного мозга связан с развитием аутизма. По этому симптому исследователям удалось правильно «предсказать» диагноз 80% испытуемых.

Ученые надеются, что ранняя диагностика улучшит прогноз для детей из группы повышенного риска аутизма. В возрасте двух-трех лет, когда обычно ставят диагноз РАС, в мозге ребенка уже происходят значительные, часто необратимые изменения. Если начать реабилитацию раньше, есть шанс практически полностью сгладить симптомы заболевания.

То, что нас не убивает, делает нас сильнее?

Да, но не всё и не всех. К такому выводу пришли ученые из Медицинского исследовательского института Сэнфорд-Бернхэм. Они изучали, как связаны продолжительность жизни и легкий физиологический стресс. В качестве примера такого стресса они рассмотрели короткое воздействие высоких температур — как при походе в сауну.

Фото: pixabay.com

Фото: pixabay.com

Автор исследования, Каролина Кумста, и ее коллеги взяли нематод C. elegans и поместили их в инкубатор с температурой 36 °C — это значительно выше той температуры, при которой растут эти черви в лаборатории. У части нематод после «теплового шока» ускорились процессы аутофагии — переработки «мусора» внутри клеток. А именно сбои в процессе аутофагии некоторые ученые считают спусковым крючком для начала старения, развития нейродегенеративных заболеваний и рака.

Исследователи из института Сэнфорд-Бернхэм не остановились на полученных результатах — спустя несколько дней они снова поместили тех же нематод в «сауну», уже на более длительное время. Те из червей, что в первый раз ускорили свои процессы аутофагии, смогли лучше пережить новый стресс.

Каролина Кумста и ее команда сделали вывод: для тех организмов, в которых процессы аутофагии протекают нормально, легкий физиологический стресс не только полезен, но и помогает в будущем переживать более серьезные потрясения.

Значит ли это, что нам всем нужно бежать в сауну или начинать заниматься Бикрам-йогой?

«Возможно, это не такая уж плохая идея. Исследования связывают частое посещение сауны с большей продолжительностью жизни. Однако нам еще предстоит выяснить, как именно это связано с процессами аутофагии», — говорит Каролина Кумста.

Выучить химию, играя в Minecraft

Команда Техасского университета в Далласе решила обучать студентов естественным наукам — играючи. В прямом смысле — научные знания они интегрировали в популярную видеоигру Minecraft.

Группа специалистов, в которую вошли два химика, материаловед и эксперт по гейм-дизайну, решили, что науки об окружающем мире изучать гораздо проще и интереснее, когда они интегрированы в реальную жизнь. Точнее, в виртуальную.

Обучение в minecraft

Фото: Flickr.com

В своей статье, опубликованной в Nature Chemistry, исследователи описали, как 39 студентов с разных факультетов изучали химию, играя в продвинутую версию Minecraft. Студентам не давали никаких специальных заданий. Все химические процессы они изучали в рамках игровых задач. Для того чтобы разобраться, как проходят определенные химические реакции, участники исследования могли обращаться к встроенной в игру базе знаний.

«Мы можем наблюдать, чем занимаются наши игроки: сколько времени им нужно, чтобы смешать реактивы, как часто они заходят в нашу Wiki. Благодаря этому мы узнаем, как современные молодые люди учатся — это позволит нам улучшить процесс преподавания», — говорит глава исследовательской команды Уолтер Войт.

Исследователи считают, что интеграция серьезного познавательного контента в видеоигры — один из перспективных трендов в обучении. И преподавать таким образом можно будет не только естественные, но и социальные науки — например, микро- и макроэкономику.

Болезнь Альцгеймера вызывают…бактерии?

В последние годы многие ученые всерьез взялись за изучение микробиоты человека. Микробиота — совокупность бактерий, которые живут в кишечнике. Состав микробиоты частично определяют наши гены и микрофлора, полученная от матери при рождении, частично — наша диета, прием антибиотиков и пробиотиков.

Микробиота

Фото: sott.net

Многочисленные исследования показывают, что микробиота влияет не только на состояние желудочно-кишечного тракта — ее состав определяет и развитие самых разных заболеваний. Новая работа из Лундского университета в Швеции выявила связь кишечных бактерий с развитием болезни Альцгеймера.

Ученые рассмотрели микробиоту здоровых мышей и мышей с болезнью Альцгеймера. Выяснилось, что состав кишечных бактерий у этих двух групп сильно различается.

Затем ученые взяли третью группу мышей, у которых был дефицит собственной микробиоты. Части из них пересадили бактерии от больных мышей, части — микробиоту здоровых. У тех мышей, что получили микробиоту от больных сородичей, резко выросло количество бета-амилоидных бляшек — токсических скоплений белка, которые обнаруживаются в мозге при болезни Альцгеймера.

Исследователи из Лундского университета надеются, что их открытие поможет разработать новые виды терапии для профилактики и лечения болезни Альцгеймера — они будут основаны на регулировании кишечной микробиоты при помощи диеты и современных пробиотиков.

Патент на генетическое редактирование человека

CRISPR-Cas9 — новая и многообещающая технология редактирования генома человека. Ее механизм ученые позаимствовали у бактерий.

DNA editing

Рис.: commons.wikimedia.org

В основе иммунной системы бактерий — особые повторяющиеся участки ДНК, которые исследователи назвали CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats – короткие палиндромные кластерные повторы). Между этими повторами бактерия хранит данные о своих «врагах»: в них записаны участки геномов вирусов, которые паразитируют на этой бактерии. Если вирус попадает в бактериальную клетку, его обнаруживает специальный Cas-белок, связанный с системой CRISPR. Cas-белок сопоставляет ДНК вируса с информацией, записанной между повторами CRISPR, и если данные совпадают — вырезает и уничтожает опасную вирусную ДНК.

Ученые придумали, как можно использовать схожую технологию для того, чтобы «вырезать» опасные фрагменты из генома человека. Технологию назвали CRISPR-Cas9. Исследователи полагают, что с ее помощью можно будет лечить рак и полностью избавлять человека от ВИЧ, а также удалять «вредные» гены, которые приводят к развитию тяжелых наследственных заболеваний.

Технология долгое время «простаивала» потому, что американские власти не могли решить, кому отдать патент на нее — Институту Брода (совместная организация Гарвардского университета и Массачусетского технологического института) или Калифорнийскому университету в Беркли. Пока американские институты соревновались между собой, китайские ученые даже успели запустить первую программу клинических испытаний CRISPR-Cas9 на людях.

Но теперь, когда американский Институт Брода получил патент на технологию CRISPR-Cas9, научное сообщество ждет всплеска новых работ по генной инженерии в США. В частности, в ближайшее время компания Editas Biotechnology хочет протестировать технологию для лечения слепоты, а ученые из Стэнфорда планируют клинические испытания CRISPR-Cas9 для борьбы с серповидноклеточной анемией.