Дайджест достижений биотехнологии и генной инженерии #38

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: лекарство от ВИЧ, искусственная кожа, алкоголь для разговоров с иностранцами, протеин для похудения и умный пластырь

Новое лекарство от ВИЧ

Сегодня медики научились достаточно эффективно лечить ВИЧ-положительных людей — с регулярной терапией их продолжительность жизни практически не уступает таковой у здоровых людей.

Для того чтобы контролировать вирус, ВИЧ-инфицированные пациенты принимают антиретровирусную терапию (АРВ) — она подавляет размножение вируса иммунодефицита. Но есть определенные недостатки такого лечения: стоит пропустить одну-другую таблетку АРВ, и ВИЧ снова начнет распространяться в организме. Поэтому принимать препараты ВИЧ-положительным людям приходится ежедневно, в одно и то же время, до конца своих дней.

Ученые из Исследовательского Института Скриппса предложили новое лекарство от ВИЧ, которое дольше и эффективнее подавляет размножение вируса.

Исследователи заметили, что существующая АРВ-терапия не блокирует ДНК вируса иммунодефицита — она лишь заставляет ВИЧ «заснуть». Но стоит прекратить лечение хотя бы ненадолго, вирус с радостью возобновит свое размножение — начнет копировать свою ДНК, создавая новые вирусные частицы. Ученые решили, что новое лекарство должно помешать этому процессу.

Они идентифицировали белок под названием Tat, который участвует в расшифровке и копировании вирусной ДНК. Затем они разработали специальное вещество, которое назвали dCA — оно блокирует работу белка Tat и, соответственно, размножение вируса.

В эксперименте на мышах, зараженных ВИЧ, ученые решили проверить эффективность нового лекарства. Части мышей давали и АРВ-терапию, и dCA, а контрольной группе грызунов — только АРВ-терапию. Потом лечение прервали и посмотрели, как быстро вирус снова распространится в организме.

В экспериментальной группе вирусная нагрузка росла незначительно в течение первых двух недель после окончания терапии. Для сравнения — в контрольной группе за 16 дней вирусная нагрузка стала в 125 раз больше! Правда, к 26 дню без лечения разница между экспериментальной и контрольной группой практически исчезла.

Тем не менее, ученые настроены очень оптимистично. Как минимум, новое лекарство в сочетании с АРВ-терапией может сделать лечение ВИЧ более комфортным: даже если пациент пропустит прием таблетки, ничего страшного не произойдет.

Однако исследователи считают, что с помощью dCA можно добиться и долгосрочных результатов. Они подчеркивают, что лечили мышей новым лекарством всего месяц — и после этого удалось приостановить размножение вируса на несколько недель. Если использовать dCA вместе с АРВ-терапией в течение нескольких лет, возможно, распространение вируса прекратится надолго — или даже навсегда. Так это или нет, ученым предстоит выяснить в дальнейших исследованиях.

Искусственная кожа для протезов

Бионические протезы дают людям, потерявшим конечности, много новых возможностей. Люди учатся управлять роборуками и робоногами, как собственными, и частично возвращают себе утраченные функции. Но лишь частично — бионические руки и ноги с трудом распознают «осязательные» характеристики объектов. Поэтому, например, человек с роборукой может слишком сильно сжать стеклянный стакан и разбить его.

Новая разработка — сенсорная «кожа» для роботизированных конечностей — не только улучшит их внешний вид, но и добавит им дополнительные функции.

Искусственная кожа оснащена сенсорами — они собирают и обрабатывают информацию о силе давления и вибрации. Именно такие данные нужны, чтобы успешно хватать и удерживать предметы, работать с ними.

В первую очередь робокожа, конечно, пригодится для бионических рук. Сенсоры воспроизводят те ощущения, которые «испытывает» человеческий палец, когда дотрагивается до предмета: так же, как нервные окончания на наших ладонях, они собирают информацию о текстуре объекта, о необходимой силе давления и так далее.

Если сейчас работа с бионическими протезами базируются на визуальной информации — человек видит объект и принимает решение взять его в руку — то с помощью искусственной кожи к его восприятию добавится сенсорная информация. Это значительно улучшит качество жизни людей с протезами и позволит им выполнять высокоточные действия.

Кстати, аналогичным образом искусственная кожа может увеличить чувствительность и функциональность роботов, сделать их более «приспособленными к жизни» — и тогда, возможно, роботы смогут заменить людей в тех сферах, где требуется ловкость человеческих рук.

Алкоголь помогает в изучении языков

Никак не удается преодолеть языковой барьер и заговорить на английском/немецком/испанском? Попробуйте добавить бокал вина.

Вы замечали, что часто стесняетесь говорить на иностранном языке, но где-нибудь на отдыхе, после пары стаканчиков алкогольных напитков в баре, вы вдруг начинаете спокойно разговаривать не по-русски? У этого феномена теперь есть вполне научное подтверждение — все благодаря тому, что группа ученых из Германии, Голландии и Великобритании протестировала связь алкоголя и иностранных языков.

Казалось бы, употребление спиртного должно сделать ваши навыки общения на иностранном языке еще хуже, ведь алкоголь снижает когнитивные функции — такие как память и внимание. С другой стороны, алкоголь уменьшает тревожность и делает нас более уверенными в себе — может, именно это «прокачивает» ваш разговорный английский?

Для эксперимента ученые пригласили группу из 50 немецких студентов, которые недавно начали изучать голландский язык. Часть участников получила напиток с небольшим содержанием алкоголя, часть — безалкогольное плацебо. Затем им нужно было поучаствовать в обсуждении на голландском — их разговор записали и отдали на прослушивание носителям языка.

Оказалось, что те участники, кто принял немного спиртного, показали лучшие результаты — в особенности отличилось их произношение, что отметили носители языка. Что интересно, сами испытуемые не заметили перемен — независимо от того, пили они алкоголь или нет, их оценка собственного уровня знания языка не изменилась.

Ученые предупреждают: их выводы применимы только к небольшой дозе алкоголя. Если выпить много спиртного, вы вряд ли улучшите свое произношение на иностранном языке (да что там — и произношение на родном может пострадать).

Исследователи пока до конца не разобрались в механизме воздействия алкоголя на наши языковые способности. Но если вы сильно сомневаетесь в своем знании иностранного языка, а вам нужно на нем пообщаться, можете выпить бокал вина — это немного повысит вероятность того, что вас поймут.

Хотите похудеть? Решение — в протеине

Нет, не в том протеине, который продается в виде порошков с шоколадным и клубничным вкусом. Ученые идентифицировали белок под названием GDF15 — его дефицит вызывает повышенный аппетит, ухудшение метаболизма и набор веса.

Исследователи проанализировали метаболизм мышей с ожирением и их стройных товарищей — именно концентрация белка GDF15 отличала одних от других. В дальнейших экспериментах ученые подтвердили, что и у приматов, и у людей есть такая же корреляция между GDF15 и лишним весом.

В лаборатории исследователи создали синтетические аналоги белка GDF15, а затем ввели их мышам и обезьянам с ожирением. Это помогло не только снизить их вес — у испытуемых изменились пищевые предпочтения, снизились уровни инсулина и холестерина в крови. Получается, протеин помог поменять обмен веществ и пищевую регуляцию у тех, кто был склонен к ожирению.

Ученые надеются, что их находка станет новым словом в лечении людей с избыточным весом. Сейчас самая надежная альтернатива — это операция по уменьшению желудка, но она связана с большим риском и побочными эффектами. Диеты работают плохо: нужна железная дисциплина, чтобы их придерживаться, к тому же люди с «медленным» обменом веществ с трудом теряют лишние килограммы, что снижает их мотивацию. Белок GDF15 может помочь достичь тех же целей, что и операция, но без дополнительных рисков.

Умный пластырь залечивает раны

Если вы хоть раз сталкивались с раной, которая требует обработки и многочисленных перевязок, вы знаете, как это выматывает. Снять повязку или пластырь, нанести средство на рану, заново все заклеить и замотать — и так по кругу, день за днем, пока не заживет. Неужели этот процесс нельзя как-то упростить?

Можно и нужно, решили создатели «умного» пластыря — команда инженеров из Гарварда, MIT и Университета Небраски-Линкольна. Суперпластырь состоит не из обычной ткани, а из специального композитного материала, внутри которого — электрический нагревательный элемент и термочувствительные лекарственные компоненты.

Что все это значит? Внешне это все выглядит как обычный пластырь, который защищает место повреждения от загрязнений и других воздействий. Но внутри у него есть необходимые лекарства, которые поставляются внутрь раны и способствуют заживлению — больше никаких перевязок. Понятно, что лекарства не нужно наносить на рану постоянно, поэтому они поступают по сигналу — это может быть команда от приложения, сенсора или таймер. В нужный момент электрический элемент нагревается, и препарат, чувствительный к изменению температуры, активируется и поступает внутрь повреждения.

В такой чудо-пластырь можно поместить самые разные лекарства — от обезболивающих и антибиотиков до гормона роста, который ускоряет заживление. Причем можно поместить в один пластырь несколько препаратов, просто задав для каждого свой «температурный режим».

Пока команда ждет одобрения продукта от американского Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA), они подумывают о дополнительных функциях — например, «научить» пластырь измерять уровень глюкозы и pH кожи, что поможет следить за темпами выздоровления. Возможно, умные пластыри будущего будут иметь нечто вроде шкалы заряда батареи — она будет показывать, на сколько процентов зажила ваша рана.