Дайджест достижений биотехнологии и генной инженерии #7

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: неандертальцы и их отношение к антибиотикам, кофе против Альцгеймера, лучший горячий напиток от тревоги, флешки-ДНК и розовый шум для памяти.

Неандертальцы тоже ели аспирин

Некоторые историки, биологи и антропологи считают, что мир стал бы лучше, если бы человек произошел не от кроманьонцев, а от неандертальцев. Правда это или нет, мы никогда не узнаем. Но ученые продолжают строить догадки и исследовать жизнь наших вымерших древних родственников.

От неандертальцев остались ископаемые останки — в частности, кости челюстей и зубы. По зубному налету исследователи смогли сделать выводы о жизни неандертальцев: об их диете, поведении и даже древней медицине.

Лора Вейрич, руководитель исследования из Университа Аделаиды, рассказывает: в зубном налете остались микроорганизмы, которые жили во рту, дыхательном и пищеварительном тракте древних людей, а также кусочки пищи, застрявшие между зубов.

Первый вывод: неандертальцы, вероятно, были вегетарианцами. По крайней мере, на их зубах не осталось следов мяса, зато обнаружены кедровые орехи, грибы, кора и мох. Такая диета наших древних родственников сильно отличается от рациона современного человека — кто знает, может, именно поэтому неандертальцы проиграли эволюционную борьбу кроманьонцам.

Другое важное открытие — отношения древних людей с медициной. Оказывается, они умело лечили болезни природными средствами.

В останках одного из неандертальцев нашли следы абсцесса — болезненного воспалительного процесса в районе челюсти, — а также бактерий, вызывающих диарею. В современном мире его лечили бы обезболивающими и противовоспалительными средствами (например, аспирином) и антибиотиками. И вот что интересно: исследователи обнаружили, что неандерталец употреблял в пищу тополь и плесень. Тополь содержит салициловую кислоту — активный компонент аспирина, а плесень вырабатывает антибиотик пенициллин. Получается, со своей странной «диетой» неандерталец получал все необходимое для борьбы со своими болезнями (по крайней мере, это лучшее, что он мог получить в свое время).

Кто знает, какие еще открытия ждут антропологов, изучающих древних людей. Одно понятно: неандертальцы знали о природе гораздо больше, чем современный человек. Возможно, их привычки подскажут ученым, какие еще природные вещества можно исследовать во благо медицины и человечества.

Кофе против Альцгеймера

Пить или не пить (кофе) — вот в чем вопрос. Ученые постоянно высказывают новые доводы то «за», то «против» кофеина. Общество поделилось на защитников и ярых противников ароматного напитка. Сегодня мы добавим еще один аргумент в пользу кофе.

Исследователи из Индианского университета определили 24 вещества, которые увеличивают выработку фермента NMNAT2 — он препятствует образованию бляшек, которые возникают в мозге у больных с деменцией. Одним из этих веществ оказался кофеин.

Чтобы подтвердить эффективность кофеина, ученые создали генномодифицированных мышей — они сделали так, чтобы эти грызуны вырабатывали меньше энзима NMNAT2. Затем подопытным мышам стали давать кофеин. Выработка фермента после этого вернулась к уровню обычных здоровых мышей.

Вероятно, с возрастом организм производит меньше фермента NMNAT2. Другой вариант — его выработка изначально снижена, как у генномодифицированных мышей из опыта. Если уровень  NMNAT2 становится слишком низким, в мозге могут образовываться бляшки, что со временем приводит к неврологическим расстройствам, например, болезни Альцгеймера или паркинсонизму.

Не факт, что употребление кофе даже в огромных количествах поможет людям с уже прогрессирующей деменцией. К тому же, у кофеина все-таки есть побочные эффекты — например, он повышает давление, поэтому плохо сочетается с гипертонией. Ученые надеются создать лекарства для больных с Альцгеймером и паркинсонизмом, которые будут использовать новые свойства кофеина, но не будут иметь всех его побочных эффектов.

Но если вы пока молоды и здоровы, возможно, пара чашек кофе в день послужит неплохой профилактикой неврологических расстройств в будущем.

Предложите мне горячий напиток! Желательно моккачино

Еще немного про кофеин и не только.

Мы все знаем: когда нам грустно, мы не можем собраться и прокрастинируем, иногда очень хочется выпить горячий напиток (спросите у Шелдона из «Теории большого взрыва»). Обычно мы выбираем чай или кофе, реже — какао. А что работает лучше всего?

Ученые из Университета Кларксон и Университета Джорджии подошли к вопросу серьезно. Целый год они проводили «вкусное» двойное слепое плацебо-контролируемое  исследование: давали испытуемым какао, напиток с какао и кофеином, напиток с кофеином или плацебо, где не было ни какао, ни кофеина.

Выяснилось, что употребление какао улучшает мозговой кровоток, что помогает повысить внимание и концентрацию. Кофеин — известный стимулятор, но он также часто вызывает тревожность. В новом исследовании ученые обнаружили, что какао снижает «тревожный» эффект кофеина.

Получается, лучший напиток для того, чтобы взбодриться и повысить работоспособность — это моккачино. Ученые рекомендуют.

ДНК для хранения фильмов

Нет, речь не о том, что просмотренный фильм так глубоко запал вам в душу, что он будто «отпечатался» в вашей ДНК. И не о том, чтобы «записать» видео в ваши гены, чтобы вы никогда не забыли важную информацию.

Речь о том, чтобы использовать наши природные механизмы хранения генетической информации в сфере IT. Дело в том, что человечество производит столько информации, что традиционные способы ее хранения уже не справляются. И тут на помощь приходит молекула ДНК: маленькая, компактная и долговечная, она может хранить большой объем данных в течение сотен тысяч лет.

Инженеры из Колумбийского университета Янив Эрлич и Дина Зелински вдохновились возможностями молекулы ДНК и решили по ее образу и подобию создать компьютерное хранилище. Для эксперимента они взяли несколько файлов разных форматов: операционную систему, фильм, компьютерный вирус, скидочную карту Amazon, текст исследования.

Информация в компьютере, как известно, хранится в виде двоичного кода, состоящего из нулей и единиц. При помощи специального алгоритма Эрлич и Зелински превратили бинарный код в последовательность нуклеотидов: A (аденин), G (гуанин), C (цитозин) и T (тимин). Тот же алгоритм создал некий «штрихкод», чтобы генетическую информацию можно было в дальнейшем расшифровать и превратить обратно в двоичный код.

Затем инженеры отправили файл с последовательностью нуклеотидов стартапу Twist Bioscience, который занимается ДНК-синтезом. Через пару недель они получили флакон с молекулами ДНК.

Чтобы расшифровать данные, инженеры использовали технологии секвенирования генома — те же технологии используют, чтобы расшифровать ДНК человека. Потом при помощи своего компьютерного алгоритма они превратили генетическую информацию в двоичный код. Данные, которые исследователи зашифровали, были полностью восстановлены — никаких ошибок или сбоев не возникло.

Еще один интересный факт: молекулы ДНК умеют реплицироваться — создавать свои копии. И делают они это легко и быстро. Так что при помощи данной технологии информацию можно будет без труда скопировать, получив сколь угодно большое число носителей.

Инженеры из Колумбийского университета рассказывают, что их способ хранения информации в 100 раз превышает возможности самых современных носителей — 215 петабайт на грамм ДНК. От того, чтобы стать доступной альтернативой флешкам, ДНК-носители пока отделяет стоимость: в своих опытах исследователи потратили 7 тысяч долларов только на то, чтобы запаковать  2 МБ данных, и еще 2 тысячи долларов на то, чтобы их прочесть.

Саундтрек вашего сна

Плохо спите? Мы тоже…

В большом городе, при нашем образе жизни, полном стрессов, редко получается высыпаться. И даже если удалось урвать 8-часовую норму сна, мы все равно часто просыпаемся разбитыми, в голове — туман. Все потому, что у многих людей нарушена фаза глубокого сна, а именно этот сон обеспечивает полноценный отдых и восстановление мозга.

Особенно часто глубокий сон (да и сон вообще) нарушен у пожилых людей. Именно их решили исследовать ученые из Северо-западного университета. Они предположили: раз нехватка глубокого сна плохо влияет на когнитивные способности, память и концентрацию, то улучшение качества сна поможет пожилым людям бороться с возрастным снижением памяти.

Для того чтобы это проверить, исследователи использовали так называемый розовый шум. Люди воспринимают розовый шум как спокойный ровный звук — примерно как шум водопада. Помните CD-диски с успокаивающими звуками для сна? Ученые усовершенствовали технологию. Они включали на ночь пожилым испытуемым розовый шум, который синхронизировался в реальном времени с мозговым ритмом.

Перед сном участники эксперимента проходили тест на память и концентрацию, с утра они его повторяли. Результаты испытуемых после сна с розовым шумом улучшились. Чтобы проверить, не случайное ли это колебание, ученые сделали то же самое, включив «плацебо-шум» — утренний прогресс в результатах теста снизился в три раза.

Получается, стимуляция специальным шумом действительно помогает улучшить память. Происходит это благодаря улучшению качества сна: чем больше у испытуемых увеличилась фаза глубокого сна после эксперимента, тем больший прогресс показали они по результатам теста.

Ученые планируют провести более масштабные исследования, чтобы подтвердить результаты на разных группах людей. Конечная цель — сделать технологию доступной для домашнего использования, чтобы мы могли наконец выспаться под приятный и полезный розовый шум.