Генная инженерия



С тех пор, как геном человека был расшифрован, перед учеными разных сфер раскинулись бесконечные  горизонты светлого будущего человеческого тела: лечение болезней на генном уровне, эволюционный фильтр и программирование генов. Правда, пока генная инженерия не выходит за рамки экспериментов на животных, но будьте уверены, выйдет.

Генная инженерия — это область биотехнологий, включающая в себя действия по перестройке генотипов. Уже сегодня генная инженерия позволяет включать и выключать отдельные гены, контролируя таким образом деятельность организмов, а также — переносить генетические инструкции из одного организма в другой, в том числе – организмы другого вида. По мере того, как генетики всѐ больше  узнают  о работе генов и белков, всѐ более реальной становится возможность программировать генотип, и прежде всего, человеческий, при этом достигая любых результатов, таких как: устойчивость к радиации, способность жить под водой, способность  к   регенерации повреждѐнных органов и даже бессмертие.

Практическая сложность работы биотехнологов укладывается в обманчиво простой алгоритм. Если внедрить ранее выделенный или «собранный вручную» ген в ДНК живой клетки, она начнет воспроизводить требуемый белок. Это открывает поистине неограниченные возможности.

Хотим мы того или нет, генетическая модификация ненавязчиво, но прочно закрепилась в современной медицине. Ее достаточно широкое распространение объясняется бесценной возможностью перекраивания реалий под свои нужды.

Генетическая информация. Генетическая информация (геном) содержится в клетке в хромосомах (у человека их 46), состоящих из молекулы ДНК и упаковывающих еѐ белков, а также в митохондриях. ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) является последовательностью нуклеотидов, каждый из которых содержит одно из четырех азотистых. С функциональной точки зрения ДНК состоит из множества блоков (последовательностей нуклеотидов), хранящих определенный объем информации — генов.

Генетический код

Каждый живой организм обладает особым набором белков. Определенные соединения нуклеотидов и их последовательность в молекуле ДНК образуют генетический код. Он передает информацию о строении белка. В генетике была принята определенная концепция. Согласно ей, одному гену соответствовал один фермент (полипептид). Следует сказать, что исследования о нуклеиновых кислотах и белках проводились в течение достаточно продолжительного периода.

Как известно, для того чтобы закодировать огромный объем информации в генетическом коде, используется всего 4 нуклеиновых кислоты: аденин, гуанин, тимин и цитозин. В генетическом коде они обозначаются соответствующими буквами — А, Г, Т и Ц. Таким образом, можно сказать, что «генетический алфавит» состоит из 4 букв, и до последнего времени считалось, что изменить его нельзя, однако группа ученых из Института Скриппса впервые сумела дополнить его двумя новыми буквами и при этом оставить его полностью функционирующим.

Генная инженерия берет свое начало в 1973 году, когда генетики Стэнли Кохен и Герберт Бойер внедрили новый ген в бактерию кишечной палочки    (E.    coli).

Первый успех ГМО

Последствия такого тяжелого заболевания, как диабет, известны во всем мире. В первую очередь оно поражает сердечно-сосудистую и нервную системы, что влечет за собой угнетение всех функций организма. Ежегодно миллионы людей пополняют печальную статистику заболевших, и единственное, по сути, на что могут положиться диабетики, — это инсулин.

Вплоть до 80-х годов прошлого века препарат производился по технологии 1925 года — путем извлечения гормона из коровьей или свиной поджелудочной железы. Такой способ производства едва покрывал 10% потребностей. Учитывая же современные темпы распространения болезни, он не справился бы со столь массовым спросом на инсулин даже с применением полусинтетических методик. Широкодоступный сейчас препарат стал бы критически дефицитным, если бы не прорыв, совершенный совместными усилиями ученых из НИИ Бекмана и биотехнологической корпорации Genentech. В 1978 году Артур Риггс и Кэйити Итакура при участии Герберта Бойера успешно использовали технологию рекомбинантной ДНК для внедрения гена синтеза человеческого инсулина в геном бактерий — пекарских дрожжей и кишечной палочки. Клетки полученных в результате эксперимента генетически модифицированных бактерий успешно росли, делились и в результате своей незатейливой жизнедеятельности вырабатывали инсулин, идентичный человеческому.

Синтетический человеческий инсулин стал первым одобренным для использования лекарством, полученным путем генной инженерии. По сей день он считается одним из лучших препаратов, поддерживающих жизнь диабетиков по всему миру, а испытанная при его создании технология прочно вошла в обиход фармацевтических предприятий. Уже в 2000 году количество лекарств, полученных аналогичным путем, перевалило за сотню и продолжает расти.

Во второй половине ХХ века было сделано несколько важных открытий и изобретений, лежащих в основе генной инженерии. Успешно завершились многолетние попытки «прочитать» ту биологическую информацию, которая «записана» в генах. Эта работа была начата английским учёным Ф. Сенгером и американским учёным У. Гилбертом (Нобелевская премия по химии 1980 г.). Как известно, в генах содержится информация-инструкция для синтеза в организме молекул РНК и белков, в том числе ферментов. Чтобы заставить клетку синтезировать новые, необычные для неё вещества, надо чтобы в ней синтезировались соответствующие наборы ферментов. А для этого необходимо или целенаправленно изменить находящиеся в ней гены, или ввести в неё новые, ранее отсутствовавшие гены. Изменения генов в живых клетках - это мутации. Они происходят под действием, например, мутагенов, химических ядов или излучений. Поэтому работа ученых сосредоточена на:

  • введении гена в вектор для переноса в организм.
  • переносе вектора с геном в модифицируемый организм.
  • преобразовании клеток организма.
  • отборе генетически модифицированных организмов (ГМО) и устранение тех, которые не были успешно модифицированы.

Начиная    с    1982    года    фирмы    США,     Японии, Великобритании и других стран производят генно-инженерный инсулин. Клонированные гены человеческого инсулина были введены в бактериальную клетку, где начался синтез гормона, который природные микробные штаммы никогда не синтезировали. Около 200 новых диагностических препаратов уже введены в медицинскую практику и более 100 генно-инженерных лекарственных веществ находится на стадии клинического изучения. Среди них лекарства, излечивающие артрозы, сердечно-сосудистые заболевания, некоторые опухолевые процессы и, возможно, даже СПИД. Среди нескольких сотен генно-инженерных фирм 60% работают над производством лекарственных и диагностических препаратов.

ГЕННЫЕ ВАКЦИНЫ

В последние десятилетия правительства многих стран дали добро на разработку инновационных вакцин. Причины развязывания рук исследователей на государственном уровне вполне понятны: катастрофическое распространение устойчивых к антибиотикам микроорганизмов, рост числа заболевших теми инфекциями, с которыми раньше удавалось успешно справляться, банальное отсутствие эффективных вакцин против туберкулеза, СПИДа и малярии…

Для борьбы с этой напастью из невидимого невооруженным глазом мира создаются рекомбинантные вакцины. Таким способом уже удалось получить эффективные вакцины против гепатита В и вируса папилломы человека.

Для создания прививок методами генной инженерии из ДНК патогенного организма выделяется ген, кодирующий продукцию вызывающего иммунную реакцию белка, после чего ген встраивается в плазмиду, стабильную молекулу ДНК нейтрального микроорганизма, например дрожжевой бактерии. Готовый антиген вводят в культуру для последующего самокопирования путем клеточного деления, после чего молекулу вновь выделяют, очищают и используют в качестве вакцины. Проще говоря, все эти высокоточные манипуляции позволяют получить белки, безопасные для человека, но при этом вызывающие такой же иммунный ответ, как и болезнетворный гость. Попадая в организм, модифицированная молекула запускает в клетках самого тела синтез чужеродных протеинов, которые могут быть распознаны иммунной системой и нейтрализованы.

К сожалению, большинство подобных препаратов пока еще обладают недостаточной иммуногенностью, но работы по исправлению этого недостатка ведутся неустанно.

Генная терапия человека

На людях технология генной инженерии была впервые применена для лечения Ашанти Де Сильвы, четырехлетней девочки, страдавшей от тяжелой   формы   иммунодефицита.   Ген,   содержащий   инструкции    для производства белка аденозиндезаминазы (ADA), был у нее поврежден. А без белка ADA белые клетки крови умирают, что делает организм беззащитным перед вирусами и бактериями. Работающая копия гена ADA была введена в клетки крови Ашанти с помощью модифицированного вируса. Клетки получили возможность самостоятельно производить необходимый белок. Через 6 месяцев количество белых клеток в организме девочки поднялось до нормального уровня. После этого область генной терапии получила толчок к дальнейшему развитию. С 1990-х годов сотни лабораторий ведут исследования по использованию генной терапии для лечения заболеваний. Сегодня мы знаем, что с помощью генной терапии можно лечить диабет, анемию, некоторые виды рака, болезнь Хантингтона и даже очищать артерии. Сейчас проводится более 500 клинических испытаний различных видов генной терапии. Неблагоприятная экологическая обстановка и целый ряд других подобных причин приводят к тому, что все больше детей рождается с серьезными наследственными дефектами. В настоящее время известно 4000 наследственных заболеваний, для большинства из которых не найдено эффективных способов лечения. Сегодня существует возможность диагностировать многие генетические заболевания ещѐ на стадии эмбриона или зародыша. Пока можно только прекратить беременность на самой ранней стадии в случае серьѐзных генетических дефектов, но скоро станет возможным корректировать генетический код, исправляя и оптимизируя генотип  будущего ребѐнка. Это позволит полностью избежать генетических болезней и улучшить физические, психические и умственные характеристики детей.

ИСЦЕЛЕНИЕ НА ГЕНЕТИЧЕСКОМ УРОВНЕ

Следующей ступенью эволюции биотехнологий в медицине стала генотерапия, хоть ее методы пока находятся на стадии экспериментальных разработок. В ее основе лежит будоражащая воображение идея о коррекции наследственных и приобретенных генетических недостатков живого организма.

Важнейшая проблема, препятствующая внедрению генной терапии в медицинскую практику уже сейчас, — обеспечение эффективной трансфекции, доставки генов к клеткам-«мишеням». Наиболее перспективными считаются методики транспортировки встроенной в плазмиду модифицированной ДНК или молекулы в составе неонкогенных вирусных частиц.

Согласитесь, подобные замыслы привычнее видеть на страницах научно-фантастических романов. Тем не менее будущее планирует наступить раньше, чем может показаться.

30 августа 2017 года свершилось историческое событие, которое в ближайшие годы полностью изменит процесс лечения онкологии. Экспертный совет американского Управления по контролю продуктов питания и лекарств (FDA) единогласно одобрил генную терапию острого лимфобластного лейкоза детей и взрослых до 25 лет, разработанную группой ученых из Университета Пенсильвании и компании Novartis. С помощью модифицированного вируса иммунодефицита в собственные Т-лимфоциты пациента внедряется ген, помогающий распознавать и уничтожать злокачественные клетки. Звучит невероятно, но ВИЧ в буквальном смысле «учит» клетки организма бороться с раком!

Правда, успевший снискать славу революционного препарат, выпущенный на рынок под названием Kymriah, еще далеко не совершенен. Из-за ряда опасных побочных действий его можно применять только в клиниках под надзором прошедших специальную подготовку докторов. Хотя тот факт, что во время испытаний у 83% пациентов с острым лейкозом наступила ремиссия, позволяет решиться на этот рискованный шаг с оптимизмом.

В дальнейшем генная терапия сможет применяться для исправления дефектов центральной нервной системы, заболеваний сердца и сосудов, гемофилии, коррекции иммунного ответа (в т. ч. ВИЧ) и даже мутаций генома.

Проект "Геном человека". В 1990 году в США был начат проект "Геном человека", целью которого было определить весь генетический код человека. Проект, в котором важную роль сыграли и российские генетики, был завершѐн в 2003 году. В результате проекта 99% генома было определено с точностью 99,99% (1 ошибка на 10000 нуклеотидов). Завершение проекта уже принесло практические результаты, например, простые в применении тесты, позволяющие определять генетическую предрасположенность ко многим наследственным заболеваниям. Высказаны, например, надежды, что, благодаря расшифровке генома, уже к 2006 году будут разработаны препараты для лечения такого опасного заболевания, как СПИД, к 2009 году будут определены гены, которые связаны со злокачественными новообразованиями, а к 2010-2015 году будут установлены механизмы возникновения почти всех видов рака. К 2020 году может быть завершена разработка препаратов, предотвращающих рак.

Перспективы контроля над генами. Развитие генной инженерии сделает возможным улучшение генотипа человека. Масштабные задачи, стоящие  сегодня  перед  человечеством  требуют  людей  талантливых   во многих отраслях, совершенных и высокоразвитых личностей, обладающих идеальным здоровьем, высочайшими физическими и умственными способностями. Таких людей можно будет создать методами генной, генетической и клеточной инженерии. Эти методы будут применимы как к только появляющимся на свет детям, так и к уже взрослым людям. Человек сможет многократно усилить свои собственные способности, и увеличить способности своих детей. С объективной точки зрения в этом нет ничего плохого или не этичного. Уже сегодня многие всемирно известные учѐные, такие как Уотсон, один из первооткрывателей ДНК, говорят о том, что человеческая глупость, например, является по сути своей генетическим заболеванием и в будущем будет излечима. Будут полностью ликвидированы генетические причины заболеваний, все люди будут совершенно здоровыми. Старение будет остановлено и никому не придѐтся сталкиваться с увяданием, с упадком сил, с дряхлостью. Люди станут практически бессмертными – смерть будет становиться всѐ более редким явлением, перестав быть неизбежностью. Известно, например, что одной из причин старения является сокращение теломер при каждом делении клетки. В конце 1990-х ученым удалось внедрить в клетки открытый ими ген, отвечающий за выработку белка теломеразы, восстанавливающего теломеры, и тем самым сделать их бессмертными. Конечно, отдельные группы, не отягченные соответствующими знаниями, но, преследующие какие то личные, идеологические или лоббистские цели могут пытаться запретить подобные технологии, но как показывает история развития науки, надолго это сделать им не удастся.

Генная инженерия совершила прорыв в лечении рака. Стивен Розенберг (Steven Rosenberg) и его коллеги из американского Национального института рака (National Cancer Institute) опробовали на ряде пациентов новый метод борьбы с опухолями, основанный  на введении  в  организм  перепроектированных   иммунных   клеток. Помните, как недавно учѐные сумели «обучить»  иммунные системы мышей эффективной борьбе с раковыми опухолями путѐм простой трансплантации белых клеток крови, забранных от особей, по естественным причинам к раку невосприимчивым (ведь бывают и такие организмы)? Теперь схожий метод лечения рака опробован на людях. Сначала авторы работы взяли иммунные клетки — Т-лимфоциты — у человека, который, в силу своих природных особенностей, смог успешно «отогнать» у себя меланому. Учѐные определили в них гены, отвечающие за работу рецептора, признающего раковые клетки, и  растиражировали этот ген. Затем они взяли Т-лимфоциты у нескольких больных  меланомой и при помощи ретровируса внедрили в них  искусственный, клонированный ген. Затем пациенты перенесли процедуру химиотерапии, после которой их иммунные системы оказались ослабленными, с крайне небольшим  числом  выживших  иммунных  клеток.  Тут-то  этим больным вернули их же собственные Т-клетки, забранные ранее, но теперь уже — с внедрѐнным в них новым геном (подробнее — в пресс-релизе института).Через месяц в 15 пациентах из 17 эти новые клетки не только выжили, но составили от 9% до 56% всего «населения» Т-лимфоцитов в организме.Но главное удивление — через 18 месяцев после лечения два пациента полностью избавились от рака, и также продемонстрировали высокий уровень Т-клеток в крови.У одного пациента раковых образований было два, одно из которых было разрушено полностью, а второе — сократилось на 89% (после чего его удалили хирургическим путѐм), а у второго пациента — была одна опухоль, которая «рассеялась». Розенберг отмечает, что «впервые генные манипуляции привели к регрессу опухоли у людей». «Мы теперь можем брать нормальные лимфоциты у пациентов и модифицировать их в лимфоциты, реагирующие на раковые клетки», — заявил учѐный, который намерен продолжить исследование. Он хочет узнать, как генетически модифицированные клетки выживут в организме в течение большего срока, как будет работать эта терапия в комплексе с другими методами лечения рака, как она сможет помочь при борьбе с другими типами раковых образований (здесь будут работать иные гены, кодирующие строительство других рецепторов). В общем — вопросов ещѐ немало. Если немного отойти то можно сказать еще и о ультразвуковой абляции HIFU терапии. Лидером в этой области являются врачи КНР. Ее технология заключается в сжигании раковых клеток ультразвуком, при температуре 100 градусов Цельсия опухоль буквально тает. Лидером в производстве специализированной техники является пекинская компания Haifuning HIFU Technology, которая совместно с американской компанией General Electric создала полностью компьютеризированный аппарат с управляемым температурным  режимом- FEP BY 02.[2]

ОМОЛОЖЕНИЕ МЫШЕЙ

К сожалению, о поголовном омоложении всех желающих речи пока не идет. Однако исследователям из группы Эны Гомес удалось продемонстрировать принципиальную возможность этого фантастического сценария, вернув престарелым лабораторным мышам многие возможности молодого организма.

Одно из самых известных возрастных изменений в клетках нашего организма — снижение функциональности митохондрий. Именно оно лежит в самой основе таких знакомых старческих заболеваний, как болезнь Альцгеймера или некоторые виды диабета. И чтобы отследить, как развивается этот процесс, Эна Гомес и ее коллеги замеряли уровень мРНК в клетках скелетных мышц мышей возрастом от 6-ти до 22-х месяцев — от молодости до старости. Ученые показали, что количество ядерной мРНК с течением времени почти не меняется, а вот уровень мРНК, синтезированной в самих митохондриях на основе их собственного генома, быстро падает.

Авторы обратили внимание, что к таким же изменениям, по имеющимся данным, приводит недостаток белка SIRT1. Известно также, что низкокалорийная диета позволяет продлить срок жизни лабораторным мышам, повышая активность белка SIRT1 и белка HIF-1a. Ученые предполагают, что эти молекулы должны как-то участвовать в сложном каскаде взаимодействий, который обеспечивает координацию активности между ядром клетки и ее митохондриями. Пока количество этих белков достаточно, пока они проявляют достаточную активность — возрастные изменения не проявляются.

Но что будет, если старым клеткам вернуть ту, молодую активность SIRT1?.. Сделать это можно, повысив концентрацию сигнальных молекул НАД+, которые стимулируют этот белок. Поэтому в течение недели дважды в день старые (22-месячные) мыши стали получать инъекции НМН — вещества, превращающегося в организме в НАД+.

К концу недели появились заметные изменения: из крови грызунов исчезли характерные для престарелого организма химические вещества-маркеры развивающейся атрофии мышц и воспаления. Начала развиваться новая, молодая мышечная ткань — животные стали снова 6-месячными. Для человека это было бы как вернуться телом в свои 20 лет — жаль только, что исследование этого подхода только начинается, и практических результатов мы со своими стремительно стареющими телами вряд ли успеем дождаться.

Головокружительные успехи

Исследования не стоят на месте, новые технологии с каждым годом все более уверенно заявляют о себе. Напрямую касается это и сферы генетики, научных достижений в этой области.

 1. Ученые из Института биологических исследований им. Салка в Ла-Хойе (Калифорния) в начале года заявили о том, что стали готовы к возможности выращивать человеческие органы внутри свиней.

В своем последнем исследовании они смогли вырастить внутри свиньи человеческие клетки и создали гибрид человека-свиньи на генетическом уровне. Это повышает вероятность того, что в будущем можно будет выращивать человеческие органы внутри животных для последующей трансплантации.

Хуан Карлос Изписуа Бельмонте, возглавлявший работу над проектом, говорит, что конечной целью является увеличение функциональных и трансплантируемых тканей или органов, но пока что ученые далеки от этого.

2.Ученые университета Техаса в Остине создали с помощью генной инженерии хлопок с более высокими качественными показателями, скрестив несколько видов растения.
Это первый шаг к новому способу разведения более крепкого, более производительного сорта при помощи процесса под названием эпигенетическая модификация.
В последние десятилетия ученые обнаружили, что многие черты живых существ контролируются не только кодом их ДНК, но и процессом вне ДНК, который определяет, будут ли выражены эти гены. Феномен получил название эпигенетика. Это открывает возможности совершенно новых способов разведения растений и животных.
Путем выборочного включения и выведения генной экспрессии производители могли создавать новые разновидности без изменения генов.
В исследовании ученые Техасского университета A&M и Нанкинского сельскохозяйственного университета в Китае сообщили о создании списка генов и генетических элементов, которые были включены или выключены через естественный процесс, называемый метилированием ДНК.

Исследователи идентифицировали более 500 генов, которые эпигенетически модифицированы между дикими сортами хлопка и одомашненным хлопком. «Это позволит нам дополнить генетическое размножение эпигенетическим», — сообщил профессор молекулярной генетики растений Д. Дж. Сибли.

3.Группа ученых, возглавляемая исследователями Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (DOE), в сотрудничестве с Калифорнийским университетом в Лос-Анджелесе опубликовала работу по секвенированию генома зеленых водорослей для создания чистой энергии и биопродуктов.

«Этот геном станет важным ресурсом для разработки возобновляемого и устойчивого микрогалогенного биотоплива», — сказала автор исследования Мелисса Рот, докторант-исследователь в лаборатории Niyogi.
Водоросли поглощают углекислый газ и питаются солнечной энергией благодаря фотосинтезу, но Chromochloris zofingiensis (исследуемая водоросль. — Авт.) имеет дополнительное преимущество в том, что ее можно культивировать на непахотных землях и в сточных водах.

Chromochloris zofingiensis является естественным источником астаксантина, антиоксидантом, полученным из диетических водорослей. Астаксантин обеспечивает защиту от окислительного стресса. «Уже ведутся исследования по определению того, являются ли противовоспалительные свойства астаксантина полезными при лечении рака, сердечно-сосудистых и нейродегенеративных заболеваний, диабета и других проблем здоровья человека», — отмечают ученые.

Объединив несколько методов секвенирования, исследователи смогли генерировать сборку генома на уровне хромосом.

4.Стволовые клетки крови впервые выращены в 207 году в лабораторных условиях. Их синтезировали ученые Гарвардской медицинской школы и Кембриджского университета.
Ученые начали с алгоритма создания человеческих стволовых клеток, которые могут образовывать практически любой другой тип клетки тела. Затем команда искала химические вещества, которые могли бы побудить их стать стволовыми клетками крови. После изучения генов, участвующих в производстве крови, исследователи идентифицировали белки, которые контролируют эти гены и применяют их к стволовым клеткам.
Они проверили множество комбинаций белков и обнаружили пять, которые работали вместе, чтобы побудить стволовые клетки стать стволовыми клетками крови. Эксперимент, в котором синтезированные стволовые клетки крови помещали в мышей, показал, что синтезируются новые красные и белые клетки крови и тромбоциты.

Отдельная команда достигла такого же эффекта со стволовыми клетками, взятыми у взрослых мышей. Рафаэль Лис в Медицинском колледже Вайля Корнелла в Нью-Йорке и его коллеги начали с клеток, взятых из стенок легких у животных, исходя из идеи, что подобные клетки в эмбрионе в конечном итоге образуют первые стволовые клетки крови. Команда определила набор из четырех факторов, которые могли бы стимулировать эти стволовые клетки легких.

Лабораторные стволовые клетки еще не готовы для использования на людях, хотя все мыши были здоровыми во время экспериментов. Для людей существует риск того, что клетки могут мутировать и вызывать рак.

5. Шведские ученые создали хрящевую ткань путем печати стволовых клеток с использованием 3D-биопринтера. Стволовые клетки выжили.
Исследовательская группа смогла воздействовать на клетки, чтобы те размножались и дифференцировались для образования хондроцитов (хрящевые клетки) в печатной структуре.

Исследовательский проект ведется в сотрудничестве с группой исследователей Технологического университета Чалмерса, которые являются экспертами в области 3D-печати биологических материалов.

Команда использовала хрящевые клетки, собранные у пациентов, перенесших операцию на колене. Затем эти клетки обработали в лаборатории, где их заставили омолаживаться и возвращаться в стволовые клетки. Затем стволовые клетки разложили и инкапсулировали в состав нанофибриллированной целлюлозы и напечатали в структуру с использованием 3D-биопринтера. После печати стволовые клетки обрабатывали факторами роста, которые приводили к их правильной дифференциации, так что они образовывали хрящевую ткань. Основное понимание, полученное в ходе исследования, заключается в том, что для образования ткани необходимо использовать большое количество живых стволовых клеток.

Хрящ, образованный стволовыми клетками в трехмерной биотрансферной структуре, очень похож на человеческий хрящ. Опытные хирурги, которые исследовали искусственный хрящ, не видели никакой разницы, когда сравнивали биопринтерную ткань с реальным хрящом, и заявляли, что материал обладает свойствами, подобными природному хрящу пациента.

6. В феврале 2017 года ученым впервые удалось достичь двусторонней связи в интерфейсе «мозг-машина». Протезная конечность может частично восстановить утраченную моторную функцию, когда она непосредственно контролируется деятельностью мозга. Это стало возможным благодаря расшифровке активности нейронов, которая регистрируется электродами, а затем переводится в роботизированные движения.
Из-за отсутствия сенсорной обратной связи от искусственной конечности страдает точность данных.
Нейробиологи из Женевского университета (ЮНИГЕ) в Швейцарии изучили, смогут ли они передать это пропавшее ощущение назад в мозг, и предложили сделать это, стимулируя нейронную активность в коре. Они узнали, что создать искусственное ощущение нейропротезных движений невозможно, но при этом установили, что основной процесс обучения проходит очень быстро.
Успешные результаты, к сожалению, редки. Это связано с тем, что до сих пор интерфейсы мозговых машин управлялись, полагаясь в основном на визуальное восприятие, то есть глядя на роботизированную руку. Это означает, что прямой поток информации между мозгом и машиной является однонаправленным. Однако восприятие движения основано не только на видении, но и на проприоцепции — сознании того, где конечность находится в пространстве.

Первичный оптический интерфейс «мозг-машина» позволяет осуществлять двустороннюю связь с мозгом. Хотя роботизированная рука контролируется нейронной активностью, записанной с помощью оптического изображения (красный лазер), положение руки транслируется обратно в мозг через оптическую микростимуляцию (синий лазер).

7. В январе 2017 исследователи Национального института здоровья США (NIH) обнаружили молекулярные механизмы, которые могут влиять на поведение женщины в дни, предшествующие ее менструальному периоду.
Такое предменструальное дисфорическое расстройство (PMDD) поражает от 2-5% женщин репродуктивного возраста, тогда как менее серьезный предменструальный синдром (PMS) встречается гораздо чаще.

Ученые обнаружили, что PMDD представляет собой расстройство реакции клетки на эстроген и прогестерон, объясняет Питер Шмидт, управляющий директор Национального института психического здоровья NIH.

У женщин с PMDD экспериментальное отключение эстрогенов и прогестерона устраняло симптомы такого синдрома, в то время как экспериментальное возвращение этих гормонов вызывало повторное появление симптомов. Это подтверждает наличие биологической поведенческой чувствительности к гормонам, которые могут отражаться в молекулярных различиях, обнаруживаемых в их клетках.

«У нас теперь есть клеточные признаки аномальной передачи сигналов в клетках, полученных от женщин с PMDD, и правдоподобная биологическая причина их аномальной поведенческой чувствительности к эстрогену и прогестерону», — объясняет Шмидт.

8. Европейские ученые сделали новейшее открытие в генной инженерии. Они использовали особенную генную терапию, чтобы вырастить здоровую кожу для семилетнего мальчика с генетическим заболеванием кожи. Это далеко не первая попытка ученых в данном направлении. Однако создать здоровые клетки на полностью больном теле ребенка – задача не из легких.

Заболевание мальчика несет страшное наименование junctional epidermolysis bullosa. В результате поражения всего тела, кожа выглядит слабой, тусклой и болезненной, иммунитет сильно ослаблен, а также высок риск развития рака кожи и попадания различных инфекций. Ранее ученые не знали, как лечить мальчика иначе, чем «пичкать» его морфием для ослабления боли. Поначалу ему давали множество антибиотиков, клали повязки, кормили специальными смесями, пытались сделать трансплантацию клеток от отца мальчика, но ничто не помогало. Никто не ожидал, что он может пойти на поправку. Спустя два года интенсивного лечения кожа мальчика стала выглядеть более свежей и здоровой. Его жизнь стала налаживаться, и он даже смог играть в футбол.

Данное заболевание может принимать различные формы, в зависимости от силы генетической мутации. Пациент постоянно испытывает сильные боли и серьезные недомогания. Несмотря на эффективность новой методики лечения, далеко не все пациенты смогут пойти на поправку. Счастливый ход лечения семилетнего мальчика – безусловный успех в генной инженерии! Однако не стоит забывать о последствиях и возможности применения данного подхода к другим пациентам. Эксперимент должен пройти проверку на прочность и безопасность. Учеными замечено повреждение внутренней ткани пациента в результате прохождения лечения, а также опасности для пищевода и мочевого тракта. Следовательно требуется улучшение метода и проведение новых исследований в области восстановления на внутриклеточном уровне.

Доктор Peter Marinkovich, профессор дерматологии из Стенфорда, был приятно удивлен новым открытием своих коллег. Он отмечает сильный прорыв в генной инженерии и в медицине в целом. Петер со своей командой проводит подобные исследования на небольших участках кожи взрослых.

Другие исследования в данной области проводились с использованием пересадки костного мозга, что помогало изменить течение болезни в лучшую сторону. Однако данный метод привел к побочным эффектам, от которых умерли несколько детей, а у многих выживших были тяжелые осложнения.

Новый метод предполагает выращивание новых клеток из зараженных методами генной инженерии, используя инъекцию специального вируса мутированных ген в ДНК. Далее в лаборатории новые клетки соединяют в участки кожи, и хирурги «сшивают» кожу для мальчика.

Таким образом, методами генной инженерии и с помощью хирургического вмешательства мальчику заменили 80 % кожи. Все были бесконечно счастливы, когда увидели положительные изменения в жизни мальчика. Требуется постоянное врачебное наблюдение за изменениями здоровья пациента и предотвращение опасных побочных эффектов.

Череда поистине великих достижений в области генетики, молекулярной биологии и вирусологии связывает между собой литры жизненно необходимого инсулина и сою в колбасе, повседневный «ИФА на сифилис» и будущие сады на Марсе. Сугубо теоретические знания о структуре ДНК да лигазах-рестриктазах обернулись в недалеком прошлом вполне практической генетической инженерией. Полученные с ее помощью продукты могут обидно называться «генетически модифицированными» и стоить значительно дешевле на полке в супермаркете либо гордо именоваться «рекомбинантными» и быть заслуженно дорогими, находясь в аптеке. Последующее же неизбежное развитие генной инженерии, по разным прогнозам, может привести как к долгой счастливой жизни без голода и болезней, так и к зомби-апокалипсису в результате побега инфицированной мартышки от доигравшихся, наконец, ученых.


2797 просмотров

Комментарии:

Добавить комментарий:

Ваши Ф.И.О.:*

Ваш E-Mail:*

Ваш телефон:*

Текст комментария:*



Комментарии:


A