10 відкриттів у генетиці за 2017 рік
У 2017 році спеціалісти по спадковості надали світу неймовірні нові інструменти генетичного редагування і виявили уразливі місця бактерій і вірусів. Крім цього, вони зробили ряд фундаментальних відкриттів, які наблизили нас до розуміння феномену життя.
1. Вперше відредагований геном живої людини
Операцію провели в Каліфорнії співробітники компанії Sangamo Therapeutics. Всі інші досліди, за винятком одного в Китаї, про який мало що відомо, здійснювалися виключно на зразках ембріональної тканини.
Для 44-річного пацієнта редагування генома стало останнім шансом. Брайан Маді страждає від синдрому Хантера, пов’язаного з нездатністю печінки виробляти важливий фермент для розщеплення мукополісахаридів. Фермент доводиться вводити штучно, що дуже дорого, до того ж для боротьби з наслідками хвороби Маді довелося пройти через 26 операцій. Щоб допомогти Брайану, йому внутрішньовенно ввели мільярди копій коригувальних генів, а також генетичні інструменти, які повинні розрізати ДНК в певних місцях. Геном клітин печінки повинен змінитися на все життя. У разі успіху лікування дослідники продовжать експерименти з іншими спадковими захворюваннями.
2. Створено стабільний напівсинтетичний організм
В основі будь-якого життя на Землі лежать чотири букви-нуклеїнових підстави: аденін, тимін, цитозин і гуанін (A, T, C, G). Використовуючи цей алфавіт, можна створити будь-який живий організм, від бактерії до кита. Вчені давно намагаються «зламати» цей код, і в цьому році їм це, нарешті, вдалося. Прорив зробили генетики з Дослідницького інституту Скріппса. Вони доповнили генетичний алфавіт двома новими буквами – X і Y, які вставили в ДНК кишкової палички.
Вводити штучні букви в ДНК навчилися вже кілька років тому, справжнім проривом 2017 року став стабільність штучного організму. Раніше підстави X і Y губилися при розподілах, і нащадки модифікованої бактерії швидко поверталися до «дикого» стану. Завдяки вдосконаленню технологій і змінами, внесеними до підставу Y, вдалося домогтися збереження штучних «букв» в геномі бактерій протягом 60 поколінь. Застосування нової технології на практиці поки залишається справою майбутнього – можливо, її можна буде застосувати для додання мікроорганізмам нових властивостей. Поки ж для дослідників важливішим є той факт, що їм вдалося модифікувати один з фундаментальних механізмів життя.
3. Виявлено «космічний ген»
Світ переживає «космічний Ренесанс»: компанії на чолі з SpaceX одна за одною рвуться в космос, а урядовці планують будувати колонії на Марсі та Місяці. Однак не варто забувати, що мільйони років наш вид і його предки еволюціонували для життя на поверхні Землі. Важливо заздалегідь дізнатися, як довге перебування в космосі і на інших планетах відіб’ється на людському організмі, щоб вжити необхідних заходів захисту. На щастя, у дослідників з’явилася така можливість – астронавт Скотт Келлі, який провів на МКС близько року, і його брат-близнюк Марк, який залишався на Землі, погодилися на повне обстеження своїх організмів.
Крім очікуваних фізіологічних змін, викликаних невагомістю, вчені з подивом виявили відмінності в геномах братів. У Скотта було зафіксовано тимчасове подовження теломер – кінцевих ділянок хромосом, а також зміни в експресії більше 200 000 молекул РНК. Процес включення і виключення тисяч генів перетворився через перебування в космосі. Вчені назвали сукупність цих змін «космічним геном». Поки невідомо, як він вплинув на здоров’я Скотта – експерименти з близнюками Келлі тривають.
4. Доведено ефективність генетичної терапії
У 2017 році CRISPR і інші технології генетичного редагування все активніше застосовували для боротьби з різними захворюваннями. На відміну від випадку Брайана Маді, більшість подібних методик не вимагають масштабних модифікацій геному, а клітини редагуються не в організмі пацієнта, а в лабораторії. Подібні способи отримали назву генетичної терапії. У році, що минає дослідники неодноразово доводили її ефективність проти різних хвороб.
Найяскравішим прикладом є боротьба з небезпечним захворюванням, яке й саме має генетичну природу. Йдеться про рак – точніше, поки лише про деякі його різновидах. Дослідники продемонстрували, що, взявши імунні клітини хворих на лімфому, за допомогою генного редагування налаштувавши їх на боротьбу з пухлиною і ввівши назад пацієнтові, можна домогтися високого відсотка ремісії. Метод, запатентований під назвою Kymriah ™, в серпні 2017 року було схвалено FDA.
5. Стійкість до антибіотиків пояснена на молекулярному рівні
У 2017 році стурбовані вчені оголосили, що настав кінець епохи антибіотиків. Засіб, який майже сто років рятувало мільйони людських життів, швидко стає неефективним через появу стійких до антибіотиків бактерій. Це відбувається завдяки швидкому розмноженню мікроорганізмів і їх здатності обмінюватися генами. Одна бактерія, яка навчилася чинити опір впливу ліків, передасть це вміння не тільки своїм нащадкам, а й будь-яким знаходяться поблизу представників свого виду.
Однак поки одні пишуть маніфести із закликами до урядів і громадськості, інші шукають у супербактерій вразливі місця. Зрозумівши молекулярні основи стійкості до ліків, ми зможемо ефективно протистояти супербактеріі. Датським вченим вперше вдалося довести, що гени стійкості і гени антибіотиків близькі одна одній. Мікроорганізми роду Actinobacteria виробляють як антибіотики, так і речовини, здатні їх нейтралізувати. Хвороботворні бактерії здатні «красти» у актинобактерий гени, що відповідають за стійкість, і поширювати їх по популяції. Хоча зупинити горизонтальний перенос генів не під силу нікому, виявлений механізм дозволить знайти нові засоби боротьби з супербактеріями.
6. Виявлені гени довголіття
На відміну від різних хвороб, які можна навчитися лікувати, старіння є по-справжньому екзистенціальної проблемою. Дослідники твердо мають намір «скасувати» його, але ми поки точно не знаємо ні механізмів старіння, ні наслідків, які його зникнення зробить в суспільстві. Втім, фахівці налаштовані оптимістично. У 2017 році був проведений цілий ряд досліджень в області генетики старіння, які можуть стати ключем до вирішення проблеми.
Одним з напрямків став пошук мутацій, пов’язаних з довгожительством. Одна з них була виявлена в громаді амішів. Мутація відповідала за знижений рівень інгібітора активатора плазміногену (PAI-1). Її носії жили в середньому на 14 років довше, ніж інші амішів (85 років проти 71 року). Також вони рідше хворіли віковими захворюваннями, а їх теломери були довші. В інших дослідженнях було показано, що мутація рецептора гормону росту підвищує тривалість життя у чоловіків, а рівень інтелекту генетично пов’язаний з повільним старінням. Також в минулому році китайські вчені виявили ген довгожительства у черв’яків. На основі всіх цих робіт можна спробувати створити справжні ліки проти старості. Можливо, одним з методів стане генетична корекція мітохондрій – внутрішньоклітинних батарейок, які з віком втрачають гнучкість.
7. Генетичний скринінг став ще точніше
Ми – це наші гени. По крайней мере, ця ідея правильна щодо здоров’я, адже причиною багатьох хвороб є генетична схильність до них. Розшифрувавши свою ДНК, можна дізнатися про ризики тих чи інших захворювань і вжити заходів профілактики. У 2017 році технології генетичного скринінгу удосконалювалися і ставали все більш доступними завдяки вченим і представникам біотехнологічних компаній. Наприклад, тепер можна заздалегідь передбачити ризик розвитку серцево-судинних захворювань і навіть схильність до прокрастинації.
Генетичний скринінг важливий не тільки для дорослих, але і для ще не народжених дітей і їх батьків, і в цій сфері також є рух вперед. Так, торішнє дослідження показало, що нова методика діагностики синдрому Дауна (і ряду інших захворювань) підвищила точність прогнозів до 95%. Тепер потенційні батьки зможуть вирішити долю плода, не побоюючись помилки. Стартап Genomic Prediction йде ще далі: він обіцяє з високою точністю передбачати зростання, інтелект і здоров’я майбутньої дитини. Він використовує нові технології, завдяки яким стало можливим передбачати не тільки захворювання і відхилення в розвитку, викликані одиничної мутацією, але і стану, що формуються шляхом взаємодії безлічі генів. По суті, це вже євгеніка, і до подібної практики виникає ряд етичних питань.
Білорусія легалізує Майнінг і криптовалюта
8. Уточнено генетичні механізми еволюції
У основ теорії еволюції стояли Чарльз Дарвін, який відкрив природний відбір, і Грегор Мендель, що вперше описав механізми спадковості. Вчені XX століття змогли дізнатися, як еволюція працює на молекулярному рівні. Однак ми досі далекі від повного розуміння цього процесу, і кожен рік приносить нові відкриття. 2017 не став винятком. Однією з головних робіт про зв’язок генетики і еволюції стало вивчення риб сімейства цихлид, яке продемонструвало, що спадковістю пояснюються далеко не всі ознаки живих організмів. Наприклад, у формуванні кісток черепа риб величезну роль відіграє поведінка.
Крім цього, вчені зробили ще цілий ряд чудових фундаментальних відкриттів генетичних основ еволюції. Їм вдалося зрозуміти, як безстатевий черв’як виживав без сексу 18 млн років, уточнити роль випадковості в еволюції і зрозуміти, що віруси служать найважливішим джерелом нових генів.
9. На ДНК вперше записали музику
ДНК – система зберігання інформації, яка успішно працювала мільярди років. Вона надійна і займає зовсім небагато місця. Тому ідея використовувати її для запису інформації здається очевидною, адже люди виробляють і збирають все більше даних, які потрібно десь зберігати. У 2016 році вчені з Microsoft перевели 200 Мб інформації в молекулу ДНК розміром з крупинку солі. У 2017 дослідження в цій області продовжилися.
Компанія Twist Bioscience зуміла вперше в історії записати на ДНК музичний файл. Для цього були обрані дві композиції: «Tutu» Майлза Девіса (живий запис з джазового фестивалю в Монтре 1986 року) і хіт Deep Purple «Smoke on the Water». За словами дослідників, записи вийшли ідеальними, і будь-хто зможе послухати їх, наприклад, через триста років – досить буде скористатися машиною, яка читає ДНК. На відміну від сучасних носіїв, записи за допомогою нуклеїнових кислот не схильні до швидкого руйнування. До того ж цей спосіб зберігання даних настільки компактний, що, згідно з розрахунками, вся інформація з Інтернету, закодована в ДНК, вміститься в більшу взуттєву коробку.
10. Створено генетичний принтер і біологічний телепорт
За допомогою 3D-друку сьогодні створюють будинки, металеві деталі і навіть органи. Генетик Джон Крейг Вентер вирішив не зупинятися на цьому і побудував «генетичний принтер», який замість чорнила заповнюється підставами і може друкувати ДНК живих організмів. Поки мова йде про найбільш примітивних істот, таких як віруси, наприклад, вірус грипу, і бактерії, а також про окремі ділянки геномів і РНК.
У технології можливо і набагато більш фантастичне застосування – «біологічний телепорт». Відправивши принтер з потрібними матеріалами на Марс, можна буде за допомогою радіо відправити йому сигнали для друку бактерій. На думку Вентера, це самий реалістичний сценарій колонізації Червоної планети: спочатку мікроорганізми перетворюють середу, а потім на терраформіровать Марс прийде людина. Ідея вже зацікавила Ілона Маска.
