쿺

Настоящий Ингушский Форум

Информация о пользователе

Привет, Гость! Войдите или зарегистрируйтесь.


Вы здесь » Настоящий Ингушский Форум » Наука и Медицина » -=Новости науки=-


-=Новости науки=-

Сообщений 121 страница 129 из 129

121

Клеточная алхимия

Колдуны и волшебники древности и во сне не могли помыслить о том, на что в действительности способны современные технологии «клеточной алхимии».

В 2012 году Нобелевская премия в области медицины и физиологии досталась авторам двух, пожалуй, самых важных открытий со времен расшифровки структуры ДНК. Эксперименты, проведенные японцем Синъей Яманакой (Shinya Yamanaka) и британцем Джоном Гёрдоном (John Gurdon) почти за полвека до вручения премии, сделали возможным то, что многие специалисты называют «клеточной алхимией». Ученые показали, что созревание стволовых клеток, их дифференциацию ? превращение в высокоспециализированные клетки организма ? можно обратить вспять. И запустить снова, в нужном нам направлении.

Со времен Левенгука, впервые рассмотревшего ранние стадии эмбриогенеза под увеличительным стеклом, ученые поражались удивительной гармоничности и сложности процесса, в результате которого оплодотворенная яйцеклетка превращается в сложный многоклеточный организм. Самая первая клетка ? зигота ? делится надвое, эти две превращаются в четыре, и так далее. И даже когда дело доходит до миллиардов клеток, каждая из них прекрасно знает, когда и каким образом ей делиться, где ее место и каково предназначение ? и развивается с поразительной согласованностью.

http://naked-science.ru/sites/default/files/images/9nobel-image-superJumbo.jpg
Синъя Яманака и Джон Гёрдон
©Kyodo/ Reuters

В конце XIX века появилась гипотеза, согласно которой в разных дочерних клетках накапливается разный наследственный материал, который и определяет направление ее развития и дифференциации. Эта идея, казалось бы, подтвердилась, когда известный немецкий анатом Вильгельм Ру (Wilhelm Roux), разделив пополам имевшего всего две клетки зародыша лягушки, вырастил из них два «полузародыша». Однако вскоре его соотечественник Ханс Дриш (Hans Driesch), экспериментируя с иглокожими, получил из двух разделенных клеток два совершенно одинаковых и совершенно полноценных организма. Вскоре к тому же результату привели опыты с 8-клеточными бластомерами тритона. Выходило, что, по крайней мере, на этом этапе развития делящиеся клетки эмбриона совершенно идентичны и несут одинаковый генетический материал.

Кстати, Ханс Шпеман (Hans Spemann), рассекавший зародыши тритона с помощью тонкого волоса, позаимствованного у собственной дочери, впервые и озвучил фантастическую по тем временам возможность переноса содержащего наследственность ядра из зрелой, высокоспециализированной клетки в яйцеклетку – с тем, чтобы проверить, превратится ли она в такую же зрелую клетку, или будет развиваться по пути обычного эмбриона. Несколько десятилетий спустя ? в 1950-х ? такой эксперимент был проведен с зародышем лягушки.

http://naked-science.ru/sites/default/files/images/4864270446_2f8fb36c1f_b.jpg
Ханс Дриш (Hans Driesch), экспериментируя с иглокожими, получил из двух разделенных клеток два совершенно одинаковых и совершенно полноценных организма
©EMSL

Из клетки, находившейся на стадии бластулы и уже начавшей дифференцироваться, удалось выделить ядро и перенести его в очищенную от собственной ДНК яйцеклетку. Действительно, такая клеточная химера вырастала во вполне нормальную и благополучно плававшую лягушку. Однако когда аналогичные попытки были предприняты с клетками более зрелыми и дифференцированными, число успешно выросших лягушек резко сократилось, ну а из клеток взрослого эндотелия получались лишь мертвые эмбрионы с глубоко нарушенным развитием. Эти результаты позволили предположить, что клетки, взрослея и специализируясь, постепенно теряют возможность развиваться по пути нормального эмбриона.

Тут на сцене появляется один из будущих лауреатов ? англичанин Джон Гёрдон, который провел тысячи экспериментов по переносу клеточного ядра на зародышах шпорцевых лягушек. В целом он подтвердил предыдущие выводы: эффективность развития нормальных эмбрионов падает по мере созревания клеток-доноров клеточного ядра. Важнее здесь то, что это правило на некоторых клетках не работало: несмотря на высоко дифференцированную стадию развития, они странным образом сохраняли способность снова давать рождение совершенно нормальным организмам. Получается, что все клетки не только несут идентичный генетический материал, но и их созревание не включает каких-то совершенно необратимых процессов, и каким-то способом может быть обращено вспять.

http://naked-science.ru/sites/default/files/images/4616178309_574211c4be_b.jpg
Извлечение ДНК
©CIMMYT

Опыты Гёрдона стимулировали целое направление экспериментальных работ по переносу ДНК из взрослых организмов в яйцеклетки ? тому, что сейчас принято называть клонированием. В 1983 году эта задача была впервые успешно решена на мышах (с более чем 90% благополучно выросших особей), однако ядра выделялись снова из клеток зиготы, а не взрослого организма. Со «взрослыми» клетками млекопитающих это не удавалось раз за разом, настолько, что авторы экспериментов в конце концов объявили эту задачу принципиально невыполнимой.

По счастью, не все к ним прислушались, и в 1996 году такие попытки увенчались появлением на свет успешно клонированной Долли, для которой ДНК была выделена из зрелой клетки молочной железы овцы. А годом спустя Джейме Томсону (Jamie Thomson) с коллегами удался  следующий прорыв ? разработка методов культивирования в лаборатории недифференцированных эмбриональных стволовых клеток человека (hESC).

Дело оставалось за главным: соединить эти два достижения и научиться выращивать человеческие клетки. Если мы, например, возьмем ДНК из клеток человека, пораженных каким-нибудь генетическим заболеванием, то сможем вырастить с их помощью «взрослую» высокоспециализированную ткань, на которой это заболевание можно детально исследовать, учиться восстанавливать повреждения. Или, скажем, взяв здоровые клетки больного, выращивать из них новую ткань для трансплантации. Или даже превращать их в целые органы, готовые к пересадке...

http://naked-science.ru/sites/default/files/images/1280px-Dollyscotland.jpg
Овца Долли - первое теплокровное животное-клон
©wikimedia

Первые успешные попытки проделать это были предприняты, однако, на лабораторных мышах с врожденным иммунодефицитом. Взяв такую клетку, ученые «в пробирке» скорректировали нарушения в ее геноме, затем стимулировали ее развитие в гемопоэтические стволовые клетки ? предшественницы клеток крови ? и благополучно «привили» их больным грызунам. Те продемонстрировали частичное восстановление нормального производства В- и Т-лимфоцитов, а следом ? и некоторое возвращение здорового иммунитета. Аналогичные результаты были получены с выращиванием из стволовых клеток «вылеченных» дофаминэргических нейронов и пересадкой их мышам с болезнью Паркинсона.

К сожалению, все эти работы были исключительно разовыми проектами, крайне сложными, многоступенчатыми, дорогостоящими и доступными лишь избранным лабораториям. При этом в обществе поднялась волна страхов за возможное «клонирование человека», о чем ученые до поры вообще-то и не заикались. Тем не менее, в США при Джордже Буше финансирование ряда направлений, связанных с hESC, было жестко ограничено, законодательные ограничения появились и в других странах. Отдельные ограничения, разумеется, касались работы с человеческими яйцеклетками ? все это могло резко замедлить развитие технологий и исследований.

Однако ключевые выводы уже были сделаны. Во-первых, стало точно известно, что все соматические (неполовые) клетки взрослого организма несут одинаковый геном. Во-вторых, стало понятно, что в цитоплазме клетки имеются все необходимые молекулярные системы для того, чтобы не только превращать ее в ту или иную специализированную клетку, но и ? при использовании точно выверенного набора химических сигналов ? возвращать ее в исходное состояние. Это состояние, из которого клетка может затем развиться практически в любую взрослую форму, называется плюрипотентным, а сам процесс изменения специализации клетки ? ее перепрограммированием.

В 2004 году в обзоре «Первые полвека ядерной трансплантации» Гёрдон писал: «Мы уверены, что способность яйцеклетки к перепрограммированию рано или поздно будет расшифрована на уровне конкретных молекул, и эти механизмы удастся использовать для перепрограммирования соматических клеток, которые удастся выращивать in vitro («в пробирке» ? NS)». Однако тогда задача выглядела невероятно трудной, и Гёрдон полагал, что еще лет 50 понадобится лишь для первого этапа работы ? понимания молекулярных механизмов, управляющих дифференциацией клеток.

Тем более весомыми оказались эксперименты, проведенные в лаборатории нашего второго лауреата ? японского профессора Синъи Яманаки. В начале 2000-х годов ученый исследовал участие ряда белковых факторов в возвращении клетки к плюрипотентной фазе (т.н. индуцированной плюрипотентности), а затем он поступил весьма остроумно. Вместо того, чтобы погружаться в детали работы бесчисленных регуляторных белков, ученый вспомнил, что, в конце концов, работа их должна обеспечивать изменения в активности каких-то конкретных генов ? и вскоре эти гены ему удалось выявить.

http://naked-science.ru/sites/default/files/images/yamanaka.jpg
Синъя Яманака в лаборатории
©Chris Goodfellow

Нельзя сказать, что работа оказалась простой. Из многих сотен вариантов Яманака со своей командой отсеяли практически всех, и в итоге остановились на 24-х генах, участвующих в индуцировании плюрипотентного состояния. Воспользовавшись этим, ученые, наконец, сумели перепрограммировать мышиные фибробласты (клетки соединительной ткани), вернув их в юное плюрипотентное состояние. В конечном итоге Яманака остановился всего на четырех белках-факторах перепрограммирования, которые получили его имя. Вот этот список: Oct4, Sox2, KLF4 и c-Myc ? этого «магического зелья» «клеточным алхимикам» достаточно для того, чтобы вернуть взрослую соматическую клетку в раннее детство и получить из нее индуцированную плюрипотентную стволовую клетку (iPSC).

Вскоре к работе над iPSC подключилось множество исследовательских групп, и технологии их получения и дальнейших манипуляций стали быстро совершенствоваться. Буквально через год ? в 2007-м году ? были проведены первые успешные эксперименты по перепрограммированию человеческих клеток. Можно было переходить к практическому использованию этих результатов. Перепрограммирование позволило получить клеточные линии для исследования целого ряда сложных заболеваний ? болезни Паркинсона, различных форм иммунодефицита, диабета, рака. Сегодня «клеточная алхимия» развивается уже сотнями лабораторий по всему миру, где изучают болезни и способы их лечения, а наравне с тем ? и жизнь, и развитие здоровых клеток. На них можно проверить действие новых лекарственных препаратов, изучить эффекты радиации и генетической терапии. Из них выращивают ткани для пересадки ? и такие ткани организм больного никогда не отторгает, ведь выращены они из его собственных клеток. Делаются уверенные шаги по выращиванию целых органов для трансплантации. И если вскоре вместо того, чтобы пломбировать очередное дупло в зубе, мы сможем просто заказать себе новый, то это ? благодаря «клеточной алхимии».

https://naked-science.ru/article/nakeds … -alkhimiya

0

122

В клетках человека нашли новую форму ДНК

https://naked-science.ru/sites/default/files/styles/full_size/public/field/image/ahr0cdovl3d3dy5saxzlc2npzw5jzs5jb20vaw1hz2vzl2kvmdawlza5os80nzavb3jpz2luywwvaw1vdglmx25ld0roqs5qcgc.jpeg
Исследователи обнаружили в клетках человека необычные «узловые» структуры ДНК. Прежде такие конструкции удавалось создать только искусственно.

Австралийские ученые обнаружили в клетках человеческого организма необычные структуры ДНК — i-мотивы (intercalated-motif, i-motif). Ранее их удавалось получить только в лабораторных условиях, в живых клетках их нашли впервые. Исследование опубликовано в журнале Nature Chemistry.

Самая известная форма ДНК — знаменитая двойная спираль, но более короткие последовательности могут иметь и другую конструкцию. В двойной спирали азотистые основания (аденин, гуанин, тимин, цитозин) одной из двух цепей соединены с основаниями другой в строгом соответствии: например, гуанин объединяется только с цитозином. Структура i-мотива — крестообразный узел, в котором цитозин «сплетается» с цитозином на той же цепи. Впервые ученые обнаружили такие конструкции в 1990-х — тогда i-мотивы удалось получить искусственно. Наиболее пригодной для них оказалась кислая среда, нехарактерная для организма человека, поэтому исследователи сомневались, что эти структуры когда-нибудь обнаружатся в человеческих клетках.

https://naked-science.ru/sites/default/files/images_custom/2018/04/019-dna-i-motif-structure-living-cells-1.jpg

Структура i-мотива / © Zeraati et al., Nat Chem, 2018

Чтобы найти их, австралийские ученые создали микроскопический «инструмент» iMab — особый фрагмент антитела, способный распознавать i-мотивы и связываться с ними. Эти фрагменты не соединяются со спиральными структурами ДНК и нетипичными конструкциями других типов. iMab снабдили светящимися метками и ввели в человеческие клетки, принадлежащие к нескольким клеточным линиям. Это позволило установить, где именно в клеточных ядрах располагались i-мотивы.

Один из авторов работы Махди Зераати (Mahdi Zeraati) комментирует: «Сильнее всего мы удивились, когда увидели, что зеленые участки — i-мотивы — появляются и исчезают время от времени. Так мы узнали, что они формируются, разрушаются и возникают вновь».

Ученые установили, что i-мотивы формируются в основном в конце фазы клеточного цикла G1. В это время клетка увеличивается в размерах и синтезирует РНК и белки, необходимые для синтеза ДНК. Новые структуры обычно появляются в промоторных участках ДНК (последовательностях, контролирующих активность определенных генов). Зераати считает, что i-мотивы могут участвовать в регулировании активности генов, «включая» и «выключая» их. Дальнейшие исследования покажут, какую роль новые структуры играют в человеческом организме.

https://naked-science.ru/article/sci/v- … hli-novuyu

0

123

Боль от пыток длится вечно

https://naked-science.ru/sites/default/files/styles/full_size/public/article/4626391730_e530df0683_o.jpg

Люди, подвергшиеся пыткам, страдают от «дисфункционального восприятия боли».

Израильские учёные из Тель-Авивского университета исследовали долгосрочные эффекты пыток на человеческую систему боли. Они обнаружили, что бывшие военнопленные не могут оправиться от краткосрочных болевых ощущений так же быстро, как, скажем, никогда не подвергавшиеся пыткам люди. Кроме того, если боль повторяется, жертвы пыток  чувствуют ее острее.

В исследовании приняли участие 60 бывших военнопленных, которые в 1973 году во время  Войны Судного дня оказались жертвами зверских пыток – побоев, ожогов, ударов электрическим током, голода и других страшных истязаний. В качестве контрольной группы выступили 44 их ровесника, которые также прошли военную школу, но пыткам при этом никогда не подвергались.

Все участники исследования были подвергнуты психофизическим болевым тестам на неповреждённых участках тела, после чего они должны были пройти психологическое анкетирование. Бывшие военнопленные реагировали на боль иначе, чем их ровесники. Конкурентное ингибирование боли, когда одно болевое ощущение понижает субъективную важность другого, у них проявилось в меньшей степени. Но при этом одинаковые повторяющиеся процедуры множили их болевые ощущения.

– Болевая система человеческого тела способна подавлять или возбуждать боль – это две стороны одной медали. Обычно наблюдается что-то одно, но у израильских военнопленных, похоже, пережитые пытки вызвали дисфункцию в обоих направлениях. Наши результаты подчёркивают, что повреждение тканей может повлечь за собой долгосрочные системные эффекты и их необходимо лечить немедленно, – говорит ведущий автор исследования, профессор медицинского факультета университета Тель-Авива Рут Дефрин (Ruth Defrin).

Таким образом, исследование показало, что тела жертв пыток продолжают неадекватно оценивать испытываемую боль. Правда, пока не совсем ясно, с чем это связано – непосредственно с пережитым процессом пыток или же с хроническими болевыми ощущениями, вызванными пережитым опытом.

https://naked-science.ru/article/psy/bo … sya-vechno

0

124

Британский спутник-"чистильщик" впервые применил сеть для ловли космических объектов (ВИДЕО)

Университет Суррея в Великобритании сообщил в среду о первой в истории успешной космической уборке на орбите Земли. Согласно пресс-релизу, размещенному на сайте учебного заведения, это удалось сделать при помощи сети, выпущенной с экспериментального спутника. Можно ли такую технологию использовать в ходе грядущих "звездных войн", к которым уже готовятся в ряде стран, ученые не уточняют.

"Спутник RemoveDEBRIS успешно использовал бортовую сеть на орбите - первая в истории человечества демонстрация технологии активной уборки мусора", - говорится в сообщении. В нем также указано, что операция была проведена 16 сентября, а ее видеозапись опубликована на сайте университета. В рамках эксперимента спутник поймал вращающийся металлический обломок, выпущенный для имитации космического мусора. После того, как объект попал в сеть, шесть электромоторов, установленных по краям, стянули ее, прочно зафиксировав цель, передает ТАСС.

"Мы восхищены результатами испытаний этой технологии, - заявил глава Космического центра Суррея профессор Гильельмо Альети. - Идея может показаться простой, но из-за сложности использования сети в космосе для захвата обломка потребовались годы планирования и работы инженеров при координации Космического центра Суррея с Airbus и нашими партнерами". Ученые потратили целых шесть лет на создание рабочей модели сети.

На ближайшие месяцы у команды расписан насыщенный план по испытаниям других технологий, которыми оснащен спутник. В частности, исследователи планируют протестировать систему навигации с использованием лидара (дальномер оптического диапазона) и видеокамер для анализа обстановки и поиска мусора, а также испытать гарпун для захвата крупных объектов и парус, предназначенный для того, чтобы стащить пойманные куски с орбиты в атмосферу.

Спутник RemoveDEBRIS был выведен на орбиту в апреле. В разработке самого спутника, а также оборудования, которое используется в экспериментах, участвовали ArianeGroup (Франция), Airbus (Германия), Космический центр Суррея, а также команды инженеров и ученых из Швейцарии, ЮАР и Нидерландов. Одним из спонсоров проекта стала Европейская комиссия.

В его задачу не входит поиск и сбор реального космического мусора, но он предназначен для проверки на практике технологий, которые в будущем могут быть использованы для этого.

По оценкам экспертов, в настоящее время на околоземной орбите находится около 150 млн деталей и фрагментов, оставшихся в космосе после запусков спутников и других аппаратов. При этом за последние 20 лет число крупных объектов размером более 10 см увеличилось более чем в два раза. Согласно проведенным исследованиям, столкновение с такого рода мусором может повредить антенны, солнечные панели и другое оборудование на спутниках.

Американская служба наблюдения за космическим пространством отслеживает 40 тысяч крупных объектов космических отходов, которые, предположительно, имеют общую массу 7,6 тонны. Некоторые из этих объектов перемещаются быстрее, чем летит пуля - со скоростью около 30 тысяч миль в час (48 тысяч км/ч).

Подробнее: https://www.newsru.com/world/19sep2018/ … ebris.html

0

125

На дне Северного моря найдена затонувшая страна

Местность, расположенная между Британскими островами и континентальным побережьем, вокруг нынешней Доггер-банки, примерно 10 тысяч лет назад была сушей. Там росли леса, паслись стада и жили люди. Затем ледники начали таять, а уровень моря — повышаться. Что сталось со стадами и охотниками в точности неизвестно, но на морском дне и по сию пору иногда находятся следы пребывания людей — каменные орудия, резные кости и т. п.

https://images11.popmeh.ru/upload/img_cache/bd6/bd6397219922651dfbc0464c1e2fe007_ce_2004x1069x15x0_cropped_800x427.jpg

Ученые Университета Бредфорда (Великобритания) обнаружили в Северном море следы страны, когда-то бывшей выше уровня моря. Об этом сообщает портал Live Science.

Исследователи взяли пробы отложений на дне моря во время 11-дневной экспедиции на судне RV Belgic. Возраст затонувшего ландшафта с окаменелыми остатками доисторического леса составляет примерно 10 тысяч лет. Это часть Доггерленда — района, расположенного между восточными берегами Британии и материком.

Анализ некоторых образцов показал, что под морским дном находится слой торфа. Это говорит о том, что раньше здесь была болотистая низменность. Можно думать, что она подходила для обитания тогдашних людей. Часть затопленных земель полностью покрыта более современными отложениями крупнейших рек, таких как Рейн.

Тем не менее ученые уверены, что в скором времени им удастся найти следы доисторических поселений.

В последние годы в районе Браун-Бэнк между Англией и Нидерландами были обнаружены многочисленные остатки рыболовных лодок, древние человеческие кости, кремневые орудия, наконечники копий и даже резные кости.

Образцы отложений добытых последней экспедицией сейчас изучаются; анализ займет несколько месяцев. Данные экспедиции также будут использованы для дальнейшего обновления археологических карт подводного Доггерленда, которые были подготовлены по данным сейсморазведки и образцам отложений в течение нескольких последних лет.

https://www.popmech.ru/science/news-484 … 2830230af4

0

126

Расшифрованы загадочные рисунки в пустыне Наска

Японские учёные из Университета Хоккайдо, Института орнитологии в Ямасине и Университета Ямагата идентифицировали 16 геоглифов в пустыне Наска возрастом около 2000 лет.

https://images11.popmeh.ru/upload/img_cache/670/670eba09d36edc150ca14a9f2f684de4_ce_1440x768x0x141_cropped_800x427.jpg

Геоглифы в пустыне Наска — это довольно странные фигуры размером более сотни метров, нарисованные на поверхности плато. Таинственные чертежи можно увидеть целиком только с высоты, поэтому они были открыты лишь в XX веке, когда над плато стали летать самолёты. Возраст фигур неизвестен — можно только предположить, что созданы они были до появления на плато инков в XII веке. Непонятно и назначение геоглифов — одни учёные считают их астрономическим календарём, другие — ритуальными изображениями.

Японские исследователи проанализировали рисунки в пустыне Наска и идентифицировали на них птиц при помощи хорошо различимых признаков, включая формы и размеры голов, клювов, шей, крыльев и хвостов. Более того, они причислили фигуры к птицам, обитающим в настоящее время в различных частях Перу. Геоглиф, который ранее был распознан как изображение колибри, на самом деле является дроздом-отшельником, а другие фигуры изображают, к примеру, пеликанов.

Остальные рисунки, на которых, как считалось ранее, изображены кондоры и фламинго, не обладают существенными характеристиками для подтверждения первоначальной идентификации. Кроме того, они слабо соответствуют современным перуанским птицам. Интересно, что идентифицированные птицы обитают в других частях страны, где нет геоглифов: дроздов-отшельников можно встретить в лесах на восточных склонах Анд и на севере около Эквадора, а пеликаны живут вдоль побережья.

По мнению учёных, древних перуанцев привлекали экзотические птицы, которых не было в тех местах, где жили создатели фигур. Японские исследователи предполагают, что птицы, которые так и остались не идентифицированными на рисунках, могли обитать в Перу в прошлом. На сегодняшний день учёным известно о 30 рисунках животных и различных предметов на плато Наска в Перу, а также нескольких сотнях других фигур и линий.

https://www.popmech.ru/science/news-488 … 2830230af4

0

127

Как ученый из Китая открыл ящик Пандоры, отредактировав ДНК двух младенцев

В ноябре прошлого года в ходе эксперимента ученого Хэ Цзянкуя в Китае родились дети с отредактированной ДНК. Спустя некоторое время генетик пропал без вести. По просьбе Esquire научный редактор сайта Laba. Media Владимир Губайловский рассказывает историю Хэ и объясняет, какими будут последствия его работы.

25 ноября 2018 года. Гонконг

Около 19:00 китайский ученый публикует на YouTube ролик About Lulu and Nana: Twin Girls Born Healthy after Gene Surgery («Лулу и Нана: двойняшки родились здоровыми после генной хирургии»). В кадре Хэ сидит в хорошо освещенном кабинете, на нем голубая рубашка, он аккуратно подстрижен и доброжелательно улыбается.

«Две красивые китайские малышки, Лулу и Нана, пришли в этот мир такими же здоровыми, как и другие дети», — говорит он. Эти девочки — первые в истории люди с отредактированными ДНК. Они развивались из эмбриона, в который была внесена мутация, гарантирующая иммунитет от ВИЧ.

Хэ радуется за родителей, которых называет по именам — Марк и Грейс. Это псевдонимы. Их настоящие имена, равно как и любые данные о них, засекречены. Ученый расплывается в улыбке, вспоминая, как ВИЧ-инфицированный Марк благодарил его за рождение здоровых детей. Лицо Хэ становится серьезным, когда он резко высказывается против создания «дизайнерских» детей — термин, подразумевающий внесение в ДНК улучшений, влияющих на внешность, умственные и физические данные человека. «Редактирование допустимо только в том случае, когда это необходимо для спасения человеческой жизни, защиты от тяжелой наследственной болезни», — подчеркивает он.

Хэ сравнивает рождение Лулу и Наны с открытием экстракорпорального оплодотворения. «В 1960-е технологию встретили резко отрицательно, а сегодня это общепринятая практика».

Хэ спокоен. Он улыбается. Видеообращение записано на английском языке, хоть и с китайскими субтитрами. В Китае YouTube недоступен. Этот ролик — обращение к западному миру. И мир его услышал.

Тот же день. Кембридж, Массачусетс, США

Обозреватель научного журнала MIT Technology Review Антонио Регаладо посмотрел ролик китайского ученого и пытается установить его достоверность. Журналист находит заявки, поданные Хэ на проведение эксперимента, и номер сертификата этического контроля, выданного крупным госпиталем в Шэньчжэне — по‑видимому, того самого, в котором и родились девочки с отредактированной ДНК.

Регаладо публикует статью, она собирает больше просмотров, чем на тот момент видеоролик Хэ. Американское научное сообщество взбудоражено. Ученые ждут выступления Хэ на Втором саммите по редактированию генома человека в Гонконге 28 ноября.

26 ноября. Гонконг

Хэ приезжает в гостиницу для участников саммита и встречается с Дженнифер Дудной, американским исследователем и одной из авторов технологии редактирования ДНК. Они обсуждают предстоящее выступление китайского ученого. Хэ должен был представить свои работы по редактированию эмбрионов мышей и обезьян — но оказалось, что зашел намного дальше. Как позже говорила Дудна журналистам: «Он держался одновременно высокомерно и наивно».

Вечером 26 ноября Дудна уговаривает Хэ встретиться с другими генетиками. Ученые задают ряд вопросов: «Сколько было отредактировано эмбрио­нальных клеток?», «Как проверялось наличие мутации?», «Знали ли участники эксперимента о возможных рисках?», «Было ли получено разрешение на эксперимент?». Хэ не ответил практически ни на один. В какой-то момент он просто вышел из комнаты, собрал вещи и уехал из гостиницы.

В тот же день Хэ дал интервью Associated Press — и новость о рождении близняшек с отредактированной ДНК разошлась по первым полосам ведущих мировых СМИ. The New York Times выходит с большим материалом: «Эксперимент Хэ открывает дверь рождению «дизайнерских» детей». В этом же номере — обращение за подписью 122 китайских ученых, где они называют своего коллегу «сумасшедшим», а его эксперимент — «страшным ударом по репутации китайской науки». До выступления Хэ остается чуть больше суток.

28 ноября. Гонконг. Второй саммит по редактированию генома человека
Хэ поднимается на трибуну и объявляет о рождении Лулу и Наны. Он говорит быстро и сбивчиво, от доброжелательности и спокойствия, заметных на первом ролике на YouTube, не осталось и следа. Он игнорирует вопросы из зала, быстро спускается со сцены — и исчезает.

https://images11.popmeh.ru/upload/img_cache/5a6/5a6c688ec74b4c73395d5cf04f83d4ef_fitted_800x3000.jpg

Хэ Цзянкуй выступает на Втором саммите по редактированию генома человека, Гонконг, 28 ноября 2018 года.

28 ноября 2018 года Хэ Цзянкуя последний раз видели на публике.

Вскоре оргкомитет саммита публикует заявление, в котором резко осуждает эксперимент Хэ. Замминистра по науке и технологиям Китая Сюй Наньпин фактически зачитывает ученому приговор: «Инцидент с генетически измененными младенцами, о котором сообщают СМИ, грубо нарушает законы Китая». Журналисты окружают Дженнифер Дудну. На вопрос: «Не следует ли ввести мораторий на редактирование эмбрионов человека?» она отвечает: «Уже слишком поздно».

Октябрь, 2018 год

Ведущий популярной передачи BBC HARDtalk Стивен Сакур приглашает в студию известного генетика Роберта Пломина. Он только что опубликовал книгу Blueprint: How DNA Makes Us Who We Are («Как ДНК делает нас теми, кто мы есть»), моментально ставшую бестселлером.

На основании почти 30-летних исследований Пломин делает вывод: генетическая наследственность определяет почти 50% личных и умственных способностей человека. Другие 50% формируются условиями внешней среды, воспитания и образования.

«Если у ребенка слабая память, то, вполне вероятно, она и останется слабой, как бы ни бились учителя и родители, — разводит руками ученый. — Он не вырастет лучшим в мире математиком. А если гены значат так много в жизни человека, то геномное редактирование — по крайней мере в перспективе — неизбежно. И не только в случае наследственных болезней. Вы хотите, чтобы ваш ребенок вырос умным? Разве кто-то не хочет?»

Декабрь, 2018 год

Уже месяц о местонахождении Хэ неизвестно ничего. Мировая пресса изучает его биографию.

Будущий ученый родился в 1984 году в небольшой провинции Хунань на юго-востоке Китая. Родители — фермеры, всю жизнь выращивают рис. Хэ успешно окончил школу, увлекался физикой, даже соорудил домашнюю лабораторию. Он продолжил изучать предмет в Университете науки и технологий в Хэфэе, а затем — в американском Университете Райса в Хьюстоне.

Однокурсники вспоминают, что Хэ был общительным и активным студентом — особенно ему нравились ухоженные футбольные поля в американском вузе. Но будущий ученый был заметен не только на футболе — его университетский руководитель, биоинженер Майкл Дим отмечал блестящие успехи подопечного в науке. Хэ проводил эксперименты на живых клетках и организмах, а после окончания Университета Райса, в 2011 году, был приглашен в Стэнфорд.

До экспериментов, которые поставили Дженнифер Дудна, Эммануэль Шарпентье, Фэн Чжан и другие выдающиеся генетики и которые привели к открытию технологии редактирования ДНК, оставалось меньше двух лет. Многие из этих экспериментов были проведены в Беркли, в часе езды от Стэнфорда.

https://images11.popmeh.ru/upload/img_cache/2d7/2d7ac34022232c8f244f4762d5a4eeff_fitted_800x3000.jpg
Хэ и сотрудница лаборатории Direct Genomics. Шэньчжэнь, провинция Гуандун, Китай. 4 августа 2016 года.

В 2012-м блестящему молодому специалисту Хэ власти Китая предложили вернуться на родину в рамках программы поддержки молодых ученых «Тысяча талантов». Он согласился, получил грант в миллион юаней и начал преподавать в Университете Шэньчжэня, в 28 лет став самым молодым его доцентом. Но вскоре осознал, что он пропускает самое интересное и главные открытия были совершены без него.

https://images11.popmeh.ru/upload/img_cache/9ce/9ce4b2ea795988d81931fad2df84d187_fitted_800x3000.jpg
Южный университет науки и техники в Шэньчжэне, Китай.

В последующие годы Хэ не раз приезжал в Америку и встречался с генетиками. В 2017-м представил свою первую работу по редактированию эмбрионов мышей и обезьян. Хэ не раз говорил о возможном редактировании генома человека, но его выступления и работы не производили на коллег особого впечатления. За ученым закрепилось прозвище «Падающая звезда».

Хэ все чаще говорил о редактировании ДНК — но не мышей или обезьян, а человека. Такие эксперименты проводят на эмбриональных клетках, которые затем уничтожают в течение трех-пяти дней. Но китайский ученый задавал коллегам вопросы: «Почему бы не пойти дальше?», «Почему не дать отредактированной клетке развиться, не дать «улучшенному» человеку родиться?». Как отмечали позднее в интервью американские ученые — и генетики, и специалисты по проблемам этики науки, — они думали, что Хэ говорит гипотетически — о далеком будущем. Оказалось, они ошибались.

Январь, 2017 год

Хэ начал подготовку к своему эксперименту. Он отобрал группу из нескольких семейных пар, в которых мужчина был ВИЧ-инфицирован, а женщина — здорова. Ученый предложил им отредактировать эмбрион так, чтобы из него развился не просто здоровый ребенок, но с гарантированной защитой от ВИЧ для всех своих потомков. И уже весной эксперимент был поставлен.

В пяти парах женщины не смогли забеременеть после ЭКО, одна пара вышла из эксперимента, еще про одну не известно ничего. И только одна женщина — Грейс — родила. Так появились Лулу и Нана.

28 декабря 2018 года

The New York Times публикует статью под заголовком «Китайского ученого, отредактировавшего ДНК человека, держат под стражей». Журналистам газеты удалось заснять Хэ на балконе третьего этажа университетского кампуса в Шэньчжэне. Балкон был огорожен металлической сеткой, а самого ученого опознал на снимках один из его бывших сотрудников.

https://images11.popmeh.ru/upload/img_cache/a16/a16b202c709089cd1aee97676c2b99c6_fitted_800x3000.jpg
Хэ Цзянкуй на балконе университетского кампуса. Шэньчжэнь, Китай. Декабрь 2018 года.

Двери в апартаменты, где находился ученый, охраняли четверо людей в штатском. Когда журналисты попытались войти, их остановили и задали вопрос — почему они решили, что Хэ находится здесь? Попасть внутрь им не удалось. The New York Times не удалось выяснить, кем были люди в штатском — имели ли они отношение к полиции города или другой организации. Сотрудники университета отказывались комментировать ситуацию вокруг ученого и генетически отредактированных людей.

После этой публикации стало понятно, что Хэ жив и может общаться с семьей — на том же балконе журналисты засняли жену ученого и их ребенка.

21 января 2019 года

Китайское информационное агентство «Синьхуа» публикует официальный комментарий представителя властей провинции Гуандун, в которой находится Университет Шэньчжэня. «Китайский исследователь Хэ Цзянкуй бросил вызов государственным запретам и провел исследование, добиваясь личной славы и выгоды».

Ученого обвинили в подделке сертификата этического контроля, который он предъявил участникам эксперимента и своим сотрудникам, тем самым введя их в заблуждение. «Хэ и другие связанные с экспериментом сотрудники и организации будут наказаны в соответствии с законом. Подозреваемые в совершении преступлений будут заключены под арест». Лулу и Нана, а также еще одна женщина, вынашивающая ребенка с отредактированной ДНК, находятся под постоянным наблюдением врачей, утверждалось в официальном заявлении.

Февраль, 2019 год

https://images11.popmeh.ru/upload/img_cache/c9c/c9cef6e044308e79cecfb992c0dab4e2_fitted_800x3000.jpg
Ученый устанавливает тонкую стеклянную пипетку в микроскоп. Лаборатория в Шэньчжэне, провинция Гуандун на юге Китая.

После рождения Лулу и Наны мутация CCR5delta32, внесенная Хэ в их ДНК, привлекла к себе общественное внимание. Еще в 2016 году при опытах на мышах ученые обнаружили, что эта мутация влияет на работу гиппокампа, значительно улучшая память. На Втором саммите по редактированию генома человека в Гонконге ученые задали Хэ вопрос, знает ли он о влиянии CCR5delta32 на работу мозга? Китайский ученый ответил, что знаком с исследованием, но данных недостаточно.

Носители мутации CCR5delta32 имеют большие шансы на восстановление после инсульта, чем обычные люди. CCR5 — это первый ген, про который можно уверенно сказать, что его изменение влияет на работу мозга.

На сегодняшний день эта мутация — набор сплошных плюсов: дает иммунитет к ВИЧ, улучшает память и способности к обучению, помогает быстрее восстанавливаться после инсульта или черепно-мозговой травмы. Единственный известный на данный момент минус — снижение сопротивляемости организма к лихорадке Западного Нила, но это заболевание достаточно редкое. Проблема только в том, что ни один генетик не может подтвердить, что искусственно созданная мутация не несет в себе какие-то другие риски и не спровоцирует в организме человека непредсказуемых изменений.

В марте Фэн Чжан, Эммануэль Шарпентье и еще 16 генетиков призвали ввести во всем мире пятилетний мораторий на использование генетического редактирования человеческих эмбрионов для рождения модифицированных людей. Ученые будут добиваться поддержки моратория рядом стран.

Тем временем под видео «Лулу и Нана: двойняшки родились здоровыми после генной хирургии» больше 2,5 тысячи комментариев. «Трейлер продолжения «Гаттаки» выглядит отлично», — пишет один комментатор («Гаттака» — фильм-антиутопия 1997 года об обществе генно-модифицированных людей). «Я в восторге, но мне так страшно», — пишет другой. «Вы только что открыли ящик Пандоры», — пишет третий.

О дальнейшей судьбе ученого Хэ Цзянкуя, равно как и о том, как сложились жизни Марка и Грейс, ничего не известно — и едва ли в ближайшее время мир узнает что-то новое. Где-то в Китае под наблюдением врачей и ученых растут Лулу и Нана — первые в истории дети, родившиеся из отредактированных человеком эмбрионов. И нет никакой возможности предугадать, как их организм отнесется к вмешательству генетиков.

https://esquire.kz/deti-s-otredaktirovannoy-dnk/

0

128

Стресс от бабушки, супермышцы и запасные органы. Что такое эпигенетика и как она работает

Долгое время биологи думали, что мы наследуем что-либо от наших биологических родителей исключительно за счет генов. Но в последние десятилетия ученые стали добавлять: важно не только то, какие гены есть в ДНК, но и то, как и где они работают. Так в генетике появился новый раздел — эпигенетика. «Чердак» рассказывает об этом подробнее: о том, как работают по-настоящему эффективные менеджеры генов, о том, как стресс переживших войну и геноцид родителей влияет на их детей, и о возможном будущем без рака, но с запасным сердцем и сверхвыносливой печенью.

Эпигенетика занимается тем, как наследуются приобретенные изменения. Нет, речь не о том, что если жираф будет систематически тренироваться объедать возможно более высокие ветки, то его дети вырастут еще выше. И не о том, что живые существа можно приучить к чему-то так, чтоб их потомство поменяло свой внешний вид или свои физиологические особенности. Эпигенетика — это наука о наследуемых изменениях в паттернах экспрессии генов, или, как писал еще в 1942 году сам автор термина Конрад Уоддингтон, «раздел биологии, изучающий те причинно-следственные связи между генами и их производными, которые приводят к формированию фенотипа».

Ни определение почтенного британского биолога, одной из ключевых фигур в теоретической биологии, ни слова о паттернах экспрессии сами по себе нельзя назвать особенно простыми, поэтому мы начнем с другой стороны.

Клетка как молекулярный наноробот

XX век открыл человечеству совершенно новый мир, где клетки оказались не безликими строительными кирпичиками живой ткани, а сложнейшими объектами, по сути организмами в организме. Или, что будет вполне корректно, самовоспроизводящимися нанороботами, существование которых поддерживается за счет трех типов молекул: липидов, белков и нуклеиновых кислот.

Нуклеиновые кислоты и белки собираются из стандартных блоков — нуклеотидов и аминокислот соответственно. При том, что земные организмы используют всего пять нуклеотидов, а аминокислот известно несколько сотен разновидностей, вариантов нуклеиновых кислот и белков может быть гораздо большее количество. Сама возможность жизни основывается на том, что комплект белков и ДНК может синтезировать копию самого себя, создавая второй комплект ДНК и второй набор белков.

В ДНК записана информация, позволяющая синтезировать все остальные сложно организованные молекулы. При помощи специальных белков с ДНК можно снять слепок в виде молекулы РНК (это рибонуклеиновая кислота, в ней одна нить вместо двух и чуть иной набор нуклеотидов), а уже на основе РНК создать рибосомы — специальные сложноорганизованные молекулярные машины, которые затем собирают белок из отдельных аминокислот. Цепочка «ДНК — РНК — белок» вошла во все книги по биологии как центральная догма молекулярно-клеточной теории. Некоторое время считалось, что вся жизнь крутится вокруг генов, участков ДНК, связанных с синтезом отдельной молекулы белка или РНК.

https://phototass4.cdnvideo.ru/width/1920_63600a28/tass/m2/uploads/i/20190830/5144334.jpg
Считывание информации с ДНК

Но в этой схеме есть ряд изъянов, причем довольно очевидных. Например, у нейрона, клетки печени, сперматозоида или лимфоцита набор генов совершенно одинаковый, однако это совершенно разные клетки. Более того, нейрон мыши невозможно отличить от человеческого без довольно тонкого молекулярного анализа, а вот отличить клетку кожи от нейрона в пределах одного организма сможет даже неспециалист. Геном человека содержит множество генов, которые почти не отличаются от генов дрожжей, но разница между нами и дрожжами очевидна. Для наших клеток важно не только то, какие гены находятся в ДНК, но и то, сколько именно молекул собирается на их основе и какие именно гены сейчас активны.

«И тысячу за знание»

Есть анекдот про автослесаря, который устранил поломку одним ударом молотка, но при этом выставил счет на тысячу рублей: 10 за удар и 990 за знание, куда ударить. Организация жизни клетки напоминает этот анекдот: ряд исследований указывает, что ключевую роль в эволюции сложных организмов сыграли не те гены, которые кодируют какие-то конкретные белки (то есть «ударяют»), а те, которые связаны с тонкой регуляцией работы остального генома (знают, куда «ударить»).

Под работой генов, или, как говорят биологи, экспрессией, подразумевается синтез белка или РНК, которые этот ген кодирует. В классической догме «ДНК — РНК — белок» гены нужны для того, чтобы удовлетворить потребность клетки в чем-то конкретном: новых частях внутриклеточного скелета, ферментах для расщепления захваченных питательных веществ или каких-то веществах для секреции вовне. Все перечисленное либо состоит из белков (кодируемых генами), либо требует специальных белков (снова кодируемых генами) для своей сборки.

https://phototass2.cdnvideo.ru/width/1920_63600a28/tass/m2/uploads/i/20190830/5144335.jpg
Клеточный «скелет» из микротрубочек, покрашенный флуоресцентным красителем. Клетка, кстати, злокачественная

Однако детальное изучение молекулярно-биологических машин внутри клетки показало, что некоторые гены нужны еще и для того, чтобы регулировать работу своих соседей. А не просто для того, чтобы собрать белковую деталь для строительства клетки или даже белковую машину для производства чего-либо.

Существуют белки, называемые факторами транскрипции. Они «садятся» на ДНК в строго заданном месте — начале конкретного гена — и позволяют начать синтезировать молекулы РНК с этого фрагмента. А там, где РНК, потом появляется и соответствующий белок. Это означает, что ген, кодирующий фактор транскрипции, позволяет клетке синтезировать белки, кодируемые иными генами. Всего в человеческом геноме около двадцати тысяч белков, из них две тысячи — это транскрипционные факторы. Получается, что каждый десятый ген, по сути, сам ничего в клетке не производит, а лишь следит за тем, чтобы в нужное время и в нужных обстоятельствах что-то производилось.

Именно эти «менеджеры», точнее сеть взаимодействий между ними, на рубеже XX—XXI веков стали предметом пристального внимания биологов. Они пришли к выводу, что в эволюции, похоже, главную роль играет совершенствование управления генами, а не просто появление каких-то удачных белков. Примером — одним из многих — может быть ген FOXP2. После того как его человеческий вариант включили в геном мышей, грызуны стали лучше обучаться и даже пищать начали иначе. Этот ген кодирует белок, который представляет собой именно транскрипционный фактор: он отвечает не за то, что голосовые связки должны быть как-то по особому эластичны, и не за то, что нервные клетки приобретают какие-то особые рецепторы. FOXP2 — это лишь эффективный внутриклеточный управляющий, который знает, как использовать гены мыши.

Читайте также: Ау, аутизм. Как ученые узнают больше об аутизме с помощью эпигенетических меток, больших данных и мозгов, выращенных в пробирке
Факторами транскрипции внутриклеточный менеджмент не ограничивается. Куски ДНК, которые сейчас не нужны, могут быть деактивированы. При этом нуклеотиды в ее составе химически меняются, а сама ДНК буквально «запирается на замок». Для этого специальные вещества, деацетилазы гистонов, действуют на входящие в состав хромосом белковые молекулы (гистоны). Они меняют свою форму и сближаются с ДНК так, что к ней уже не могут подобраться другие белки, считывающие информацию, и те же транскрипционные факторы. Поэтому для разблокировки сначала нужно вернуть гистоны в «открытое» состояние. Кроме того, есть система белков, которые в ответ на изменение рецепторов на мембране клетки запускают целый каскад химических реакций, в результате которых активность одних генов (синтез РНК и белка, кодируемого этим геном, глохнет) подавляется, а экспрессия других увеличивается.

Зачем это изучать

Теоретически если бы медики научились управлять экспрессией генов, люди получили бы фантастические возможности. Супермышцы, удвоенная кратковременная память, запасное сердце, сверхвыносливая печень — это можно было бы сделать даже без изменения набора генов, просто выключая и включая уже имеющиеся гены в нужное время и в нужном месте. Органы уже не нужно будет пересаживать: можно будет взять хоть лоскут кожи, выделить из него живые клетки и затем запрограммировать их на превращение во что угодно — в глаз, в печень, в ногу... Можно пофантазировать и о репродуктивных технологиях: в мире, где сперматозоиды и яйцеклетки можно вырастить из кого угодно, выражения «не могу стать отцом» или «не могу стать матерью» утратят смысл. Вполне возможно, что в энциклопедиях будущего статья о раке будет в одном разделе со статьями о чуме, оспе и прочих страшных болезнях, которые уже канули в Лету.

Однако сейчас управление экспрессией генов — это прежде всего изменение способа мыслить о живой материи. Экспрессия меняется в наших клетках постоянно, это часть естественной реакции на те или иные события. Нейроны в головном мозге меняют паттерны экспрессии в каждый момент, когда мозг сталкивается с новой информацией. Еще более пятидесяти лет назад ученые показали, что нарушение синтеза белков фактически стирает память о недавно произошедшем событии. Позже удалось выяснить, что важны не всякие белки, а лишь те, которые кодируются так называемыми немедленными ранними генами. А раковые клетки становятся таковыми не сразу, а в результате серии процессов, которые связаны опять-таки с тем, что одни гены выключаются, в то время как другие начинают работу.

Ученые за последние полвека узнали много такого, что может радикально изменить медицину. Если говорить, к примеру, о том же раке, то сейчас исследователи знают, что за способностью игнорировать сигналы клеточного роста (это то, чем отличаются в худшую сторону клетки опухоли, они не слышат «стоп, хватит расти!» от соседей) стоят конкретные гены и что экспрессия генов связана с действием молекул, кодируемых иными генами. Это открывает если не суперспособности и лечение рака одним курсом таблеток из ближайшей аптеки, то возможность существенно продвинуться к этому. Кроме того, нельзя не задать вопрос о судьбе половых клеток: если их паттерн экспрессии как-то задается во время созревания, то не может ли окружение матери/отца повлиять на потомство без изменения ДНК, но с изменением порядка работы генов?

Сегодня мы можем уверенно сказать — да, может. Пережитый родителями стресс влияет на паттерны экспрессии в клетках детей. И это не только в опытах на животных, но и в случае с людьми, пережившими войны, геноцид или массовые репрессии. На потомков могут влиять даже особенности питания — не за счет воспитания и родительского опыта, а за счет химической активации или дезактивации генов.

https://phototass4.cdnvideo.ru/width/1920_63600a28/tass/m2/uploads/i/20190830/5144336.jpg
Экспозиция мемориального музея истории политических репрессий «Пермь-36»

Краткий экскурс в историю позволяет понять, что эпигенетическое наследование может играть важную роль в нашей жизни. «Наша» здесь означает не «земные организмы», а вполне конкретные группы людей. У кого-то дед прошел всю Вторую мировую, у кого-то прадед отсидел в тюрьме за анекдот, чьи-то родители бежали из зоны боевых действий, а чьи-то предки злоупотребляли алкоголем. Все это может влиять на ДНК, не вызывая при этом классических мутаций. Стресс может не менять последовательность нуклеотидов в генах, но может заставлять гены «замолчать» или «заговорить», а это, как уже известно, может радикально повлиять на здоровье.

Больше чем гены.

Применительно к человеку эпигенетика — очень соблазнительный способ думать о человеческом же благополучии и здоровье. Так, обзорная статья «Эпигенетика и образ жизни», опубликованная в 2013 году в журнале Epigenomics (да, под эпигенетическую тематику выделен отдельный научный журнал), собрала свыше двух сотен цитирований, при том что в среднем статьи из этого издания цитируют пять раз. Авторы обзора выделили несколько причин, из-за которых паттерны экспрессии генов изменяются. Наряду с воздействием химических веществ из окружающей среды там были работа в ночные смены, употребление алкоголя, курение, диета и физическая активность. Уже этого было бы достаточно для морально-этического вопроса о том, насколько люди свободны в определении своего жизненного пути. Но четыре года спустя в Molecular Psychiatry появилась работа, авторы которой довольно убедительно связывали бедность с образом жизни (что очевидно) и с эпигенетическими изменениями, которые могут способствовать развитию психических заболеваний.

Последнее означает уже больше, чем старое расхожее утверждение о неблагополучии трущоб и беспросветности бедности. Дело может быть не просто в душевных терзаниях, а в молекулах внутри нервных клеток. В конце концов, «душевная тоска» XIX столетия и «нервное переутомление» XX века сейчас часто определяются как один из вариантов депрессивного расстройства и успешно лечатся с помощью препаратов, молекулы которых избирательно подавляют перенос нейромедиатора серотонина через мембраны нервных клеток. Мы знаем, на какие конкретно процессы внутри нейронов надо повлиять, чтобы беспричинная тоска ушла. И это работает, пусть и с рядом ограничений.

https://phototass1.cdnvideo.ru/width/1020_b9261fa1/tass/m2/uploads/i/20190830/5144337.jpg
Флуоксетин: вещество, молекулы которого блокируют перенос серотонина через клеточную мембрану. Используется в качестве антидепрессанта

Связь сознания и эмоций с генами и молекулами бросает вызов не только свободе воли как философской концепции. Нейробиологическое знание дает повод для практических моральных задач. Может ли, скажем, система социальных лифтов в виде образования и доступа к карьерному росту поднять обитателей городских трущоб? Или же можно вывезти подростков из бедного района, но нельзя поменять работу мозга на клеточном уровне, которая была обусловлена тем самым бедным районом, где жили его бабушки с дедушками? Разительные социальные перемены XIX—XX веков указывают, что от не умеющих читать бедных крестьян до ученых, врачей и писателей может быть всего одно-два поколения. Но, возможно, медикам с социальными работниками пора подумать о таблетках от потомственной нищеты, депрессии и алкоголизма?

Эти вопросы до сих пор открыты, и их нельзя рассматривать в отрыве от нейропластичности — свойства нервной системы перестраиваться в ответ на практически любое событие. Мозг людей меняется (буквально отращивая новую ткань и сжимая иные участки), когда они в юном возрасте учатся чтению, запоминают городские улицы во время работы таксистами или ломают ведущую руку. Даже практика медитации, похоже, меняет наш мозг (но это не точно). Все это опять-таки связано с регуляцией роста клеток, а это снова экспрессия генов и тонкие механизмы регуляции совместной работы разных молекул. Мы явно очень далеки от того, чтобы произвольно конструировать человеческое тело, победить рак и шизофрению, отрастить новую ногу. Но, кажется, ученые теперь знают, в каком направлении им двигаться.

Алексей Тимошенко
https://nauka.tass.ru/sci/6816171

0

129

Мы — то, что мы едим. Как еда меняет наш эпигеном

Мы завтракаем, обедаем, ужинаем. Перекусываем на ходу бесчисленное количество раз и совершенно не замечаем, как эти банальные (но часто приятные) приемы пищи понемногу определяют, как наши организмы будут использовать инструкции, скрытые в геномах. Татьяна Татаринова, профессор Университета Южной Калифорнии, помогла «Чердаку» разобраться, как именно еда влияет на эпигеном человека.

Природа полна случайностей и несправедливостей — взять хоть самых обыкновенных пчел. От рождения все их личинки практически идентичны и обладают одинаковыми генами, с которыми можно прекрасно развиться в пчеломатку. Вот только у большинства пчел фермент DNMT3A постепенно блокирует все королевские гены, и они превращаются в скучных рабочих-обывателей. Другим везет куда больше (или меньше?): выбранные слепой судьбой на роль будущих пчеломаток эти особи получают не обычную еду, а маточное молочко — высококачественную питательную смесь, активные вещества которой «выключают» DNMT3A и разблокируют королевские гены.

Эта история с пчелами, наверное, самый яркий пример влияния еды на функции живого организма через его эпигеном — совокупность обратимых химических модификаций структуры ДНК, не затрагивающих саму наследственную информацию, но зато определяющих, какие именно из множества инструкций по сборке организма нужно применять в разных условиях и в разные моменты времени.

Эпигенетика решает, какие гены нужно активировать, а какие — подавить, тем самым помогая клеткам-близнецам с идентичными геномами образовывать самые разные органы и ткани.

Эпигенетических механизмов контроля генов у клетки много. Большинство из них завязано на регулировании интенсивности транскрипции — процесса, в котором на матрице ДНК синтезируется РНК. К примеру, упомянутая ДНК-метилтрансфераза DNMT3A подавляет промоторные участки, с которых обычно начинается транскрипция каждого гена. Для этого она «навешивает» на эти участки метильные группы — после этого проводящим транскрипцию белковым комплексам становится гораздо сложнее подобраться к ДНК, и в результате синтез РНК по этим прометилированным генам замедляется или прекращается вовсе.

Топливо для метилирования

«Метилирование — самый изученный механизм влияния пищи на эпигеном, — рассказывает профессор Татьяна Татаринова. — Те же метильные группы -СН3, конечно, не возникают в организме из ниоткуда, и поэтому клеточный процесс по их производству из различного сырья очень важен для поддержания процесса эпигенетического регулирования».

Один из самых важных игроков в цепочке производства метильных групп — это витамин B9, или фолиевая кислота, о которой наверняка слышали не только все беременные женщины, но и люди в радиусе двух-трех рукопожатий от них. В момент зачатия и в первые месяцы беременности дефицит фолиевой кислоты может привести к выкидышам, преждевременным родам и серьезным патологиям нервной системы ребенка. В то же время 10% людей на Земле обладают генами, осложняющими получение фолиевой кислоты из обычной пищи (значительные количества B9 содержатся в цитрусовых и разнообразной зелени). Поэтому сейчас этот витамин назначают в качестве необходимой добавки практически всем будущим мамам.

Детальный механизм работы фолиевой кислоты во время беременности пока непонятен, но есть указания, что он завязан в том числе и на эпигеномике.


К примеру, есть работы, показывающие, что при достаточном количестве B9 усиливается метилирование гена IGF2 (инсулиноподобного фактора роста 2), регулирующего рост и развитие плода. Однако экспериментировать с диетой беременных неэтично, и поэтому в поисках более глубоких объяснений и надежных свидетельств ученые обращаются к грызунам. Так, в одном эксперименте исследовали беременных мышей с мутантным фенотипом «хвост завитком», предрасполагающим к дефектам у их потомства.

http://cdn1.chrdk.ru/width/800_2289c446/chrdk/5/d/5d3842d94590ec9d558bd937856997e0eb964dcb.jpg
Изогнутость хвоста мышей зависит от эпигенетики. Сверху — мышь с мутантным фенотипом «хвост завитком», снизу — обычная мышь. Изображение: PLoS Biology

В исследовании было две группы мышей-мутантов. Одна получала обычный корм, а другая — пищу, обогащенную фолиевой кислотой и другими источниками метильных групп. В результате в первой группе мыши-мамы обзавелись болезненным потомством с дефектами нервной трубки, а у счастливиц из второй группы родились здоровые мышата. По-видимому, мутантный ген, вызывающий болезненные отклонения от нормы, был прометилирован и выключен у зародышей грызунов еще во время внутриутробного развития.

Еще один биологически значимый элемент, тесно связанный с эпигеномикой, — витамин B12, участвующий не только в углеводном метаболизме и переносе водорода, но и в процессах метилирования, и в синтезе метионина. В норме витамин B12 поступает к нам с пищей — больше всего его содержится в рыбе, морепродуктах и мясе. Именно поэтому вегетарианский рацион может привести к серьезным проблемам со здоровьем, в том числе сопряженным с гипометилированием (недостаточном метилированием) генов, и даже к развитию онкозаболеваний.

Поэтому вегетарианцам рекомендуют восполнять недостачу B12 если не с помощью биологически активных добавок, то хотя бы обильными порциями морской капусты, сои, хмеля и других растительных продуктов, сравнительно богатых этим витамином. Почти 60% мясоненавистников нуждаются в добавлении витамина B12, в особенности это относится к пожилым и беременным.

http://cdn2.chrdk.ru/width/800_2289c446/chrdk/4/b/4badba0a4186e3add89135b7ac1e6b7ab3854f3c.jpg
Продукты питания, богатые витамином B12. Изображение: bitt24 / Фотордом / Shutterstock

Однако, как это всегда бывает в вопросах диеты и питания, есть и противоположные мнения. «Не имеет смысла бездумно увлекаться витамином B12 и наедаться им до отвала, — говорит Татаринова. — У многих больных раком уровень витамина В12, к примеру, наоборот повышен. Более того, есть некоторые косвенные данные, что переедание фолиевой кислоты, B12 или других рекомендованных добавок может спровоцировать рост уже имеющихся, но не диагностированных опухолей. Это происходит потому, что рак может быть сопряжен как и с гипометилированием онкогенов, в норме пребывающих в здоровой клетке в малоактивном состоянии, так и с гиперметилированием генов, сдерживающих развитие опухоли».

Кроме того, одно из более поздних исследований не нашло никакой связи между дефицитом B12 и изменением метилирования генов. Такие противоречия внутри нутригеномики даже самого простого эпигенетического механизма — вполне обычная ситуация для молодой области, пытающейся разобраться в хитросплетениях питательных веществ, циклов и генов нашего организма, вынужденного всю жизнь не только подпитываться энергией от несовершенной и противоречивой пищи извне, но еще и постоянно мучиться, что делает он это совершенно неправильно. Ест не вовремя, не столько, сколько нужно, да и вообще совершенно не то.

Диета по эпигеному?

Еще одно эпигенетическое изменение, которое может запускаться пищей, — это различные модификации гистонов, объемных белковых молекул-катушек, на которые наматываются нити ДНК внутри хромосом. Немного изменив химическое строение гистонов, можно перестроить пространственную структуру ДНК и ее укладку внутри хромосом, к примеру облегчая ее разматывание с гистонной катушки при транскрипции.

Исследования показали, что ацетилирование гистонов (это одна из самых распространенных эпигенетических модификаций гистонов — присоединение к ним ацетильных групп, в результате которого улучшается транскрипция) может увеличиваться в присутствии изотиоцианатов, органических веществ, содержащихся в брокколи, капусте и других крестоцветных растениях.

Ученые уже распутали десятки подобных сюжетов с хитрым влиянием разных нутриентов и продуктов питания на эпигенетику и даже искушают персональными диетами с рационом, подобранным по эпигеному. Но на практике эти данные пока слишком разрозненны и противоречивы, чтобы улучшать здоровье.

«Индивидуализированные диеты, конечно, нужны, — говорит Татаринова. — Нередко они помогают избавиться от множества проблем — начиная от метеоризма и заканчивая мигренью, или даже сдержать развитие опухоли. Но хороший подбор диеты по эпигеному — это пока фантастика».

Да и вообще, любая строгая несбалансированная диета — это крайность, которая может привести к нарушениям, даже несмотря на то, что в человеческом организме есть гибкая и устойчивая саморегуляция.


«Поэтому я считаю, что самая лучшая диета для человека — это предковая. Вот ели наши предки в средней полосе России какую-то еду, выжили на ней, оставили здоровое потомство, значит, и для нас, скорее всего, этот рацион будет хорош».

К примеру, в США очень много китайцев и японцев во втором поколении, страдающих ожирением. Диета их предков была богата морепродуктами и овощами, но, приехав в Америку, эти этнические японцы и китайцы быстро «американизировались» — перешли на непривычные их организму бургеры и чипсы и в результате приобрели приятные округлые формы. В то же время шотландцы, которые из поколения в поколение едят жирный хаггис, остаются вполне худыми и здоровыми даже после перехода на бургеры.

http://cdn4.chrdk.ru/width/800_2289c446/chrdk/1/6/16beca472d80a4001d21a3783ede0ed2cad16bc5.jpg
Хаггис — национальное шотландское блюдо из бараньих потрохов, сваренных в бараньем желудке. Фото: Chris Brown / Flickr

С другой стороны, наш ежедневный рацион если не полностью, то в большой степени сформированный пищевыми привычками наших далеких предков, может, в свою очередь, повлиять на вкусы наших потомков. Некоторые эпигенетические изменения не только наследуются от родителей к детям, но и со временем способны закрепиться в популяции в качестве отобранных селекцией генных вариантов.

«Под действием пищевых привычек геном изменяется очень медленно: обычно на это уходит 150—400 поколений, — говорит Татаринова. — Если пофантазировать, как западноевропейская и американская пищевая культура повлияет на наших потомков, мы придем к выводу, что у них, скорее всего, закрепится адаптация к высококалорийной процессированной еде, точно так же, как у масаи постепенно закрепилась адаптация к диете, богатой жирами. Потомки современных европейцев смогут фастфуд на лету переваривать и совершенно не толстеть. Но, правда, я все-таки надеюсь, что мы не будем еще 150 поколений есть некачественный фастфуд. Ну, или хотя бы будем меньше есть, чем сейчас. Это я вам говорю как убежденный вегетарианец и сторонник здорового образа со стажем в 35 лет!»

В прошлом материале «Чердака» с Татьяной Татариновой — профессором Университета Южной Калифорнии, членом научного совета биомедицинского холдинга «Атлас» и сотрудником Института проблем передачи информации — читайте о том, как пищевые привычки наших предков сохранились в современных геномах.

Михаил Петров

https://nauka.tass.ru/sci/6821465

0


Вы здесь » Настоящий Ингушский Форум » Наука и Медицина » -=Новости науки=-