Пока некоторые люди пытаются воевать, захватывать власть, делить деньги, недвижимость, женщин и причинять друг другу страдания другими мыслимыми и немыслимыми способами, наука остается верна себе и продолжает работать над тем, чтобы всем нам жилось легко и комфортно, а ее важнейшая ветвь, медицинская наука, — над тем, чтобы избавить человечество от страданий и болезней. Движутся ученые иногда семимильными, иногда мелкими шагами, но исключительно к самым благородным целям.
Сегодня мы проанализируем, что нового происходит в мире генетики. Не поленитесь дочитать до конца — вас ждет неоднозначный «десерт».
С помощью генной инженерии двух детей вылечили от лейкемии
Двух детей с лимфоцитарной лейкемией (онкологическим заболеванием крови) удалось полностью вылечить с помощью генно-модифицированных клеток чужой крови. Для начала — коротко про матчасть, чтобы можно было понять суть достижения.
Лимфоцитарная лейкемия — тяжелое онкологическое заболевание. У пациентов с таким диагнозом в костном мозге начинают накапливаться лимфобласты — недиференцированные клетки иммунной системы (популярное объяснение «Фразы»: иными словами, «молодняк» с еще неопределившимися свойствами и функциями). При лейкемии их становится очень много, они попадают из костного мозга в кровь и мешают работе здоровых клеток крови.
В ряде случаев химио- и радиотерапия лечат этот вид лейкемии, но только в ряде. В 1989 году был предложен новый, более эффективный, хотя и более сложный способ борьбы со слишком активными лимфобластами. Этот метод называется CAR (chimeric antigen receptor). В его основе — использование генно-модифицированных T-лимфоцитов (клеток иммунной системы, умеющих узнавать и уничтожать ненужные организму клетки, которые, по сути, являются чужеродными).
Каждая нормальная клетка организма несет на мембране своеобразный «флажок» — белок гистосовместимости, который будто бы сигнализирует иммунной системе: «Тут все свои, не убивайте». Т-лимфоциты ищут клетки, которые ходят «под чужим флагом», и уничтожают их. С начала девяностых ученые делают попытки разными способами научить T-клетку охотиться исключительно на клетки раковой опухоли, у которых «флажок» отличается от опознавательных белков других клеток человеческого организма. Для этого в ДНК клетки вводят ген, который кодирует CAR — белок, нацеленный на распознавание «оборзевших» лимфобластов, из-за которых человек и заболевает. Чтобы подготовить Т-лимфоциты с такой измененной ДНК, из крови пациента выделяют его собственные T-лимфоциты, затем «подправляют» их ДНК, генно-модифицированные лимфоциты вводят обратно пациенту. Происхождение клеток важно: если это будут чужие лимфоциты, то их пересадка сможет подтолкнуть иммунную систему наброситься на них, вызвав сильнейший иммунный ответ.
Но есть одна проблема с редактированием («подправлением») ДНК собственных лимфоцитов пациента: часто их просто не хватает (особенно у детей и у тех больных, которых долго лечили другими способами), и вывести у них популяцию лейкоцитов с нужными свойствами не всегда представляется возможным.
Замечание «Фразы»: получаются некие «ножницы»: своих лимфоцитов не хватает, чужими воспользоваться нельзя.
Ученым из Великобритании удалось создать универсальные CAR-лимфоциты, которые можно использовать для лечения любого пациента. Для этого в ДНК донорских Т-лимфоцитов добавили ген, кодирующий рецептор для поиска раковых клеток, и сигнальный комплекс, ответственный за активацию лимфоцита, а с помощью модификаций добились того, чтобы клетки стали универсальными, лишив их собственных «флажков». Такие лимфоциты уже не кажутся иммунной системе «чужеродными».
Одной-единственной инъекции таких клеток после подготовительного курса химиотерапии хватило для того, чтобы полностью вылечить лейкемию у двух детей 11 и 18 месяцев.
Ссылка «Фразы»: http://stm.sciencemag.org
Вопрос «Фразы»: Какова гарантия, что редактирование ДНК не выльется в побочные мутации?
Сальмонеллу учат пожирать опухоль мозга
Сальмонеллы — род неспороносных бактерий в форме палочек, которые становятся причиной более чем одного миллиона пищевых отравлений ежегодно (при этом около 400 человек умирает). Группа исследователей из Университета Дьюка (Дарем, Северная Каролина, США) сумела генетически «перепрошить» сальмонеллы таким образом, чтобы они нападали не на желудочно-кишечный тракт человека, а на агрессивные формы рака — в частности, на глиобластому.
Глиобластома — наиболее частая и агрессивная форма опухоли мозга, которая ежегодно уносит жизни тысяч людей. С момента установления диагноза пациенты только в 10% случаев живут еще 5 лет — средняя же продолжительность оставшейся жизни составляет не более 1 года и 3 месяцев. Глиобластома устойчива к химиотерапии, ее практически нельзя одолеть радиотерапией, хирургическое вмешательство неэффективно.
Если хотя бы одна клетка опухоли останется внутри мозга, она даст новый толчок злокачественному образованию.
Ученые генетически запрограммировали сальмонеллу кишечную на постоянный дефицит аминокислот, известных как пурины. Опухоль — это кладезь пуринов, что притягивает к ней после перепрограммирования «вечно голодную» сальмонеллу, которая при введении ее в мозг пациента начинает размножаться и активно поедать опухоль.
Команда исследователей также запрограммировала сальмонеллу на то, чтобы та производила два соединения — azurian и p53, которые активируют в клетках самоуничтожение, но лишь в том случае, когда среда содержит недостаточное количество кислорода, например, внутри опухоли. Итак, благодаря выполненным генетическим манипуляциям бактерия пожирает клетки опухоли, но если захочет выбраться из «столовой», то погибнет от нехватки кислорода. В то же время ученым пришлось на генетическом уровне «отключить» токсины сальмонеллы (уточнение «Фразы»: чтобы она не спровоцировала активацию иммунитета человеческого организма и не была изгнана им). После уничтожения опухоли от бактерий не остается и следа — ведь нет пищи для обеспечения их жизнедеятельности.
Во время испытаний на лабораторных крысах 20% животных прожило 100 дней после уничтожения опухолей. Если теоретически экстраполировать на человека, то этот срок равняется 10 годам человеческой жизни. Эмпирически сделаны выводы, что такой финт генетики позволит медикам в два раза увеличить процент выживаемости пациентов, а также значительно продлить срок их жизни. Онкологи с нетерпением ожидают клинические исследования в этом направлении.
Ссылка «Фразы»: https://pratt.duke.edu/
Вопрос «Фразы»: Как планируется избежать опасности, если сальмонелла, учуяв пурины в других тканях (в частности, в здоровых), примется жадно пожирать и их?
У рыб обнаружены гены устойчивости к раку
Американским ученым удалось идентифицировать гены, напрямую связанные с высокой устойчивостью к онкологическим заболеваниям у хрящевых рыб класса Chondrichthyes (включает в себя около 1207 видов). В частности, к этому классу относятся акулы и скаты.
Скелет хрящевых рыб состоит не из костей, а из хрящей. Из-за этого у них полностью отсутствует костный мозг, вырабатывающий B-клетки иммунитета. Но! Иммунная устойчивость хрящевых значительно выше, нежели у их костистых сородичей. Наблюдая за акулами, ученые сделали выводы, что эти «рыбки» просто не способны заболеть раком.
В процессе исследований сравнили образцы тканей сердца четырех хрящевых и трех костистых рыб. Их геномы сопоставлялись при помощи секвенирования (сопоставления отдельных «кусочков») РНК. Было определено, что геном хрящевых рыб содержит в себе ряд мутантных генов.
Например, у акул был обнаружен ортолог (аналог) человеческого гена LGMN, а также Bag1. В науке принято считать, что подавление данных генов в человеческом организме приводит к возникновению опухолей, а вот у акул они, эти гены, гиперэкспрессированы (объяснение «Фразы»: то бишь подавить их просто так невозможно). Кроме того, у рыб этого класса обнаружено большое количество генов гуморального иммунитета, благодаря которому организм борется с несвойственными для него клетками.
Ссылка «Фразы»: https://hi-news.ru/
Вопрос «Фразы»: Упомянуты мутантные гены, значит, в норме сопротивляемость рыб онкозаболеваниям обычная?
Научились тестировать онкопрепараты с помощью компьютера
Ученые Института системной биологии (Санкт-Петербург, Россия) разработали программу для проведения виртуальных тестов лекарств, которые подавляют рак, и индивидуального подбора химиотерапии при лечении раковых больных.
В последние годы медики, борющиеся со злокачественными опухолями, пытаются «натравить» иммунитет человека на раковые клетки. Но пока что такой «тренинг» клеток возможен только за пределами организма, в пробирках, в естественных же условиях иммунитет отказывается подчиняться «дрессуре».
Санкт-петербуржцы создали компьютерный аналог иммунной системы человека, при помощи которого можно определить действенность того или иного лекарства. Программа называется Immune Response Template (IRT). Она описывает поведение иммунитета на самых низших уровнях, переводя на язык математики (уточнение «Фразы»: а именно в универсальные формулы) все взаимодействия между иммунопрепаратами и иммунными клетками.
По словам ученых, все формулы были выведены на базе исследований того, как иммунные клетки взаимодействуют с окружающим миром и опухолевыми клетками. Как утверждают разработчики, программа позволит ускорить разработку и тестирование иммунопрепаратов, проводя тысячи испытаний на виртуальных «пациентах» одновременно, что нереально в реальной жизни.
Ссылка «Фразы»: http://insysbio.ru/ru/
Вопрос «Фразы»: Комбинаций онкопрепаратов во время лечения может быть превеликое множество — как это учтено в программе? Или же программа — это генератор, но не «склад» формул в их окончательных вариантах?
Выявлен новый тип наследования признаков
Ученые Санкт-Петербургского государственного университета и Санкт-Петербургского филиала Института общей генетики РАН выявили новый тип наследования признаков у микроорганизмов.
Изменения, связанные с генетическими отклонениями, возникают в результате «поломок» в структуре ДНК. Неведомый доселе тип наследственности связан с открытием прионов — пространственной структуры того или иного белка. Молекулы в прионной форме провоцируют изменение формы всех остальных молекул этого белка. В данном случае изменение формы белка (а значит, последующее изменение активности) не зависит от мутации — это просто еще одна из его форм. Такие изменения не просто происходят, но и наследуются — в частности, у одноклеточных организмов в процессе клеточных делений. Генетики СПбГУ впервые продемонстрировали, что наследственные изменения в клетках этих микроорганизмов могут возникать вследствие взаимодействия разных прионов и что данный признак не просто спорадически передается «дочери» от «матери» — он стабильно наследуется в ряду поколений.
Предполагается, что этот тип наследования в перспективе будет выявлен и у млекопитающих.
Ссылка «Фразы»: http://journals.plos.org/
Вопрос «Фразы»: Доказано ли на 100%, что сами по себе прионы — это не мутации, а нормальная форма существования белка?
Генетики вырастили поджелудочную железу мыши в теле крысы
Группе ученых из Токио впервые в мире удалось вырастить полностью функционирующий орган одного организма в теле организма другого вида.
Для этого фактически было произведено межвидовое скрещивание.
С целью эксперимента ученые использовали стволовые клетки мышей. Эти клетки были пересажены крысам в область их собственной поджелудочной железы. Под влиянием местных факторов и некоторых препаратов (их названия не разглашаются) в теле крысы начала формироваться новая поджелудочная железа. После полного созревания железу пересадили мыши, а в ходе дальнейшего исследования было зафиксировано, что орган функционирует абсолютно нормально и выполняет те обязанности, которые на него возложила природа.
Результаты этого эксперимента дают надежду на успешное выращивание с целью трансплантации человеческих органов в организмах животных. В ходе следующих этапов эксперимента токийские исследователи планируют вырастить в теле свиньи органы обезьяны.
К слову, японские законы разрешают проводить эксперименты с использованием стволовых клеток человека в телах животных, в отличие от ряда других стран. Замечание «Фразы»: поэтому трансплантологам всего мира в ближайшем времени следует держать руку на пульсе именно японской генетики.
Ссылка «Фразы»: http://the-newspapers.com/
Вопрос «Фразы»: Если токийским ученым удастся выращивать человеческие органы в организмах животных, как же применить это достижение в странах, где запрещены схожие опыты со стволовыми клетками?
Ученые впервые скрестили человека и свинью
И обещанный «десерт». Международная команда исследователей впервые получила эмбрион, который является гибридом свиньи и человека. По сути, ученые скрестили млекопитающее и homo sapiens.
Ученые ввели стволовые клетки человека в эмбрионы свиньи, находящиеся на ранней стадии развития. В результате было получено более 2 тысяч гибридов, которые подсадили в организм свиноматки. 186 эмбрионов развились в химеры — организмы, состоящие из мешанины генетически разнородных клеток (такой себе генетический «винегрет»).
Присутствие человеческих клеток в химере было незначительным — примерно одна из 10 тысяч клеток. Вопреки разнородности клетки свиньи и человека функционировали как часть единого целого. «Человеко-свиным» эмбрионам позволили развиваться в течение 28 дней (уточнение «Фразы»: этот срок соответствует периоду первого триместра беременности у свиньи), после чего их удалили из тела свиноматки.
«Это достаточный срок, чтобы понять, как смешиваются клетки свиньи и человека, но недостаточный, чтобы возбудить этические споры по поводу взрослых животных-химер», — заявил ведущий автор эксперимента Хуан-Карлос Исписуа Бельмонте, профессор Института биологических исследований Солка (Калифорния, США).
Ученые надеются, что опыты по скрещиванию человеческих и свиных клеток в будущем позволят подобным образом выращивать органы для трансплантации, а также апробировать новые лекарственные препараты.
Первые похожие химеры (мыши и крысы) были созданы еще десять лет назад. Но ученым все никак не удавалось скрестить человека с другим крупным животным. Этому мешало много факторов — в частности, разные сроки развития организмов (беременность у людей длится 9 месяцев, у свиней — в среднем 112 дней).
Ссылка «Фразы»: http://www.cell.com/cell/
Вопрос «Фразы»: Не дает покоя вопрос этических споров по поводу взращивания химер: этично ли выращивать, хоть и частично, человека в свинье (или другом животном)? Так как часть клеток у них человеческие, считается ли удаление химер из свиноматки фактом человеческого аборта?