Life sciences-2015

Светлана Ястребова, «Биомолекула»

Итак, 2015-й год закончился. За его 365 дней мы узнали: на Марсе есть очень солёная жидкая вода, в реку одного психологического исследования нельзя зайти дважды (в смысле, один и тот же эксперимент у разных исследователей даёт неодинаковые результаты), Эйнштейн зря так выступал против взаимодействия далёких друг от друга элементарных частиц, а с глобальным потеплением нужно бороться ещё усерднее. Кроме того, человечество поставило всепланетный рекорд по числу авторов одной научной статьи (5154!) и весьма неплохо сфотографировало Плутон. Но всё это не имеет отношения к любимой науке «Биомолекулы» – биологии. Так что в этой статье мы разберём только те события года по версии Science и Nature, которые относятся к области life sciences.

Некоторые фавориты Science и Nature совпадают. Показательно, что главный прорыв-2015 по версиям ведущих научных журналов один и тот же. Нетрудно догадаться, какой: CRISPR-Cas.

Прорыв года: CRISPR

Серьёзно обсуждать систему бактериальных ферментов, бьющую по болевым точкам чужеродной ДНК и оставляющую микробу на память куски генов его врагов, начали в 2012 году. Пожалуй, пересказывать в очередной раз принцип работы CRISPR ни к чему, благо о нём написали уже великое множество статей. Зато стоит напомнить, что, кроме CRISPR, существуют и другие способы редактировать ДНК: TALEN и нуклеазы с «цинковыми пальцами». Кстати, именно их, а не CRISPR, применили для лечения маленькой девочки с лейкозом: «Успех в борьбе с лейкозом: на шаг ближе к клиническому применению геномного редактирования» (подробнее об этом вероятном чудесном исцелении ниже). Ферменты всех трёх названных типов можно модифицировать так, чтобы они разрезали ДНК в строго определённых местах и по возможности не лезли в остальные. Конечно, ошибки иногда будут случаться, и нужно придумать способы снизить их число.

Преимущество CRISPR перед «конкурентами» в том, что этот метод редактирования генов проще остальных – а значит, и дешевле. Он не требует изощрённого оборудования, и любая молекулярно-биологическая лаборатория, которая захочет попробовать CRISPR, сможет это сделать. Так считает Джордж Чёрч, гарвардский профессор, чья лаборатория одной из первых показала возможности CRISPR по редактированию генома эукариот.

В 2015-м году в американских научных журналах напечатали почти в два раза больше научных статей, посвящённых применению CRISPR, чем в 2014-м. Некоторые работы были весьма многообещающими и вместе с тем противоречивыми. Например, весной китайские учёные рассказали о том, как пытались избавить клетки бросовых человеческих эмбрионов, оставшихся от ЭКО, от «плохого» гена бета-талассемии. Получилось не то чтобы идеально (из 86 зародышей до конца эксперимента дожило чуть более половины, а нужный ген ферменты вырезали из клеток лишь четырех эмбрионов), но начало «редактированию людей» было положено. Разумеется, поднялись споры, стоит ли применять неидеальную технологию в исследовательских целях (о медицинских пока и речи не идёт), и споры эти вылились в целый международный саммит об использовании технологий генной инженерии применительно к человеку. Участники встречи пришли к выводу, что пока CRISPR работает недостаточно стабильно, чтобы всерьёз рассматривать его применение для лечения людей. Особенно это касается мутаций, вызывающих наследственные заболевания. Сошлись на том, что «стирать» или изменять гены ребенка до его рождения, чтобы излечить его от наследственного заболевания, пока не стоит, а то не понятно, что из этого может получиться.

Хотя к людям сейчас нельзя подходить со своим CRISPR, «редактирование животных» разрешено. Кстати, в случае братьев меньших технология почему-то работает гораздо лучше. Например, у мух с помощью CRISPR удалось получить желаемую окраску в 97% случаев, а у свиней удалось одновременно изменить последовательность ДНК в 62 генах (сделали это затем, чтобы устранить некоторые преграды для пересадки донорских органов от свиней людям).

В общем и целом, CRISPR явно ждёт большое будущее. Финансирование исследований с его участием за последние пару лет резко выросло, как и число заявок на патенты с применением этой технологии. И если медицину трогать пока запрещено, то CRISPR-инженерам найдётся где развернуться в ветеринарии, и сельском хозяйстве в целом. Ну, и в фундаментальных исследованиях, конечно.

Прививка от Эболы и не только

Это достижение отметили и редакторы Science, и редакторы Nature. Разработка канадских учёных во время предварительного исследования показала себя стопроцентно эффективной в тесте на гвинейских добровольцах. Об этом написали в медицинском журнале The Lancet 31 марта 2015-го года. Конечно, острая фаза эпидемии злополучной лихорадки к тому времени закончилась, и большинство тех, кого надо было спасать, весной 2015 уже были мертвы. Впрочем, вакцина – это профилактика, а не лечение, так что больным она всё равно бы не помогла. Зато она поможет тем, кто захочет протестировать её на себе во время очередной эпидемической вспышки. Тьфу-тьфу-тьфу, конечно, но независимо от наших суеверий и желаний Эбола ещё даст о себе знать.

Есть болезни и постарше. Вот история борьбы с малярией насчитывает немало веков, а «прививки» от неё так до сих пор и нет. Точнее, вакцина RTS давно существует, но в пилотном исследовании на 15000 африканских детей показала себя эффективной только на 10%. Впрочем, это лучше, чем ничего, так что ВОЗ настоятельно рекомендовала начать использование RTS в Африке.

И ещё одна хорошая новость 2015 года про заразные болезни. Несмотря на катастрофически низкий уровень вакцинации против полиомиелита на Украине, в целом в мире заболеваемость этим недугом снижается. Позитивный пример подаёт Нигерия: там случаев полиомиелита в уходящем году не было.

Прецизионная медицина

И ещё немного о прикладной науке. В последние годы всё больше говорили о персонализированной медицине, в которой к каждому пациенту будет свой индивидуальный подход. Средства для лечения будут не в последнюю очередь определяться генотипом больного. На словах это звучит здорово, а на деле медикам и биологам предстоит ещё немало работы, дабы разобраться в особенностях максимального числа людей. Поэтому в январе 2015-го президент США вы ступил с инициативой выделить Национальным институтам здравоохранения (NIH) грант в 215 миллионов долларов, чтобы исследователи собирали данные генетических анализов, медицинских карт и даже показателей с приборов вроде аппарата для измерения давления миллиона добровольцев по всей стране. Весь полученный массив информации в идеале надо соотнести с историей жизни (и болезни) каждого конкретного пациента. По крайней мере, нужно обнаружить закономерности, связывающие состояние здоровья человека, его гены и окружение. 

Обезболивающие дрожжи

Морфин – одно из самых сильных обезболивающих, по-прежнему актуальное для паллиативных больных. Это вещество, а также некоторые другие анальгетики, относятся к классу опиоидов, и из живых организмов их умеют синтезировать только маки. (Нет, конечно, в некоторых человеческих клетках образуются эндогенные опиоиды, но их в качестве лекарств не используют.) А как бы было хорошо иметь запасной источник подобных лекарств!

Судя по всему, этот источник появился. Летом 2015-го в Science вышла статья, где описаны особые, биоинженерные дрожжи. Они получили 21 «лишний» ген, главным образом от опиумного мака и его ближайших родственников. Изменение генотипа грибов привело к тому, что они «научились» синтезировать опиоиды (НЕ морфин) из сахаров. Где опиоиды, а где углеводы! По строение молекул начальное и конечное вещества отличаются весьма разительно, и поэтому до недавнего времени в генетически модифицированных дрожжах удавалось провернуть либо первую, либо вторую условную половину биосинтеза опиоидов из углеводов. И вот, наконец, удалось эти две половины соединить в одном дрожжевом теле.

Конечно, такое открытие не может пройти мимо людей, задающихся вопросами этики и морали. А вдруг кто купит страшные ГМО-грибы и будет дома делать не обезболивающие, а наркотики? Пока паникёры могут быть спокойны: дрожжи сейчас ещё очень плохо умеют делать опиоиды, и для десятка миллиграммов морфина потребуется не один кубометр питательной жидкости с плавающими в ней дрожжами. Вряд ли кто-то из дилеров-любителей сможет обеспечить такие объёмы производства в домашних условиях, да ещё и сможет соблюсти всю технологию.

Лимфатические сосуды в мозге

Непосредственно в головной мозг инфекции заносятся редко: слишком уж хорошо он защищён и отгорожен от жидкостей остального организма гематоэнцефалическим барьером. Лимфатических сосудов и многих других «проявлений» иммунной системы в мозге нет. Ну, то есть так думали до недавнего времени. У людей всё-таки нашли лимфатические сосуды и Т-лимфоциты в мозге, и статья об этом вышла в Nature в 2015-м.

Мало того, что это открытие само по себе удивительно (казалось бы, все сосуды и типы тканей у человека давно открыли и изучили), так оно ещё может в отдалённом будущем повлиять на способы лечения неврологических заболеваний вроде рассеянного склероза, менингита и болезни Альцгеймера. Во всех этих патологических состояниях немалую роль играет воспаление, и как знать, может, в нём принимают участие местные мозговые лимфоциты?

Заключение: Что дальше?

Science делает предположение, в каких областях стоит ждать открытий в 2016 году. В основном прогноз рассказывает о физике элементарных частиц и прочих подобных тонких материях. Что касается биологии, то, по предположению редакторов Science, мы скоро узнаем, откуда к нам пришли верные друзья человека – собаки. Это, конечно, не спасение от страшной болезни и не раскрытие глобальной тайны жизни, но тоже неплохо. Впрочем, время покажет, чего наука добьётся в наступающем году.

Многочисленные ссылки см. в оригинале статьи – ВМ.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru

28.12.2015