54

Генетически кодируемые биосенсоры помогут в изучении механизмов развития заболеваний

Сибирские ученые разработали универсальную платформу с использованием генетически кодируемых биосенсоров, которая позволит изучать механизмы возникновения различных патологий в режиме реального времени на клеточных линиях человека. В перспективе это пригодится в поиске терапии для широкого спектра заболеваний, в том числе тех, которые на сегодняшний день считаются неизлечимыми. Статья об этом опубликована в журнале Biochemistry (Moscow).

«Для моделирования различных патологических состояний используются индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК), — комментирует аспирантка лаборатории эпигенетики развития ФИЦ “Институт цитологии и генетики СО РАН” Елизавета Ивановна Устьянцева. — Фактически это аналоги эмбриональных стволовых клеток, только полученные искусственным путем. Главная особенность ИПСК — их плюрипотентность, то есть способность образовывать все типы клеток живого организма. Мы можем в условиях лаборатории заставить клетки вспомнить исходное состояние (как в эмбрионе), когда они еще не дифференцировались, то есть не выбрали определенную функцию в организме. Чтобы перепрограммировать клетки, необходимы специфические методы по активации в них спящих генов».

Ученые по всему миру создают ИПСК в лабораториях, но до сих пор не было разработано общепринятых стратегий их использования для биомедицинских задач. Основной сложностью работы с клеточными моделями остается поиск подходящего метода для измерения степени выраженности того или иного патологического процесса.

Генетически кодируемые биосенсоры помогут в изучении механизмов развития заболеваний Генетика, Академгородок, Медицина, Длиннопост, Копипаста

Упрощенная схема действия метода

Для мониторинга внутриклеточных процессов и активности ферментов в режиме реального времени новосибирские биологи предложили использовать генетически кодируемые биосенсоры. «Они представляют собой специфические молекулы, в нашем случае флуоресцентные, которые под действием тех или иных стимулов меняют свои свойства. Активируя биосенсоры в больных и здоровых клетках, мы можем смотреть, по каким параметрам они отличаются», — говорит Елизавета Устьянцева.

Биосенсоры встраиваются в геном клеток с помощью технологии геномного редактирования CRISPR/Cas9. «Раньше сенсоры помещались в клетки случайным образом, и была велика вероятность того, что работа генома могла нарушиться и исказить результаты исследования. Новый подход не влияет на функционирование клетки и на интерпретацию результатов, поскольку последовательность биосенсора прицельно встраивается в нужное, самое безопасное место генома», — поясняет Елизавета Устьянцева.

Задача ученых — оценить влияние определенных молекул на развитие заболевания. В частности, в своей статье они рассматривают патологические процессы, связанные с боковым амиотрофическим склерозом (БАС).

Исследования проводятся на двух клеточных линиях: полученной от пациента с мутацией, приводящей к развитию БАС, и здоровой — контрольной. «На основе этих линий ИПСК (в процессе репрограммирования их получается несколько) мы создали панель из пяти “больных” и пяти “здоровых” трансгенных клеточных линий, которые имеют один источник, но отличаются последовательностью биосенсора, встроенного в геном», — рассказывает исследовательница.

Биосенсоры позволяют наблюдать за процессами, характерными для нейродегенерации: окислительным стрессом (степень его выраженности может быть оценена косвенно через определение уровня содержания в цитоплазме перекиси водорода — промежуточного продукта в реакциях утилизации активных форм кислорода), апоптозом (степень его выраженности определяется активностью одной из эффекторных каспаз 3 — фермента, играющего ключевую роль в процессе программируемой клеточной гибели), а также стрессом эндоплазматического ретикулума (ЭПР) (этот процесс запускается в ответ на накопление патологических белков в клетке). «Мы надеемся, что метод позволит нам увидеть достаточно четкую разницу между больными и здоровыми клетками и удостовериться в том, что модель заболевания, которую мы создали на основе ИПСК, действительно подходит для изучения БАС», — говорит Елизавета Устьянцева.

Генетически кодируемые биосенсоры помогут в изучении механизмов развития заболеваний Генетика, Академгородок, Медицина, Длиннопост, Копипаста

Биосенсоры в клетках в работе

«В будущем такую систему можно применять для тестирования потенциальных лекарств, — отмечает Елизавета Устьянцева. — Мы имеем клетки, которые расположены в разных лунках. Таких лунок можно нарастить сотни, и в каждую капать какое-то действующее вещество и проводить массовый скрининг — смотреть, как изменились сигналы, получаемые от биосенсоров. Это поможет значительно сократить процесс поиска и отбора препаратов, направленных на лечение определенных заболеваний».

Исследовательница подчеркивает, что концепцию в перспективе можно развивать в более широких масштабах — использовать не только для мониторинга нейродегенеративных, но и других типов недугов, к примеру кардиологических, поскольку биосенсоры активно разрабатываются для широкого круга клеточных процессов.

В данный момент ученые готовят эксперимент по индукции образования в клетках активных форм кислорода, чтобы проверить, как клетки реагируют на этот параметр. «Мы уже владеем методикой направленной дифференцировки стволовых клеток in vitro в моторные нейроны — тип клеток, которые гибнут при БАС. В рамках нового эксперимента мы планируем активировать биосенсоры в больных и здоровых клетках и сравнить, насколько сильно они реагируют на повышение концентрации активных форм кислорода. Это позволит узнать, отличаются ли показатели в моторных нейронах в стандартных условиях и в условиях стресса — при искусственно индуцированной болезни», — комментирует Елизавета Устьянцева.

Источник

Дубликаты не найдены

Похожие посты
98

Как укладка ДНК в клетке может вызывать наследственные болезни

В последние годы в генетике сформировался новый взгляд на геном: не просто цепочка генов, а трехмерная сеть, архитектура которой играет важную роль в реализации информации, заложенной в ДНК. Изучением и моделированием того, как молекула ДНК располагается внутри клеточного ядра и как это влияет на вероятность развития ряда наследственных заболеваний, занимаются сотрудники сектора геномных механизмов онтогенеза ФИЦ ИЦиГ СО РАН. Ряд результатов их работы был представлен на XII международной мультиконференции «Биоинформатика и системная биология» (BGRS/SB-2020). Подробности об этой работе в нашем интервью с руководителем сектора, к.б.н. Вениамином Фишманом.

Как укладка ДНК в клетке может вызывать наследственные болезни Академгородок, ДНК, Генетика, Наследственные болезни, Копипаста, Длиннопост

– Расскажите, в чем заключается цель проводимых Вашей группой исследований 3D-моделей генома человека?

– Когда в геноме возникает какая-то поломка, мутация, которая ведет к развитию патологии, возникает вопрос – по какому пути протекает этот процесс. Если мутация затрагивает какие-то кодирующие участки ДНК, отвечающие за синтез белка, то все, в принципе, очевидно: вот причина, а вот – ее следствие. Но когда мы имеем дело с какими-то крупными перестройками, которые не затронули белок-кодирующие гены, все становится намного сложнее. Потому что не ясно, если все белки остались те же самые, то что вызвало болезнь? Так родилась гипотеза, которая потом была подтверждена в ряде работ разных исследователей, что само изменение 3D-организации генома (то, как цепочка ДНК укладывается в ядре клетки) влияет на работу генов и количество того или иного белка, который синтезируется в клетке. Отсюда и вытекает наша цель – смоделировать, как уложен геном в известных случаях хромосомных перестроек и, следующий шаг, понять, как это влияет на работу генов и синтез белка.

– Как Вы строите эти модели?

– Есть два класса моделей. Физические модели удобны тем, что в них можно заложить какие-то биофизические параметры. Например, в такой модели ДНК может гнуться, протягиваться. Причем, все это обусловлено довольно простыми физическими законами, которые изучают в рамках школьной программы. Проблема в том, что есть очень много биофизических параметров, которые надо учитывать при создании модели: насколько легко изгибать ДНК, насколько сильно воздействие электростатического отталкивания и так далее. Но их очень сложно измерить, поскольку сама ДНК находится глубоко в ядре клетки, там все организовано не так, как мы можем воссоздать, условно говоря, «в пробирке». Поэтому физические модели замечательны с точки зрения понимания каких-то механизмов, но часто неприменимы для реальных задач, поскольку мы не можем создать полную картину для какого-то конкретного варианта мутаций, только описать общие принципы связи архитектуры генома и его работы.

– Есть какой-то выход?

– Конечно. В своей работе мы чаще используем второй тип моделей, построенных методом «черного ящика». В его основе лежит машинное обучение: мы измеряем в эксперименте те свойства ДНК, которые можем, и загружаем их в компьютер. А дальше машина сама находит взаимосвязи между известными нам параметрами и разными вариантами укладки ДНК, которых тоже известно немало. Конечно, мы не можем таким образом понять, как именно последовательности на разных участках генома связаны с физическими свойствами ДНК. Физики их тестируют, но у них в среднем на одну такую взаимосвязь уходит года три, а их существует множество. То есть, это работа на века, по крайней мере, при нынешних темпах развития науки. Поэтому пока мы просто ищем такие взаимосвязи, фиксируем результат, пусть даже не понимая до конца, почему он получился именно таким. И для этого метод «черного ящика» очень хорошо подходит, потому что он выдает очень точные ответы с точки зрения практики.

– То есть, Вы видите, что получилось, пусть не всегда понимая, почему именно так, а не иначе?

– Можно сказать и так, хотя есть и какие-то взаимосвязи, которые мы можем понять. Например, поменять одну букву в последовательности ДНК и посмотреть, как наш черный ящик в ответ изменит укладку. Да, полная цепочка событий нам по-прежнему неизвестна, но мы можем с уверенностью говорить, какие участки ДНК более важны, какие – менее в данном сценарии. А потом, рассмотрев биологические функции этих участков, сформулировать гипотезу о том, как они вовлечены в этот сценарий. И уже на основе этого – переходить к созданию физической модели. Но все же, мне кажется, основная прелесть моделей второго типа как раз в том, что они дают достаточно точный результат, даже когда мы не изучили сам механизм его получения.

– Вы сейчас говорите о прогнозе развития у человека какой-то конкретной наследственной патологии?

– Совершенно верно, но не только об этом. Есть еще одно направление, я называю его методическим. Мы говорим о довольно сложных вещах: 3D-укладка генома, белки садятся, ДНК гнется, все это имеет сложную систему связей. Но есть очень простой вывод, когда случается хромосомная перестройка, меняется укладка, и по этим изменениям можно предсказывать риск развития наследственного заболевания. Причем, это недавняя история, еще несколько лет назад никто не смотрел на организацию ДНК у таких людей, просто искали изменения в линейной последовательности. Теперь же, в силу прогресса способов исследования ДНК, подход вообще можно кардинально развернуть: предсказать эти линейные перестройки на основе информации о том, как ДНК уложена в ядре. Это, по сути, новый метод изучения наследственных заболеваний, который мы сейчас тоже развиваем. Конечно, мы не одни, и даже – не первые, такие идеи бродят года с 2012-го. Но, обычно, стараются предсказывать на основе укладки крупные перестройки, а мы разрабатываем метод, который, при определенных изменениях протокола, позволит посмотреть и на точечные полиморфизмы. А это совсем другой диагностический подход. Раньше совместить оба подхода в рамках одного метода никому особо не удавалось, изучали либо крупные перестройки, либо искали точечные мутации. Это проблема, потому что пациенту надо, по-хорошему, делать два дорогостоящих анализа. И часто, если во время первого анализа что-то находили, то второй просто не делали, а может, основная причина была как раз там. Если у нас получится совместить оба подхода в рамках одного анализа, это будет очень важно. Предварительные результаты, которые мы представили на конференции BGRS/SB-2020, внушают оптимизм.

– А с точки зрения пациента, какая от этого польза? Ведь если причина болезни в мутации ДНК, то современная медицина все равно не сможет ее вылечить.

– Для пациента есть два важных нюанса. Первый – дать родителям возможность понять, какой из вариантов генома приводит или может привести к появлению заболевания у их детей. Можно определит, от кого из родителей ребенку достался этот вариант. И если родители прибегнут к процедуре ЭКО, можно, используя наш метод, выбрать эмбрион без «плохой» мутации в геноме. Проще говоря, родить здорового ребенка. Второй нюанс относится к людям, которые уже родились с каким-то наследственным заболеванием. К сожалению, такие болезни пока не поддаются полноценному лечению, но, зная на раннем этапе о мутации, которая вызывает заболевание, в ряде случаев можно предложить стратегии его сдерживания, поддержания более комфортного уровня жизни. А там, где это пока невозможно, даже сам точный прогноз, как и в какие сроки все будет протекать – как мне кажется, нужная для родителей вещь. Потому что такое случается, и родителям важно понимать, что их ждет и что дальше делать.

Источник

Показать полностью
134

«Похоже на компьютерные игрушки»: над чем работают генетики новосибирского Академгородка

Новосибирские генетики разрабатывают мобильные приложения для сельского хозяйства, создают пивоварные сорта ячменя, устойчивую к заболеваниям пшеницу и расшифровывают геномы растений. Тайга.инфо рассказывает о работе Института цитологии и генетики СО РАН (ИЦиГ) в новосибирском Академгородке.

Геномный центр мирового уровня

Институт цитологии и генетики СО РАН вошел в состав Курчатовского геномного центра осенью 2019 года. Это консорциум организаций во главе с национальным исследовательским центром «Курчатовский институт».

«Похоже на компьютерные игрушки»: над чем работают генетики новосибирского Академгородка Генетика, Академгородок, Биоинформатика, Копипаста, Длиннопост

«В России открыли несколько геномных центров мирового уровня по разным направлениям. Чтобы друг другу не перекрывать пути, центрам даны несколько разные задачи. У нашего центра основной приоритет — решение задач агротехнологий и биотехнологии с применением современных генетических методов», — рассказал Тайге.инфо ведущий научный сотрудник Курчатовского геномного центра ИЦиГ Сергей Лашин.

«Похоже на компьютерные игрушки»: над чем работают генетики новосибирского Академгородка Генетика, Академгородок, Биоинформатика, Копипаста, Длиннопост

По словам ученого, объединение институтов в консорциум позволило исследователям делиться приборной базой и компетенциями. Помимо этого, они получили финансирование на более масштабные исследования.

«Теперь мы можем эти технологии развивать не по остаточному принципу, как у нас было раньше, а создать необходимую материально-техническую базу, чтобы эти работы можно было масштабировать. Применять технологии в том масштабе, которого требует сельское хозяйство», — рассказала Тайге.инфо руководитель Курчатовского геномного центра ИЦиГ Елена Салина.

Ученые ИЦиГ работают по трем направлениям: сельское хозяйство промышленная микробиология и биоинформатика. Внутри них есть разные команды, которые взаимодействуют друг с другом, но решают разные задачи.

Библиотека моделей геномов микроорганизмов

Сергей Лашин возглавляет одну из команд биоинформатиков. Основная задача, над которой работают ученые, это создание электронной библиотеки с максимально полным описанием микроорганизмов (собирательное название живых организмов, которые слишком малы для того, чтобы быть видимыми невооруженным глазом — прим. Тайги.инфо) из коллекций институтов-участников консорциума.

Ученые рассчитывают, что эта библиотека поможет синтезировать полезные вещества для решения биотехнологических задач сельского хозяйства и экологии. Например, можно будет создать аминокислоты для подкормок и корм для крупного рогатого скота, который сейчас приходится покупать за границей. Доступ к информации из базы данных пока имеют только участники Курчатовского геномного центра.

«Для начала необходимо очень хорошо и качественно описать те коллекции микроорганизмов, которые есть в России. Они описаны, как правило, по-старинке, без учета геномной информации, и в целом количество указанных там параметров относительно небольшое. В лучшем случае просто приведён секвенированный геном, но зачастую нет и его», — рассказал Лашин.

Такой информации недостаточно, чтобы говорить о метаболическом потенциале микроорганизмов. Поэтому ученые конструируют новую библиотеку, где все описания геномов (совокупность наследственного материала, заключенного в клетке организма — прим. Тайги.инфо) и их моделей будут более подробными.

Для этого необходимо секвенировать (установить последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК — прим. Тайги.инфо) все геномы микроорганизмов, которые есть в коллекциях. А также описать их и составить сначала структурную модель, в виде карты процессов, протекающих в клетке конкретного микроорганизма, а потом и математическую модель.

«Когда получается математическая модель, можно проигрывать с ней различные сценарии. Например, добавлять или убирать гены (наследственный фактор, который несет информацию об определенном признаке или функции организма, структурная и функциональная единица наследственности — прим. Тайги.инфо), или изменять их активность и смотреть, как при этом изменяется поведение клетки. Если клетка начинает производить больше нужного вещества, тогда мы считаем, что это то воздействие, которое нам нужно, — рассказал Лашин. — Это чем-то похоже на компьютерные игрушки, только с тем, что пришло из реального мира, что природа выдумала».

Сама библиотека уже создана, но в ней есть информация только о 227 геномах. По словам ученого, они уже сейчас ждут поступления еще 300 геномов, а к концу года в коллекции их может быть около 750. Они должны были прийти к ученым раньше, но пандемия коронавируса внесла свои коррективы в графики работы.

Главным своим результатом сейчас ученые называют создание базы данных. Лашин также отметил, что они работают над задачами центра меньше года и для такого срока налаженная работа и успешное взаимодействие экспериментаторов с теоретиками — уже достижение.

«Другой важный момент, это то, что растет компетенция команды. У нас много молодежи, и то, как их профессиональный уровень вырос за этот неполный год, это очень радует. Они даже близко не могли решать такие задачи тогда, а сейчас уже могут», — поделился ученый.

Он уточнил, что если центру удастся за 5 лет создать 5−10 штаммов для решения биотехнологических и сельскохозяйственных задач, это будет очень хороший результат.

Автоматизация описания геномов

Изначально проводить описание геномов для заполнения библиотеки надо было вручную, что занимало много времени. Для решения этой проблемы ученые ИЦиГ работают над созданием специальной программы, которая помогает автоматизировать этот процесс.

«Мы хотим, чтобы она работала так: приходит новый геном с прибора, загружается в систему, мы нажимаем одну кнопочку и все стадии делаются автоматически», — поделился Лашин.

Ученые уже создали рабочий прототип этой платформы, но часть этапов им еще приходится делать вручную. По мнению Сергея Лашина, им нужно вручную испробовать систему примерно на 2 тысячах геномов, чтобы все отладить и полностью автоматизировать.

Геномы сибирской пшеницы, картофеля и ячменя

Вторая команда биоинформатиков Курчатовского геномного центра работает вместе с генетиками. Они выводят сорта сельскохозяйственных растений, которые будут более устойчивы к заболеваниям, погоде и другим условиям.

Одна из больших задач в этом направлении — секвенирование и расшифровка геномов растений. Ученые собираются расшифровать цепочки ДНК нескольких сортов пшеницы, около пяти ячменя и десятки сортов картофеля.

Исследователи будут разрабатывать методы и подходы для расшифровки, чтобы затем оценить генетическое разнообразие растений сибирских линий. Это облегчит генетикам поиск более выгодных мутаций и характеристик. Например, они смогут обнаружить линию растений, устойчивую к заболеваниям, потом найти гены, которые этим управляют и перенести эти свойства на другие сорта. Это ускорит работу селекционеров.

«Похоже на компьютерные игрушки»: над чем работают генетики новосибирского Академгородка Генетика, Академгородок, Биоинформатика, Копипаста, Длиннопост

«Чтобы закрепить гены в сорте, нужно провести очень много скрещиваний. Селекционер отбирает по какому-то признаку — он скрещивает, отбраковывает, затем снова скрещивает. Этот процесс очень длительный. На самом деле все эти гены устойчивости присутствуют в диких сородичах растений, поскольку они живут в условиях, где человек их не обхаживает, где им приходится бороться со стрессом», — рассказал Тайге.инфо ведущий научный сотрудник Курчатовского геномного центра ИЦиГ Дмитрий Афонников.

Биоинформатики находят необходимые гены, а затем с ними работают генетики. Сейчас ученые уже получили геномные последовательности по сортам пшеницы, их тестируют и проверяют на качество.

«Наши практические задачи в области пшеницы — это ускорение процессов селекции с применением генетических технологий и создание сортов по заказу селекционеров — например, раннеспелых или позднеспелых, устойчивых к заболеваниям», — говорит руководитель центра Елена Салина.

Например, генетики работают над разработкой пивоварных ячменей на основе российских сортов. По словам Салиной, сейчас в производстве пива используются в основном импортные сорта.

Как уточнил Дмитрий Афонников, есть гены, которые представлены во всех растениях одного вида, а есть те, которые отличаются в разных сортах. И именно те гены, которые варьируются, обычно отвечают за устойчивость к заболеваниям и прочие полезные характеристики.

В ИЦиГ ученые выделяют ДНК, затем материал отправляют почтой в Курчатовский институт в Москве, где его секвенируют на специальном оборудовании. После этого данные по секвенированию пересылают онлайн новосибирским ученым и они их обрабатывают.

Мобильные приложения для изучения растений

Вторая важная задача ученых — фенотипирование растений. Это изучение взаимосвязи между характеристиками растения и его поведением в природе.

«Похоже на компьютерные игрушки»: над чем работают генетики новосибирского Академгородка Генетика, Академгородок, Биоинформатика, Копипаста, Длиннопост

«Основным способом для изучения этих связей является статистика. Берут большое количество растений и сравнивают связь мутации со свойством — урожайностью, устойчивостью к болезням, размером колоса. Чтобы сопоставить 90 тыс мутаций, нужно проанализировать сотни или даже тысячи растений. Линейкой померить у каждого растения рост или посчитать колоски — это очень сложно. Сейчас развиваются технологии компьютерного фенотипирования, когда большую часть измерений можно сделать автоматически, не привлекая человека», — объяснил Дмитрий Афонников.

Ученые ИЦиГ СО РАН разрабатывают программы, которые позволяют с помощью фотографии делать необходимые измерения — форму, размер, цвет колосьев. Несколько лет назад они выпустили в свободный доступ мобильное приложение «SeedCounter». Оно определяет по фотографии растения количество зерен и их размер. Эти данные автоматически переносятся в таблицы, чтобы их затем их можно было использовать в исследованиях.

Приложение уже активно используется селекционерами, его скачали более тысячи раз. С помощью него провели исследования, которые опубликованы как в российских, так и в зарубежных журналах.

По словам Афонникова, такие программы уже активно используются во всем мире, но есть методики, которые разработали именно в ИЦиГ.

«Мы впервые разработали метод, который позволяет очень точно характеризовать форму и размер колосьев. Также планируется, что у нас будут методы полевого наблюдения — когда можно будет с коптера фотографировать поле растений и по изображению определять их состояния. В мире так все работают, но мы действуем на передовой», — поделился ученый.

Ученый также рассказал, что в будущем они планируют развивать программы для мобильных устройств, так как их удобно использовать. Сейчас в разработке программа, которая сможет определять типы заболевания пшеницы по фотографии.

Их приложения разрабатываются для растений, но в итоге они могут использоваться и для других целей. Например, в лаборатории по изучению генетики плодовых мушек-дрозофил с помощью программы считали потомство и так изучали плодовитость насекомых.

Источник
Показать полностью 3
152

Генетика.Обреченные дети.Русская рулетка

Недавно в нашей области (и по всех стране) вспыхнул скандал из-за отсутствия препарата для детей с генетической патологией. СМА-спинальная мышечная атрофия.Это генетическое заболевание,которое наследуется аутомомно-рецессивно. Если у каждого родителя есть дефектный ген ,отвечающий за развитие этой патологии,сами они не страдают, и всю жизнь могут и не знать о существовании этого гена в своей ДНК, так как в связке есть второй ген,здоровый,который и обеспечивает нормальное функционирование организма. Но если ребенку не повезло,и ему досталось по 1 дефектному гену от каждого родителя, то в связке отсутствует правильный ген,и болезнь проявляется(25%- рождение ребенка со СМА, 50%-рождение ребенка,носителя дефектного гена, 25%-рождение здорового ребенка).
При СМА происходит поражение двигательных нейронов спинного мозга, импульс к мышцам не поступает,и страдают сначала мышцы конечностей,ребенок не может держать голову,сидеть,ходить, мышцы не растут, а потом очередь доходит до глотательных мышц и мышц,обеспечивающих дыхание. Есть 3 степени проявления заболевания, но при любой интеллект сохранен. При тяжёлых случая значительно сокращается продолжительность жизни,при лёгких,она может быть средней,но качество очень страдает (человек не ходит,есть через трубочку в желудке,а дышать ему помогает арпарат ИВЛ через трубочку в горле). В 2016 году был выпущен препарат Низунерсен (Спинраза), которая вводится интратекально (в пространство вокруг спинного мозга). Схема введения:1,14,28,63 день лечения и далее-1 раз в 4 месяца. Стоимость 1 флакона препарата-8млн.р.1флакон=1введение.Препарат не излечивает,но замедляет прогрессирование заболевания,даже даёт небольшой регресс патологии.В мире проводятся исследования,разрабатываются новые препараты,стоимость которых исчисляется также миллионами,иногда -в долларах (Золгенсма» — это препарат инновационной генной терапии, который вводится в организм больного СМА однократно. Инъекция стоит больше 2,1 млн долларов (около 152 млн рублей по текущему курсу ЦБ), это самое дорогое лекарство в мире).
Горе этих семей вполне понятно-эти дети не нужны ни обществу,ни государству. Бедные родители по копейкам собирают деньги в фондах на Спанразу,аппараты ИВЛ,аспираторы,зонды,курсы реабилитации,судятся с Минздравом, превращаются в сиделок,управляясь с медоборудованием и находясь рядом с ребенком 24/7 рядом. Это все горько и очень страшно.
Но страшнее другое. Я уже около полугода думаю об этом,и никак не могу осознать,понять или просто принять.Есть семьи,где старшему ребенку генетически подтверждён диагноз СМА. С родителями работают генетики, другие врачи,объясняют,что за патология,что это неизлечимо и чем это все закончится. И имея на руках все карты, что делают некоторые (к счастью-меньшинство,но они есть)? РОЖАЮТ ВТОРОГО!!! Зная,Карл,про 25 % точно болеющих! У них на глазах уже страдает старший, и они обрекают второго ребенка на подобные муки. По мне, так это очень похоже на русскую рулетку. Зная,что в 1/4 ребенок точно будет более,как модно на это решиться,обречь на муки своего ребенка!? Это преступление! И это совершенно недоступно моему пониманию.
P.S: после генетического исследования родителей с подтвержденным носительство гена,можно проити процедуру ЭКО (с отбором здорового эмбриона (ЭКО + ПГД — преимплантанционная генетическая диагностика).
Подробнее про СМА,клинику и течение,лечение и фонды помощи)
https://pro-palliativ.ru/blog/spinalnaya-myshechnaya-atrofiy...

46

Ученые работают над библиотекой геномов микроорганизмов

Два последних десятилетия отмечены быстрым прогрессом биоинформатики и соответственно ростом интереса к этой молодой научной дисциплине со стороны научного сообщества и высокотехнологичного бизнеса. По мере развития экспериментального оборудования и информационных технологий, расширяется спектр фундаментальных и прикладных научных задач, которые удается решать с помощью биоинформатики.

Исследования в этой области составляют существенную часть научной работы, проводимой в рамках Курчатовского геномного центра мирового уровня, в число организаторов которого входит ФИЦ ИЦиГ СО РАН. Один из ключевых проектов – создание библиотеки моделей геномов на основе коллекций микроорганизмов, которыми располагают научные институты нашей страны.

Как отмечают участники проекта, речь не идет только о секвенировании генома, что в последние годы стало уже рутинной научной процедурой.

Ученые работают над библиотекой геномов микроорганизмов Биоинформатика, Генетика, Академгородок, Бактерии, Длиннопост, Копипаста

– Секвенирование дает нам последовательность генов в ДНК организма, но это лишь первый шаг, - рассказал ведущий научный сотрудник отделения «Курчатовский геномный центр ИЦиГ СО РАН», к.б.н. Сергей Лашин. – Следующий этап заключается в построении на основе геномной информации метаболической карты организма (какие биохимические реакции могут протекать в данном организме), а также карты генетической регуляции, с помощью которой мы показываем, как взаимодействуют между собой гены. А затем, на основе этих карт, мы уже строим математические модели, где описываем, как происходит синтез определенного целевого продукта этим микроорганизмом.

В итоге, ученые получают не только достоверные данные о потенциале конкретной бактерии для производства тех или иных необходимых промышленности продуктов, но и понимание, как с помощью современных генетических технологий можно менять параметры этого процесса (например, повысить интенсивность синтеза вещества или изменить какие-то его характеристики).

Одновременно с фундаментальными научными задачами, решаются и вполне прикладные: идет отбор микроорганизмов, потенциально пригодных для синтеза некоторых органических кислот, востребованных в производстве кормов для нужд сельского хозяйства. Проанализировав геномы двухсот с лишним микроорганизмов из коллекций, новосибирские биоинформатики отобрали 17 перспективных бактерий, которые теперь будут изучены более детально.

При этом, подчеркивают они, работа с остальными геномами была не напрасной, поскольку выявленные у них характеристики описаны и могут быть использованы для решения других задач. А список возможного применения микроорганизмов в биотехнологической промышленности постоянно расширяется: одни бактерии используют в синтезе сырья для фармакологической промышленности, другие – нефтедеструкторы – для ликвидации загрязнения окружающей среды нефтепродуктами (такими, как недавний разлив дизельного топлива в Норильске), третья – в процессах переработки мусора, позволяющих превращать отходы в полезный продукт (биотопливо и т.п.).

Поэтому глобальная цель проекта, реализуемого подразделениями Курчатовского геномного центра – создать библиотеку моделей всех микроорганизмов, входящих в коллекции институтов, а их порядка десяти тысяч. Такая библиотека станет мощным ресурсом для развития отечественной биотехнологической промышленности.

Одна из главных задач на этом пути – оптимизация самого процесса. Сам опыт подобного анализа и моделирования генома есть и у наших, и у зарубежных ученых, но обычно работа с одним геномом бактерии требует у исследователей от полугода до года работы. Теперь же требуется обработать тысячи геномов за пять лет. Очевидно, что это возможно лишь при максимальной автоматизации всех процессов.

– На сегодня хорошо автоматизирован лишь процесс самого секвенирования, есть решения в области построения «рамочных» полногеномных моделей, а вот уточнённые математические модели обычно по-прежнему требуют «доводки в ручном режиме», на что уходит много времени – отметил Сергей Лашин. – И сейчас мы, параллельно с анализом геномов из коллекций, работаем и над автоматизацией этой части работы.

Новосибирские ученые рассчитывают, что уже к концу года смогут создать готовую программную платформу, которая максимально сократит срок работы с отдельным геномом микроорганизма. На сегодня ее аналогов в открытом доступе просто нет, а вот запрос на появление такого программного продукта очень высок.

Показать полностью
51

Ученые Академгородка создали композит для кардиографических электродов

Сотрудники Института химии твердого тела и механохимии СО РАН создали композит для кардиографических электродов на основе графита и наночастиц серебра. Он позволит существенно снизить стоимость электродов и получать при ЭКГ более точные данные. Результат опубликован в Materials Today Proceedings.

«Когда нам делают электрокардиограмму, на нас налепляют специальные датчики — в виде одноразовых пластырей либо специальных присосок. Сокращения нашего сердца можно воспринимать как ток. Он сначала передается на кожу, и задача датчиков, которые являются электрохимическим элементом, — снять его и с минимальным количеством помех перенести в прибор. Соответственно, чем меньше будет шумов, тем достоверней окажется диагностика», — рассказывает младший научный сотрудник лаборатории порошковых технологий ИХТТМ СО РАН Инна Александровна Мальбахова.

Сегодня чаще всего в датчиках для ЭКГ используется хлорсеребряный электрод. Он представляет собой серебряную пластинку, покрытую слоем хлорида серебра. Однако у такого электрода есть несколько существенных недостатков. Во-первых, на его изготовление тратится большое количество драгоценного металла: чтобы передать сигнал с минимальным количеством помех, слой серебра должен быть достаточно толстым. Во-вторых, материал имеет довольно высокое сопротивление, из-за чего возникает множество шумов.

Ученые Академгородка создали композит для кардиографических электродов Химия, Медицина, Композиты, Академгородок, Копипаста, Длиннопост

Ученые ИХТТМ предложили использовать в качестве носителя для наночастиц серебра графит, поскольку он обладает электронной проводимостью и биоинертностью, то есть организм не воспринимает его негативно.

«Наша задача сделать так, чтобы адгезия (сцепление) серебра и графита была как можно лучше. Для этого последний требуется обработать с помощью сильных кислот. Затем мы отдельно синтезируем наночастицы серебра, добавляем их в порошок графита, всё это перемешиваем и высушиваем, — говорит исследовательница. — Следующим этапом наносим подготовленную смесь на графитовую бумагу, а после необходимо создать на поверхности полученного устройства слой хлорида серебра. Для этого мы осуществляем анодирование, то есть слегка окисляем верхнее серебро».

Для испытания устройства ученые провели модельные измерения на системе, максимально приближенной по своим параметрам к коже человека. «Эксперименты показали, что наш композит соответствует всем требованиям ГОСТа для ЭКГ. Его преимуществом является дешевизна: графит стоит в разы меньше, чем серебро, а последнего для такой технологии необходимо совсем немного. Также при использовании нашего композита сигнал получается намного четче, шумы его не заглушают. Высокоразвитая (шершавая) поверхность материала способна захватывать больший объем кожи, что позволяет минимизировать помехи», — сообщает Инна Мальбахова.

Работа сделана в сотрудничестве с лабораторией медицинского приборостроения Томского политехнического университета. По словам исследователей, говорить о внедрении разработки в медицину еще рано, полученный композит требует определенной эргономической доработки. В частности, необходимо выяснить, какое содержание серебра даст наилучшие результаты. Кроме того, продолжаются эксперименты по изучению других подложек, например на основе тройной системы: керамика — графит — серебро.

Источник

Показать полностью
84

Против системы: история женщины-биолога, которая уехала из Москвы в Сибирь

Екатерина Сколотнева осматривает свежий урожай. Зелёные всходы колосятся ровными рядами в пластиковых контейнерах под мягким светом лабораторной лампы. Екатерина не садовод, а биолог. На примере этих растений она изучает «поведение» опасного гриба, который снижает урожайность пшеницы и ухудшает качество хлеба.

Молодой учёный руководит лабораторией молекулярной фитопатологии ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» уже несколько лет. Она одна из тех специалистов, которые пошли против системы. Пока многие сибиряки уезжают «покорять Москву», Екатерина переехала из российской столицы в Новосибирск четыре года назад. Здесь она встретила мужа, сделала много открытий в науке и оценила все прелести работы в пешей доступности от дома.

У Екатерины быстрая речь и горящий взгляд. Особенно она вдохновляется, когда речь заходит о стеблевой ржавчине. Это болезнь хлебных злаков, вызываемая грибом Puccinia graminis. Коварный враг ежегодно убивает или значительно ухудшает качество до 20% пшеницы в Сибири. Если учёному и её коллегам получится с ним справиться, урожаи хлеба в регионе увеличатся.

Против системы: история женщины-биолога, которая уехала из Москвы в Сибирь Генетика, Академгородок, Ученые, Биология, Копипаста, Длиннопост

Екатерина Сколотнева родилась в подмосковном Сергиевом Посаде и закончила биологический факультет МГУ им. Ломоносова. Пожив и поработав в Москве, она предполагала уехать в страны, где для учёных созданы лучшие условия. Женщина признаётся, что если бы ей ещё 10 лет назад сказали, что она окажется в Сибири и будет здесь счастлива, то не поверила бы.

– Так получилось, что я изначально выбрала для себя редкое направление — грибковые возбудители болезней растений. Я фундаментально занималась этой проблемой. Со второго курса вуза стала изучать стеблевую ржавчину. Этот грибковый возбудитель даже внешне напоминает продукт окисления металла, — показывает Екатерина фотографию поражённой пшеницы.

Стеблевая ржавчина не была значимой проблемой для России, потому что с ней успешно справились агрономы ещё в 80-х годах. Закономерности распространения гриба изучали только в лабораториях.

Ситуация изменилась в 2009 году, когда в Африке возникла опасная раса стеблевой ржавчины. Зараза начала распространяться по континентам. В Западной Сибири стали случаться вспышки болезни, вызванные другими расами ржавчины. Перед учеными появилась задача выяснить их происхождение и дать им предельную характеристику. Так в Новосибирске образовалась лаборатория по изучению стеблевой ржавчины.

Екатерина Сколотнева на тот момент была достаточно известным специалистом по стеблевой ржавчине в России. Успела написать несколько научных работ и даже слетать в Мексику для изучения грибковых возбудителей болезней растений. В руководстве ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» молодому учёному предложили возглавить лабораторию молекулярной фитопатологии.

В июне 2015 года я прилетела в Новосибирск в командировку. Была очарована академгородком, в котором расположен институт. Много зелени, лес рядом, пляж неподалёку. Тогда сразу захотела здесь остаться, — рассказывает она.

Когда в феврале 2016 года биолог прилетела в Сибирь на ПМЖ, её ждал неприятный сюрприз. Климатическая особенность региона — обильные осадки зимой. Снег практически не убирают, он ложится неровным слоем на пешеходные дорожки. На них образуются буераки и лёд. Местные коммунальщики не знают слова «реагенты». Привыкшая ходить на каблуках Екатерина была разочарована, но через пару месяцев она всё же полюбила новое место жительства, вопреки трудностям.

– В Москве я тратила по четыре часа на дорогу, работая в нескольких институтах. Я почти не видела свою дочь, потому что жизнь состояла только из работы и дороги до неё. В Новосибирске я поняла, что может быть по-другому. Пешком из института до дома. Ребёнок в садике неподалёку. Зарплата немного ниже московской, но это компенсируется отсутствием трат на транспорт, — рассуждает Екатерина.

Даже для похода в театр учёному не нужно преодолевать длинный путь. В 15 минутах ходьбы от её дома находится Дом учёных академгородка. Здесь постоянно дают концерты российские знаменитости, а также приезжают столичные театральные труппы.

В Сибири биолог встретила свою любовь и вышла замуж. Её супруг — учёный-химик, который также живёт и трудится в Новосибирском академгородке. Муж с женой стали счастливыми обладателями ипотечной квартиры в зелёной зоне. Иногда супругам даже удаётся поработать вместе — их области изучения тесно соприкасаются.

Сейчас Екатерина Сколотнева плотно работает с селекционерами. Учёные уже исследовали механизмы распространения стеблевой ржавчины. Они выяснили пути её перемещения по Сибири и соседним регионам.

– Мы впервые полностью раскрыли геном этого гриба. Сейчас мы разрабатываем тест-систему для наших собственных сибирских рас ржавчины, — рассказывает она.

Результатом работы Екатерины и её коллег станет создание сортов пшеницы, полностью устойчивых к стеблевой ржавчине и разным видам плесени. В Сибири появится сорт, защищённый от этого вида паразитов. Подобные знания могут быть полезны агрономам из других регионов России.

К сожалению, история Екатерины — пока скорее исключение. Большинство российских учёных работе в регионах предпочитают Западную Европу или США. По данным пресс-службы Российской академии наук, с начала 90-х годов из России уехали около 150 тысяч научных сотрудников и преподавателей вузов. В целом за 20 лет страну покинули порядка 70–80% ведущих математиков и 50% ведущих физиков-теоретиков. Чаще всего наши соотечественники направляются в США, Израиль, Италию, Францию, Германию.

Источник

Показать полностью
695

Альтернатива противоклещевому иммуноглобулину

Скоро весна и как известно

Альтернатива противоклещевому иммуноглобулину Клещевой энцефалит, Медицина, Генетика, Академгородок, Копипаста, Длиннопост

Но у меня для вас хорошая новость - в Институте химической биологии и фундаментальной медицины (ИХБФМ) СО РАН завершили доклинические испытания препарата для экстренной профилактики и лечения вирусного клещевого энцефалита.

Лекарство создано на основе антител мыши и человека методами синтетической биологии. Новый препарат намного эффективнее и безопаснее применяемого сегодня противоклещевого иммуноглобулина, выделяемого из донорской крови. Мышиная часть связывает вирус и не дает ему инфицировать клетки, а человеческая запускает в организме пациента необходимые иммунные реакции.

О разработке нового препарата рассказывает заведующая лабораторией молекулярной микробиологии ИХБФМ СО РАН, доктор биологических наук Нина Тикунова:

- Вирус клещевого энцефалита (ВКЭ) - один из самых патогенных для человека вирусных агентов на территории России. Ежегодно на пункты серопрофилактики приходят около 500 тысяч пострадавших от укусов клещей. При этом ареал распространения вируса в последние годы расширяется. Клещи стали обычным явлением не только в Сибири и на Дальнем Востоке, но и в европейской части страны. Вирус распространен также в Китае, Казахстане и во многих странах Европы

При этом эффективных средств лечения клещевого энцефалита сегодня в мире нет. В России сейчас пациентам вводят препарат иммуноглобулина, который изготавливается из донорской крови. Но это настоящий коктейль из различных антител - кроме необходимых для нейтрализации ВКЭ, он содержит множество других антител, по сути, балластных. Из-за этого приходится использовать большие дозы сывороточного иммуноглобулина, что может вызывать побочные реакции у пациентов. Кроме того, препараты из донорской крови потенциально опасны - они могут содержать вирусы, прионы и аномальные антитела. По этой причине в развитых странах от них постепенно отказываются.

Еще одна проблема в том, что разные партии препаратов, полученных из крови, заметно отличаются по своим качествам.

Нашей задачей было создать высокоэффективный препарат для борьбы с ВКЭ, лишенный этих недостатков. Мы использовали технологию создания так называемых "химерных" антител, в которых меньшая часть иммуноглобулина взята от мыши, а большая - от человека.

- А зачем вообще мышиная часть, ведь лечить нужно людей, а не грызунов?

Нина Тикунова: - Во-первых, эксперименты на людях нельзя проводить по этическим соображениям. А во-вторых, в природе мыши не погибают от энцефалита, хотя к ним часто присасываются клещи. У грызунов в процессе эволюции сформировалась очень мощная иммунная защита от этого вируса. И это может помочь человеку.

Мы использовали наработки наших предшественников, ранее в ИХБФМ были получены моноклональные мышиные антитела против ВКЭ, их применяли для диагностических целей. Зная, что они замечательно нейтрализуют вирус, мы проверили их протективную способность. Ведь одно дело реакция антитела с вирусом в пробирке, а другое - способность защитить от болезни лабораторных животных. Оказалось, что эти антитела справляются с сотнями летальных доз ВКЭ. После этого мы сделали химерные антитела, и оказалось, что они работают еще лучше.

Мышиная часть антитела эффективно связывает вирус и не дает ему инфицировать клетки, а человеческая запускает необходимые иммунные реакции вплоть до выведения чужеродного агента из организма пациента.

– Но нет ли опасности, что иммунная система человека воспримет мышиную часть как чужеродный белок и будет вырабатывать антитела уже против него?

Нина Тикунова: –Такая опасность практически отсутствует. Химерные антитела широко применяются в онкологии для борьбы с раковыми клетками и при этом возникают аллергические реакции. Там на это закрывают глаза, ведь опухоль намного опаснее для жизни пациента. Но в онкологии используют большие дозы антител в течение нескольких месяцев, а для профилактики при укусе клеща нужна лишь одна инъекция. Даже если человек заболел энцефалитом, для лечения нужно всего 3-4 укола. А поскольку наш препарат высокоспецифичный его доза в сто раз меньше, чем у применяемого сейчас иммуноглобулина. Это сильно снижает вероятность аллергической реакции.

И, наконец, наши химерные антитела относятся к классу "гуманизированных", мышиная часть в них сведена к минимуму - всего 2 процента.

Поэтому мы надеемся, что первый этап клинических испытаний, когда здоровым добровольцам вводят препарат и проверяют: нет ли токсических и аллергический реакции, пройдет успешно.

– Большой плюс вашей работы в том, что вы не только получили эффективный препарат, но и разработали технологию его производства, не зря же права на него выкупила фармацевтическая компания?

Нина Тикунова: – Это так, но не на все сто процентов. Действительно, мы ввели гены, кодирующие наши антитела, в геном специальных эукариотических клеток-продуцентов. И выделили клеточный штамм, который стабильно производит большое количество нужных нам антител.

Также мы разработали опытно-промышленную технологию производства препарата по международным фармацевтическим стандартам GMP на основе биореактора емкостью 5 литров. Но производственникам нужно увеличить объем до нескольких сотен литров, это не так просто как может показаться.

– Ключевой вопрос - сегодня стоимость инъекции противоклещевого энцефалита - 7-8 тысяч рублей, не случайно многие покупают страховку "от клеща". Будет ли ваш препарат дешевле?

Нина Тикунова: – Трудно сказать, все будет зависеть от спроса, ведь нужно будет завоевывать рынок. Но нужно помнить, что это не только экономический, но и социальный проект. Только в Новосибирской области каждый год от клещевого энцефалита умирает несколько человек, многие становятся инвалидами. Часть затрат можно финансировать из бюджета как это делается при производстве вакцинных препаратов.

Источник

Показать полностью
86

Для чего ученые расшифровали геном возбудителя описторхоза

Успешно завершился международный научный проект по расшифровке генома печеночного сосальщика (Opisthorchis felineus) – одного из наиболее распространенных гельминтов человека и животных, возбудителя описторхоза. Основная часть работы была выполнена сотрудниками ФИЦ ИЦиГ СО РАН.

Российские ученые имеют неплохой опыт полной расшифровки геномов вирусов и бактерий. Но что касается более крупных организмов, этот проект – один из первых, где ведущая роль принадлежит нашим соотечественникам.

Как отмечают сами ученые, главной задачей сегодня является не секвенировать (прочесть) последовательность генов, а правильно собрать и интерпретировать ее. Иначе говоря, построить корректную модель генома, с которой можно работать в рамках других исследовательских проектов.

– Нам это удалось, что подтверждается большим интересом к статье с результатами проекта, вышедшей в журнале BMC Genomics, участникам нашей группы предлагают рассказать о своей работе на крупных международных конференциях, - рассказал главный научный сотрудник ФИЦ ИЦиГ СО РАН, д.б.н. Вячеслав Мордвинов.

Данные о геноме печеночного сосальщика дают новые возможности в исследовании эволюции этого и близкородственных видов паразитов. А опыт, полученный в ходе выполнения проекта можно использовать в работе по расшифровке геномов других крупных организмов.

Но данное исследование имеет не только фундаментальное, но и значительное прикладное значение для медицины. Ученые выделяют т.н. триаду трематод, поражающих печень человека – помимо O. felineus (встречающегося преимущественно в Западной Сибири), в нее входят O. viverinni (Юго-Восточная Азия) и Clonorchis sinensis (Дальний Восток). Ранее заражение этими паразитами обычно рассматривалось как одно заболевание. Изучение генома паразита позволило выявить существенные различия в их воздействии на организм носителя: если заражение азиатскими трематодами сопровождается риском канцерогенеза, то в случае с западносибирским и дальневосточным видами - этот риск на порядки ниже. Зато O. felineus может вызывать воспалительные заболевания печени, что тоже наносит значительный ущерб здоровью.

Результаты расшифровки генома сосальщика помогают не только лучше прогнозировать последствия заражения, но и создавать препараты, противодействующие воздействию паразита на организм носителя. В этом направлении работы у новосибирских исследователей тоже есть положительные результаты.

– Мы показали, что антиоксидант ресвератрол подавляет активность основного секретируемого белка печёночного сосальщика, тем самым в разы снижая выделение им веществ, которые, собственно, и вызывают заболевания печени, - отметил Вячеслав Мордвинов.

Этот природный полифенол содержится в кожице красного винограда и еще в ряде овощей и фруктов. Кроме того, он является распространенной пищевой добавкой, продаваемой во всем мире. Компании-производители приписывают ресвератролу самые разные свойства, но в данном случае его эффективность подтверждается научными исследованиями, выполненными с соблюдением необходимых стандартов.

В перспективе, считают ученые, обработка информации, полученной в ходе работы с моделью генома печёночного сосальщика, может вывести и на другие вещества – кандидаты для создания новых лекарств. Причем, как уменьшающих воздействие паразита на человеческий организм, так и эффективно устраняющих само заражение.

Источник
94

Болезнь, важная для медицинского образования в Америке

Есть такая болезнь синдром ломкой X-хромосомы*. Это частая причина наследственной умственной отсталости, но я не буду здесь писать о умственной отсталости, о проявлении и о детях — вообще (бездушный сухарь, я, и вообще, не хочу о грустном). Я буду писать о генетике и молекулярной биологии.


Американские экзамены для врачей очень часто вставляют кучу вопросов о синдроме ломкой X-хромосомы. Связано это с тем, что для понимания того как возникает это заболевание нужно знать несколько центральных, просто, вот, самых ключевых понятий из совершенно разных разделов генетики и клеточной биологии. Вот скорее про эти ключевые понятия и пойдёт речь.


Болезнь относится к болезням экспансии тринуклеотидных повторов и происходит от небольшого несовершенства нашего комплекса, который удваивает нашу ДНК перед делением клетки на 2 дочерние. Напомним, ДНК - это цепочка нуклеотидов. Их всего бывает 4: A T G C. Это как двоичный код, только вместо двух символов: единица и ноль - у нас их четыре. Заметная часть нашего генетического кода - это ни на что не влияющий хлам. Но даже этот хлам нужно копировать аккуратно, и вот почему.

Если копируется повторяющиеся нуклеотиды - обычно двойки или тройки нуклеотидов - то фермент, который копирует ДНКу - ДНК-полимераза может "тупить" и случайно увеличивать длину свежесинтезированного фрагмента. Называется такая штука trinucleotide repeat expansion. В нашем случае, повторяется CGG (обозначается -(СGG)n- ) и повторяется он от 50 раз и выше. Когда у нас есть 50 штук повторений (CGGCGGCGGCGG и еще 47 раз CGG) ДНК-полимераза начинает "тупить".  Почему - это происходит - это сложный вопрос, но самое близкое, что можно себе представить, что вы сворачиваете клубочек ниток и в этом клубочке есть бесючий сегмент, который так и норовит скрутиться.

На картинке ниже там повторяется  -(CG)n- то есть двунуклеотидные повторы. Хоть это и немного из другой песни**, для наших целей суть не меняется.

Болезнь, важная для медицинского образования в Америке Медицина, Биология, Молекулярная биология, Генетика, Научпоп, Длиннопост

Инактивация генов
Большинство наших генов не нужны нам всё время. Большую часть времени они проводят в инактивированном виде. Организм это делает с помощью метилирования. К ДНК пришивается небольшая меточка (метильная группа она же -СН3) и эта меточка, а точнее количество (плотность) этих меточек на единицу длины - говорит насколько данный участок ДНК инактивирован. Пришиваться эта меточка может не везде, а только к C (цитозину) в паре CG. Поскольку у нас всего 4 нуклеотида, пара CG встречается часто (но не слишком) - каждая 16 пара будет CG (1/4*1/4). В нашем же аномальном участке .....CGGCGGCGGCGGCGG... CG повсюду. Ну и получается, что метилируется этот участок по полной и там выходит такое количество этих метильных групп, что инактивируются и соседние гены. А они нужны.

Именно недостаточность соседних (нужных) генов - это то, что вызывает болезнь. У девочек - у них две Х хромосомы. И вполне вероятно, что вторая хромосома будет нормальной - так что девочки болеют редко.



Хорошо, а почему хрупкая?


Наша ДНК очень плотно и красиво упакована. Иначе она бы была в длину 2 метра по 4 cм на хромосому.

Болезнь, важная для медицинского образования в Америке Медицина, Биология, Молекулярная биология, Генетика, Научпоп, Длиннопост

Патологический же этот участок повторов длиной в 50 - 500 нуклеотидов хоть и короткий в масштабах всей ДНК, но он не хочет упаковываться (видимо из-за количества метильных групп выше предусмотренного природой) - и поэтому в световой/ электронный микроскоп кажется, что  кончик хромосомы держится на "святом духе" и вот вот обломается (кончик хромосомы с хромосомой соединяет как раз таки этот самый участок). Естественно, он не обламывается, зато мы имеем хорошо запоминающееся название с яркой ассоциацией.

Болезнь, важная для медицинского образования в Америке Медицина, Биология, Молекулярная биология, Генетика, Научпоп, Длиннопост

*в России называется синдро́мом Ма́ртина — Белла

**с двумя нуклеотидами (microsattelite instability) большую роль играет дефект "проверяющих белков", у здорового в этом отношении человека 2 нуклеотидные повторы не будут расширяться

Показать полностью 2
80

Как сибирские ученые крыс приручили

Накануне нового года - еще одна история про роль крыс в науке. Ну а все остальное - уже в следующем году) Так что всех с наступающим! И пусть Новый год принесет в ваши дома только хорошее. А православных - еще и с Рождеством!

С крысой связано множество суеверий. Она — отрицательный персонаж литературных произведений (вспомним Крысиного короля из «Щелкунчика» или крыс из романов Альберта Камю «Чума» и Джорджа Оруэла «1984»). В «Приключениях Нильса» аист Эрменрих называет серых крыс «враг страшнее всего на свете». Само слово «крыса» используется как ругательство, связывается с отрицательными свойствами характера.

Для этого есть причины. Как известно, черных крыс в Европе обвиняли в эпидемии чумы. На рубеже XV—XVI веков их потеснили серые, завезенные на торговых кораблях, и они тоже завоевали дурную репутацию. Серые крысы, или пасюки, расселились по всем материкам, кроме Антарктиды, благодаря своей сообразительности, всеядности, способности выживать в тяжелых условиях и вырабатывать иммунитет против ядов. Будучи синантропами — животными, чей образ жизни связан с человеком, они ведут себя по отношению к нему отнюдь не любезно. Пасюки могут быть агрессивны, переносить возбудителей инфекций, причинять урон хозяйству — уничтожать запасы продовольствия, убивать цыплят и поросят, перегрызать провода.

В то же время серые крысы стали родоначальниками декоративных — одних из любимых домашних питомцев (сегодня у них есть свои заводчики, клубы и выставки), а также многих лабораторных линий, на которых изучают средства лечения, диагностики и механизмы развития болезней.

Как сибирские ученые крыс приручили Крыса, Генетика, Академгородок, Эксперимент, Длиннопост

Сначала лисы, потом крысы

Приручать крыс стали в XIX веке, а в начале XX века сложились стандарты для отдельных декоративных пород. Первый в мире эксперимент по целенаправленному одомашниванию серых крыс стартовал в 1970-х в новосибирском Институте цитологии и генетики (теперь это федеральный исследовательский центр СО РАН) и продолжается до сих пор.

Выведение ручных серых крыс — повтор эксперимента по доместикации, то есть одомашниванию, который провел основатель института академик Дмитрий Константинович Беляев на лисах. После того, как опыт удался, встал вопрос, не является ли процесс доместикации характерным лишь для одного семейства животных, ведь лисы относятся к псовым, как и прирученные много веков назад собаки. Поэтому для следующего исследования были выбраны грызуны — представители не только другого вида, но и семейства млекопитающих.

Эксперимент начался в 1970 году под руководством заведующего лабораторией ФИЦ ИЦиГ СО РАН доктора биологических наук Павла Михайловича Бородина (в ту пору — стажера-исследователя под руководством Беляева). Всего в опыте участвовали 233 серые крысы, 117 самок и 116 самцов, выловленные биологами в разных местах Новосибирской области, а также выведенные от пойманных крыс уже в виварии. Они стали родоначальниками ручной и агрессивной популяций.

«Крыс делили на две группы, в зависимости от их отношения к человеку с помощью теста “на перчатку”, разработанного в лаборатории Беляева. Он проводится так: экспериментатор протягивает в клетку, где сидит крыса, руку в защитной перчатке. Реакция животного может быть положительной — зверек проявляет исследовательский интерес и подходит к руке, или отрицательной — крыса, обороняясь, нападает на перчатку. Оценка в тесте варьируется от -4, когда животное не дает продвинуть руку в клетку, до 4, когда оно сразу с любопытством подбегает к перчатке», — говорит младший научный сотрудник лаборатории эволюционной генетики ФИЦ ИЦиГ СО РАН Римма Валерьевна Кожемякина.

Как сибирские ученые крыс приручили Крыса, Генетика, Академгородок, Эксперимент, Длиннопост

Младший научный сотрудник лаборатории эволюционной генетики ФИЦ ИЦиГ СО РАН Римма Кожемякина


Интересно, что среди потомства крыс, участвовавших в эксперименте, появились животные с необычной окраской (то же произошло и с доместицированными лисицами). «Еще на ранних этапах селекции у ручных крыс рождались крысята с белым телом и серой головой — носители капюшонного (hooded) окраса. У агрессивных крыс стали встречаться особи с черной шерстью. При этом животные характерной серой расцветки, которая называется “агути”, преобладают и в той, и в другой линии, однако в среднем ручные крысы светлее агрессивных», — отмечает исследователь.

Такие разные

С помощью поведенческих тестов биологи изучали реакции крыс — исследовательскую активность, проявление тревоги и страха. Выяснилось, что ручные особи гораздо чаще ведут себя как исследователи: осматривают новую территорию, больше времени находятся на открытых пространствах, встают на задние лапы, передвигают незнакомые предметы. Агрессивные крысы оказались более тревожны. В стрессовых ситуациях они замирают, ищут убежище, занимаются грумингом (приводят в порядок свою шерсть), мечутся из угла в угол, склонны к частой дефекации, сильнее вздрагивают в ответ на резкие звуки.

Кроме того, агрессивные крысы подвержены неофобии — боязни новых предметов, а ручные нет. «Однажды в институте произошла такая история: нам нужно было протестировать новый материал для кабелей связи, которые зарывают под землю, где их нередко повреждают грызуны. Мы поместили кабели в клетки животных. В итоге агрессивные крысы даже не подходили к кормушке с едой, так их напугали незнакомые предметы, а ручные не только спокойно ели корм, но и разгрызли на кусочки провода», — рассказывает Римма Кожемякина.

Ученых, кроме всего прочего, интересовало, отличаются ли ручные и агрессивные крысы по способности к обучению в неблагоприятных условиях. «На первых этапах одомашнивания отбор проводился по ослабленной реакции на стрессовые факторы, источником которых был человек. Поэтому мы предположили, что у одомашненных животных, более устойчивых к таким факторам, потенциал к обучению в стрессовой ситуации будет выше», — объясняет ученый.

Поведение крыс анализировали с помощью водного теста Морриса, где животное должно было находить скрытую под водой платформу и забираться на нее. Крысу запускали в круглый бассейн диаметром 150 сантиметров, заполненный водой с добавлением молока (чтобы не было видно платформу). На стенах около бассейна биологи повесили картинки, которые могли подсказать зверю ориентацию в пространстве.

Как сибирские ученые крыс приручили Крыса, Генетика, Академгородок, Эксперимент, Длиннопост

Сначала проводилось обучение: животное плавало в бассейне в течение семидесяти секунд, и если за это время не обнаруживало платформу, исследователь направлял его. Такие «тренировки» проходили четыре раза в день на протяжении недели. На восьмой день платформу убирали и проверяли, подплывет ли крыса к тому месту, где артефакт находился раньше. Ручные пасюки успешно отыскивали цель, начиная со второго дня эксперимента, агрессивные — с пятого дня. При этом первые более активно исследовали бассейн, подныривали и искали платформу под водой, использовали в поисках хвост, а забравшись на площадку, вставали на задние лапы. По словам Риммы Кожемякиной, нельзя сказать, что агрессивные крысы хуже обучаются, видимо, им просто мешает высокий уровень стресса.

При планировании каждого эксперимента биологи подают заявку в биоэтическую комиссию института, которая следит за тем, чтобы все научные опыты проводили в соответствии с международными европейскими биоэтическими стандартами (86/609-EEC) и российскими этическими стандартами по содержанию и обращению с лабораторными животными. Например, если в тесте на агрессию одна крыса начнет атаковать другую и наносить раны, эксперимент прекращают, чтобы не доводить животное до гибели.

Выдающиеся способности ручных крыс к обучению и адаптации проявились в тесте Порсолта на депрессивно-подобное поведение, который также называют тестом отчаяния. В этом эксперименте животное помещают в воду, в небольшой бак с высокими бортиками, и наблюдают, через какое время оно прекращает попытки выбраться. Обычно тест используют при испытании препаратов против депрессии, так как подобное бездействие в ответ на стресс считается сходным с депрессивным состоянием у человека. Доместицированные крысы, плавая в баке, научились использовать хвост, чтобы дольше оставаться на плаву и не тратить лишнюю энергию.

Длительный отбор не агрессивных по отношению к человеку крыс привел к тому, что у ручных самцов снизилась агрессия и по отношению к сородичам. Ученые наблюдали это в тесте «резидент — интрудер», когда в клетку к животному-резиденту подсаживали чужака-интрудера, а также в том случае, когда два самца встречались на незнакомой территории. Тесты проводили с ручными и агрессивными серыми крысами и крысами линии Вистар. В большинстве случаев у ручных крыс порог агрессии был выше, а ее степень — меньше.

Но, может быть, ручное поведение не является врожденным, а передается в процессе выкармливания крысят матерью? Чтобы проверить это, ученые прибегли к перекрестному воспитанию: детенышей доместицированной самки посадили в клетку к агрессивной, и наоборот. Условия, в которых выросло подменное потомство, не повлияли на то, как оно проявляло себя, повзрослев. Это позволило сделать вывод о генетически обусловленном различии между двумя линиями крыс.

Как у людей

Сейчас в институте живет девяносто восьмое поколение крыс. «Средний популяционный балл в тесте “на перчатку” уже близок к максимальному: 3,5 у ручных и -3,5 у агрессивных. Мы также проверяли наиболее популярных сегодня белых лабораторных крыс линии Вистар. Максимальный балл, который они набрали, это 1. Наши крысы доброжелательнее», — говорит Римма Кожемякина.

Как сибирские ученые крыс приручили Крыса, Генетика, Академгородок, Эксперимент, Длиннопост

Будущий биолог впервые увидела доместицированных крыс в ФИЦ ИЦиГ СО РАН во время исследования, которое она делала для школьной научно-практической конференции. Животные настолько заинтересовали девушку, что она стала работать с ними сразу после окончания школы и одновременно училась на биологическом факультете Томского государственного университета.

Серые ручные крысы могут стать интересными домашними питомцами. Чтобы они проявили свои способности, лучше не держать их в клетке, по крайней мере постоянно. Обычно крысы находят себе в помещении определенное место, где сооружают гнездо, они приходят на кухню и ждут, пока их покормят, общаются с хозяином. Биолог довольно часто по просьбе знакомых отдает им домой животных, которые больше не используются в экспериментах.

Римма продолжает разведение ручной и агрессивной линий, проводит тест «на перчатку» для каждого нового животного и занимается исследованиями. Сегодня линии ручных и агрессивных крыс используются в различных научных работах прикладной направленности, в частности на них можно изучать механизмы тревожности и испытывать потенциальные противотревожные препараты.

«Конечно, нельзя проводить параллель между высшей нервной деятельностью человека и крысы, однако проявления тревожности у людей могут быть похожи на реакцию животных в поведенческих тестах: снижение когнитивных функций, избегание открытых пространств, смещенная активность наподобие груминга (например, накручивание волос на палец). На физиологическом уровне механизмы развития тревожности у людей и крыс также похожи: они регулируются гипоталамо-гипофизарной системой, которая выполняет функции и нервной, и эндокринной систем. Тревожное состояние сопровождается выбросом глюкокортикоидов — так называемых гормонов стресса, а затем постепенным их снижением», — поясняет Римма Кожемякина.

Недавно в ФИЦ ИЦиГ СО РАН изучили, как на состояние животных влияет гормон привязанности окситоцин. Существуют исследования о том, что окситоцин, который вырабатывается у человека, когда он находится рядом с близкими, снижает тревожность. Оказалось, что агрессивные крысы под его влиянием успокаиваются, а ручные проявляют больше агрессии. Эти результаты совпали с результатами экспериментов, которые проводились среди людей, и могут быть полезны в дальнейших исследованиях связи окситоцина и тревожности.

Сейчас в лаборатории исследуют нейрогенез, то есть образование клеток центральной нервной системы — нейронов. Раньше считалось, что процесс нейрогенеза происходит, пока эмбрион находится в материнской утробе. Однако в конце прошлого — начале нашего века появились работы, свидетельствующие о том, что новые нервные клетки могут появляться в течение всей жизни организма (в 1990-е годы вышла статья в Nature Medicine, в которой доказывалось формирование нейронов в гиппокампе человека).

Механизмы «взрослого» нейрогенеза пока недостаточно изучены, хотя ученые предполагают, что на него влияет множество разных факторов. «Мы пытаемся изменить уровень нейрогенеза в раннем возрасте с помощью специальной диеты с высокой концентрацией витамина А. Так как наши линии крыс отличаются друг от друга по когнитивным способностям, уровню агрессии и реакции на стресс, они являются интересной моделью для подобных работ», — рассказывает Римма Кожемякина.

Для проведения эксперимента беременных самок разделили на три группы: одна питалась кормом с обычным количеством витамина А, две другие — с увеличенной и уменьшенной его дозой. Такие группы сформировали как из ручных, так и из агрессивных крыс. Затем потомство от каждой самки поделили еще на две группы, одна из которых до 42-го дня жизни получала стандартное питание, а другая — обогащенное витамином. Теперь ученые проведут серию тестов, чтобы проверить, повлияло ли изменение рациона на способности к обучению и социальное поведение крыс. Ученых интересует, как влияет формирование мозга животных в раннем возрасте на то, как они ведут себя, став взрослыми особями. Для того чтобы это выяснить, биологи планируют сравнить у разных групп молодых и взрослых крыс такие параметры, как объем структур мозга, плотность нейронов, уровень нейрогенеза в гиппокампе и его молекулярно-генетические механизмы.

«Получилось так, что фундаментальный эксперимент по одомашниванию серых крыс не только еще раз подтвердил теорию академика Беляева о том, что отбор по поведению является важнейшим фактором эволюции, но и приносит огромную пользу в прикладных исследованиях», — резюмирует Римма Кожемякина.

Источник

Показать полностью 3
187

Наука и "черный пиар"

Как обещал @PyHToR4eG публикую комментарий ФИЦ ИЦиГ СО РАН по поводу публикаций с критикой эксперимента по одомашниванию лисиц

Наука и "черный пиар" Генетика, Академгородок, Одомашнивание, Длиннопост, Лиса

Недавно в журнале “Trends in Ecology and Evolution” вышла статья, ставящая под сомнение существование т.н. синдрома одомашнивания, который был впервые описан еще Ч. Дарвином и изучался академиком Д.К. Беляевым в ходе его знаменитого эксперимента. Авторы статьи ставят под сомнение корректность использования беляевских лисиц как модели исторического одомашнивания. Хотя сами вопросы, поднятые в статье, важны для научной дискуссии, но приведённые аргументы указывают на то, что авторы пользовались не столько опубликованными данными эксперимента, а обзорными статьями и не всегда корректными упоминаниями работ сотрудников ИЦиГ журналистами в СМИ.

В ряде случаев, они заявляют об отсутствии каких-то данных и при этом ссылаются на статьи, где эти данные как раз и содержатся (возможно, проблемой стало то, что статьи были опубликованы на русском языке).

Одним из главных аргументов критиков эксперимента стало утверждение, что академик Беляев и его коллеги работали с лисицами, завезенными еще до войны из Канады (остров Принца Эдуарда), которые и положили начало клеточному звероводству в СССР. По их мнению, эти лисицы изначально были особенно дружелюбны к человеку, что и позволило советским ученым получить в короткий срок одомашненных лисиц и обнаружить у ряда из них белые пятна на голове и туловище. Авторы подтверждают это историческими фотографиями лисиц, содержавшихся на звероферме в Канаде, где лисицы подходят к человеку.

Но использование данных фотографий как раз указывает на плохое знание вопросов поведения частной генетики лисиц авторами статьи, являющимися специалистами в биоинформатике, эпидемиологии, геронтологии, генетики собак. «Беломордый» окрас лисицы не является аналогом пятнистости, описанной Беляевым с коллегами и возникающей под влиянием мутации «звезда», он имеет совершенно другую генетическую природу и, действительно, никак не связан с поведением.

На фотографии также показаны взаимоотношения человека и прирученных с детства лисиц. Подобные примеры приручения диких животных (волков, лисиц, хорьков, рысей, леопардов и многих других) все хорошо знают. Однако, такое поведение не наследуется и никак не связано с полученной Беляевым и его школой уникальной популяцией лисиц с генетически закреплённой, передающейся от поколения к поколению подавленной агрессией и эмоционально-положительной реакцией на человека. Эту реакцию не надо воспитывать, в отличие от лисиц, проживающих на зверофермах и относящихся к человеку недружелюбно, или от лисиц с острова Принца Эдуарда. Поэтому только беляевские лисицы и являются моделью исторического одомашнивания животных.

Нельзя забывать, что впоследствии этот эксперимент был повторен в ИЦиГ СО РАН еще на двух модельных популяциях животных – американской норке и норвежской крысе, которые никакого отношения к канадским островам не имеют, но показали схожие результаты в результате отбора по поведению. Более того, на ферме ИЦиГ отбор ведется в двух противоположных направлениях – дружелюбное и агрессивное поведение по отношению к человеку. Таким образом животные, изначально имевшие одинаковый генетический фон и живущие в одинаковых средовых условиях, могут демонстрировать альтернативное поведение, закрепленное генетически.

Стоит отметить, что ставить под сомнение результаты эксперимента могут только исследователи, повторившие этот эксперимент и не получившие аналогичных достоверных данных. В противном случае дискуссия является голословной и направлена на создание нездорового ажиотажа в прессе (с момента опубликования статьи 3 декабря она уже 27,349 раз была процитирована в социальных сетях), а также, возможно, маркетинговым ходом для продвижения частной фирмы одного из соавторов по генотипированию ДНК собак частных владельцев.

Тем не менее, мы полностью разделяем мнение авторов статьи, что дикие животные стали домашними благодаря изменениям, произошедшим при адаптации к новой среде обитания около человека, однако, по нашему мнению, важнейшим фактором этой адаптации и являлся отбор на дружелюбное поведение, что и воспроизводит экспериментальное одомашнивание лисиц. В ближайшее время мы планируем отправить в редакцию журнала “Trends in Ecology and Evolution” подробный ответ на эту статью Lord et al.

Пресс-служба ФИЦ ИЦиГ СО РАН

Показать полностью
385

О запрете для ученых и 1100 вакансий для них

О запрете для ученых и 1100 вакансий для них Наука, Работа, Биотехнологии, Генетика, Инновации, Бостон, Медицина

Несколько месяцев назад Министерство науки и высшего образования выпустило приказ, ужесточающий правила взаимодействия российских ученых с иностранцами и международными организациями.


Инструкции в нем абсолютно обескураживающие и напоминают советское ретро 30-50 годов. Научный бомонд отреагировал надлежаще и считает диким, что такие запреты во "времена интернета, электронной почты и других видов беспроводной связи подобные меры и документы — просто бессмысленный анахронизм". Кажется, в министерстве перестарались и даже в "басилевсы" признали это приказ «перебором».


Такими "приказами" можно распугать всю научную элиту. Не секрет, что большинство инновационных проектов сейчас находятся в Силиконовой долина под Сан-Франциско, а в сфере биотехнологий - на самой инновационной милей планеты - в метрополии Бостона. Там уже задействовано более 113 тыс специалистов со всего мира – в том числе России, Казахстана, Украины и других стран восточной Европы.


У главного хэдхантера индустрии MassBio на данный момент открыто 1,100 позиций для ученых, врачей, исследователей, лаборантов, и даже маркетологов и вспомогательного персонала. Научно-технолигический кластер разрастается вовлекая компании, стартапы и кадры со всего мира, что не удивительно при растущей глобализации.


А в министерстве Науки считали по другому. Правда после комментариев "сверху" теперь не настаивают на жестком исполнении приказа, уповая на то, что это были просто «рекомендации». Даже и с такими "рекомендациями, есть шанс что весь научный бомонд разбежится и особенно молодежь, которая в условиях глобализации не рассматривает Министерство Науки как орган регулирующий ее развитие.


Источники: Meduza, iLike.Boston, BBC

147

Трансгенные козы помогут при лечении рака

Трансгенные козы позволят удешевить получение поддерживающих лекарств для онкобольных. Новая технология, разработанная российскими учеными, позволяет внедрить животному часть ДНК человека. Она отвечает за выработку белка, необходимого для восстановления клеток крови, гибнущих вместе с опухолью во время химиотерапии. Благодаря этому у козы будет вырабатываться молоко, из которого можно выделить лекарство. С помощью российской технологии уже было выращено опытное стадо в Бразилии.

Зорька-инкубатор

Агрессивному воздействию химиотерапии подвержены не только раковые опухоли, но и клетки крови — в результате лечения у пациентов возникает нехватка эритроцитов, доставляющих кислород ко всем тканям организма, и, как следствие, анемия. Противостоять этому помогают инъекции специального белка со сложным названием гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор (ГМ-КСФ), который активизирует кроветворение.

Трансгенные козы помогут при лечении рака Генетика, Редактирование генома, Медицина, Академгородок, Копипаста, Длиннопост, Новости

Однако этот препарат недоступен многим пациентам из-за сложного и дорогостоящего процесса его производства в специальных клеточных инкубаторах. Российские ученые предложили способ удешевить лекарство, используя для его получения трансгенных коз, которые смогут вырабатывать ГМ-КСФ вместе с молоком.

— Для этой цели мы берем часть ДНК человека, которая отвечает за синтез белка, и совмещаем ее с фрагментом гена козы, благодаря которому у животного вырабатывается молоко, — рассказал ведущий научный сотрудник лаборатории генетики развития Института цитологии и генетики СО РАН Нариман Баттулин. — Затем эта конструкция встраивается в козий геном на стадии оплодотворенной яйцеклетки, которая подсаживается суррогатной матери.

Трансгенные козы помогут при лечении рака Генетика, Редактирование генома, Медицина, Академгородок, Копипаста, Длиннопост, Новости

Ведущий научный сотрудник лаборатории генетики развития Института цитологии и генетики СО РАН Нариман Баттулин


Получившиеся таким образом животные смогут не только прожить долгую жизнь и произвести большое количество белка, но и успешно дать потомство, способное продолжить выработку сырья для изготовления лекарств.

Ферма для фармы

Ранее уже предпринимались попытки выработки медицинских белков из молока прочих животных — в частности, с помощью кроликов уже сейчас получают один из С-белков системы комплемента человека, который необходим для лечения некоторых генетических заболеваний.

Для создания инновационной фермы трансгенных коз понадобится всего пара животных обоих полов, которые затем передадут модифицированную ДНК по наследству. Причем подобный опыт уже был успешно осуществлен в Бразилии, где воспользовались российской разработкой для создания экспериментальной фермы. Перенесение технологии в другую страну понадобилось из-за законодательных ограничений в РФ.

— Развитию данного бизнеса в нашей стране мешает федеральный закон 2016 года «О внесении изменений в отдельные законодательные акты РФ в части совершенствования госрегулирования в области генно-инженерной деятельности», который запрещает разведение трансгенных животных в производственных целях, — пояснил директор трансгенбанка Института биологии гена РАН Игорь Гольдман.

В целом крупномасштабное производство лекарств с помощью ГМО-организмов — достаточно распространенная практика, отметил старший научный сотрудник Института проблем передачи информации РАН Александр Панчин.

— Например, большую часть продаваемого в аптеках инсулина получают, используя генно-модифицированные бактерии. Таким образом, выведение трансгенных коз представляется вполне адекватным решением для удешевления препаратов, которое лежит в рамках современных трендов развития фармацевтики, — полагает он.

Двойное скисание

Предполагается, что козье молоко будет проходить специальную обработку для выделения полезного белка.

— В начале процесса оно будет окисляться при строго определенном уровне PH, после чего стандартные для животных компоненты выпадут в осадок (образуя творог), тогда как отличный от них человеческий белок останется в жидкости, — отметил Нариман Баттулин. — Затем процедура повторится уже с другим уровнем кислотности, что позволит выделить искомое вещество для дальнейшего использования в составах для инъекций.

По словам экспертов, предлагаемая технология достаточно проста в применении и уже отработана в других проектах.

— В своей научной работе мы занимаемся получением трансгенных коз, способных производить другой человеческий белок — лактоферрин, который может применяться в качестве средства против болезнетворных бактерий, грибков и вирусов, — отметил Игорь Гольдман. — В ее рамках используются те же методы выделения вещества.

Кроме того, на примере развития бразильского стада ученым уже удалось подтвердить способность животных к размножению и стабильной передаче генов, отвечающих за выработку лекарства на протяжении нескольких поколений.

Ответили эксперты и на вопрос о возможной опасности продукции, созданной с помощью трансгенных организмов.

— В данном случае ограничения на ее использование вряд ли можно назвать оправданными, поскольку в отличие от мяса животных (которое будет считаться ГМО-продуктом) вырабатываемые ими белки ничем не отличаются от человеческих и не содержат измененную ДНК, — считает Александр Панчин. — Поэтому даже скептически настроенным обывателям здесь нечего бояться.

Согласны с этим и в Институте общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН.

— Белок, полученный с помощью трансгенных коз, действительно будет идентичен человеческому, — отметила заведующая лабораторией анализа генома ИОГ РАН Светлана Боринская. — Более того, синтез этого вещества в организме козы, которая, как и человек, относится к млекопитающим, даст ему преимущество по отношению к аналогичным белкам, производящимся с помощью бактерий и требующим предварительной обработки для того, чтобы действовать в организме.

Впрочем, перед клиническим использованием полученный препарат должен будет пройти проверку не менее тщательную, чем другие лекарственные средства, добавила она.

Источник

Показать полностью 1
118

Замена кохлеарных имплантатов на генную терапию

ИСТОЧНИК

Замена кохлеарных имплантатов на генную терапию Наука, Новости, Медицина, Генетика, Длиннопост

Сегодня мы поговорим о замене кохлеарных имплантатов при врожденной глухоте на генную терапию. У людей развитие внутреннего уха завершается внутриутробно. Однако генетические формы глухоты диагностируются в неонатальном периоде. Из-за этого подходы генной терапии на моделях животных должны быть протестированы после начала слуха, чтобы определить, могут ли они обратить вспять уже существующее заболевание. Группа американских и французских учёных взяла для исследований мышиную модель врожденной формы глухоты DFNB9, на которую приходится от 2 до 8 % всех случаев врожденной генетической потери слуха. Данное заболевание (изолированная нейросенсорная тугоухость) характеризуется тем, что при наследовании поврежденной ДНК мутирует белок отоферлин, который в норме способствует высвобождению нейромедиаторов и передаче звуковой информации, собранной во внутреннем ухе. Эксперименты учёных показывают, что локальная генная терапия у мышей-мутантов может предотвращать глухоту не только при введении в несформировавшиеся органы слуха, но и восстанавливает слух при введении на более поздней стадии, что повышает вероятность будущих испытаний генной терапии у пациентов с DFNB9.


На сегодняшний день одним из наиболее многообещающих вариантом лечения считается генная терапия на основе адено-ассоциированного вируса (AAV). Учёные использовали метод двойного AAV, где у двух вирусов содержатся две различные цени ДНК (у одного комплементарная ДНК отоферлина 5`-цепь, другая – 3`-цепь). Однократная доставка пары нуклеиновых кислот в сформировавшуюся улитку мышей-мутантов восстанавливала кодирующую последовательность ДНК путем рекомбинации, т.е. обмена участками ДНК в гомологичных хромосомах. На вирусной ДНК были воссозданы последовательности, кодирующие флоуресцентный отоферлин. После этого вирус инъецировали в левую улитку мышей-мутантов, и через две недели ученые обнаружили вновь синтезированный белок. Он обнаруживался только в клетках инъецированных обоими вирусами(один с 5’-цепью, другой с 3’-цепью). Спустя восемь недель после введения пары рекомбинантных ДНК белок отоферлин наблюдался в более чем 60% случаев. Однако в трансдуцированных клетках количество отоферлина сильно увеличено, но все равно много меньше, чем у здоровых мышей. Из этого можно сделать вывод, что слух восстанавливается не полностью, хоть и существенно.

Замена кохлеарных имплантатов на генную терапию Наука, Новости, Медицина, Генетика, Длиннопост

Кроме всего прочего, ученые доказали, что данная терапия может не только предотвратить глухоту, но и устранить заболевание при длительном использовании при сформировавшихся органах слуха. Однако это требует более подробных исследований, и ученые считают, что еще рано говорить о генной терапии как методе лечения людей.


Оригинальная статья: https://www.pnas.org/content/early/2019/02/14/1817537116

Показать полностью 1
138

Неорганические агенты для онкотерапии

Продолжаем представлять молодых ученых - лауреатов премии мэрии Новосибирска этого года. Руководитель лаборатории биоактивных неорганических соединений Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН, к.х.н. Михаил Шестопалов был награжден за изучение металлокластерных комплексов в качестве агентов для медицинской диагностики и терапии онкозаболеваний. Подробнее о проведенных исследованиях и перспективах применения их результатов в клинической практике, читайте в нашем интервью.

Неорганические агенты для онкотерапии Химия, Медицина, Академгородок, Копипаста, Длиннопост, Интервью

– Начиная с 2010 года мы с коллегами изучаем различные неорганические соединения с точки зрения их возможного применения в биологических или медицинских системах. К настоящему времени мы получили перспективные результаты, что стало основанием для создания нашей лаборатории. Вышло несколько статей в международных журналах с высоким импакт-фактором. А теперь к этому перечню можно добавить и премию от мэрии.


– Какие именно химические соединения Вы изучаете?


– До недавнего времени это были октаэдрические металлокластерные комплексы, сейчас список несколько расширяется.


– Для человека, несведущего в химии, такой термин звучит немного пугающе. Можете объяснить, чем интересны именно эти соединения?


– Они обладают рядом свойств, которые востребованы в медицине и в биологии. Некоторые из них содержат тяжелые элементы, которые очень хорошо поглощают рентгеновское излучение. Соответственно, их можно использовать как рентгеновские контрастеры. Но для этого их надо правильно синтезировать, обезопасить, сделать так, чтобы организм их выводил за достаточно ограниченный промежуток времени. А затем, совместно с биологами – проверить, как они работают на клеточных культурах и лабораторных животных. Созданием таких препаратов мы занимаемся вместе с НИЦ имени Мешалкина.

Неорганические агенты для онкотерапии Химия, Медицина, Академгородок, Копипаста, Длиннопост, Интервью

Полученные перспективные результаты стали основанием для создания лаборатории биоактивных неорганических соединений


– А что насчет онкотерапии?


– Существует относительно новый метод лечения онкологии – фотодинамическая терапия. Происходит всё следующим образом: в организм вводятся светочувствительные соединения (фотосенсибилизаторы), которые могут избирательно накапливаться в клетках опухоли. Затем эти ткани облучают светом с определенной длиной волны. В основном – красной. Поглощая свет, эти соединения образуют активные формы кислорода, которые убивают клетку. Однако, свет, в том числе красный, имеет ограниченную проницаемость внутрь организма, в связи с чем в мире, и в нашей лаборатории в том числе, разрабатываются новые фотосенсибилизаторы способные активироваться под действием рентгена. Пока этот метод лечения только изучается, первые работы в этой области были опубликованы лишь пару лет назад. Мы же изучаем класс неорганических соединений, которые в перспективе тоже могут применяться в такой терапии.


– Это именно терапия?


– Это тераностика, есть такой термин, объединяющий два понятия – терапию и диагностику. Соединения, которые мы взяли для изучения, хорошо люминесцируют в красном диапазоне, который оптимален для изучения биологических материалов, поскольку у него максимальная глубина проникновения в ткань. Благодаря этому, обеспечив адресную доставку в опухолевые ткани, их можно использовать в диагностических целях. Но если их активировать сильнее (с помощью того рентгена), они начнут выделять упомянутый активный кислород, т.е. производить терапевтическое воздействие на опухоль. Все зависит от интенсивности воздействия и состава конкретного соединения. В случае успешного завершения работы, мы сможем делать как чисто диагностические комплексы, у которых генерация кислорода будет практически нулевой, так и соединения «двойного назначения». Кроме того, рентген-контрастные вещества, о которых я говорил ранее, тоже направлены на диагностику, в том числе и онкологических заболеваний.


– На какой стадии Ваша работа находится сейчас?


– Смотря, о какой группе соединений идет речь. Собственно, в нашей лаборатории мы занимаемся решением химических задач в первую очередь. При этом мы исследуем одновременно большой набор таких веществ. И, в зависимости от полученных результатов, продолжаем работу уже в плотном сотрудничестве с теми или иными биологическими и медицинскими научными центрами: ФИЦ ИЦиГ, НИЦ им. Мешалкина, НИИТО и другими. Например, с подразделением клиники Мешалкина (где лечат онкологию) мы разрабатываем препарат для нового вида фотодинамической терапии, которая активируется рентгеновским излучением. Сейчас перед нами стоит задача придать ему селективность по отношению к раковым клеткам. И если нам это удастся, то обычную процедуру лучевой терапии можно будет многократно улучшить (снизить дозу облучения, повысить его эффективность и т.п.). В рамках этого проекта мы вышли на стадию экспериментов с мелкими лабораторными животными.


– Можно прогнозировать какие-то сроки выхода на клиническое применение первых препаратов, созданных на основе Вашей работы?


– Опять же, смотря в каком направлении. В ближайшие пару лет мы, видимо, сможем дать первый рентген-контрастный препарат. Мы уже располагаем его формулой и сейчас отрабатываем синтез, был ряд экспериментов на клеточных культурах и животных, теперь мы готовим новую серию, уже близкую к доклиническим испытаниям. А дальше начинаются доклинические и клинические испытания, где сроки зависят уже не от нас. У этого препарата поначалу будет ряд недостатков: по эффективности он будет соответствовать применяемым сейчас аналогам, но стоить будет значительно выше. Это нормальная ситуация для новых препаратов на момент выхода из лаборатории. И как только он дойдет до стадии промышленного производства, его цена резко снизится. А параллельно будет идти работа по его совершенствованию, чтобы он стал эффективнее тех препаратов, которые есть в распоряжении врачей сейчас. Что касается онкотерапии, там ситуация сложнее. Мы сейчас сосредоточились на глубинной фотодинамической терапии, использующей рентгеновское излучение. Она в современной медицинской практике еще не применяется, есть лишь несколько научных проектов в разных странах. И тут делать прогнозы не хотелось бы, потому что сложно предугадать, с какими задачами в этом направлении нам еще предстоит столкнуться. Например, в настоящее время нет даже специализированного медицинского оборудования для такого рода процедур, его тоже надо создавать или усовершенствовать уже имеющееся.


Источник

Показать полностью 1
298

Впервые получены живые клетки с возбудителями туберкулеза из тканей человеческого легкого

Сотрудники НИИ биохимии ФИЦ фундаментальной и трансляционной медицины и ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» вместе с коллегами из Уральского научно-исследовательского института фтизиопульмонологии Минздрава РФ выделили альвеолярные макрофаги с палочками Коха от больных туберкулезом людей. Это позволяет быстро оценить вирулентность штаммов возбудителя заболевания, протестировать новые препараты и определить лекарственную устойчивость у прооперированных пациентов с туберкулезом легких. Подробности опубликованы в журналах Plos One и Tuberculosis.

Туберкулез считался почти побежденным в 1970—1980-х годах, благодаря применению высокоэффективных антибиотиков — изониазида и рифампицина, а также масштабной вакцинации. Однако спустя десятилетие появились штаммы с множественной лекарственной устойчивостью, и, по данным на 2015 год, от туберкулеза каждые 20 секунд умирает один человек на планете и около 4 700 людей каждый день.

«Россия, Индия и Китай находятся в зоне высокого риска: согласно докладу Всемирной ассоциации здравоохранения, в 2018 году на эти страны приходилось больше половины от общемировых случаев заражения формой с множественной лекарственной устойчивостью. В Сибирском и Дальневосточном федеральных округах заболеваемость туберкулезом в два раза выше, чем в среднем по России, как и распространенность резистентных форм», — объясняет старший научный сотрудник Научно-исследовательского института биохимии Федерального исследовательского центра фундаментальной и трансляционной медицины кандидат биологических наук Елена Геннадьевна Уфимцева.

Впервые получены живые клетки с возбудителями туберкулеза из тканей человеческого легкого Академгородок, Туберкулез, Медицина, Биология, Копипаста, Длиннопост

Разные типы клеток, полученные из стенок каверны резектата легкого. Альвеолярные макрофаги, содержащие микобактерии туберкулеза помечены черными стрелками. На рисунке A-B красной стрелкой обозначены многоядерные клетки Лангханса, свидетельствующие о туберкулезной воспалительной реакции в легких. Нейтрофил, содержащий микобактерии туберкулеза маркирован зеленой стрелкой. На рисунке С — черной снежинкой обозначен лимфоцит, взаимодействующий с альвеолярными макрофагами. Остальные клетки — неинфицированные альвеолярные макрофаги.


Возбудитель туберкулеза — палочка Коха (Mycobacterium tuberculosis) колонизирует альвеолярные макрофаги: в норме легкие человека почти не содержат этих клеток, повышенная насыщенность ими фиксируется у заболевших. Ткани нездоровых органов изменены: содержат «бугорки» — гранулемы, те из них, что больше 12 мм, называются туберкулемами. В центре образований находится гной, состоящий преимущественно из погибших макрофагов, единичных микобактерий, а вокруг плотная соединительная ткань, насыщенная коллагеном, через которую макрофаги не проникают — таким образом организм старается изолировать очаг инфекции. Но, когда туберкулемы дорастают до бронхов, образуются каверны, и человек становится бактериовыделителем, откашливая микобактерии в окружающую среду.

В Уральском НИИ фтизиопульмонологии ежедневно проводится несколько операций по резекции отделов легких больных туберкулезом людей. Елена Уфимцева предложила использовать часть ткани резектатов для выделения макрофагов, зараженных микобактериями, из легких пациентов. Технология была отработана ею ранее в НИИ биохимии СО РАМН на лабораторных мышах.
«Мы брали фрагменты стенок каверн и туберкулем, кусочки легких, отстоящих от этих крупных туберкулезных очагов на пять и более сантиметров. Промывали в обычном стерилизованном чайном ситечке, твердые капсулированные гранулемные образования выбрасывали, а оставшуюся суспензию высаживали на покровные стекла в культуральные планшеты. Менее чем за сутки макрофаги прикреплялись к стеклу: через 16—18 часов, когда пациент еще лежал в реанимации, мы уже получали клеточные культуры, которые сразу могли исследовать на микобактерии в альвеолярных макрофагах. Это позволяет определить персонально для каждого прооперированного пациента вирулентность микроорганизмов, их лекарственную устойчивость и протестировать препараты для лечения», — говорит Елена Уфимцева.
Согласно принятой медицинской практике, после удаления пораженных туберкулезом тканей легкого часть резектатов направляются на гистологический анализ (исследование ткани под микроскопом), также изучается мокрота заболевшего с целью поиска микобактерий. В клинике Уральского НИИ фтизиопульмонологии проводятся все эти процедуры, однако с их помощью в тканях резектатов легких удавалось найти лишь единичные макрофаги с микобактериями. При этом результаты, полученные коллаборацией новосибирских и уральских специалистов после работы с 30 пациентами, показывают, что в тканях, даже удаленных от каверн и гранулем, фиксируются сотни тысяч макрофагов, значимый процент которых заражен микобактериями.
«В течение первых послеоперационных дней мы можем оценить степень инфицированности микобактериями клеток-хозяев, по наличию и типу колоний определить их функциональный статус, вирулентность возбудителя заболеваний, характерный для легких пациента на момент операции. Это помогает скорректировать лечение, проведение эпидемиологических мероприятий, а также имеет большое значение для врачей клиники УНИИФ — им критически важно знать, у какого пациента высоковирулентные бактерии, чтобы в том числе не заразиться самим», — подчеркивает Елена Уфимцева.Исследователи зарегистрировали три патента на свои разработки и надеются внедрить в клиническую практику созданные ими методы, как по получению ex vivo (эксперименты на живой ткани организма в искусственной среде) культур альвеолярных макрофагов, так и по оценке вирулентности и способности микобактерий размножаться после антибиотикотерапии.

Наука в Сибири

Показать полностью
208

Антибактериальный и светящийся: в Новосибирске  создали уникальный наноматериал

Развитие современной экономики невозможно без появления новых материалов – для авиастроения, энергетики, микроэлектроники, медицины и т.п. Одно из самых перспективных направлений работ – создание наноматериалов, чем занимаются ученые по всему миру, включая и институты новосибирского Академгородка.

Как известно, свойства материала могут зависеть от его химического состава или структуры. В данной работе сотрудники Института неорганической химии СО РАН пошли по пути изменения структуры, конкретнее – ориентации частиц, из которых она состоит, с целью улучшить имеющиеся характеристики материала или наделить его новыми свойствами. В результате, они нашли способ достаточно просто получать вертикально-ориентированные пластинчатые наночастицы при относительно низкой температуре (как известно, простота применения является важным показателем при внедрении того или иного технологического решения в производство).

Антибактериальный и светящийся: в Новосибирске  создали уникальный наноматериал Академгородок, Нанотехнологии, Медицина, Копипаста, Длиннопост

– Такая ориентация позволяет расположить на одинаковой площади подложки значительно больше наночастиц, из которых состоит материал, а также изменять его свойства, - рассказал научный сотрудник лаборатории функциональных пленок и покрытий ИНХ СО РАН к.х.н. Иван Меренков.

Сами ученые для объяснения этого, приводят простую аналогию: если в центре города построить не одноэтажное офисное здание, а высотный деловой центр, то при занятии равной площади земли, число рабочих мест во втором случае будет многократно выше, соответственно вырастет и прибыль.

На практике этот метод опробовали на гексагональном нитриде бора (h-BN), материале, близком по строению к графиту. В результате изменения ориентации наночастиц h-BN материал действительно приобрел новые свойства, в частности, по оценкам создателей, антибактериальные.

Антибактериальный и светящийся: в Новосибирске  создали уникальный наноматериал Академгородок, Нанотехнологии, Медицина, Копипаста, Длиннопост

Для проверки этого предположения полученные образцы были переданы ученым ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН».

Чтобы протестировать антибактериальные свойства на поверхность материала помещали каплю, содержащую бактериальную суспензию. После инкубации в течение 1 часа ученые оценили, сколько бактерий выжило. Оказалось, что при контакте с вертикально ориентированными наночастицами h-BN больше половины бактерий погибают.

– Мы предполагаем, что подобный эффект связан с механическим повреждением клеточной мембраны бактерий при контакте с наночастицами h-BN. Острые вершины этих частиц можно сравнить с лезвиями ножей, которые наносят урон объектам, попавшим на них. Это открытие очень важно, когда мы говорим об использовании нового материала на практике, например, в качестве антибактериального покрытия медицинских инструментов, - подчеркнула старший научный сотрудник лаборатории генной инженерии ФИЦ ИЦиГ СО РАН, к.б.н. Татьяна Фролова.

Антибактериальный и светящийся: в Новосибирске  создали уникальный наноматериал Академгородок, Нанотехнологии, Медицина, Копипаста, Длиннопост

Татьяна Фролова и Иван Меренков


Теперь Татьяна с коллегами намерены подробнее изучить механизм гибели бактерий при взаимодействии с наностенками. Таким образом, создание антибактериальных покрытий станет более направленным и эффективным.

Есть у нового материала, помимо антибактериальных, и другие, полезные с точки зрения промышленности, свойства (например, при облучении электронами, он начинает излучать свет). Но, говоря о практических перспективах своих исследований, ученые отмечают – оценивать, насколько широкое внедрение получит именно этот материал – вне их компетенции. Но разработанные методы создания нового материала, в любом случае, будут востребованы в сфере нанотехнологий, которая с каждым годом только расширяется.

Результаты работы обеих научных групп опубликованы в престижном издании NANO RESEARCH.

Источник

Показать полностью 2
108

Генетическое редактирование настигло детенышей в утробе матери.

И позволило вылечить мышей с врожденным заболеванием легких.

Генетическое редактирование настигло детенышей в утробе матери. Crispr, Редактирование генома, Биология, Генетика, Медицина, Наука, Длиннопост

Молекулярные «ножницы» CRISPR-Cas9 продолжают примерять к разным мишеням. Пока одни ученые тестируют генную терапию на взрослых людях, а другие спорят о том, приемлемо ли применять ее к одноклеточным эмбрионам, третьи выбрали промежуточную цель. Они попробовали отредактировать гены «взрослых» зародышей мыши в утробе матери и избавить их от смертельной болезни легких. Несмотря на то что им удалось починить лишь 20% клеток и спасти всего 6% мышей, едва ли стоит судить строго первый в своем роде эксперимент, разметивший дорогу для следующих попыток.

Научное сообщество только начинает исследовать границы возможностей системы CRISPR-Cas9 для «починки» людей. Пока что ближе всего мы подошли к коррекции моногенетических заболеваний — наследственных патологий, вызванных мутацией одного-единственного гена. Если у эмбриона из двух копий гена мутантная лишь одна, то можно ее вырезать, оставив вторую нетронутой. По такому принципу ученые недавно избавили мышей от преждевременного старения и мышечной дистрофии.


В предыдущих экспериментах исследователи работали либо со взрослыми животными, либо с одноклеточными зародышами. Первый путь неудобен тем, что доставить молекулярные «ножницы» во все ткани тела одновременно невозможно, поэтому нервная ткань практически не «чинится». Кроме того, многие органы взрослых мышей (и людей тоже) защищены от вторжения извне, как, например, кожа или легкие, и эффективность их редактирования оказывается невелика. Что же касается одноклеточных зародышей, мы до сих пор не знаем, разрешат ли в ближайшее время подобные эксперименты на людях. К тому же на стадии одной клетки невозможно определить, действительно ли эмбрион унаследовал мутантный ген от родителей и требуется ли ему редактирование.


Поэтому американские исследователи пошли третьим путем. Они экспериментировали со «взрослыми», 16-дневными зародышами мышей (сама беременность у этих животных длится около 20 дней). Мишенью для них стало врожденное заболевание легких, вызванное мутацией в гене Sftpc. Он отвечает за выделение сурфактанта — слизи, выстилающей легкие изнутри. Мутация в Sftpc приводит к тому, что вещества — предшественники сурфактанта — не выходят из клеток легких, а копятся внутри. В результате клетки отмирают, легкие теряют эластичность, эффективность газообмена падает и носитель мутации умирает вскоре после рождения. Помочь ему может только пересадка легкого.

Исследователи работали с гетерозиготными мышами, несущими лишь одну из мутантных копий гена. «Обезвреженные» вирусы, несущие на себе гены CRISPR-Cas9, вводили инъекцией прямо в околоплодные воды беременной матери-мыши. Дальше эмбрионы «вдыхали» вирусы вместе с жидкостью, а чтобы стимулировать этот процесс, мать ненадолго помещали в камеру с повышенным содержанием углекислого газа. Эмбрионам переставало хватать кислорода, и они рефлекторно «вдыхали» глубже. Затем эффективность редактирования оценивали на разных стадиях развития: через несколько дней после инъекции, в первые дни после родов и дальше, вплоть до шести месяцев самостоятельной жизни.


Оказалось, что методика позволяет отредактировать около 20% клеток легких — они перестают накапливать лишние продукты и выделяют сурфактант на поверхность. Эта цифра остается стабильной в течение как минимум шести месяцев после появления на свет. При этом редактированию поддаются все типы эпителиальных клеток легких, а лежащие под ними клетки сосудов и соединительной ткани остаются нетронутыми. Другие органы мышей тоже не изменились на генетическом уровне, за исключением некоторых клеток пищеварительной системы, куда попала часть проглоченных околоплодных вод. Это означает, что новая технология не только действует на те клетки, которые во взрослом состоянии оказываются неприступны, но и обходит стороной другие системы органов и поэтому не вызывает побочных эффектов.

Генетическое редактирование настигло детенышей в утробе матери. Crispr, Редактирование генома, Биология, Генетика, Медицина, Наука, Длиннопост

Неотредактированные эпителиальные клетки легких на изображениях отмечены синим, а те, которые ученые смогли успешно отредактировать, — зеленым


Правда, выживаемость мышей пока оставляет желать лучшего. Сама методика редактирования приводит к высокой смертности — в живых остались лишь 25% контрольных (здоровых) мышей, которым инъецировали вирусы с CRISPR-Cas9. Среди больных и отредактированных мышей порог в шесть месяцев преодолели лишь 5,7%. Цифра кажется маленькой, однако стоит вспомнить о том, что больные мыши без лечения умирают в первые часы после рождения.


Таким образом, первая попытка применить новую технологию принесла определенные плоды, и исследователи надеются сделать ее эффективнее и расширить поле для ее применения. Они добавляют, что избирательное редактирование отдельных систем органов избавляет нас от риска генетически модифицировать половые клетки зародыша, таким образом снимая одну из самых острых этических проблем современной науки.


Источник:https://chrdk.ru/news/crispr_in_utero

Показать полностью 1
537

Женщина прожила жизнь без боли из-за генетических изменений.

Ученые всегда крайне заинтересованы людьми, которые отличаются от остальных. Например, недавно их заинтересовала женщина из Шотландии, которая на протяжении всей своей жизни не чувствовала боли и считала это нормальным явлением. До шестидесяти лет она ломала кости, получала сильные ожоги.
Узнав об этом, профессора из лондонского Института биомедицинских исследований решили выяснить, из-за чего у женщины возникла такая аномалия.

Женщина прожила жизнь без боли из-за генетических изменений. Генетика, Человек, Генная инженерия, Без боли, Наука, Медицина

Женщина по имени Джо Кэмерон поделилась с исследователями, что ранее у нее был диагностирован артрит в бедре, но она никогда не чувствовала болей в суставах. Более того, раньше она могла узнать о том, что обожглась, только по следам обугленной кожи и запаху.
Также она редко чувствовала беспокойство, депрессию, страх и панику. Узнав об этом, ученые провели секвенирование генома ее самой, матери и детей. Исследование показало, что причиной ее малой чувствительности является мутация гена Faah, который отвечает за физические ощущения. Болеутоляющие свойства этого гена провоцируются частичкой Faah-Out, которая раньше считалась «мусорным» геном.Возможно, им стоило заняться этим раньше, так как предыдущие исследования уже доказывали, что изменения в гене Faah делают людей более спокойными и менее восприимчивыми к боли.
Примечательно, что это не единственный участок генома, который влияет на чувствительность. Например, в Италии живет женщина по имени Летиция Марсильи, которая как и другие пять членов ее семьи не чувствует боли. Исследование показало, что в их случае за безболезненную жизнь отвечает мутация в гене ZFHX2.

Источник :
https://hi-news.ru/research-development/zhenshhina-prozhila-...

198

Ученые Академгородка создают "виртуальных пациентов" для медицинских исследований

Для перспективных технологий персонализированной медицины в Институте вычислительных технологий СО РАН созданы первые модели виртуального организма, подверженного определенному недугу.

«Виртуальный пациент – очень сложная задача, в мире ее еще никто не решил. – отметил заведующий лабораторией биоинформатики ИВТ СО РАН кандидат биологических наук Федор Колпаков. – Мы попытались решить ее на примере артериальной гипертонии – сложного мультифакторного заболевания, для лечения которого используются разные классы лекарственных препаратов, поэтому врач обычно пробует несколько схем их назначения, чтобы найти оптимальный вариант для конкретного пациента». Цифровая модель нацелена на ускорение и точность действий медика при поиске оптимального воздействия на неповторимый организм в его развитии – и, соответственно, служит задачам построения персонализированной медицины.

Ученые Академгородка создают "виртуальных пациентов" для медицинских исследований Академгородок, Персонализированная медицина, Длиннопост, Копипаста, Наука, Медицина, Технологии

Диаграмма модели регуляции артериального давления у человека. Каждый блок содержит набор переменных и уравнений. Блоки соединены друг с другом, если у них есть общие переменные и параметры.


Как пояснил коллега Ф. Колпакова кандидат физико-математических наук Илья Киселев, их совместное исследование решало четыре задачи. Первая – построить детальную цифровую модель биохимии и физиологии человека с достаточной для гипертонической болезни детализацией, чтобы в дальнейшем адаптировать ее к конкретным клиническим случаям. «Наш подход – создать набор основных блоков, а уже из них собирать модель под заданного пациента и болезнь (как из конструктора «Лего»), – привел пример ученый. – Каждый блок может состоять из множества вложенных в него подблоков. На самом нижнем уровне – биохимические реакции и дифференциальные или алгебраические уравнения, описывающие изменения физиологических параметров».

Второй задачей исследователи назвали создание схемы персонализации цифрового двойника, содержащей сотни параметров, третьей – построение моделей воздействия на организм наиболее распространенных лекарственных средств. «Речь идет о моделях двух типов, – отметил Федор Колпаков, – фармакокинетической (как препарат поступает, распределяется по организму и выводится из него) и фармакодинамической (как лекарство воздействует на организм)». В-четвертых, ученые ИВТ занялись фиксацией данных пациента – при том, что в истории болезни их зачастую недостаточно для моделирования. «Идеальная и самая простая ситуация такова: в клинику пришел больной, которого до этого не лечили, ему провели детальное обследование, после чего назначили лечение и через некоторое время вновь так же обследовали, чтобы оценить эффективность лечения», – объяснили в лаборатории биоинформатики ИВТ. – Поэтому для нашей работы мы отбирали профили тех пациентов, которые наиболее полно соответствовали этим требованиям».

Практическим результатом работы стала компьютерная программа для оптимизации лечения гипертонии. В нее вводятся имеющиеся данные больного, затем формируется множество виртуальных пациентов, для которых прогнозируются наиболее вероятные эффекты применения разных лекарств. Программа может также предложить провести дополнительные обследования, чтобы сделать более точный выбор. Однако для внедрения этой программы в медицинскую практику нужно испытать ее на большом массиве пациентов и провести сертификацию.

ИВТ СО РАН

Показать полностью
Похожие посты закончились. Возможно, вас заинтересуют другие посты по тегам: