Биоинженерия

Вживленное под кожу устройство позволяет им открывать двери без ключей, ездить в общественном транспорте без билета, а также расплачиваться за покупки используя руку вместо кредитной карточки.

«Было забавно попробовать что-то новое и узнать, как это сможет облегчить жизнь в будущем», — отметила участница проекта шведка Ульрика Целинг.

За последний год «умный» имплантат заменил ей кошелек, а также пропуск в фитнес-клуб.

Разработчики считают, что чип более эффективен, чем смартфоны, которые также начали использовать для оплаты покупок.

Некоторые эксперты отозвались о нововведении скептически, отметив, что при отсутствии гарантий конфиденциальности такая чипизация может стать ночным кошмаром для цифровой безопасности.

Источник:

http://rusnext.ru/news/1530072591

Видите это эмм.. сердечко?

Вы с ним определенно знакомы.

Перед вами один из белков из Saccharomyces cerevisiae.

Под этим страшнопроизносимым названием спрятались "обычные" пекарские дрожжи. То есть любители пива и булочек видятся с ним значительно чаще, чем я (не любитель пива и не... Вру. Любитель булочек).

Какую статью по биологии (и около) не открой, везде пишут про кишечную палочку - E.coli. Ее постоянно модифицируют, чтобы что-то полезное получить для человечества, с ней ставят опыты и эксперименты, с ней что-то изобретают и даже пишут картины!

Но в сердцах генетиков у этой горячей крошки есть конкурент. Да еще какой. Ведь глупая маленькая кишечная палочка всего-то прокариот. А дрожжи ядром в процессе эволюции все-таки озаботились. А потому, гордо размахивая флагами, стройным шагом многочисленной армии втопали на поле эукариотов.

Чем же так важно для нас это их свойство, а сами дрожжи, соответственно, для генетиков?

Saccharomyces cerevisiae - один из наиболее изученных модельных организмов, говорит нам вечно умничающая Википедия. Что значит модельных? Во-первых, что изученных вдоль и поперек, а потом еще разочек. Что генОм их давно секвенирован и разобран.

Во-вторых, с генетическим кодом этих дрожжей сравнивают другие организмы. (Зачем - надо отдельный пост)

В дрожжах биотехнологи, фармакологи и прочие ологи могут выращивать всякие нужные белки. Для лекарств, продуктов, промышленности итдитп.

Но ведь у нас для этой грязной работы уже есть E.coli - спросят обладатели самой цепкой памяти. Ответ: ядро! У нас, эукариотов, в отличие от палочки-прокариота, процесс приготовления белков по книге рецептов, спрятанной в ДНК, отличается одним ключевым моментом.

Разберемся с этим. Как прочитать текст бактерии о схеме сборки ее белков? Взять цепочку ДНК, расплести косичку, по буквам последовательно прочитать ее в другую цепочку (РНК), потом аккуратненько взять эту новую цепочку за хвостик и положить на фабрику - в рибосому. Там внутри специальная генетическая машинка строчку РНК прочитает и по готовому тексту на ниточку, как бусинки, понацепляет аминокислот. А из аминокислот потом сложится белок - бинго!

Для этого бактерии понадобилось в начале днк-книжки читать начать, а в конце книжки закончить. Р-раз и все.

А эукариоты решили выпендриться. Их, наши, белоккодирующие гены записаны не сплошным текстом.

Представьте, что вы серьезный взрослый человек, а вам подсовывают книжку с картинками. Да не такую, чтоб с красивыми иллюстрациями, а как ужас моей юности - сборник отрывко-рассказов Коэльо, где на 5 строчек текста приходится странная картинка и две белых страницы. А потом следующий в таком же духе.

То есть "здесь читаем - тут перелистываем - тут снова читаем...". Повторить много раз. Такую книжку приходится читать короткими фрагментами и пролистывать "мусорные" куски.

Как такое читать? Сначала расплетем ДНК (ага, было), потом скопируем нужную часть цепи в РНК (делали), а теперь порежем новую ниточку на ломтики. Затем выберем только кусочки нужного нам текста (они называются "экзоны") - самого белоккодирующего гена, а "картинки" и "белые листы" ("интроны") кинем в мусорку. Теперь сшиваем вместе весь текст и...Оп! Но ведь этот рассказик шел совсем на другой странице! Вот-вот.

Порезать книжку и потом сложить обратно текстики, называется "сплайсинг".

А когда кусочки текста не складываются в "правильной" последовательности - это альтернативный сплайсинг.

Сшитую вместе книжку мы также кладем на грузовичок транспортной РНК (тРНК) и отправляем в рибосому, готовить аминокислотные бусики. То есть прокариоты "начали-сделали-закончили", а эукариоты "почитали-пролистнули-почитали-пролистнули...".

И именно в этом моменте собака порылась. Оказывается, что некоторые хитрые белки эукариот просто не умеют приготавливаться по книжке, которую написали непрерывным текстом. В этом месте такие солдатики как дрожжи отодвигают в сторонку грустную безработную палочку и начинают трудиться во благо человека.

А вы говорите, пиво - это вредно:)

(О том, зачем эволюции понадобилось так все усложнить, в другой раз)

"Иллюстрации" "выполнены" в софте для докинга.

Стандартная молекула ДНК с четырьмя основаниями A, T, G, C. Американские учёные добавили к ним синтетические основания X и Y из трифосфатов. Графика: Deco Images II / Alamy/Alamy

Натуральный генетический алфавит земной жизни ограничен двумя парами оснований аденин-тимин (A-T) и гуанин-цитозин (G-C). Всё многообразие жизни на планете программируется, копируется и воспроизводится с помощью цепочек ДНК, образованных всего четырьмя азотистыми основаниями нуклеотидов. Эти основания одинаковы у всех — у дуба, пингвина, бабочки и человека, они только располагаются в разном порядке. Так было до 2014 года, когда учёные из Научно-исследовательского института Скриппса сконструировали первый живой организм с шестью основаниями на базе бактерии E.coli. Две основные пары A, T, G и C дополнили синтетической парой X и Y, которая функционирует вместе с природными.

Теоретически, такие организмы способны хранить и передавать больше информации через ДНК, чем обычные организмы. И это открывает двери для достижения фундаментальной цели синтетической биологии: создания новых жизненных форм и новых синтетических функций в существующих организмах.

Разработка синтетической пары оснований X и Y продолжалась более 15 лет и завершилась успехом в 2014 году, когда учёные доказали принципиальную совместимость синтетической пары оснований с жизнью. Они модифицировали транспортер нуклеотидов (nucleotide transporter) — инструмент, который помогает трифосфатам синтетической базовой пары переноситься через клеточную мембрану. Таким образом, теоретически живой организм мог расти и размножаться, сохраняя и копируя ДНК с натуральными и синтетеческими основаниями из клетки в клетку.

Но о полном успехе говорить было рано, потому что на самом деле полусинтетическую бактерию в том эксперименте нельзя было назвать здоровой. Она медленно росла: делилась в два раза медленнее нормальной бактерии. К тому же, на определённых этапы роста клетки синтетические основания очень сильно разрушались. По мнению учёных, это связано с выделением в клетках фосфатов. Они разрушают синтетические трифосфаты, из которых состоят искусственные основания. В результате, полусинтетическая бактерия не могла сохранить искусственные основания в длительном периоде.

В 2014 году было сделано принципиальное доказательство концепции (PoC). Для полноценного программирования полусинтетических организмов нужно, чтобы синтетические основания можно было внедрить в любое место и в любом контексте окружающих оснований, и чтобы они надёжно там сохранялись при росте и размножении клеток.

К 2016 году авторы работы внесли необходимые изменения в транспортер нуклеотидов, а также сделали небольшие изменения в основании Y. В итоге, они решили все поставленные задачи с нормальным ростом и размножением полусинтетических бактерий, сохраняя в любом месте цепочки базовые пары X и Y. В новом виде синтетические основания лучше распознаются ферментами, которые синтезируют молекулы ДНК во время репликации ДНК, что упрощает процесс копирования синтетических базовых пар при делении клеток.

Синтетические основания dNaM-d5SICS − dNaM-dTPT3, а также сделанные оптимизации транспортера схематически показаны на иллюстрации. Слева показана химическая структура синтетических оснований по сравнению с химической структурой естественных оснований dC − dG

Учёные креативно использовали популярную технику генного редактирования CRISPR-Cas9. Как известно, в живых организмах этот иммунный механизм предназначен для вставки в геном фрагментов, которые соответствуют сигнатурам вирусов-«вредителей» в иммунной системе, чтобы организм мгновенно реагировал на появление этих вредителей (иммунный ответ). Так вот, учёные спроектировали бактерию таким образом, что она воспринимает клетку с ДНК без оснований X и Y как «вредителя», который мгновенно уничтожается. То есть у этого организма своеобразный врождённый иммунитет к потере синтетических оснований. Это значительно упростило задачу сохранения X и Y и сделало новую полусинтетическую жизнь действительно устойчивой в долговременной перспективе.

В лабораторных условиях полусинтетическая ДНК осталась неизменной после 60 делений бактерии. Это дало учёным основания полагать, что она способна сохраняться бесконечно. «Мы решили проблему на фундаментальном уровне», — сказал Брайан Ламб (Brian Lamb), один из авторов научной работы, который сейчас проводит научные исследования для коммерческой компании Vertex Pharmaceuticals.

Таким образом, сконструирована первая в истории науки стабильная полусинтетическая жизненная форма, теоретически способная синтезировать принципиально новые протеины. Это означает, что инженеры могут теперь манипулировать любыми жизненными процессами.

В новой инкарнации полусинтетическая бактерия E.coli стала гораздо более приспособена к реальной жизни. Теоретически, эта жизненная форма может размножаться, мутировать и эволюционировать, как все живые организмы.

Возможности применения полусинтетических организмов поистине безграничны. Люди получают возможность проектировать и создавать биологические системы с заданными свойствами и функциями, которые не имеют аналогов в живой среде. Это не традиционное генетическое редактирование, где в генетический код одного организма добавляют фрагмент генетического кода другого существа. Это настоящее полноценное программирование специфических свойств, которых нет в природе. Качественно новый этап в развитии генной инженерии: грубо говоря, от копипаста к написанию кода с нуля.

Можно привести массу примеров из научно-фантастических произведений, когда живые существа проектировать для чёткого функционального выполнения своей задачи. Например, раса воинов Джем'Хадар из межгалактической военной сверхдержавы Доминион, расположенной в Гамма-квадранте вселенной Star Trek, была генетически спроектирована для войны: у них отсутствует инстинкт самосохранения, а единственная цель жизни — служба Основателям, при этом организм воина химически зависит от постоянного приёма кетросила — специального наркотика, который изготавливают Основатели.

Воин Джем'Хадар с трубкой для кетросила

По мнению биоинженеров, развитие синтетической биологии поможет человечеству решить многие актуальные практические задачи: получить биотопливо из водорослей, бактериальное электричество, новые диагностические препараты, синтетические вакцины, бактериофаги и пробиотики для борьбы с инфекциями, повысить продуктивность и устойчивость культивируемых растений и животных.

Учёные объясняют, что эксперименты с новыми основаниями ДНК безопасны, ведь синтетические основания X и Y не встречаются в живой природе, поэтому вряд ли могут выйти из-под контроля.

Научная работа опубликована 23 января 2017 года в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Источник

МОСКВА, 18 ноя – РИА Новости. Итальянский нейрохирург Серджио Канаверо продемонстрировал сегодня на пресс-конференции в Глазго специальный хирургический нож, позволяющий осуществить операцию по трансплантации головы, и систему виртуальной реальности, которая поможет человеку научиться пользоваться новым телом.

"Профессор Фарид Амируш создал самый острый и точный хирургический нож на Земле. Он позволит очень чисто отделить спинной мозг от головного мозга с минимальным повреждением нервных волокон. Создание этой инновационной системы – очередной шаг на пути к нашей главной цели – сделать пересадку головы возможной", — заявил Канаверо.

В конце февраля 2015 года итальянский хирург Серджио Канаверо объявил о запуске амбициозного проекта HEAVEN/AHBR, в рамках которого он запланировал пересадить голову добровольца на донорское тело, соединив спинной мозг с головным мозгом при помощи особой процедуры, которую он называет "протокол GEMINI".

На призыв Канаверо откликнулся российский инженер Валерий Спиридонов, прикованный к инвалидной коляске из-за дистрофии мускулов. Россиянин страдает синдромом Верднига-Гоффмана — тяжелым генетическим заболеванием, которое постепенно лишает человека возможности двигаться.

© HEAVEN/GEMINI/Sergio Canavero

Алмазный нож, предназначенный для пересадки головы

Сегодня Канаверо и его коллеги объявили о том, что им удалось сделать еще один шаг в сторону осуществления этой операции. По его словам, биоинженер Фарид Амируш (Farid Amirouche) из университета Иллинойса в Чикаго создал ключевой инструмент для проведения подобной трансплантации – алмазный скальпель, который позволяет отделить голову от тела с минимальным повреждением нервной ткани.

Кроме этого скальпеля, Канаверо так же представил публике специальную систему виртуальной реальности, которая поможет Валерию Спиридонову и прочим пациентам, которые согласятся на подобную процедуру, пройти специальную психологическую тренировку по подготовке к жизни в новом теле. Подобные тренировки будут проводиться как до начала операции, так и после нее. Она была разработана американской компанией Inventum Bioengineering Technologies.

"Подобные симуляции крайне важны для нас, так как подобные системы позволяют пациентам самостоятельно учиться тому, как двигаться и как совершать различные действия быстро и эффективно. Как программист я уверен в том, что подобная система является ключевой частью проекта HEAVEN", — прокомментировал это событие сам Спиридонов.

Помимо этих новых компонентов "протокола GEMINI", Канаверо заявил о том, что его корейские коллеги из университета Конкук в Сеуле подтвердили результаты ранее проведенных экспериментов по пересадке головы у мышей, показав, что полиэтиленгликоль действительно способствует сращиванию нервных волокон и быстрому восстановлению моторных функций.

"Все эти результаты указывают на то, что разорванный спинной мозг можно восстановить, и что новая версия ПЭГ будет играть ключевую роль в первой пересадке головы человека. Нам необходимо провести еще множество новых исследований, и опробовать технологию на телах умерших людей-доноров органов, но текущие результаты выглядят очень многообещающе и говорят, что мы находимся на правильном пути", — заключает Канаверо.

Источник: https://ria.ru/science/20161118/1481689915.html