Генетические технологии меняют мир, каким мы его знаем. Пока вы читаете эту статью, ученые работают над интересными способами изменения ДНК. Недавно технология редактирования генов, известная как CRISPR, открыла новые возможности для генетических экспериментов. CRISPR пользуется таким большим уважением, что в 2020 году ее создатели были удостоены Нобелевской премии по химии. Их новый инструмент позволяет исследователям изменять ДНК с уникальной точностью. Уже сейчас он помогает создавать новые формы лечения рака. Эксперты считают, что в один прекрасный день его можно будет использовать для лечения генетических заболеваний.
Конечно, редактирование генов – это спорная практика, которая вызывает много этических вопросов. Биоученых обвиняют в том, что они “играют в бога” с геномом. Но генетические технологии также вдохновляют на всевозможные умопомрачительные научные инновации. Вот лишь десять наиболее поразительных способов ее применения.
10Модифицированные козы производят в своем молоке лекарства от рака
Производство цетуксимаба – дорогостоящий процесс. Его сложная химическая структура означает, что производителям приходится полагаться на белки из клеток мышей для выращивания препарата. Но эти генетически модифицированные козы предложили фармацевтической промышленности способ массового производства цетуксимаба.
“Гораздо экономичнее производить цетуксимаб на животных, поскольку их молочные железы могут производить большое количество белков”, – объяснил Гетц Лайбле, исследователь, отвечающий за проект в новозеландском институте AgResearch.
9Ученые хранят данные внутри живой ДНК
В 2021 году исследователи из Колумбийского университета продемонстрировали, что живые клетки кишечной палочки могут хранить до 72 бит данных. По своей сути, файл данных состоит из длинной строки единиц и нулей. Ученые смогли закодировать единицы и нули в ДНК кишечной палочки, вставив в клетку определенные гены. Они даже смогли записать простое сообщение “Hello world!” в ДНК клетки кишечной палочки, а затем расшифровать его путем секвенирования ДНК.
ДНК удивительно хорошо подходит для хранения данных. Биологические белки могут хранить огромное количество информации. По оценкам ученых, если бы нить ДНК была размером с крупинку соли, она могла бы вместить эквивалент десяти полнометражных фильмов. Более того, технология, необходимая для чтения и записи ДНК, со временем становится все более мощной. Тем не менее, хранение данных в ДНК все еще находится в зачаточном состоянии, а это значит, что в ближайшее время оно вряд ли станет популярным.
8 Увеличение продолжительности жизни умирающих мышей
В рамках исследования, проведенного под руководством профессора Дэвида Лю, мышам поставили прогерию – редкое заболевание, которое вызывает преждевременное старение у детей. В среднем дети с прогерией доживают до четырнадцати лет. Это заболевание вызывается редкой генетической мутацией и не поддается лечению с помощью обычной генной терапии. Вместо этого гарвардская команда разрабатывает способ изменения фундаментальной кодировки ДНК больного прогерией.
Эта методика была опробована на смертельно больных мышах, и она значительно увеличила продолжительность их жизни. Грызуны, которые должны были прожить 215 дней, прожили в среднем 510 дней. Лю и его команда надеются использовать полученные результаты для разработки эффективного лечения прогерии и подобных генетических заболеваний.
7Генная терапия в одном глазу улучшает зрение в обоих
Ученые пытались лечить заболевание, известное как наследственная нейропатия зрительного нерва Лебера (LHON), – форму прогрессирующей потери зрения, встречающуюся в основном у молодых мужчин. Этот редкий вид слепоты обусловлен генетической мутацией, которая атакует и разрушает клетки сетчатки глаза.
В рамках недавнего исследования 37 пациентов с LHON получили инъекции генной терапии в один из глаз. Но, что примечательно, через два года 29 пациентов отметили улучшение зрения на обоих глазах. Сначала ученые были ошеломлены такими результатами, пока не обнаружили, что вирусы генной терапии пробираются из одного глаза в другой.
Повторив эксперимент на обезьянах макаках, они обнаружили, что гены перемещаются по зрительному нерву одного глаза, переходят на другой зрительный нерв, а затем перемещаются в другой глаз.
6 Безобидный бык без рогов
В 2016 году родились два бычка с генетической мутацией, которая означает, что у них никогда не вырастут рога. Это было достигнуто путем введения короткой нити ДНК в клетки отца. Проанализировав ДНК всех трех быков, ученые подтвердили, что генетические изменения передались молодым животным, не вызвав никаких случайных побочных эффектов.
“Мы продемонстрировали, что можно производить здоровых безрогих телят только с предполагаемой правкой, и предоставили данные, которые помогут в процессе оценки животных с редактированием генома”, – объяснила Элисон Ван Эненнаам, эксперт в области животноводства, работающая в Калифорнийском университете в Дэвисе.
5 Коровы становятся более устойчивыми к тепловому стрессу
Но теперь ученые из Новой Зеландии нашли потенциальное решение этой проблемы, связанной с крупным рогатым скотом. Они используют методы редактирования генов для изменения цвета шерсти коров. Изменив гены пигментации, исследователи смогли осветлить темную, поглощающую тепло шерсть обычных молочных коров. Голштино-фризский скот обычно белый с черными пятнами, но генетически измененные телята родились покрытыми светло-серебристыми пятнами.
Исследователи надеются усовершенствовать свои исследования, используя ДНК тропического скота, который более устойчив к высоким температурам.
4Мыши с избыточным весом теряют жир
Белые жировые клетки полны нездоровых липидов, которые накапливаются в организме. Избыток белого жира может привести к диабету. Но клетки бурого жира гораздо полезнее. Они расщепляют часть жира для получения энергии, а остальное хранят в меньшем пространстве.
Команда из Гарварда смогла помочь мышам сбросить вес, изменив их ДНК. Ученые генетически изменили белый жир, придав ему характеристики здорового бурого жира. Эксперимент был сосредоточен на UCP1, белке, содержащемся в буром жире, который превращает химическую энергию в тепло.
За двенадцать недель исследования мыши с белыми жировыми клетками набирали килограммы, в то время как мышам с измененным геном это давалось гораздо труднее. Есть даже предположение, что процесс редактирования генов помог мышам избежать диабета.
Ученые прогнозируют, что в конечном итоге этот метод может быть использован для лечения ожирения, хотя до испытаний на людях еще далеко.
3Ученые вылечили мышей от потери слуха
Мыши Бетховена страдают от генетической мутации, которая также влияет на человека, вызывая прогрессирующую потерю слуха и в конечном итоге глухоту. Название “мыши Бетховена” является отсылкой к немецкому композитору, который начал терять слух, когда ему было за двадцать.
Потеря слуха у мышей вызвана незначительным изменением в их ДНК. Используя сложные биологические технологии, ученые могут точно определить дефектный ген, не причиняя вреда ни одному из оставшихся здоровых генов. Это означает, что они могут вылечить мышей Бетховена от глухоты, не вызывая никаких нежелательных побочных эффектов.
Ученые предупреждают, что не стоит слишком надеяться на успех. Прежде чем эта терапия будет опробована на людях, должны пройти еще годы исследований. “Мы считаем, что наша работа открывает путь к гиперцелевому способу лечения целого ряда генетических заболеваний, которые возникают из-за одной дефектной копии гена”, – объясняет Джеффри Холт из Гарварда. “Это действительно точная медицина”.
2 Мотыльки-убийцы помогают Нью-Йорку справиться с проблемой вредителей
Обычно с такими вредителями борются с помощью пестицидов, но алмазная моль очень быстро вырабатывает устойчивость. Поэтому Oxitec, биотехнологическая компания, базирующаяся в Великобритании, разработала флот убийственных ГМ-мотыльков, чтобы уничтожить молодых вредителей.
Ученые добавили в самцов моли ген, который заставляет только что вылупившихся личинок падать замертво, но действует только на самок. Это означает, что вредные молодые самки погибнут до того, как смогут нанести какой-либо вред. Молодые самцы, с другой стороны, будут спариваться с другими дикими самками, передавая ген убийцы своим личинкам. Это должно продолжаться в течение нескольких поколений, после чего, по словам Oxitec, смертоносный ген исчезнет.
1 Редактирование генов ведет борьбу с супербактериями
Но на горизонте появилась надежда. Исследователи из Манчестерского университета открыли новый способ производства антибиотиков с помощью редактирования генов CRISPR. Объединив несколько передовых биологических методов, команда создала необычный тип антибиотика, известный как малономицин. Этот новый метод может помочь ученым разработать новые формы антибиотиков – препараты, которые лучше подходят для борьбы с супербактериями с высокой устойчивостью.
“Теперь мы с оптимизмом смотрим на то, что наши результаты могут привести к открытию новых антибиотиков, – объяснил руководитель исследования Джейсон Миклфилд, – а также могут обеспечить новые способы производства антибиотиков, которые срочно необходимы для борьбы с появляющимися патогенами с лекарственной устойчивостью”.
