Рік, що минає запам'ятається нам не тільки черговим шумом навколо генетичного редагування людини, але і новими дослідженнями, присвяченими імунотерапії раку, бактеріями, які керують нашими генами, суперечками про тривалість людського життя, протираковими слоновими генами і макаронами, що не повнять.
Підводити підсумки року в науці непросто в першу чергу тому, що будь-яке відкриття, хоч би видатним воно не було, є лише частина великої дослідницької роботи в якійсь області. І по-хорошому в підсумках потрібно оглядати всю цю область, з передісторією і контекстом. Але тоді підсумки року перетворяться в багатотомний збірник, на який ні у авторів, ні у читачів не вистачить ні сил, ні терпіння, особливо перед Новим роком. Тому ми просто постараємося згадати особливо помітні роботи - з тих, про які ми розповідали, - і по можливості згрупувати їх навколо тих чи інших наукових тем.
Людський ембріон, пофарбований різними барвниками. (Фото: University of California, San-Francisco / Flickr.com)
Чжун Чжун і Хуа Хуа - перші клоновані мавпи. (Фото: Qiang Sun і Mu-ming Poo / Chinese Academy of Sciences)
Дві клітини з наночастинками всередині, ядра клітин пофарбовані синім, наночастинки - зеленим. (Фото: British Heart Foundation / Flickr.com ) Імунні клітини макрофаги. Саме з макрофагами зливаються ракові клітини, стаючи більш рухливими і небезпечніше. (Фото: NIAID / Flickr.com ) Т-лімфоцит (зліва) і ракова клітина. (Фото: CC MG / Flickr.com ) Кишкова паличка - один зі звичайних мешканців нашого травного тракту. (Фото: UCL News / Flickr.com ) У довготривалій перспективі низкоуглеводная дієта може бути не так вже корисна. (Фото: dstaerk / Depositphotos ) Через фастфуду імунітет запускає непотрібне запалення. (Фото: stockfoto-graf / Depositphotos ) Частинки вірусу грипу під електронним мікроскопом. (Фото: Sanofi Pasteur / Flickr.com ) Гранична тривалість людського життя поки залишається предметом суперечок. (Фото: tish1 / Depositphotos )
<
>
Ми не вибудовуємо підсумки року списком - перший видатне відкриття, друге видатне відкриття і т. Д., Оскільки нам здається, що зводити велику картину науки до окремо розташованих відкриттям не дуже коректно. Тим більше, що наука живе не за календарем, і ті «головні наукові події», про які ми чуємо в кінці кожного року, насправді є результат не одного, не двох, а багатьох років напруженої роботи.
Можливо, комусь здасться дивним, що в наших підсумки року трапляються, скажімо так, не дуже великі роботи. На це можна сказати, що, з одного боку, було б дивно представляти науку як ланцюжок суцільно великих відкриттів, а з іншого, було б нудно знати тільки про якісь великі і епохальні ембріологічні дослідження, і не знати про те, що динозаври, наприклад, не могли показувати мову.
про біотехнології
Біологічні та медичні підсумки року, що минає волею-неволею доводиться починати з недавнього скандалу, про який багато хто напевно чули. В кінці листопада Хе Цзянькуй (He Jiankui), в недавньому минулому співробітник китайського Південного університету науки і технологій, заявив, що йому за допомогою методів генної інженерії вдалося відредагувати два людських ембріона так, що вони стали повністю захищені від ВІЛ, для чого потрібно було відключити всього лише один ген, CCR5. (Відомо, що люди, у яких ген CCR5 мутований, так би мовити, самою природою, дійсно стійкі до ВІЛ.) Найголовніше - з ембріонів благополучно народилися дві дитини. Заявив це Хе Цзянькуй спочатку в відео на YouTube, а потім на міжнародній конференції, присвяченій проблемам редагування людського генома.
Людський ембріон, пофарбований різними барвниками. (Фото: University of California, San-Francisco / Flickr.com)
Піднявся страшний шум. Говорили, що метод, яким Хе редагував геноми, поки ще не настільки точний, щоб застосовувати його на людях; говорили, що редагування не могло пройти абсолютно у всіх клітинах, так що у дітей так чи інакше вийшов генетичний мозаїцизм, який невідомо до чого призведе в майбутньому. Нарешті, відключений ген в геномі все-таки не зайвий, і виникає питання, як будуть почувати себе діти в подальшому. Хе відповідав, що мати і батько були в курсі всіх цих складнощів. Власне, батько був інфікований ВІЛ, тому батьки, яким хотілося власних дітей, дали згоду на процедуру.
Дискусія про недосконалість методу була рясно присмачена вигуками з приводу етичних проблем і сутності людини - вигуками, які демонструють світові благородні наміри того, хто кликав, але при тому мало що повідомляють по суті справи.
Однак з суттю справи є деяка проблема. Навіть на тій конференції, на якій виступав Хе, він не пред'явив нічого, що дозволяло б судити про виконану роботу. Ніякої статті по «відредагованим» дітям у нього теж не виходило. Тобто у нас є тільки слова самого Хе Цзянькуя, а також деяких інших дослідників, з якими він консультувався і які вважають, що у нього дійсно могло щось вийти. Мова не йде про те, що ми маємо справу з сенсаційним обдурюванням, але наука - така область, де будь-які слова повинні бути підкріплені загальнодоступною інформацією про виконану роботу.
І, звичайно ж, нам потрібні правові норми, які б регулювали майбутні генетичні операції на людях. Однак такі дискусії виникають вже в який раз: ми їх чули три роки тому, коли людський геном відредагували вперше - все залишилося на рівні ембріонів, і сам метод спрацював не дуже ефективно ; потім два роки тому - коли людський ембріон відредагували проти ВІЛ ; нарешті, ті ж суперечки ми чули в минулому році, коли ембріони людини позбавили від мутацію, що викликає хвороба серця . У всіх трьох випадках ми мали справу з науковими публікаціями, за якими можна було судити про достовірність і значущості результатів, і ми могли говорити про ті результати як про підсумки року. Але зараз ми поки що бачимо тільки «глибоке занепокоєння», виражену в різноманітних «публічних думках», і називати чергову серію цього серіалу визначною подією в науці було б деякою натяжкою.
Що ж до самого методу генетичного редагування, то він нашим читачам добре відомий - він називається CRISPR / Cas9, або просто CRISPR, і ми про нього неодноразово писали. З одного боку, він дійсно дуже зручний і порівняно простий, з іншого боку, якщо ми хочемо використовувати його в медицині, то він повинен бути надзвичайно точним. Але про його точності досі сперечаються. Навесні опублікована стаття, яка спростовувала попередні звинувачення CRISPR в неточності; а влітку в світ вийшла інша робота, в якій говориться, що метод все ж дозволяє собі багато зайвого .
Хотілося б сподіватися, що, навіть якщо CRISPR-метод неточний, точність йому зможуть підтягнути, бо в біотехнології він дозволяє робити справжні чудеса. Наприклад, з його допомогою можна зробити штучну шкіру, яка позбавляє від кокаїнової залежності (Правда, поки тільки мишей).
Чжун Чжун і Хуа Хуа - перші клоновані мавпи. (Фото: Qiang Sun і Mu-ming Poo / Chinese Academy of Sciences)
Але генетичне редагування - не єдине біотехнологічна напрямок, який розвивався в році, що минає. можна згадати клонованих мавп , Які вийшли через майже два десятиліття безплідних спроб. Або шматочок людської нирки, вирощений в мишах . В останні роки ідея вирощувати органи в пробірці стає все ближче до реальності, і вирощений шматочок нирки - зайве свідчення прогресу в цьому напрямку. А з біотехнологічних гаджетів варто згадати про контактні лінзи, які вимірюють рівень цукру .
Дві клітини з наночастинками всередині, ядра клітин пофарбовані синім, наночастинки - зеленим. (Фото: British Heart Foundation / Flickr.com )
Левова частка біотехнологічних досліджень припадає на наночастинки. Їх використовують, щоб зробити радіокеровані ферменти , З їх допомогою покращують ліки, розчиняють тромби , Наночастинки допомагають загоювати опіки . Часто саме з наночастинками пов'язують надію на перемогу над раком.
Зокрема, золоті наночастинки знищують ракову пухлину, розігрівшись в лазерному промені ; інші ж наночастинки створюють так, щоб вони вбивали ракові клітини подвійним ударом - радіоактивністю і бактеріальним токсином. (До речі, всі ці роботи з наночастинками - російські: їх виконали співробітники Університету ИТМО, Сибірського федерального університету, Нижегородського державного університету ім. М. І. Лобачевського і інших російських наукових центрів.)
про рак
І якщо вже ми заговорили про рак, то скажемо, які «ракові» дослідження привернули нашу увагу в році, що минає. Рак вже довгі роки залишається однією з головних наукових тем, і, на жаль, буде залишатися таким і далі - хоча дуже хотілося б сподіватися, що станеться диво і найближчим часом цю тему раптом раз і назавжди закриють.
Рушійна сила злоякісних хвороб - молекулярно-генетичні неполадки: якісь гени через мутацій починають працювати дуже активно, спонукаючи клітини до неконтрольованого поділу, а гени-запобіжники, навпаки, відмовляють. Велика частина досліджень присвячена якраз генетичної захисту, яку можна було б задіяти і придушити ріст пухлини. У пошуках таких механізмів біологи часом звертаються до тварин, а саме до голих землекопів і слонам. І ті, і інші напрочуд рідко хворіють на рак, а землекопи ще й дуже довго живуть для гризунів свого розміру. У тих і у інших дійсно є потужні протиракові системи: у землекопів дуже добре працює система ремонту ДНК , Що виправляє онкогенні мутації, а у слонів є спеціальна генетична система, яка вбиває клітини із зіпсованою ДНК ще до того, як вони стануть раковими.
Імунні клітини макрофаги. Саме з макрофагами зливаються ракові клітини, стаючи більш рухливими і небезпечніше. (Фото: NIAID / Flickr.com )
Як відомо, ракові клітини повинен винищувати імунітет, але рак навчився його обманювати і навіть використовувати в своїх цілях. У році, що минає ми писали про те, як імунітет допомагає метастази , Як імунне запалення будить сплячі ракові клітини , І що ракові клітини часом фізично об'єднуються з імунними - такі гібриди виявляються більш рухливими і більш небезпечними, ніж звичайні ракові клітини. Тому одне з основних напрямків в онкоісследованіях - це як «розбудити» імунітет, як допомогти йому боротися з пухлиною.
Тут перше, про що потрібно нагадати, - нинішня Нобелівська премія з фізіології та медицини. Її дали за один з методів імунотерапії, коли у імунітету відключають гальмівну систему, щоб він почав в повну силу полювати на ракові клітини. Цей терапевтичний метод насправді виник досить давно і до сьогоднішнього дня встиг довести ефективність; детально про нього можна прочитати на нашому сайті або в листопадовому номері журналу.
Т-лімфоцит (зліва) і ракова клітина. (Фото: CC MG / Flickr.com )
«Нобелівський» метод - не єдине рішення; імунітету в боротьбі проти раку можна допомагати різними способами, наприклад, спеціальними онколітичних вірусами , За допомогою яких можна подолати навіть ті пухлини, які не піддаються іншим способам лікування. І не можна не згадати хитромудру протиракову «вакцину» , Описану минулим лютим в Science Translational Medicine. Суть цього методу в тому, щоб розбудити Т-лімфоцити, які сидять усередині пухлини, після чого вони не тільки знищать її саму, а й знайдуть її метастази, розсіяні по організму.
Крім того, дослідники продовжують шукати звичайні ліки, які придушували б ріст ракових клітин. Досліджень з новими потенційними протираковими молекулами виходить величезна кількість. Ми ж нагадаємо тільки одну роботу, що вийшла навесні в журналі Science Advances - в ній мова йде про речовину, синтезованих шкірної бактерією Staphylococcus epidermidis. Виявилося, що не тільки ця речовина, але і сама бактерія пригнічує ріст клітин лімфоми. S. epidermidis є приблизно у 20% людей, і, можливо, вони дійсно рідше хворіють шкірними онкологічними захворюваннями.
Про мікрофлору і їжу
Від цієї бактерії логічно перейти до новин зі світу мікрофлори. Ми не втомлюємося нагадувати, що мікрофлора, в першу чергу кишкова, впливає на дуже багато процесів в нашому організмі. І очевидно, що вони якось втручаються в роботу генів в наших клітинах, так що якісь гени починають працювати активніше, інші, навпаки, відключаються.
Кишкова паличка - один зі звичайних мешканців нашого травного тракту. (Фото: UCL News / Flickr.com )
Один з молекулярних механізмів, який мікрофлора при цьому використовує, описаний в січневій статті в Nature Communications: бактерії виділяють короткі жирні кислоти, які пригнічують активність ферментів, які керують упаковкою ДНК . Якщо ДНК щільно упакована білками, то гени в ній недоступні для зчитування і тому неактивні, якщо ДНК упакована нещільно, то, навпаки, гени активно працюють. І якщо бактерії працюють з такими фундаментальними молекулярними процесами, чи варто дивуватися їх впливу? Чи варто дивуватися, що вони можуть навіть симптоми аутизму послабити ?
У той же час ми самі можемо вплинути на наших бактерій - за допомогою їжі і якихось харчових добавок. Правда, іноді такі добавки спрацьовують не так, як ми чекаємо. Наприклад, бажаючи допомогти нашій мікрофлорі, ми іноді приймаємо пробіотики. Але, як показали дослідники з Інституту Вейцманом, бактерії з пробіотичних препаратів в деяких випадках можуть працювати проти природної мікрофлори людини.
У довготривалій перспективі низкоуглеводная дієта може бути не так вже корисна. (Фото: dstaerk / Depositphotos )
В цілому про взаємини мікробів з їжею можна дізнатися зі статті «Мікроби для здоров'я» . Окремо ж ми хочемо виділити кілька досліджень про їжу, результати яких йдуть врозріз із звичними уявленнями. По-перше, це повідомлення про те, що макарони не повний , - завдяки низькому глікемічним індексом пасти її можна їсти навіть тим, хто сидить на дієті; по-друге, ця заява Європейського кардіологічного товариства, що низкоуглеводная дієта може призвести до ураження ; по-третє, дослідження в Circulation: Heart Failure, в якому говориться, що багато білка в їжі може пошкодити серця .
Зрозуміло, багато досліджень про їжу стосується надмірної ваги. У 2018 року ми дізналися, що ожиріння псує не тільки фігуру і обмін речовин, але і розумові здібності - ще один вагомий аргумент на користь того, щоб перейти на більш здорове харчування. Втім, тут справа не тільки в здоровому харчуванні, а й загалом розпорядку дня: якщо ми хочемо їсти менше солодкого, потрібно більше спати ночами , Крім того, безсонна ніч сама по собі додає нам жиру , Одночасно послабляючи м'язи.
Через фастфуду імунітет запускає непотрібне запалення. (Фото: stockfoto-graf / Depositphotos )
Якщо ж говорити про конкретні механізми того, як шкідлива їжа змушує нас товстіти, то тут не обходиться без імунітету: на початку року ми писали про статтю в Cell, в якій говорилося, що імунна система в буквальному сенсі звіріє від фастфуду: через дієти , багатої жирами і вуглеводами, імунітет починає загальну запальну реакцію з довготривалими наслідками.
Про імунітет і ліки
Заговоривши про їжу, ми торкнулися відразу кілька дуже великих наукових предметів: тут і мозок з нейронами, і добові ритми зі сном і неспанням, і імунітет, і серце з судинами. І всюди, всюди були свої цікаві досягнення, і говорити про них порізно тим важче, що все це дуже часто взаємопов'язано один з одним. Мозок ми залишимо на другу частину нашого огляду, а зараз спробуємо побіжно нагадати імунно-медичні новини.
Імунітет невпинно полює на бактерій (а також на вірусів та інших паразитів). Бактерії ж намагаються імунітет обдурити, причому іноді їм в цьому допомагають віруси: дослідники з Тюбінгенського університету опублікували в Nature статтю про те, як вірусний ген дає бактеріям фермент, який маскує їх від антитіл . Крім того, білки деяких бактерій схожі на наші власні, щоб імунна система брала їх за «своїх», а не за «чужих». Однак на цей випадок у імунітету є своя хитрість - браковані В-лімфоцити і погані антитіла , Які, як виявилося, в таких випадках виявляються дуже до речі, дізнаючись замаскованих ворогів. Вбивають же бактерій імунні клітини різними способами, і одне з них антибактеріальних засобів - це хлорнуватиста кислота (з якої роблять хлорне вапно, або «хлорку»): як тільки бактерія виявляється всередині імунної клітини, та миттєво заливає видобуток хлорованим окислювальним коктейлем .
На імунітет впливають найрізноманітніші чинники. Про фастфуд ми вже говорили; заодно можна згадати статтю в The Lancet Oncology про те, що імунотерапія сильніше допомагає чоловікам, ніж жінкам - позначаються фізіологічні відмінності між статями, а також роботу дослідників з Уорікського університету про те, як імунітетом управляє температура .
Частинки вірусу грипу під електронним мікроскопом. (Фото: Sanofi Pasteur / Flickr.com )
Якщо ж імунна система працює не дуже добре, ми намагаємося їй допомогти. Наприклад, вакцинами - в році, що минає з'явилася експериментальна вакцина відразу проти кількох штамів грипу . (Через сильну мінливості вірусу грипу нам до сих пір доводиться регулярно створювати все нові вакцини проти нього, але є надія, що врешті-решт вийде зробити універсальну ангріппозную вакцину.)
Або можна просто взяти ініціативу в свої руки і, якщо ми заразилися чимось бактеріальним, використовувати антибіотики.
Правда, як відомо, бактерії стають стійкими до антибіотиків, тому дослідникам доводиться постійно шукати все нові і нові антибактеріальні речовини. Співробітники Іркутського державного університету шукають їх в Байкалі, точніше, в рачках-бокоплави , Які в ньому живуть, а дослідники з Санкт-Петербурзького університету та їхні колеги з Національного інституту раку в Генуї пропонують посилити звичайні антибіотики особливими речовинами, які синтезують личинки м'ясних мух .
Ну і якщо ми торкнулися теми ліків, можна згадати три роботи, в яких якийсь вже відома лікарська речовина раптом проявляло якісь нові несподівані властивості. По-перше, співробітники Інституту теоретичної та експериментальної біофізики РАН виявили, що метформін - одне з найвідоміших ліків проти діабету другого типу - допомагає переносити радіоактивне опромінення ; правда, експерименти тут ставили тільки на щурах.
По-друге, як показали дослідники з Університету штату Нью-Йорк у Буффало, протираковий засіб ромідепсін допомагає послабити деякі симптоми аутизму (Експерименти теж ставили поки тільки на мишах). Нарешті, в зовсім недавній статті в Nature Communications говорилося про ліки, які використовують при деяких захворюваннях сітківки, але якому при цьому пригнічує ріст лейкозних клітин .
Насправді, для фахівців в таких нових властивостях старих ліків напевно немає нічого несподіваного - виходячи з того, як вони діють, можна було припустити, що вони спрацюють і при якомусь іншому розладі, просто поки ще це ніхто не перевіряв експериментально. Може, в майбутньому і до інших ліків вдасться придивитися докладніше, щоб краще розкрити їх потенціал заради нашої здоровішою і більш довгого життя.
Гранична тривалість людського життя поки залишається предметом суперечок. (Фото: tish1 / Depositphotos )
До речі, про тривалість життя. Біологи і медики, звичайно, всіляко шукають способи уповільнити старіння і зробити всіх нас довгожителями. Але багато хто задається питанням - а до яких меж це можливо? Чи є крайній термін людського життя, який неможливо подолати? Чіткої відповіді тут немає. Є статистичні дослідження, згідно з якими у людини є такий вік, після якого старіння саме по собі сповільнюється . З іншого боку, є інші дослідження, які стверджують, що таке уповільнення старіння - лише статистична помилка .
Якщо відволіктися від статистики і звернутися до молекулярно-генетичним механізмам, то, хоча про старіння відомо вже дуже багато, про межі життя ми поки судити навряд чи можемо. Втім, ніщо не заважає нам в індивідуальному порядку продовжувати власне життя, благо рецептів тут багато, і можна вибирати, чим саме її продовжувати: чи то рибою , Як кажуть в статті в Journal of Internal Medicine дослідники з Чжецзянського університету і Національного інституту раку, то чи релігією , Як пишуть в Social Psychological and Personality Science співробітники Університету штату Огайо.
І якщо бактерії працюють з такими фундаментальними молекулярними процесами, чи варто дивуватися їх впливу?Але багато хто задається питанням - а до яких меж це можливо?
Чи є крайній термін людського життя, який неможливо подолати?
