Как подружить гены в клетках. Коктейль молодости, светящиеся котики, напечатанные органы и другие прелести науки - Ангелина Владимировна Потапова

Ошибки митохондрии

В каждой клетке организма имеется набор органелл, благодаря которым клетка осуществляет все жизненно необходимые процессы. Еще в первой главе мы выяснили, что митохондрии – это органеллы, которые занимаются окислением органических веществ, производя при этом молекулы АТФ. При этом у митохондрии есть отличительная особенность: в ее цитоплазме содержится кольцевая молекула ДНК, наследуемая только по материнской линии. Мутации в такой ДНК тоже могут вызывать генетические заболевания. Чтобы они проявились, необходимо, чтобы подавляющий процент митохондриальной ДНК (мтДНК) в организме был с мутацией. Чем больше процент, тем тяжелее форма заболевания.

Тенденция понятна: нужно стремиться снизить процент мтДНК с мутацией в клетках. Еще в 2018 году удалось эффективно снизить процент дефектной мтДНК в клетке и заместить нормальной [15]. Михал Минчук и его команда биологов из Кембриджского университета применили это экспериментальное лечение на мышах, и оно увенчалось успехом. Однако такой способ не будет работать, если поврежденной ДНК слишком много.

В новом исследовании Минчук решил использовать инструмент для биологического редактирования под названием DdCBE [16]. DdCBE – редактор доставляли в сердце мыши с использованием векторов аденоассоциированного вируса (AAV), и там он производил нужные ученым изменения мтДНК у взрослых и новорожденных мышей.

Такой способ в будущем может помочь редактировать геном, чтобы вылечивать некоторые генетические заболевания и заставить митохондрии работать правильно.

В предыдущий главе я рассказала о том, что ученые создали органоиды разных органов, и вот не так давно их коллеги смогли вырастить трехмерную модель человеческого пищевода, чтобы эффективнее подобрать терапию от рака этого органа. Исследователи собрали образцы ткани пищевода у здоровых людей, которым делали эндоскопию. Из этой ткани ученым удалось создать стволовые клетки путем репрограммирования таким же образом, как при создании, например, искусственного кишечника, о котором вы уже знаете. Но самое интересное в этом эксперименте то, что они смогли объединить клеточные технологии и технологию геномного редактирования [17]. Так, с помощью CRISPR/Cas9 исследователи удалили ген, регулирующий деление и рост клеток. Благодаря этому в органоидах в больших количествах начали появляться раковые клетки, а сам органоид стал моделью протекания онкологического заболевания. Теперь на этом органоиде можно проводить исследования противораковой терапии, не используя при этом живых пациентов.

Такие исследования дают надежду на то, что вскоре мы сможем проводить абсолютно любые манипуляции с любыми органами, а людям с заболеваниями, при которых требуется трансплантация, не придется ждать годами «свой орган».

Будущее за такими технологиями!

Заключение

Когда я писала эту книгу, то почему-то думала, что она будет без заключения. Ведь я никого не учу, ни к чему не призываю и не побуждаю, не мотивирую.

Все, что я хотела, это рассказать о том, что сейчас, в момент написания этой книги, наука находится на том самом этапе, когда уже изучили достаточно много, чтобы редактировать геном, но еще не нашли те идеальные ножницы, которыми можно будет спасать жизни. На том этапе, когда клетку можно вернуть к ее «первозданному» состоянию, добавив лишь коктейль из четырех генов, но контролировать эти клетки так сложно, что приходится их метить магнитными частицами и применять различные другие хитрости. На том этапе, когда мы при помощи генной терапии пытаемся лечить нейродегенеративные и онкологические заболевания, но найти механизмы возникновения всех на свете синдромов пока не можем.

Изначально я хотела назвать книгу «В поисках ГМО», написать о том, какая генетика классная, как она спасет нас всех, и все у нас будет хорошо. Но, как обычно, по закону жанра, что-то пошло не так. И вот я уже пишу про свои любимые стволовые клетки, которым посвятила более пяти лет жизни, а это ни много ни мало 1/6 моего существования. А потом решаю еще и сдобрить все это генной терапией и смешать напоследок. Я уверена, что если люди научатся договариваться, работать в команде, объединять усилия независимо от национальности, ориентации, расы, то наука сделает огромный шаг вперед и наши дети и внуки не будут страдать от тех заболеваний, которые нас убивают.

ОТ НАУЧНОГО РЕДАКТОРА

Мир стремительно меняется, и книга, которую вы сейчас дочитали, показывает направление этих изменений с генетической точки зрения.

Предлагаю напоследок, до того, как вы закроете книгу, провести небольшой эксперимент! Наверняка по ходу чтения у вас возникали мысли о том, что же будет с той или иной новой технологией через пару десятков лет. Запишите эти предположения о будущем. С этими записями дальше можно сверяться раз в 5 лет, а через 20 лет вам будет крайне интересно узнать, каким же вы представляли этот мир, когда были помладше.

Очень надеюсь, что вам понравилось читать о новых исследованиях и научных открытиях. И еще больше надеюсь, что вы узнали для себя что-то новое и интересное.

Литература

Глава 1

1. Инге-Вечтомов С. Г. Генетика с основами селекции: учебник для студентов высших учебных заведений ⁄ С. Г. Инге-Вечто-мов. – СПб.: Изд-во Н-Л, 2010. – 720 с. – ISBN 978-5-94869-105-3.

2. Kouser, S., Spielman, D.J., Qaim, M. (2019). Transgenic cotton and farmers’ health in Pakistan. PLoS ONE 14(10): e0222617. https:// doi.org/10.1371/journal.pone.0222617.

3. Панчин А. Ю. Сумма биотехнологии. Руководство по борьбе с мифами о генетической модификации растений, животных и людей ⁄ А. Ю. Панчин. – М.: ACT, 2015. – 432 с. – ISBN 978-5-17-093602-1.

4. Ma, P., Li, T., Ji, F., Wang, H., Pang, J. (2015, Aug 15). Effect of GABA on blood pressure and blood dynamics of anesthetic rats. Int J Clin Exp Med 8(8): 14296-302. PMID: 26550413; PMCID: PMC4613098. Retrieved from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/ articles/PMC4613098/.

5. Wongsrikeao, P., Saenz, D., Rinkoski, T. et al. (2011). Antiviral restriction factor transgenesis in the domestic cat. Nat Methods 8, 853–859. https://doi.org/10.1038/nmeth.1703.

6. Hadjantonakis, A.-K., Gertsenstein, M., Ikawa, M., Okabe, M., Nagy, A. (1998). Generating green fluorescent mice by germline transmission of green fluorescent ES cells. Mechanisms of Development, 76(1–2), pp. 79–90, ISSN 0925–4773. https://doi. org/10.1016/S0925-4773(98)00093-8.

7. Mitiouchkina, T., Mishin, A.S., Somermeyer, L.G. et al. (2020). Plants with genetically encoded autoluminescence. Nat Biotechnol 38, 944–946. https://doi.org/10.1038/s41587-020-0500-9.

8. Aryan, A., Anderson, M.A.E., Biedler, J.K., Qi, Y„Overcash, J.M. et al. (2020 July 28). Nix alone is suffi cient to convert female Aedes aegypti into fertile males and myo-sex is needed for male fl ight. Proc Natl Acad Sci USA.; 117(30): 17702-17709. DOI: 10.1073/ pnas.2001132117. Epub 2020 Jul 13. PMID: 32661163; PMCID: PMC7395513.

9. Abuelo,