Prelegere "Suma biotehnologiei. Prezentul și viitorul biomedicinei. Genetica și copiii "la comandă". Alexander Panchin, Ph.D. (Biologie), cercetător științific, IPPI RAS, laureat al Premiului Iluminismului pentru carte.
"Problema creării de oameni modificați genetic este doar timpul, aproximativ zece ani". Biomedicina ne deschide oportunități fără precedent: abordări fundamentale noi în tratamentul infecției cu HIV, a cancerului și a altor boli, nașterea copiilor de la trei părinți, schimbările de memorie și chiar învierea neandertalilor.
Alo Astăzi voi vorbi despre mai multe biotehnologii fundamentale importante. Voi începe cu o poveste despre cea mai populară tehnologie, numită CRISPR / Cas9, și despre senzațiile asociate cu ea. Apoi voi vorbi despre ce alte tehnologii biomedicale sunt în viitor și în prezent.
CRISPR / Cas9 - tehnologie, care este deja stabilit în viața noastră, sunt organisme realizate cu ajutorul ei modificate genetic, acestea trec printr-un sistem de înregistrare simplificată în țările occidentale, cum ar fi acele ciuperci care nu se înnegresc în aer. Recent, a fost făcută o altă roșie, care nu necesită auto-polenizare. Poți să faci oameni modificați genetic. Între timp, oamenii nu au fost făcuți, dar au fost făcuți embrioni modificați genetic. Prima lucrare a fost făcută folosind această tehnologie CRISPR / Cas9 în China. Acum, în Marea Britanie este permisă efectuarea de studii suplimentare privind această tehnologie. Problema creării de oameni modificați genetic este doar o chestiune de timp, cred, aproximativ zece ani. Această tehnologie a permis să facă ceea ce se numește o reacție în lanț mutagene. Aceasta este o modalitate de a înțelege legile privind ereditatea lui Mendel. Adică, de obicei transferăm doar o parte a unora dintre gene noastre la descendenții noștri, dar putem face o modificare genetică care va fi transmisă tuturor descendenților săi. Gena pe care le suferă, ea poate sari de cromozomi paterni la părinte, un părinte la tatăl său, și, astfel, devine toți descendenții organismului - aceasta ne permite să se angajeze în ingineria genetică și populația. Putem face ca unele gene din corp să înceapă să funcționeze după ce le luminăm asupra lor, adică controlul optogenetic al genelor organismului. Și putem face ca genele să se schimbe, după ce le-am strălucit cu lumină de o anumită lungime de undă, mulțumită tehnologiei CRISPR / Cas9.
Ce este? A fost împrumutat de oameni din bacterii care au un astfel de sistem de imunitate antivirală. Iată un virus [arată un diapozitiv - aprox. ]. Colțul din dreapta sus arată cum virusul își injectează ADN-ul într-o celulă bacteriană, iar apoi bacteria poate să ia o bucată din acest ADN și să o construiască într-un loc special în genomul său numit casetă CRISPR. Și diferite culori arată diferite fragmente de viruși pe care bacteria și strămoșii ei le-au întâlnit în întreaga istorie evolutivă. Acesta este un fel de reaprovizionare a bazei de date a memoriei antivirale în această bacterie. Apoi, bacteria poate crea copii singulare catenare ale acestor fragmente de virusuri în număr mare. Ea are o proteina speciala numita cas9, el ia astfel de fragmente, și, la fel ca amprenta de poliție în căutarea contravenientului, este nevoie de fragmente de viruși și care caută virusuri complete in interiorul bacteriilor si le distruge. Frumusețea acestui lucru este că dacă alunecați această veveriță Cas9, acest polițist, alte amprente, adică alte secvențe ale acestor ARN-uri, atunci îl puteți forța să taie ADN-ul în orice loc de care aveți nevoie. Adică, puteți programa acest sistem. Și din acest motiv putem folosi nu numai în cazurile pe care le-am menționat deja, dar, de asemenea, de exemplu, pentru a crea un virusurile rezistente la bacterii, nu, și are o serie de alte grupuri, de exemplu, plante rezistente la virusuri, sau chiar celule umane, care sunt rezistente la un virus cum ar fi virusul imunodeficienței umane. Particularitatea acestui virus constă în faptul că el este capabil să își construiască materialul genetic în celulele noastre - celulele sistemului imunitar și, prin urmare, ele pot exista. Deja făcute în tuburi de testare pe cultura celulelor umane sunt celulele în care acest HIV este excizat, adică nu le poate infecta. În viitor, acest lucru ne va permite să creăm abordări fundamentale noi în tratamentul infecției HIV și poate chiar prevenirii acesteia. Dacă putem face reduceri punct foarte în ADN-ul, atunci putem face și rata foarte la fața locului, pentru că dacă ați reușit, ar putea fi ceva pentru a construi, și, prin urmare, aceste tehnologii sunt folosite pentru a crea celule umane modificate genetic, animale, plante , bacterii, ciuperci și tot ceea ce doriți.
Vă voi spune câteva exemple despre ce inginerie genetică, în general, nu neapărat cu ajutorul CRISPR / Cas9, dar și a altor metode, vă permite să faceți cu animalele. În stânga vedeți un șobolan umflat, este modificat genetic, gena care codifică proteina myostatin este dezactivată, această proteină limitează creșterea masei musculare, iar acum putem crea șoareci super-puternici. Nu știu dacă vor exista oameni foarte puternici în viitorul apropiat, dar teoretic tehnologia există și am putea să o facem.
Poți să faci animale umanizate. Animalele umanizate sunt animale în care o parte din gene sau unele dintre celule sunt originare de origine umană. De exemplu, o persoană are o genă care codifică o proteină numită FOXP2. Este important, deoarece mutația în această genă duce la încălcarea discursului uman. Puteți lua un mouse (și sa făcut) și versiunea sa de această genă, care diferă de cea umană, este înlocuită de un om. Desigur, mouse-ul nu a vorbit, dar sa dovedit că se descurcă mai bine cu anumite sarcini intelectuale. Aceasta este sarcina științei fundamentale, dar putem folosi animale umanizate în scopuri medicale practice. De exemplu, creați șoareci modificați genetic care, din momentul nașterii, nu au un sistem imunitar și apoi transporta celulele sistemului imunitar uman în ele. Si atunci aceste soareci pot fi infectate, de exemplu, același virusul imunodeficienței umane, care in mod normal nu infecteaza soareci, si pentru a explora modul în care acest virus distruge celulele, respectiv, experimentul cu ei, pentru a verifica ce medicamente oferă o protecție eficientă împotriva virusului, etc. .
Este posibil să faci un păianjen uman? Cred că toată lumea se ocupă de această problemă. Spider-Manul nu a fost făcut încă, dar au făcut o capră de păianjen. Se pare, desigur, ca de capră obicei, dar laptele ei este produs de web, deoarece web - este o proteină și un păianjen au o genă care codifică pentru această proteină, putem trece la capra, pentru a produce această proteină din lapte. Materialul obținut din aceste caprine este denumit "biostal", fiind dezvoltat de compania canadiană Nexia. Există două idei despre ceea ce ar putea fi necesar. În primul rând, acest material este mai puternic și mai ușor decât Kevlar, astfel încât, teoretic, puteți utiliza pentru a crea un antiglonț veste, și totuși el este foarte bun pentru crearea de suturi chirurgicale biodegradabile pentru rezistența și biodegradabilitatea acestora.
Dar putem schimba genele unui organism adult? Este clar că avem trilioane de celule, fiecare celulă este greu de schimbat din punct de vedere genetic. Dar există oameni care suferă de boli genetice, care ar dori să ajute. Și, destul de ciudat, virusii ne ajută aici. Deoarece virușii pot infecta unele dintre celulele noastre, ei pot livra materiale genetice în ele. Și adesea nu avem nevoie să reparăm toate celulele umane pentru a repara un defect, dar unele dintre ele pot fi reparate. De exemplu, există o boală hemofilie, în care sângele este slab drenat. Acest lucru se datorează faptului că celulele hepatice nu produc suficient factor specific de coagulare a sângelui. Putem lua un virus care infectează în mod normal, celulele hepatice, scapa-l de material genetic dăunătoare și să înlocuiască materialul genetic, lasandu-l doar o carapace care de fapt trebuie să pătrundă în celulă. Puneți în această coajă o gena care funcționează, care codifică factorul de coagulare. Apoi injectăm un astfel de virus la pacienți, el găsește acest virus al celulelor hepatice, contribuie la materialul genetic al acestora. Și, cu toate că o recuperare completă la om nu a fost încă observate în studiile clinice, dar ele incep sa apara propriul factor de coagulare, în unele, dacă nu sunt suficiente, pentru a fi sănătos, dar este suficient pentru a reduce cantitatea de simptome de boală. O astfel de terapie genică intră foarte activ în practică.
O proteină foarte importantă care a fost eliminată de oameni și găsită în alge se numește canalorhodopsin. Este o proteină care poate reacționa la lumină. Atunci când primește o culoare albastră, acționează ca un astfel de canal, aici este partea exterioară a celulei de sus, partea interioară a celulei de dedesubt și, ca răspuns la lumină, proteina lăsă ionii de sodiu în celulă. Pentru alge, în care această proteină apare în mod normal în natură, este un semnal că este lumină, trebuie să faceți fotosinteza. Dar dacă ne vom muta aceasta proteina in celulele nervoase ale unui mamifer, avem celule nervoase activat de lumină, din cauza unei celule nervoase care semnal - la intrarea ionilor de sodiu - este un semnal activarea transmisiei de generare a impulsului nervos. Și astfel putem crea celule nervoase activate de lumină și să învățăm cum funcționează creierul, ce se întâmplă dacă se activează o anumită celulă. Și putem folosi acest lucru pentru tratamentul anumitor boli. Până acum, acest lucru se face la șobolani. Există o boală în care retina este distrusă. Aici avem conuri și coarde [arată pe diapozitiv - aprox. ] Sunt celulele care răspund în mod normal la lumină. Și înainte de a le localiza celulele ganglionare - ele generalizează semnalul din aceste celule și le transferă mai departe către creier și se întâmplă ca aceste celule să moară. Apoi, oamenii de știință au venit cu următoarele: au șobolanii în care sunt ucise celulele, și transportate de genele unui virus lui in celulele de proteine sensibile la lumina kanalorodopsinov și a luat șobolani, care pot fi orientate în spațiu, fără conuri și tije. Au început să treacă mai bine prin labirint. Aceasta nu este încă o viziune deplină, însă aceasta este o îmbunătățire semnificativă a situației anterioare.
Cele mai interesante experimente folosind această abordare (denumită optogenetică) au fost făcute de cercetătorul Susum Tonegawa pe rozătoare, prin care a schimbat memoria. Experimentul a constat din următoarele: create rozătoare modificate genetic, care, în cazul în care nu a dat un medicament specific, acele celule nervoase care sunt active in creier, la un moment dat, ei încep să producă kanalorodopsin și sunt etichetate, adică, să devină o lumină activată. Ele se nasc de la naștere pe un medicament care interferează cu acest proces, iar apoi sunt îndepărtate din acest medicament și plasate într-o cameră, în mod condiționat roșu. Și acele celule care erau active în timp ce mouse-ul era în această cameră erau etichetate. Apoi, acest mouse este transferat într-o altă cameră, iar în cealaltă cameră sunt șocați simultan și strălucesc în zona creierului, care se presupune că este asociată cu definirea locației în spațiu. Iar astfel de soareci încep să se teamă de camera în care nu au fost niciodată electrocutați. Experimente similare s-au făcut cu stimuli pozitivi. Acest lucru ne spune că memoria nu este un fel de proprietate a sufletului, ci un lucru atât de material, pe care oamenii de știință deja știu să îl lase chiar și în modele simple, dar deja se schimbă.
Un alt domeniu al ingineriei genetice este lupta împotriva cancerului. Aici, una dintre cele mai interesante evoluții este crearea celulelor sistemului imunitar uman, care ar putea recunoaște anumite tipuri de celule canceroase. De obicei, pacientul își ia propriile celule ale sistemului imunitar, le pune într-un tub de testare, în cazul în care modificările genetice necesare se fac cu ele, după care aceste celule sunt returnate pacientului, iar aceste celule luptă împotriva cancerului. Acest lucru a atins deja stadiul cercetărilor clinice în care există rezultate pozitive și cred că în 10-20 de ani toate acestea vor intra în practici mai extinse. Iată un exemplu de fată care a fost vindecată cu o tehnologie similară de leucemie. Povestea este specială, deoarece pentru tratamentul celulelor nu s-au folosit nu din ea, ci și unele celule universale care sunt potrivite pentru un număr mare de destinatari. Adică, în 20-30 de ani vă puteți imagina că medicamentul nu este de la toată lumea, dar din unele tipuri de cancer va arăta ca o injecție celulară, pe care o puteți cumpăra într-o anumită companie, tocmai o introduceți, iar apoi cancerul dispare. Nu toate cancerele vor fi tratate în acest fel, dar unii vor.
Există o problemă de îmbătrânire. Ce putem face aici cu ajutorul ingineriei genetice. Când molecula ADN se dublează, este aranjată astfel încât să se scurteze puțin de vârfuri. Și pentru a se asigura că această scurtare nu afectează genele importante care sunt situate în cromozomi, cromozomii au astfel de patch-uri de protecție pe laturi, numite telomeres. Și ele sunt scurtate, pe măsură ce corpul devine vechi. Dacă luați celulele organismului vechi, atunci ele vor avea telomeres mai scurte decât cele ale celor tineri. Acesta nu este singurul factor de îmbătrânire, dar este, de asemenea, considerat important. Și există celule în corpul nostru care nu se scurtează deoarece au o enzimă specială numită telomerază și el poate construi aceste sfaturi telomere până la întreaga lor lungime. Și acum ideea a apărut - și că dacă luăm viruși și cu ajutorul virușilor, această telomerază va fi livrată celor mai diverse celule ale organismului îmbătrânit. Sa făcut pe rozătoare și a avut o extindere de aproximativ 20% a vieții. Se aștepta ca acești rozătoare să aibă mai multe șanse de a suferi cancer, deoarece telomerazia promovează diviziunea celulară, dar de multe ori nu a suferit cancer. Aici este un rezultat atât de interesant, rămâne doar să se efectueze cercetări asupra oamenilor și, poate, oamenii o vor ajuta, deși nu sunt garantate.
O altă biotehnologie, care mi se pare foarte importantă, este clonarea. Îți amintești Dolly de miel. Ce este clonarea? Avem un donator de ovule - o oaie, îi dă ouălui, un ou este scos din ou și se obține un ou gol. Apoi, acesta este strămoșul mielului Dolly. Este nevoie de o celulă din adulți, adică de un set de cromozomi de origine maternă și paternă, cu un set dublu de cromozomi, să scoatem nucleul și să îl transferăm într-un ou gol. Și se pare că un astfel de ou cu un nucleu începe să se dezvolte ca un embrion. Un astfel de embrion trebuie doar să deplaseze oaiele surogat, iar tu să-l iei pe Dolly, mielul din ea, ea sa născut. De fapt, aceasta nu este prima clonare care sa întâmplat. În Rusia a fost ceva foarte asemănător, în laboratorul unui om de știință numit Chailakhyan. Au făcut aproape același lucru, numai cu mouse-ul, numele ei era mouse-ul Mashka. Au luat celule nu de la un organism adult, ci de la un embrion. În principiu, tehnologia este la fel.
Și ceea ce este interesant este că o astfel de asemănare a clonării este deja utilizată în scopuri medicale. Probabil ați auzit despre copiii de la trei părinți. Istoria este legată de faptul că nu există nu numai materialul genetic în nucleu, unde cromozomi materne și paterne, dar încă mai au mitocondrii - ei au propriul lor ADN-ul, membrana celulelor sale, ele plutesc în citoplasmă. Și se întâmplă ca aceste mitocondrii să fie distruse. Și din moment ce acestea sunt transmise numai pe linia maternă, atunci dacă mama are această boală mitocondrială, atunci toți descendenții ei vor fi bolnavi. Și, în scopul de a vindeca aceasta boala, ia embrionul, care poate fi obținută în cel mai simplu mod clasic (tatăl, mama a da naștere la un embrion), acesta este eliminat din miez, și acesta este transferat într-un ou cu mitocondriile sănătos, care a oferit oa doua mamă sănătoasă. Contribuția ei genetică va fi mai mică decât cea a primei mame, dar, de asemenea, destul de semnificativă. Și atunci o astfel de celulă este transferată acelei prime mamă și ea dă naștere unui copil sănătos. Iată un exemplu de fată în mijloc - o fată care sa născut cu ajutorul acestei tehnologii, totul este bine cu ea. La un moment dat, această tehnologie a fost interzisă și acești copii nu mai apar. Recent a fost permisă din nou. Clonarea tehnologia este foarte util, pentru că dacă faci o celulă care va fi modificat gene, puteți din această cușcă, trebuie să se mute nucleul în ou și apoi clonat și ieși din ea organism modificat genetic. Unul dintre lucrurile care pot fi făcute, de exemplu, este de a reînvia o specie dispărută, așa cum a sugerat omul de știință George Church (un biotehnolog foarte cunoscut) cu un mamut. Unul dintre locurile presupuse (teoretice până în prezent), unde mamuții ar putea să se reproducă, este să facă un parc Pleistocen în Rusia. Pentru a clona un mamut, ar fi de dorit, desigur, să aibă o celulă de mamut sănătos, din care ai putea lua doar miezul, mutați într-un ou elefant și de a lua un pui de mamut. Dar nu am găsit încă o celulă sănătoasă. Dar există genomul ADN-ului mamut să-l păstrați, astfel încât să putem merge într-un mod sens giratoriu - poate lua cusca elefant, unul după altul pentru a face la mutații care aduc cușcă elefant într-o celulă a unui mamut, iar apoi se transferă nucleul celulei în ou de un elefant, și să se nască mamut. Dar dacă putem face acest lucru cu un mamut, atunci am putea face Neanderthal. La întrebarea în ce măsură biotehnologiile moderne ar putea merge pentru a schimba o persoană. Neandertalienii aveau un creier mai mare, i-am ucis în timp util, îi putem învia. Deci, un nou remediu pentru cancer, un nou remediu pentru viruși și Neanderthal. Vă mulțumesc pentru atenție.
Trimiteți-le prietenilor: