для чего нужна биология человеку

Углеродный шовинизм

Стартап Orchid выбирает эмбрионов с лучшими генами для ЭКО

Стартап 29-летней выпускницы Стэнфорда Нур Сиддики проводит полное секвенирование генома эмбрионов-кандидатов на процедуру ЭКО, а затем вычисляет вероятность для будущего ребенка заболеть одним из более, чем 1200 заболеваний, в которых ту или иную степень влияния оказывают гены, включая аномалии развития нервной системы, предрасположенность к раку, диабету, шизофрении и др. И выбирает лучших.

Такие процедуры уже какое-то время существуют в репродуктивных клиниках, но они секвенируют всего 0,25% всего генома, тогда как Orchid читает почти 99%. Цена вопроса - 2500 долларов за один эмбрион.

ЭКО происходит так. Пациентка проходит двухнедельный курс гормональной терапии, затем из нее извлекают яйцеклетки. Их оплодотворяют, затем эмбрионы проводят в инкубаторе несколько дней, в этот период и проводят генетические тесты, после чего они помещаются в матку пациентки.

У Orchid всего 16 сотрудников, но они уже представлены в 40 репродуктивных клиниках по всей стране и имеют тысячи клиентов, включая, по слухам, несколько известных имен из тех-индустрии.

Во время интервью Wired журналист задал Сиддики вопрос:

Представьте, что если бы подобная технология существовала раньше, и ваши бабушка и дедушка воспользовались ей, т. к. не хотели, чтобы их ребенок страдал от заболевания глаз, ваша мама бы не родилась и вы, соответственно, тоже. Думаете, это справедливо?

Ну и дальше следует диалог типа:

- Я не удаляю свою мамку.

- Но типа как бы задним числом существует мир где ты ее типа стерла.

- У меня была бы мамка, но она бы не страдала.

- Ты бы не увидела, как она страдает, потому что не существовала бы.

- Это была бы другая я.

- Но ведь именно страдания твоей мамки побудили тебя попытаться улучшить мир.

И т. д.

Это не единственный раз когда вокруг стартапа велись этические дискуссии, его уже сравнивали с Гаттакой и Дивным новым миром.

Тромбоциты восстановили когнитивные способности стареющего мозга

Ученые из Австралии обнаружили необычные свойства вещества, которое вырабатывается тромбоцитами после занятий физкультурой. Интересно, что им можно воспользоваться даже без спорта.

Гиппокамп мыши. Микроскопическое изображение в искусственных цветах

Многие исследования показывают, что регулярные физические упражнения замедляют возрастное ухудшение когнитивных способностей, а также служат хорошей профилактикой болезни Альцгеймера. Эксперименты на животных подтвердили, что физическая активность приводит к возникновению новых клеток в гиппокампе (участвует в формировании памяти) — части мозга, отвечающей за обучение, долговременную и кратковременную память — и выработке экзеркинов (сигнальные молекулы, которые несут пользу для здоровья).

Однако о молекулярных механизмах того, как физкультура улучшает мозг, и о том, что именно выступает источником выработки экзеркинов, было мало что известно.

Несколько лет назад группа ученых из Квинслендского университета (Австралия) в экспериментах на молодых мышах выяснила, что при физических нагрузках у животных вырабатывается особый хемокин — тромбоцитарный фактор 4 (PF4), авторы называют его экзеркином PF4. Исследователи также узнали, что за выработку PF4 отвечают тромбоциты — безъядерные клетки, которые, как считалось ранее, ответственны лишь за свертывание крови при кровотечениях. Когда этот экзеркин доставлялся в мозг мышей, он способствовал образованию новых клеток (нейрогенез) в гиппокампе.

Теперь же ученые провели новые эксперименты, уже на пожилых мышах. В частности, они попытались выяснить, как тромбоциты и экзеркины повлияют на мозг этих грызунов и сможет ли PF4 «запустить» нейрогенез в гиппокампе, а также замедлить снижение когнитивных способностей. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Для эксперимента ученые взяли две группы старых мышей. Первой вводили физраствор, а второй — вещество PF4, после чего смотрели, как изменятся их способность к обучению и память, то есть функции, связанные с работой гиппокампа.

Грызуны, которым вводили PF4, показали лучший результат в тестах на память и обучение, чем мыши, которым вводили физраствор. Ученые пришли к выводу, что у старых животных из второй группы произошло омоложение мозга, «запустился» нейрогенез и улучшились когнитивные способности.

«Наше исследование показало, что экзеркин PF4, который вырабатывается тромбоцитами после тренировок, омолаживает мозг и улучшает когнитивные способности у пожилых особей», — объяснил Одетт Лейтер, ведущий автор исследования.

Лечение на основе вещества PF4 не станет полноценной заменой физическим упражнениям, подчеркнули ученые. Однако для пожилых, не способных заниматься спортом из-за проблем с подвижностью, как и для более молодых людей, ленящихся упражняться, это открытие может быть весьма полезно. Пусть экзеркин PF4 — лишь суррогат нормальных упражнений, который не может омолодить организм так же, как спорт, для тех, кому недоступен полноценный аналог, интерес может представлять и такой заменитель.

В будущем австралийские ученые планируют провести испытания на людях, но прежде они намерены выяснить, как мыши с болезнью Альцгеймера реагируют на PF4.

Статья спизжена отсюда

Биологи научились контролировать гены электричеством

Швейцарские ученые смогли внести в клетки человека генетические модификации, благодаря которым определенные гены стало возможно избирательно включать с помощью слабого тока. Концепцию удалось подтвердить и в экспериментах на животных, запуская у них производство инсулина простым нажатием переключателя. Авторы, статья которых опубликована в журнале Nature Metabolism, надеются, что их разработка поможет в создании медицинских имплантов для генной терапии.

В самом деле, сегодня врачи и пациенты сплошь и рядом прибегают к использованию компактных электронных имплантов, которые помогают отслеживать сердцебиение или уровень глюкозы в крови. Устройства, активно корректирующие состояние организма, встречаются намного реже, и до сих пор нет ни одного, которое помогало бы в генной терапии — новейшем подходе к лечению болезней за счет внесения точечных изменений в геном соматических определенных клеток.

Проблема в том, что генетика и электроника — вещи крайне далекие друг от друга, и регуляция активности генов производится биохимическими сигналами и инструментами. Восполнить пробел между ними может концепт, разработанный командой Мартина Фуссенеггера (Martin Fussenegger) из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich), — методика, которую авторы назвали DART (DC-Actuated Regulation Technology, «Технология регуляции (генов) постоянным током»).

Система опирается на тот факт, что слабый ток приносит в клетку свободные электроны, что, в свою очередь, приводит к увеличению концентрации реактивных форм кислорода (ROS), таких как пероксид. В клетке уже есть целый набор белков, способных служить естественными детекторами таких радикалов, включая KEAP1, который участвует в подавлении опухолей. Заметив накопление реактивного кислорода, KEAP1 высвобождает сигнальный протеин NRF2, тот проникает в клеточное ядро и запускает ряд антиоксидантных и противовоспалительных механизмов.

Первые эксперименты показали, что слабый (4,5 вольта) постоянный ток не создает достаточно ROS, чтобы активировать систему KEAP1/NRF2. Поэтому ученые модифицировали клетки, внеся в них дополнительные гены KEAP1/NRF2, а также изменив промоторы — участки ДНК, запускающие работу того или иного гена — на которые воздействует NRF2. Такие клетки «в пробирке» уже реагировали на действие тока, включая ген инсулина, который управлялся соответствующими промоторами.

ГМ-клетки в лабораторных мышах активировались через электроды, связанные с тремя обычными батарейками АА

Работоспособность технологии DART подтвердили и следующие опыты на лабораторных животных. Ученые взяли модельную линию мышей, предназначенных для исследований диабета первого типа, поместили производящие инсулин ГМ-клетки в капсулы и внесли их в организм грызунов. Клетки стимулировали электрическим током разной силы и продолжительности, отслеживая концентрацию глюкозы в крови животных.

В итоге исследователи обнаружили, что синтез инсулина (а в результате и уровень сахара, который контролирует этот гормон) коррелировал с силой и временем включения «генно-электрического» интерфейса DART. Фактически несколько таких включений производили эффект, аналогичный нескольким уколам инсулина в сутки, которые требуются сегодня многим больным диабетом. Возможно, в будущем генная терапия, дополненная DART-имплантами, избавит их от этой мучительной процедуры. Достаточно будет датчика глюкозы, ГМ-клеток и обычной батарейки, которая «включит» их гены электричеством.

Статья спизжена отсюда

Адаптация приматов-инвалидов в дикой природе

Канадские исследователи изучили поведение приматов в естественной среде обитания и пришли к выводу, что те из них, кто имеет врожденные аномалии или покалечен в процессе жизни, вполне неплохо адаптируются к своим недостаткам. Они не только выживают, но и размножаются. Более того, им активно помогают сородичи.

Японская макака с врождёнными дефектами

Врожденные пороки развития, болезни и травмы, полученные во взрослом возрасте, бывают не только у людей, но и у животных. Это вовсе не означает, что такая особь в дикой природе непременно погибнет — она может жить и адаптироваться к своим недостаткам.

Ученые из Университета Конкордия (Канада) решили больше узнать о том, как такие животные выживают в дикой природе. Исследование, опубликованное в American Journal of Primatology, посвящено приматам. Специалисты проанализировали 2807 исследований, проведенных с 1931 по 2023 год. В работах изучались в общей сложности 125 видов, чаще всего это были шимпанзе. К другим видам относились японские макаки, макаки-резусы, макаки-крабоеды и оливковые бабуины. Из всего объема изученных работ ученые выделили 114 статей о физических недостатках приматов.

Выяснилось, что врожденные пороки развития больше характерны для макак, а вот травмы и болезни в процессе жизни чаще получали шимпанзе. По крайней мере, именно такие случаи были объектом проанализированных учеными работ.

Несмотря на физические недостатки, приматы смогли приспособиться — они адаптировали свое типичное для вида поведение, чтобы выжить и даже размножаться. Так, некоторые шимпанзе успешно передвигались на трех или даже двух конечностях (за неимением остальных) вместо обычных четырех. Приматы с физическими особенностями активно внедряли в свою жизнь новые способы функционирования. Если у них не было передних конечностей, они использовали предплечья, чтобы наклонить ветку с фруктами и поесть.

Интересно, что к нуждам детеныша-инвалида адаптировались и их родители. Они обеспечивали дополнительный уход, что не наблюдалось в случае здорового потомства. Более того, сородичи помогали своим родственникам с ограниченными возможностями. Например, самец японской макаки «усыновил» молодую обезьяну-сироту с физическими недостатками.

(1) Взрослый самец без кистей и с пороками развития ног;
(2) Тот же самец прыгает на двух ногах;
(3) Взрослый самец с пороками развития кистей ест картошку;
(4) Группа обезьян с ограниченными возможностями и без них занимается социальным уходом;
(5) Молодая самка с обширными пороками развития всех четырех конечностей, передвигается используя локти;
(6) Взрослая самка-инвалид ухаживает за сородичем без инвалидности, используя жесты ухода, характерные для инвалидов;
(7,8) Взрослый самец без инвалидности держит и ухаживает за младенцем-инвалидом, в то время как мать сидит рядом;
(9) Взрослая самка с сильно уродливыми руками сжимает зерно в жесте кормления, характерном для инвалидов

«Приматы находят способы изменить свое поведение — например, уникальный стиль передвижения, ношение своих детенышей, методы поиска пищи, а также индивидуальный стиль социального ухода, чтобы компенсировать свои физические недостатки», — рассказала одна из авторов работы Сара Тернер.

Еще ученые узнали, что примерно 60 процентов случаев инвалидности приматов были связаны с деятельностью человека. Обезьяны попадали в силки, предназначенные для других животных, получали увечья в результате столкновений с автомобилями, переносили инфекции, передающиеся от людей, или болели из-за воздействия загрязняющих веществ. Этот вывод оказался весьма неожиданным для исследователей, поэтому они рекомендовали уделить более пристальное внимание охране дикой природы.

Статья спизжена отсюда

Ген долголетия голых землекопов продлил жизнь мышам

Ученым удалось перенести ген долголетия голых землекопов — рекордсменов по продолжительности жизни среди грызунов — в ДНК другого вида. Получившие его мыши стали здоровее и прожили дольше.

Голый землекоп

Голые землекопы давно занимают умы исследователей. Эти живущие под землей чудо-звери размером с мышь не чувствуют боли, устойчивы к раку и другим возрастным болезням, включая нейродегенеративные, сердечно-сосудистые заболевания и артрит. Они способны жить до 41 года — это на порядок больше продолжительности жизни других грызунов такого размера.

Предыдущие исследования показали, что своей живучестью и повышенной стойкостью к онкозаболеваниям голые землекопы обязаны большому количеству высокомолекулярной гиалуроновой кислоты (HMM-HA) в организме. По сравнению с мышами и людьми уровень HMW-HA у голых землекопов примерно в десять раз выше.

Команда биологов из Рочестерского университета (США) решила попробовать перенести преимущества HMM-HA другим животным. В эксперименте ученые создали трансгенных мышей, которым пересадили ген голых землекопов, отвечающий за повышенный синтез высокомолекулярной гиалуроновой кислоты (nmrHas2). Результаты этой работы опубликовал журнал Nature.

У трансгенных мышей снизилась частота рака и улучшилось состояние здоровья

У мышей с повышенной от рождения nmrHas2 в тканях вырос уровень гиалуроновой кислоты, снизилась частота рака и улучшилось состояние здоровья. Наиболее заметным изменением стало ослабление воспалений во многих тканях. В сумме это привело к тому, что средняя продолжительность жизни трансгенных мышей увеличилась на 4,4%, а максимальная по группе — на 12,2%, по сравнению с обычными сородичами.

Почему высокомолекулярная гиалуроновая кислота так благотворно действует на здоровье, еще предстоит уточнить. Исследователи считают, что это связано со способностью HMM-HA непосредственно регулировать иммунную систему.

«В нашей работе мы доказали, что уникальные механизмы долголетия, которые сформировались у голых землекопов в процессе эволюции, можно переносить и использовать для продления жизни и улучшения здоровья других млекопитающих», — отметила профессор биологии и медицины Вера Горбунова, один из авторов исследования.

По словам Горбуновой, с момента открытия HMW-HA в организме голых землекопов и до демонстрации того, как это соединение улучшило здоровье мышей, прошло 10 лет. Следующая задача, которую ставит перед собой команда, — перенести преимущества высокомолекулярной гиалуроновой кислоты на людей. Предполагается, что этого можно добиться двумя путями: либо замедлить разложение HMW-HA, либо усилить синтез соединения в организме.

«Мы уже определили молекулы, замедляющие деградацию гиалурона, и проводим их доклинические испытания», — добавил соавтор исследования профессор биологии Андрей Селуанов.

Ученые надеются вскоре представить реальный пример того, как старение человека можно затормозить с помощью механизмов долголетия других биологических видов.

Статья спизжена отсюда

Биологи поняли, зачем пчелы строят соты не шестигранной формы

Среди множества шестиугольных сот изредка появляются пяти- и семигранные. Долгое время они считались случайной ошибкой, нарушающей стройность общей структуры. Но оказалось, что такие ячейки — результат элегантного решения геометрической проблемы, связанной со «стыковкой» сот разных размеров.

Пчелы выводят потомство в шестиугольных сотах. Такая форма позволяет использовать минимум строительного материала при максимуме внутреннего объема каждой соты, при этом между ними не остается просветов. Лишь изредка встречаются соты нестандартной формы — пяти- и семигранные. Более того, это характерно и для пчел, и для некоторых ос, их родственников. Новая работа американских ученых показала, что это позволяет соединять в единой конструкции соты разных размеров, в которых созревают личинки с разной судьбой. Об этом рассказывается в статье, опубликованной в журнале PLoS Biology.

Напомним, что колонии пчел и общественных ос состоят из многочисленных стерильных рабочих особей — потомства единственной самки, матки, которая занята лишь откладыванием яиц. До определенного момента в сотах развиваются только рабочие, пока колония не достигнет нужного размера и ей не придет пора «размножиться».

Для этого необходимо вывести фертильных особей, самок и самцов, которые станут основой новой семьи. Такие особи требуют особых условий развития, они заметно крупнее рабочих, поэтому и соты им нужны побольше. Это ставит перед насекомыми необычную геометрическую проблему: соединить в рамках единой конструкции, без промежутков, шестигранные ячейки разных размеров.

Соты пчел и ос с парами ячеек нестандартной формы. Снимки ориентированы так, что более «свежие» соты находятся внизу, показывая, что пятигранная ячейка строится перед семигранной, позволяя переходить к шестигранникам больших размеров

Чтобы выяснить, как решается эта задача, Майкл Смит (Michael Smith) и его коллеги из Обернского университета (США) собрали снимки 115 колоний пяти видов пчел (Apis mellifera, A. cerana, A. dorsata, A. florea и A. andreniformis) и пяти видов общественных ос (Vespula vulgaris, V. maculifrons, V. flavopilosa, V. shidai и Metapolybia mesoamerica). С помощью машинного зрения они получили точные данные по числу и длине граней, а также количеству соседей для 22 745 отдельных сот.

Оказалось, пяти- и семиугольные соты возникают при переходе от небольших к крупным сотам. Они возводятся парами, так что общее число внешних граней остается тем же, что и у двух шестиугольных ячеек. Это позволяет легко «стыковать» такую пару с соседями, не нарушая общую структуру. Одновременно размеры граней пятиугольной соты дают возможность соединять ее с небольшими шестиугольниками, а более длинные грани семиугольной соты — перейти к более крупным шестиугольникам.

Эффективность этого решения подтвердило моделирование, проведенное математиками из Корнеллского университета на основе триангуляции Делоне. Они показали, что добавление больших шестигранников к массиву малых постепенно деформирует общую структуру: это либо приведет к возникновению просветов, либо потребует строительства дополнительных, нефункциональных ячеек. Однако введение пяти- и семигранных пар снимает эту проблему, позволяя сохранить целостность конструкции без потерь.

Статья спизжена отсюда