как биология помогает людям

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.

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

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

Млекопитающих нашли там, где их не должно быть

Из-за разреженной атмосферы и низких температур продуваемые ветром вершины вулканов в Андах на севере Аргентины и Чили напоминают поверхность Марса. Считалось, что в столь экстремальных условиях на высоте более 6000 метров над уровнем моря жизнь млекопитающих невозможна. Однако неожиданные находки на пустынном высокогорном плато Пуна-де-Атакама поставили этот тезис под сомнение.

Листоухий хомяк

Биолог Джей Сторц (Jay Storz) из Университета Небраски в Линкольне (США) вместе с коллегами во время высокогорных исследований обнаружил на вершинах вулканов Салин (высота 6029 метров), Пулар (6233 метра) и Копьяпо (6052 метра) в Пуна-де-Атакама мумифицированные трупы 13 листоухих хомячков (Phyllotis vaccarum). В нескольких случаях рядом с мумиями, которые образовались естественным путем в холодном и засушливом климате, находились многочисленные скелетные останки других особей. Свои находки ученые описали в работе, опубликованной в журнале Current Biology.

Это уже не первая подобная экспедиция Джея Сторца. В 2020 году вместе с другом и коллегой-альпинистом Марио Пересом Мамани (Mario Pérez Mamani) биолог наткнулся на живого листоухого хомячка на вершине Льюльяйльяко — действующего вулкана высотой 6739 метров на хребте Западной Кордильеры Перуанских Анд. По словам Сторца, пределом высотного диапазона для жизни млекопитающих ранее считалась величина примерно в 5200 метров. Предполагалось, что на большей высоте наземные позвоночные практически не живут.

Радиоуглеродный анализ останков грызунов, обнаруженных на вулканах Салин и Копьяпо, показал, что возраст мышиных мумий составляет нескольких десятилетий. Вместе с тем четыре образца с вулкана Пулар оказались старше — их возраст оценили не более чем в 350 лет.

Геномные вариации листоухих хомячков с вершин и прилегающих районов четырех вулканов высотой более 6000 м

С помощью генетического анализа ученые также установили, что найденные мумии Phyllotis vaccarum не относятся к отдельной генетической субпопуляции и не отличаются от сородичей, обитающих в близлежащих к Пуна-де-Атакама регионах. Среди образцов оказались останки шести самцов и семи самок.

Две мумифицированные особи с вулкана Салин, по-видимому, находились в близком родстве, то есть были из одного помета или представляли пару «родитель — потомство». Все эти факты говорят о том, что грызуны, чьи останки обнаружили исследователи, — представители резидентной популяции, а не случайно попавшие в эту местность животные.

Вид с вершины вулкана Салин

Авторы работы добавили, что первыми на мумифицированные останки листоухих хомячков наткнулись вовсе не биологи, а археологи, когда в 1970-1980 годах обследовали ритуальные сооружения и захоронения инков на вершинах нескольких высокогорных вулканов. Высказывались предположения, что грызунов могли привлечь дрова и другие припасы, которые принесли инки. Согласно другой гипотезе, животных взяли с собой намеренно, чтобы использовать для жертвоприношений.

Однако Сторц не нашел подтверждений этим догадкам. Ритуальные сооружения инков не располагались в непосредственной близости от мест, где обнаружили рассмотренные в исследовании мумии хомячков. К тому же радиоуглеродный анализ подтвердил, что останкам грызунов меньше 500 лет, а значит, они не могли быть современниками инков.

Таким образом, причастность людей к появлению листоухих хомячков на экстремальных высотах ученые исключили. Тем не менее они признали, что пока не могут сказать, зачем грызуны поднялись и стали жить на вершинах вулканов плато Пуна-де-Атакама, где температура никогда не поднимается выше нуля, а содержание кислорода в атмосфере примерно вполовину меньше, чем на уровне моря. Это особенно загадочно, если учесть, что на меньших высотах в Андах пищи намного больше — как и тепла с осадками.

Статья спизжена отсюда

Мозг

Сенолитики вернут зрение диабетикам

Два года назад Unity Biotechnology потерпела неудачу с испытаниями препарата UBX0101 на пациентах с артритом. Теперь, кажется, у них все получается. Их новый сенолитик UBX1325 показал положительные промежуточные результаты во второй фазе клинических испытаний на пациентах с диабетическим макулярным отеком (отек сетчатки при диабете, приводящий к потере зрения).

Сенолитики - класс препаратов, убивающий сенесцентные клетки. Эти клетки еще называют клетками-зомби. По разным причинам эти клетки однажды перестали выполнять свою нормальную функцию и перестали делиться, но не умерли. И мало того, еще и стали выделять вещества, плохо влияющие на окружающие клетки и способствующие превращению в зомби и их тоже. Они постоянно появляются во всех тканях организма, с возрастом их становится все больше, и это все отрицательнее влияет на организм. Накопление сенесцентных клеток - один из основных механизмов старения, ну а сенолитики, соответственно, - препараты первой волны борьбы со старением. 

UBX1325, препарат на основе малых молекул, создан для устранения сенесцентных клеток, накапливающихся в пораженных сосудах глаз, оставляя нетронутыми здоровые сосуды. Его испытали на 64 пациентах с отеком сетчатки, которым перестали помогать блокаторы фактора роста эндотелия сосудов, обычно использующиеся в таких случаях.

После однократного введения UBX1325 были произведены измерения зрения через 12 и 18 недель. Через 12 недель улучшения составили в среднем 4,7 буквы по таблице ETDRS, через 18 недель - 6,1 буквы. 

Испытания еще не закончены, поэтому можно ожидать дальнейшего улучшения. Если мне не изменяет память, то в первой фазе испытаний в прошлом году улучшения достигли полных двух строчек и даже больше, но было всего около десяти подопытных. Кроме того, тот же самый препарат сейчас испытывают на пациентах с возрастной макулодистрофией.

На фоне новостей акции Юнити скакнули вверх.

Многие сенолитики уже присутствуют в продаже (некоторые из них создавались, например, для борьбы с раком), и энтузиасты во всю экспериментируют на себе. А в некоторых странах медицинские центры предоставляют подобные услуги - в основном тем, кто туда едет за медицинским туризмом, - наравне с инъекциями стволовых клеток. 

Соус

Ученые нашли способ восстанавливать хрящи в суставах.

http://med.stanford.edu/news/all-news/2020/08/Researchers-find-method-to-regrow-cartilage-in-the-joints.html

Наша хрящевая ткань имеет очень ограниченную способность к восстановлению, да и та теряется с возрастом. Поэтому чем дальше, тем хрящи больше изнашиваются и однажды истончаются настолько, что в суставе кость начинает тереться о кость. Это вызывает боль, воспаления и все остальные негативные эффекты пожилого возраста.

Ученым уже был известен способ восстановления хрящевой ткани, называющийся микроповреждениями. В хряще просверливалось множество маленьких отверстий, это заставляло тело производить новую хрящевую ткань, но она отличалась от "настоящей" примерно как шрамы отличаются от окружающей кожи. Она не обладает гибкостью, упругостью и нужной степенью скольжения.

Теперь к этому способу добавили еще и скелетные стволовые клетки. Такая клетка, прежде чем превратиться в костную ткань, проходит через стадию хряща, и исследователи нашли способ остановить развитие клеток на этой стадии с помощью костного морфогенетического белка. В итоге получилась новая хрящевая ткань, ничем не отличающаяся от оригинальной.

Сначала исследователи опробовали способ на обычных мышах, потом - на специальных мышах, которым была пересажена человеческая хрящевая ткань. На очереди более крупные животные, ну и потом человек.

Открыты механизмы, увеличивающие продолжительность жизни нематод на 500%