наука этика

Китайский ученый получил три года тюрьмы за генетический эксперимент над эмбрионами

Суд города Шэньчжэня приговорил китайского ученого Хэ Цзянькуя к трем годам тюрьмы и штрафу в 3 млн юаней (около 430 тыс. долларов) за проведение незаконного эксперимента с рождением детей из эмбрионов с отредактированным геномом.

Кроме того, тюремные сроки и штрафы получили еще двое работавших с Хэ Цзянькуем ученых - Чжан Жэньли и Цинь Цзиньчжоу.

Все трое нарушили порядок проведения генетических экспериментов и этические нормы "в погоне за личной славой и выгодой", говорится в приговоре суда, который цитирует агентство Синьхуа.

Генетические эксперименты над человеческими эмбрионами законодательно запрещены в большинстве стран мира, в том числе и в Китае.

Как выяснилось в ходе расследования, профессор Южного научно-технологического университета Хэ Цзянькуй не только проводил свои эксперименты втайне от властей и работодателя, но также ввел в заблуждение его участников, демонстрируя им поддельное заключение комиссии по этике.

Расследование в отношении Хэ Цзянькуя началось после того, как в ноябре 2018 года он объявил о проведении "операции" по редактированию генома человеческого эмбриона, в результате которого родились двое детей с иммунитетом к ВИЧ.

В его эксперименте участвовали восемь пар, проходящих по программе лечения бесплодия, где все мужчины были заражены вирусом иммунодефицита человека.

Изменение генов происходило во время экстракорпорального оплодотворения (ЭКО), рассказывал ученый.

После этого Хэ Цзянькуя уволили из университета, где он руководил собственной лабораторией, и заключили под домашний арест.

До этих событий Хэ Цзянькуй был довольно известным и уважаемым в научном мире генетиком, успевшим поработать, в частности, в Стэнфордском университете.

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.

Учёные вырастили крошечный человеческий мозг с подключением к ПК — он быстро научился решать уравнения и различать людей по голосу

Новая работа с живыми клетками человеческого мозга показала перспективность объединения живых тканей с компьютером. Колония живых нейронов обучалась быстрее искусственных моделей с почти таким же результатом. Если отбросить вопрос с этикой, до проблем с которой пока далеко, живые клетки человеческого мозга могут превзойти современные и будущие нейронные сети, работающие на кремниевых чипах, как по производительности, так и по экономическим соображениям.

С помощью стволовых клеток учёные вырастили так называемый органоид мозга — объёмную колонию клеток, повторяющих структуру нейронов и их связей в мозге. Это не первый и наверняка не последний эксперимент с живыми клетками, позаимствованными у человека. Ранее органоид мозга, например, научили игре в «Понг», с чем он успешно справился. В таких исследованиях самым сложным бывает донести информацию до «мозга» и считать её.

Группа профессора Го Фэня из Университета штата Индиана в Блумингтоне (США) предложила достаточно простое решение — они вырастили органоид на высокоплотном массиве электродов. Электроды, а это, по сути, компьютерный интерфейс, вносили данные в клетки «мозга» и считывали результат его последующей активности. Тем самым на практике была реализована такая архитектура спайковой (импульсной) нейросети, как резервуарная. Что происходило в массиве нейронов, учёным было неизвестно, но условно живая модель показала способность к быстрому обучению и расчётам.

Живой искусственный «мозг» был не такой точный, как искусственные нейронные сети с длинной цепью элементов краткосрочной памяти, но каждая из этих сетей прошла 50 этапов обучения. Сеть Brainoware достигла почти таких же результатов менее чем за 10 % времени обучения, потраченного на обучение искусственных цепей.

«Могут пройти десятилетия, прежде чем будут созданы универсальные биокомпьютерные системы, но это исследование, вероятно, даст фундаментальное представление о механизмах обучения, развитии нервной системы и когнитивных последствиях нейродегенеративных заболеваний»,— мечтают авторы работы,опубликованнойв журналеNature Electronics.

BrainBridge представили концепцию пересадки головы

BrainBridge представили систему пересадки головы с последующей реабилитацией. Хотя, точнее это будет назвать пересадкой тела. У более молодого донора с мертвым мозгом берется все тело и сращивается с головой реципиента, у которого тело было предварительно удалено. Операции производятся одновременно с помощью роботов-хирургов. Тела охлаждаются до температуры 5 градусов Цельсия, при этом используется кастомная плазма. Для сращения нервов и формирования новых нервных связей между головой и новым телом в месте сращения на позвоночнике помещается специальный электронный имплант. Кроме того, производится полная трансплантация лица со всеми тканями и нижней челюстью от молодого донора старому реципиенту.

После этого всего реципиент месяц проводит в коме под постоянным наблюдением, а дальше начинается процесс реабилитации.

Третий пациент излечился от ВИЧ

53-летний мужчина из Германии стал как минимум третьим человеком в мире, вылечившимся от ВИЧ с помощью процедуры трансплантации клеток костного мозга от донора с устойчивостью к ВИЧ.

Антиретровирусная терапия используется для понижения уровня вируса в организме до практически недетектируемых значений и для предотвращения передачи его другим людям. Но иммунная система хранит вирус запертым в резервуарах внутри тела, и если человек перестает принимать антиретровирусные препараты, вирус может снова начать размножаться и распространяться.

Настоящее лечение уничтожило бы эти резервуары и это и случилось с последним пациентом, чье настоящее имя не называется, его называют просто Дюссельдорфским пациентом. Он перестал принимать антиретровирусные препараты в 2018 году и с тех пор остается здоровым.

Терапия стволовыми клетками была впервые использована на Тимоти Брауне, Берлинском пациенте. В 2007 году он получил трансплантацию костного мозга. Его собственные клетки были уничтожены и заменены стволовыми клетками здорового донора с мутацией CCR5Δ32/Δ32, которая предотвращает экспрессию белка CCR5 на поверхности клеток. ВИЧ использует этот белок для проникновения в иммунную систему, а мутация делает это невозможным. После процедуры Браун смог перестать принимать АРП и оставался здоровым до самой смерти в 2020 году.

В 2019 году исследователи заявили, что та же процедура, кажется, излечила Лондонского пациента Адама Кастильехо. А в 2022 году заявили, что у Нью-Йоркского пациента вирус не детектируется в течение уже 14 месяцев и он, возможно, здоров, хотя пока слишком рано, чтобы судить наверняка.

Дюссельдорфский пациент, благодаря антиретровирусной терапии, имел очень низкие уровни ВИЧ, когда у него была диагностирована острая лейкемия. В 2013 году группа ученых, возглавляемая вирологом Бьорном-Эриком Йенсеном, в госпитале Университета Дюссельдорфа уничтожила зараженный раком костный мозг пациента и заменила его стволовыми клетками от донора с мутацией CCR5Δ32/Δ32.

В течение следующих пяти лет Йенсен с командой брали анализы крови и тканей пациента. Они продолжали находить иммунные клетки, реагирующие на ВИЧ, что предполагало, что резервуар остался где-то в теле пациента. Но было неясно, реагируют ли они на активные частицы вируса или просто на "кладбище" останков. Они также находили ДНК и РНК вируса, но они, кажется, никогда не размножались.

Чтобы понять больше, ученые трансплантировали иммунные клетки пациента модифицированным мышам с человекоподобной иммунной системой. Вирус не смог в них размножаться.

Последним тестом стало прекращение пациентом приема антиретровирусных препаратов. Таким образом, мужчина излечился одновременно и от ВИЧ и от лейкемии. Но маловероятно, что такое лечение станет повсеместным среди людей без лейкемии из-за рисков связанных с процедурой, вроде отторжения костного мозга. Сейчас несколько групп ученых исследуют возможность генной модификации собственных клеток пациента мутацией CCR5Δ32/Δ32, чтобы избежать необходимости в доноре и возможности отторжения.

Лечение уже получили еще несколько пациентов с ВИЧ и раком, но пока слишком рано судить об их состоянии.

https://www.nature.com/articles/d41586-023-00479-2

Вакцины от рака и болезней сердца - к концу десятилетия

Ковид дал нехилого леща цивилизации, но нет худа без добра. Он также сильно подтолкнул исследования в области вакцин. Некоторые исследователи говорят, что прогресс, который бы в обычных условиях занял 15 лет, при ковиде был достигнут за 12-18 месяцев.

Доктор Пол Бертон, главный врач компании Модерна верит, что они смогут предложить вакцины от самых различных заболеваний через пять лет. Компания, создавшая главную вакцину от коронавируса разрабатывает вакцины от рака, направленные на разные типы опухолей.

"У нас будет вакцина, она будет очень эффективной и спасет сотни тысяч, если не миллионы жизней".

Вакцины на основе мРНК действуют, обучая клетки производить белок, который провоцирует иммунный ответ на болезнь. "Я думаю, у нас будут мРНК-терапии от редких заболеваний, ранее считавшихся неизлечимыми. И я думаю, что это случится через 10 лет, мы будем жить в мире, где ты можешь определить генетическую причину болезни и относительно просто исправить ее с помощью технологий мРНК".

Молекулы мРНК инструктируют клетки производить белки. Поэтому вводя синтетическую мРНК мы можем заставить клетки производить белок, который будет убивать раковые клетки и не трогать здоровые. Для этого надо только определить белки, которые присутствуют на поверхности раковых клеток, и которых нет у здоровых клеток.

Сначала берется биопсия опухоли, отправляется в лабораторию, где секвенируется ее геном и определяются мутации, которых нет у здоровых клеток. Алгоритм на основе машинного обучения затем определяет, какие из этих мутаций отвечают за рост опухоли, а также какие из аномальных протеинов, кодируемых этими мутациями, скорее всего вызовут иммунный ответ. А потом синтезируется мРНК для самых многообещающих антигенов и создается индивидуальная вакцина.

"За последнее время мы поняли, что мРНК подходит не только для лечения инфекционных заболеваний, но для самых разных: рак, инфекции, сердечно-сосудистые, аутоимунные, редкие болезни. У нас идут исследования во всех этих областях с многообещающими результатами."

В январе Модерна анонсировала результаты исследования экспериментальной вакцины от РСВ, показавшей эффективность в 83,7% в предотвращении кашля и жара у пациентов старше 60 лет. В результате Модерна получила от Американского управления по контролю за лекарствами  breakthrough therapy designation, что ускорит процедуру одобрения. Аналогичное назначение получила вакцина от меланомы в феврале.

Stable Diffusion начала синтезировать музыку

В рамках проекта Riffusion разработчики развивают вариант системы машинного обучения Stable Diffusion для генерации музыки вместо изображений. Мелодии можно создавать как на основе предложенного шаблона, так и с помощью текстового описания на естественном языке.

Компоненты для синтеза музыки написали на языке Python с использованием фреймворка PyTorch. Связь с интерфейсом реализовали на языке TypeScript. Компоненты доступны под лицензией MIT.

Сама модель открыта под лицензией Creative ML OpenRAIL-M, допускающей использование в коммерческих целях.

Обновлённая модель использует для генерации музыки модели «из текста в изображение» и «из изображения в изображение», но в качестве изображений выступают спектрограммы. Они отражают изменение частоты и амплитуды звуковой волны во времени. Система на выходе формирует новую спектрограмму, которая затем преобразуется в звуковое представление.

Проект Riffusion также может использовать для изменения имеющихся композиций и синтеза музыки по образцу. Этот процесс работает по аналогии с модификацией изображений в Stable Diffusion. Так, при генерации могут задаваться образцы спектрограмм с эталонным стилем, комбинироваться разные стили, выполняться плавный переход от одного стиля к другому или вноситься изменения в существующий звук для увеличения громкости отдельных инструментов, изменение ритма и т.д.

Образцы можно использовать для генерации длительно играющих композиций, создаваемых из серии близких друг к другу отрывков, немного меняющихся во времени. Они объединяются в непрерывный поток при помощи интерполяции внутренних параметров модели.

Для создания спектрограммы используется оконное преобразование Фурье. Чтобы решить проблему с определением фазы, задействован алгоритм аппроксимации Гриффина-Лима.

В ноябре Stability AI сообщила о выпуске новой версии модели Stable Diffusion 2.0. В ней улучшили качество и повысили вариативность получаемых изображений.

Ученый Максим Никитин совершил фундаментальное открытие в области генетики

Руководитель направления «Нанобиомедицина» университета «Сириус», заведующий лабораторией МФТИ Максим Никитин открыл механизм «молекулярной коммутации» ДНК, который меняет представления в биологии. Результаты исследования опубликованы в одном из самых авторитетных научных журналов Nature Chemistry.

Открытый фундаментальный феномен может быть ключом к познанию тайн генетики, сложных заболеваний, мгновенной памяти и старения до вопросов возникновения жизни на Земле и ее эволюции. Кроме того, позволит качественно улучшить специфичность генной терапии и безопасность ДНК/РНК-вакцин за счет выявления и снижения побочных реакций на препараты во время лечения.

Более 70 лет считалось, что ДНК хранит и обрабатывает информацию за счет структуры двойной спирали — однозначно соответствующих друг другу (комплементарных) молекулярных цепей. Никитин экспериментально доказал, что для эффективной обработки генетической информации ДНК совершенно не обязательно образовывать двойную спираль. ДНК может хранить и передавать информацию за счет слабоаффинных взаимодействий, реализующихся в том случае, когда молекулы имеют низкое «сродство» друг к другу. Более того, он показал, что так называемая короткая ДНК, даже максимально некомплементарная гену, может регулировать его работу.

Максим Никитин заметил, что в смеси, состоящей из коротких одноцепочечных и некомплементарных друг другу олигонуклеотидов, одновременно будут сосуществовать самые различные их комплексы. Варианты этих взаимодействий определяются «сродством» молекул и в общем случае описываются открытым еще в XIX веке законом действующих масс о зависимости скорости реакции от концентрации участвующих веществ. Такие комплексы будут связаны друг с другом и будут передавать информацию между собой, даже если какие-то два олигонуклеотида не связываются друг с другом напрямую.

Например, в самой простой системе из трех олигонуклеотидов — Х, А и В: если А и В не взаимодействуют друг с другом, они все равно могут передать друг другу информацию через посредника — «коммутатор» Х. При этом каждому из них достаточно взаимодействовать с Х очень слабо: увеличение концентрации А приведет к росту количества комплексов ХА, что снизит число комплексов ХВ, хотя А никак не взаимодействовало с В напрямую. Если же в системе находится большее количество олигонуклеотидов, то можно добиться передачи значительного объема информации.

Для того чтобы доказать, что ДНК может образовывать наборы молекул с практически любыми наперед заданными взаимными аффинностями, в своей статье Максим Никитин показывает экспериментальную реализацию большого разнообразия систем, которые по-разному обрабатывают информацию, начиная с систем, включающих всего три суперкоротких олигонуклеотида длиной в семь азотистых оснований, до ячеек памяти, систем вычисления квадратного корня и др. При этом компьютерное моделирование явления коммутации продемонстрировало устойчивую обработку информации и системой, состоящей из 1 000 олигонуклеотидов. Это позволяет создать 572-битную ячейку обработки информации, что превосходит битность всех существующих электронных компьютеров. Примечательно, что предложенная Никитиным модель концептуально вообще не имеет ограничения по числу взаимодействующих таким образом олигонуклеотидов.

Кроме того, открытое Никитиным явление позволило ему экспериментально показать и другой удивительный, не укладывающийся в современную парадигму молекулярной биологии факт: любая неструктурированная одноцепочечная ДНК может специфично регулировать экспрессию заданного гена безотносительно их взаимной комплементарности. Все зависит от наличия в среде или организме других олигонуклеотидов (также некомплементарных).

Открытый фундаментальный феномен коммутации цепей ДНК имеет важное практическое значение. Он может улучшить специфичность генной терапии и безопасность ДНК/РНК-вакцин за счет выявления и снижения побочных (нецелевых) действий вводимых препаратов. Для этого требуется, конечно, создание программного обеспечения нового поколения, более точно предсказывающего слабоаффинное взаимодействие нуклеиновых кислот, а также анализирующего их вовлечение в различные естественные процессы, принимая во внимание механизм молекулярной коммутации. Но в итоге все это поможет минимизировать риски негативных последствий нецелевого редактирования генома пациента и снизить число нежелательных явлений в процессе лечения.

Равенсто животных.