В жизни клеток есть нечто жуткое. Подобно молодым героям популярных подростковых романов, клетки рождаются в строгих «обществах» органа, предназначенных для выполнения определенных ролей, предопределенных экспрессией их ДНК. Как и тела, в которых они обитают, клетки имеют ограниченную продолжительность жизни и, старея, начинают пропускать токсичные молекулы в свое окружение.

Для защиты организма престарелые клетки приносят последнюю жертву: они включают молекулярный механизм, который приводит к их собственной смерти. Этот процесс называется «апоптоз», что в переводе с древнегреческого означает «мягкое падение листьев».

Но иногда стареющие клетки жульничают. Вместо того чтобы совершать самоубийство, эти клетки прячутся в наших сердцах, печени, почках и мозге, где молча содействуют болезни. Ученые давно подозревали, что эти «стареющие» клетки вызывают старение, но избавиться от них, не нанеся вреда нормальным здоровым клеткам, было сложно.

И вот, совместными усилиями Университета Эразма в Нидерландах и Института исследований проблем старения Бака в Калифорнии, ученые, возможно, нашли решение. В статье, которую разместили в журнале Cell, они описали химическую торпеду, которая после инъекции мышам находит стареющие клетки и избавляет их от страданий, оставляя только здоровые клетки.

«Впервые показано, что можно избавиться от стареющих клеток без каких-либо побочных эффектов», говорит Фрэнсис Родейр из Монреальского университета в Канаде, который не принимал участия в исследовании.

При лечении этим препаратом престарелые мыши меняли свой редких мех на роскошное пальто и демонстрировали улучшение функций печени и почек. Они также казались более энергичными, предпочитая тратить свое время на бег в колесе, а не на сон в углу.

Вместо синтетического химиката препарат представляет собой небольшой пептид, состоящий из аминокислот, строительных блоков белка. Подобные пептидные препараты уже стали революционными в терапии инсульта, и в ближайшее время команда планирует начать безопасные испытания препарата на людях.

Исследование предлагает первый проблеск надежды на то, что устранение стареющих клеток может омолаживать людей. Это определенно важный и нужный момент.

 

Темная сторона

 

Когда мы стареем, наши клетки накапливают повреждения своей ДНК. Хотя клетки имеют молекулярные «механизмы», которые могут править небольшие проблемы, в конечном итоге повреждения становятся слишком серьезным и клетка оказывается перед выбором: самоуничтожиться, превратиться в злокачественную или впасть в спячку, стать стареющей клеткой.

Первоначально стареющие клетки считались полезными, поскольку препятствовали образованию опасных опухолей. Но примерно десять лет назад картина изменилась.

«Выяснилось, что эти стареющие клетки выделяют целую цистерну мусора и они не просто там находятся, а оказывают негативный эффект», объясняет ведущий автор исследования доктор Питер де Кейзер.

Однако оставалось непонятным, ускоряет ли эта темная сторона стареющих клеток старение.

В прошлом году ученые из клиники Майо в Миннесоте генетически модифицировали мышей, чтобы их тела автоматически устраняли 50-70 процентов стареющих клеток. После шести месяцев лечения почки мышей стали более здоровыми, сердца тоже, и, что самое удивительное, они жили на 20% дольше, чем контрольные их собратья.

Даже ученые были шокированы, отметив, что не ожидали такого резкого улучшения. Исследование взбудоражило всю отрасль: стареющие клетки действительно способствуют старению. И если бы их можно было остановить, возможно, мы также могли бы замедлить часы старения.

Вопрос на миллиард долларов был поставлен такой: как заставить этот процесс работать на людях, не прибегая к генной терапии?

 

Разрывая связи

 

 

Команда де Кейзера пришла к блестящему решению: выяснить, что удерживает стареющие клетки от самоубийства, и уничтожить этот тормоз.

Вглядываясь в перемещение молекул внутри стареющих клеток, команда пришла к стратегии нападения. Клетки, несущие ДНК-мутации, обычно активируют белок p53, который запускает всю программу апоптоза. Однако у стареющих клеток есть другой белок — FOXO4 — который защелкивается на p53 как наручники, не позволяя p53 выполнять свою работу.

Поэтому группа разработала пептидный препарат, который прокладывает себе путь между FOXO4 и p53. Белок смерти освобождается и убеждает клетку самоуничтожиться. Поскольку здоровые клетки имеют очень низкий уровень FOXO4 или вовсе нулевой, они избавлены от эффекта лекарственного средства.

Вот еще один важный момент: пептидные препараты обычно слишком велики, чтобы попасть в клетки, поэтому на рынке их так мало. Команда полагалась на технологию, которая стала популярной не так давно: проникающие в клетки пептиды. Эти пептиды, как следует из их названия, могут прокладывать свой путь в органы и клетки после инъекции (даже в мозг!). Это отлично подходит для использования человеком.

Сперва группа проверила свой пептид на мутантных мышах, которые постарели аномально быстро. Будучи всего лишь в среднем возрасте, эти мыши на начало лечения находились в плохом состоянии: их мех был в пятнах, позы сгорбленными, да и в целом они были слабенькими и хрупкими.

Через четыре недели пептидных инъекций, мыши резко трансформировались.

Хотя первоначально на потерю волос никто не планировал обращать внимание, изменение было настолько радикальным, что его нельзя было игнорировать. Лаборант вбежал в мой офис и сказал: «У мышей отросли волосы, мы такого никогда не видели раньше», рассказывает де Кейзер.

На уровне органов препарат перезагрузил отработанные почки мышей, чтобы они снова могли фильтровать ядовитые химические вещества в крови. Мыши тоже взбодрились. Вместо того чтобы спать целый день в углу клетки, они выбирали яростную гонку на колесе — примерно по пять километров в день, что в четыре раза больше расстояния, которое пробегали контрольные животные, получавшие PBS, неактивный раствор, используемый для растворения пептида.

Представьте, что слабый, пожилой человек внезапно спрыгивает с дивана, выключает телевизор и добровольно бежит марафон — и все из-за нескольких доз препарата.

В следующем наборе экспериментов авторы повторяли лечение на обычных стареющих мышах и видели аналогичные улучшения в работе почек и в желании изучать мир. Не удовлетворившись одной только задачей старения, команда также опробовала свой препарат на животных, которым давали обычную химиотерапию, которая приводит к повреждению ДНК и к стареющим клеткам. И опять же пептидный препарат сработал волшебным образом, устранил повреждающий эффект химиотерапии и помог мышам поддерживать вес своего тела.

Этот пептид, по-видимому, является «сильнодействующим препаратом для восстановления потери здоровья в процессе естественного старения», заключили авторы. Он может изменить принципы нашей борьбы со стареющими клетками и с заболеваниями, которые они вызывают.

 

От мышей к людям

 

По сравнению с генетическим уничтожением стареющих клеток, использовать пептидный препарат куда проще на людях. Но это не значит, что будет совсем просто. Поскольку наша желудочная кислота легко пережевывает пептиды, превратить препарат в таблетку потребует решения серьезных проблем — хотя можно сказать, что ежедневные или еженедельные инъекции — небольшая цена для оплаты улучшенного здоровья и длительного срока жизни.

Более актуальным будет вопрос безопасности. Поскольку пептид будет в основном даваться пожилым людям, риск очень высок. Предыдущие попытки разработать препараты для стареющих клеток — сенолитики — затмили серьезные побочные эффекты.

Команда планирует сперва проверить безопасность своего пептида на людях с агрессивной формой опухоли головного мозга, которая разделяет маркеры старения со старческими клетками. «Мы будем двигаться осторожно, сначала попробуем, а потом расширим круг», говорит де Кейзер.

«Если препарат будет оставаться безопасным, мы подумаем о его тестировании на болезнях, связанных со старением, или на самом старении», добавляет он.

 

12.04.2017 Источик: hi-news.ru

 

 

Когда в прошлом году стало известно, что американская частная клиника искусственного оплодотворения применила для зачатия родившегося в Мексике мальчика вызывающий разногласия метод, при котором совмещается генетический материал от трех людей, сразу же возникли как этические, так и научные вопросы, обращенные к руководителю клиники доктору Джону Чжену (John Zhang).

Спустя месяцы, пока шли дебаты и рождались домыслы, группа Чжена предоставила дополнительные сведения о зачатии ребенка в статье, которую в начале апреля опубликовал журнал Reproductive Biomedicine Online.

Однако главные вопросы касательно здоровья мальчика в долговременной перспективе остаются, а это ставит под сомнение прогрессивность самого эксперимента с тройным родительством. Метод создания «ребенка от трех родителей» призван дать возможность матерям с заболеваниями, которые вызваны дефектными митохондриями, иметь здоровых детей. Митоходрии – внутриклеточные структуры, у которых своя ДНК, ребенок наследует их от матери, поскольку эмбрион развивается из яйцеклетки, содержащей митохондрии, как и любая клетка. При донорстве здоровых митохондрий от другой женщины можно ожидать рождения здорового ребенка, и эта женщина будет третьим родителем.

В описываемом случае доктор Чжен и его коллеги по клинике New Hope Fertility Center в Нью-Йорке удалили ядро из яйцеклетки здоровой женщины и заменили его ядром из яйцеклетки женщины-будущей матери — с редким неврологическим заболеванием синдромом Лея. Полученная яйцеклетка с донорскими митохондриями и ядром матери затем была оплодотворена спермой отца и после этого имплантирована в матку матери. Первый ребенок от трех родителей родился в апреле 2016 года.

В статье доктора Чжена приводятся новые детали процедуры, касающиеся метода переноса материнского ядра, но главное, ученые обнаружили, что в донорскую яйцеклетку попало следовое количество дефектной митохондриальной ДНК матери.

Скажется ли это на здоровье мальчика в будущем, вопрос. Проблема в том, что в данном случае ответа на него не будет, потому что родители отказались от дальнейших наблюдений за здоровьем ребенка. Процент поврежденных митохондрий, переданных мальчику, в разных тканях разный.

По данным Чжена с соавторами, около 2% митохондриальной ДНК клеток в его моче — материнские, но в клетках кожи крайней плоти, проанализированной после обрезания мальчика, это значение возрастает до 9%. Исследования на мышах показали, что смесь здоровых и дефектных митохондрий может привести к неврологическим или метаболическим проблемам.

 

12.04.2017 Источник: echo.msk.ru

 

 

Технологи развиваются настолько стремительно, что сегодня то, что ранее казалось фантастикой, становится реальностью. В том числе внедренные в человеческий организм электронные устройства, наделяющие его немыслимым потенциалом, невероятными способностями, сродни возможностям героев «Матрицы», фильмов от Marvel, «Бэтмана», «Терминатора» и др.

Пускай сегодня «апгрейд человека» явление не распространенное, но уже к 2100 году, считает Юваль Ной Харари, историк из Израиля, автор нашумевшей книги «Homo Deus: краткая история завтрашнего дня», биоинженерия и искусственный интеллект станут фундаментом для появления человека нового типа. По его словам, задумавшись о том, что уже 200 000 лет человеческий мозг и тело функционируют на одном и том же «аппаратном комплексе», человечество созревает для совершения апгрейда.

Еще дальше, отмечает издание «Вести.Ru», в своих суждениях пошел глава инженерного отдела корпорации Google Рэй Курцвейл, заявивший, что уже к 2045 году человечество таки найдет способ победить смерть. Правда, уточняет сотрудник компании, давно занимающейся вопросами обретения бессмертия, изначально возможность жить вечно получат лишь богатые граждане, у которых хватит финансов для приобретения специально разработанных наноботов. Эти устройства, помещенные в организм человека, будут оперативно устранять причины заболеваний, включая те, что ответственны за старение организма.

В более долгосрочной перспективе, говорит Юваль Ной Харари, через столетие, нынешний «формат» человека исчезнет, уступив место человеку с внедренными биотехнологиями, которые усовершенствуют людей «практически до уровня богов». Но есть проблема. Человечество, полагает историк, может разделиться на тех, кто будет иметь полную оснащенность, и тех, кто по финансовым причинам не сможет себе позволить провести апгрейд на все 100%. А это может вызвать новую волну дискриминации, только уже по признаку биотехнологического неравенства. 

Харари считает, что наиболее богатые граждане смогут стать «богоподобными киборгами» и обрести бессмертие. Последнее тем более реально, что уже сегодня в теории существует возможность продления процесса деления клеток на неограниченный период времени.

– Революционным потенциалом будущих технологий является изменение Homo sapiens, включая наши организмы и мозг, а не только средства передвижения и оружие. Самыми потрясающими в будущем станут не космические корабли, но существа, которые ими управляют, – говорит ученый.

Он же, не исключая возможность войны с киборгами, обращает внимание, что предотвратить ее можно, научившись руководить роботами. С этой позицией солидарны не только многие другие ученые, но также известные предприниматели и бизнесмены. Например, глава корпораций Space X и Tesla Илон Маск.

Миллиардер, кстати, переходит от рассуждений к реальным действиям: недавно он создал новую компанию – Neuralink Corp, – которая будет имплантировать микроэлектроды в мозг человека, создавая интерфейс «мозг-компьютер». Иными словами, за счет данной технологии «нейронного кружева» человек сможет передавать команды компьютеру напрямую, без физического интерфейса. Также люди смогут загружать в свой мозг файлы из компьютера. Но это в будущем. А пока, сообщают западные СМИ, Neuralink Corp, будет разрабатывать нейроимплантанты для борьбы с такими заболеваниями, как депрессия или эпилепсия.

Ранее Илон Маск заявлял о том, что люди должны слиться с компьютерами, стать в каком-то смысле киборгами. Это, по его словам, продиктовано самой реальностью, в которой искусственный интеллект постепенно вытесняет человека с многих сфер деятельности. Технология «нейронного кружева» позволит создать новую прослойку мозга, которая будет способна очень быстро получать доступ к информации и подключаться к области искусственного интеллекта.

В России, кстати, есть свои «киборги». Например, учредитель и генеральный директор компании Biolink Technologies Евгений Черешнев. Специалист на форуме Vestifinance рассказал, что собственный организм использовал как лабораторию для испытаний технологий будущего. В частности, он два года назад вживил в левую руку микроскопический биочип, с которым ходит и по сей день. Поэтому, говорит Черешнев, с формальной точки зрения он является киборгом.

Черешнев также сообщил, что перепрограммируемый чип абсолютно безопасен для здоровья, поскольку находится внутри гипоаллергенной оболочки. Для того чтобы привыкнуть к инородному телу, понадобилось немного времени – чип не причиняет неудобств и не сковывает движения, – поделился своим опытом эксперт.

А вот возможности испытуемого благодаря чипу возросли. Например, теперь Евгений может одним касанием открывать или закрывать замки в доме, блокировать и разблокировать мобильные устройства, входить почти на любые сайты без необходимости запоминать пароли и т.д.

Кроме того что отпала нужда в ключах и различных пропусках, биочип, по словам Черешнева, может также заменять паспорт, водительские права, медицинскую страховку и даже кошелек. А в перспективе такие чипы можно с успехом применять в более эффективных спасательных операциях (например, искать заблудившихся туристов, людей, попавших под завалы и пр.), в борьбе с терроризмом и многих других сферах жизнедеятельности человека.

 

11.04.2017 Источник: richwenews.com

 

Исследователи из университета Райса, работающие под руководством доктора Джеффри Табора (Jeffrey Tabor), создали генетически модифицированные кишечные бактерии, способные реагировать на развитие колита – воспаления кишечника – у мышей. Результаты этой работы указывают новое исследовательское направление, посвященное изучению взаимодействия кишечных бактерий и человека на молекулярном уровне, конечным результатом которого может стать создание пероральных бактериальных препаратов для мониторинга состояния кишечника.

Как говорит доктор Табор, кишечник является домом для миллиардов микроорганизмов, оказывающих влияние на состояние здоровья и течение заболеваний. Однако он представляет собой темное и труднодоступное место, детальное изучение протекающих в котором процессов возможно с помощью очень ограниченного набора технологий. С другой стороны, в ходе эволюции бактерии приобрели десятки тысяч сенсоров, многие из которых реагируют на различные вещества в кишечном тракте. Поэтому генетически модифицированные бактерии-сенсоры обладают огромным потенциалом для изучения протекающих в кишечнике процессов и диагностики заболеваний.

Специалисты по синтетической биологии специализируются на программировании одноклеточных организмов, таких как бактерии, с помощью подходов, схожих с подходами, позволяющими инженерам программировать роботов. В частности, Табор и его коллеги работают над созданием бактериальных сенсоров, позволяющих регистрировать сигналы заболеваний кишечника. Подобно инженерам-электрикам, создающим электрические цепи из проводов и электронных деталей, они используют генетические цепи для программирования одноклеточных организмов, приобретающих в результате способность к сложной обработке информации.

Результаты более ранних исследований авторов свидетельствуют о том, что изменения микробиома кишечника, генетическая предрасположенность и различные факторы внешней среды могут играть ключевые роли в развитии воспалительной болезни кишечника – достаточно распространенного сборного состояния, включающего болезнь Крона и неспецифический язвенный колит.

На основании результатов ряда более ранних работ исследователи предположили, что развитие колита сопровождается повышением содержания тиосульфата в содержимом кишечника. Изучение этой взаимосвязи на сегодняшний день затруднено из-за отсутствия инструментов для достоверной оценки уровня тиосульфата в условиях живого организма. Первой целью запущенного в 2015 году проекта было создание такого инструмента.

Взятая за основу идея заключалась в использовании сенсорных бактерий, а именно генетически модифицированной кишечной палочки (Escherichia coli) для регистрации тиосульфата и родственных ему серосодержащих соединений, которые также могут быть биомаркерами колита. Исследователи имели в своем распоряжении хорошо отработанные методы генетического программирования, наделяющие кишечную палочку способностью продуцировать зеленый флуоресцирующий белок в ответ на специфичные стимулы, однако они не знали, какие гены обеспечивают возможность регистрации тиосульфата и других серосодержащих соединений.

С помощью специальной компьютерной программы такие гены удалось найти в геноме обитающих в морских отложениях бактерий шеванелл (Shewanella). Авторы считают, что шеванеллы используют сенсоры серосодержащих соединений для активации специфичных к ним ферментов.

Около года у них ушло на создание генетически модифицированного штамма кишечной палочки, экспрессирующей гены таких сенсоров, валидацию функционирования этих генов их оптимизацию, обеспечивающую специфичную реакцию на потенциальные биомаркеры, проявляющуюся экспрессией зеленого флуоресцирующего белка. Еще год потребовался для подтверждения функциональности данной системы и ее способности выявлять воспаление кишечника у мышей.

В рамках экспериментов животные с колитом, а также здоровые мыши групп контроля получали перорально по две капли раствора, содержащего примерно миллиард сенсорных бактерий. Через шесть часов исследователи оценивали активность сенсорных бактерий в фекалиях по яркости свечения зеленого флуоресцирующего белка. Это свечение не видно невооруженным глазом, но легко регистрируется с помощью стандартного лабораторного прибора, известного как проточный цитофлуориметр.

Наблюдения показали, что бактериальный сенсор не активировался в кишечнике здоровых животных, но активировался в кишечнике мышей с воспалением кишечника, при этом яркость флуоресценции была пропорциональная степени воспаления.

 

 

По словам доктора Табора, полученные данные свидетельствуют о том, что несущие генно-инженерные сенсоры бактерии могут использоваться для неинвазивного выявления определенных метаболитов в кишечнике, что предоставит новые возможности в изучении протекающих в нем процессов.

Очевидно, что разработка подходов, пригодных для клинического применения, займет еще несколько лет и на сегодняшний день неясно, является ли тиосульфат биомаркером колита у человека. Однако предложенную авторами технологию можно адаптировать к выявлению других соединений, а зеленый флуоресцирующих протеин можно заменить ферментом, обеспечивающим появление специфичной окраски фекалий. Во многих случаях подобные тесты смогут заменить посещение врача и дорогостоящую инвазивную процедуру колоноскопии.

Статья Kristina N-M Daeffler et al. Engineering bacterial thiosulfate and tetrathionate sensors for detecting gut inflammation опубликована в журнале Molecular Systems Biology.

 

12.04.2017 Источник: Евгения Рябцева, Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Rice University: Synthetic biologists engineer inflammation-sensing gut bacteria.