Если ученые смогут перенести ее ДНК в геном космонавта, люди, как он считает, забудут о проблеме сильной солнечной радиации в космосе. Российские ученые объединили генетику, историю и современность, после чего сделали сразу два открытия. Специалисты Института аналитического приборостроения (ИАП) РАН создали первый российский прибор для расшифровки геномов (секвенатор) последнего, третьего поколения.
Генетики открыли способ безопасного редактирования ДНК
За технологию редактирования генома в 2020 году была присвоена Нобелевская премия. В России создали третье (последнее) поколение прибора для расшифровки геномов. Нобелевскую премию по химии в 2020 году вручили за развитие метода редактирования генома.
Биологи разрабатывают новые методы редактирования геномов
Честнее будет сказать, что я не решил, а обнаружил себя учёным. В какой-то момент пришло осознание "ого, я стал учёным". Но помню, что в детстве я очень любил природу. Мне было интересно, как устроено живое: вот если рыбу потрошили, было интересно посмотреть, как у неё органы расположены. В какой-то момент была идея стать медиком, но потом понял, что резать по живому - не моё. Так и оказался в биологии. Какими исследованиями занимается ваша лаборатория? Мы смотрим, как уложена ДНК. ДНК - очень длинная молекула, чуть ли не два метра.
Чтобы уместить длиннющую ДНК в крохотном ядре, приходится её особым образом укладывать: сворачивать в спирали, скатывать в клубки-глобулы, в узлы завязывать. Мы в лаборатории изучаем, как эта укладка может влиять на экспрессию генов. Что, если мы сломаем укладку? Но пока ничего не меняется, по крайней мере в экспериментах нашей лаборатории. Может, мы немножко переоценили влияние трёхмерной структуры на экспрессию генов. А может, мышки с поломанной структурой ДНК только в лаборатории хорошо живут - в природе же всё будет плохо. Создали, например, трансгенную мышь, которая выделяла в молоко кроветворный белок человека. Даже собрали специальный доильный аппарат и выяснили, что удой от одной лабораторной мыши - 200 микролитров молока.
В обычном стакане 200 миллилитров, а 200 микролитров - это примерно на стакан меньше. Сейчас работаем над созданием мышиной модели для изучения коронавируса. Надеюсь, получится удобная и полезная модель для вирусологов - на трансгенных мышках можно будет испытывать вакцины и лекарства. Почему для работы вы выбрали метод молекулярных ножниц? Любая модификация генома связана с разрезанием ДНК. Необходим соответствующий инструмент. С 1970-х годов для этого используют ферменты рестриктазы. Но в больших геномах типа человеческого их очень сложно нацелить в определённое место, а значит, рестриктазы просто искрошат весь геном.
Учёным нужен был механизм, который не просто разрезает ДНК, но и делает этот разрез в конкретном месте. Прежние системы были очень громоздкие, сложные и дорогие. Но и у этой системы есть недостатки. Иногда, например, может разрезать не там, где надо.
Подробности опубликованы в журнале. Теперь их прорыв обещает стать мишенью для подавляющего большинства геномов человека. Действительно, авторы объясняют в пресс-релизе, что для внесения модификаций в геном белка Cas используют как молекулу РНК, которая направляет фермент к целевой последовательности ДНК, так и PAM короткую последовательность ДНК, которая следует сразу за целевую последовательность ДНК и необходима для связывания белка Cas. Тем временем команда из Гарварда под руководством Бенджамина Кляйнстивера, доцента Гарвардской медицинской школы, разработала другой вариант, названный SpRY.
Столкнувшись с ограничениями этих двух систем, исследователи из Дьюка и Массачусетского технологического института объединили свои силы, чтобы создать новый вариант, названный SpRYc. Чаттерджи отметил в пресс-релизе, что SpRYc позволяет нацеливаться практически на весь геном с большей точностью.
С её помощью можно изменять практически любые гены и делать хромосомную перестройку. Эти свойства широко используются даже в лечении онкологических заболеваний. Технология была открыта в 1987 году во время изучения кишечной палочки Escherichia coli. Ученые обнаружили в её ДНК странные повторяющиеся последовательности, но не смогли выяснить их предназначение. Бактерии производят специальные ферменты, когда пытаются бороться с вирусами. Это помогает бороться с будущими вирусными атаками. Бактерия использует сохраненный генетический материал и производит белки Cas9, которые способны при совпадении генов с геном вируса быстро его нейтрализовать.
Болезнь поразила нервную систему и дыхательные пути. Синдром Хантера считается неизлечимой болезнью. Медики борются с симптомами, облегчают страдания пациентов при помощи регулярного вливания искусственного аналога необходимого фермента или трансплантации костного мозга. Мэддоксу пришлось перенести 26 операций по удалению грыж, прорастаний кости в спинной мозг, а также хирургических вмешательств на глазах, ушах и желчном пузыре. Генная терапия стала для Мэддокса единственной возможностью вернуться к нормальной жизни. Hopefully it will help me and other people. Меня несколько смутило, что я стал первым пациентом, на котором провели такую операцию. Но я решил, что готов пойти на риск, чтобы помочь людям справиться с болезнями, которые всегда считались неизлечимыми», — заявил Брайан Мэддокс. Технология процесса «Мы разрезали его ДНК, вставили туда ген и сшили обратно. Теперь этот ген стал частью ДНК на всю оставшуюся жизнь», — в двух словах пояснил суть операции доктор Сэнди Макрай. С помощью специальных вирусов учёные доставили в организм больного миллиарды «правильных» копий гена. Эта технология редактирования отличается большой точностью. В основе метода лежат белки нуклеазы то есть режущие ДНК с «цинковыми пальцами». Участок, называемый «цинковым пальцем», может быть спроектирован так, чтобы узнавать определённую последовательность в ДНК, а нуклеаза, как ножницы, аккуратно делает разрез в нужном месте. Так, несколько лет назад медики использовали «цинковые пальцы», чтоб вылечить людей, страдающих ВИЧ.
Ученые из МГУ, «Сколтеха» и ИТЭБ РАН встроили термометр в геномный редактор
Создание систем редактирования генома на основе микробных CRISPR-связанных ферментов, таких как SpCas9 , открыло новые перспективы в молекулярной биологии, медицине, сельском хозяйстве и биотехнологиях. Тем не менее природные бактериальные системы, оказываясь в неестественных для них условиях эукариотических клеток, обладают значимыми функциональными недостатками — в первую очередь недостаточной эффективностью редактирования, действием вне заданной мишени и невысокой стабильностью. Это заставляет искать новые варианты системы CRISPR-Cas в микроорганизмах или оптимизировать имеющиеся для практического применения, а это долгий и трудозатратный процесс. Чтобы упростить его, Али Мадани Ali Madani с коллегами из компании Profluent задействовали большую языковую модель LLM ProGen2, созданную ими ранее для нейросетевого дизайна белковых молекул. Для этого они провели систематический сбор данных среди 26,2 триллиона пар оснований собранных микробных геномов и метагеномов из разных родов и биомов. После этого языковую модель на основе ProGen2 настроили на работу с CRISPR-Cas Atlas и с ее помощью сгенерировали четыре миллиона последовательностей, сбалансированных по семействам белков и размеру кластеров на это ушло три дня с использованием 16 графических процессоров.
Что касается хлоропласта, где происходит фотосинтез, многие белки, закодированные в его геноме, связаны с эффективностью преобразования солнечного света в энергию. Поэтому инженерные культуры для лучшего преобразования энергии могут давать лучшие урожаи, если их геном правильно подредактировать. Однако дальнейшее изучение и развитие этой технологии может быть остановлено, если биотех-сектор Китая станет следующей целью санкций со стороны США. В марте три подразделения китайской фирмы BGI Group, занимающейся исследованием генома, уже были добавлены в список организаций, чей доступ к американским технологиям ограничен по соображениям прав человека. Министерство торговли заявило, что они потенциально способствуют слежке.
Сейчас усиливаются опасения, что углубляющийся кризис в отношениях США и Китая приведет к новому витку санкционной войны и под ударом окажется не только технологический сектор КНР, но и смежные области, в том числе биотех. Обострение санкционной войны может повлиять на разработку таких инструментов, как CyDENT, поскольку технология частично зависит от импорта. Между тем создатели CyDENT говорят о необходимости дальнейших исследований, чтобы определить комбинации модульных элементов для получения наилучших результатов редактирования.
У мышей с индуцированной рИМП исследователи наблюдали прорастание сенсорных нервов, которое было связано с фактором роста нервов NGF , продуцируемым рекрутированными моноцитами и тканевыми тучными клетками. Обработка больных мышей NGF-нейтрализующим антителом предотвращала прорастание нейронов и облегчала чувствительность таза, тогда как введение нативного NGF в мочевой пузырь контрольных мышей имитировало прорастание нервов и приводило к болевому поведению. Активация нервов, боль и частота мочеиспускания были связаны с наличием проксимальных тучных клеток. Выводы были сделаны на основе того, что дефицит тучных клеток или лечение антагонистами рецепторов, которые реагируют на продукты тучных клеток, были терапевтически эффективными. Таким образом, эти интереснейшие результаты показывают, что прорастание сенсорных нейронов, вызванное фактором NGF, в мочевом пузыре в сочетании с хронической активацией тучных клеток является основным механизмом, который приводит к независимой от бактерий боли и дефектам мочеиспускания, возникающие у пациентов с рИМП. Эндотелиальные клетки вызывают фиброз органов у мышей, индуцируя экспрессию транскрипционного фактора SOX9 Хроническое заболевание часто характеризуется фиброзом органов, но неясно, как конкретные типы клеток способствуют фиброзу. Новейшее исследование журнала Science показало, что эндотелиальные клетки являются важными факторами фиброза на моделях сердечной недостаточности, легочного фиброза и фиброза печени.
Повышение регуляции транскрипционного фактора SOX9, особенно в эндотелиальных клетках, было связано с фиброзом этих органов на мышиных моделях. Модели включали систолическую сердечную недостаточность, вызванную перегрузкой с высоким давлением, диастолическую сердечную недостаточность, вызванную диетой с высоким содержанием жиров и ингибированием синтазы оксида азота, фиброз легких, вызванный лечением блеомицином, и фиброз печени из-за диеты с дефицитом холина. Чтобы проверить, была ли индукция SOX9 достаточной, чтобы вызвать заболевание, ученые создали линию мышей со специфической для эндотелиальных клеток сверхэкспрессией SOX9 , которая способствовала фиброзу во многих органах и приводила к появлению признаков сердечной недостаточности. Эндотелиальная делеция SOX9, напротив, предотвращала фиброз и дисфункцию органов в двух мышиных моделях сердечной недостаточности, а также в мышиных моделях фиброза легких и печени. Массовое и single-cell секвенирование РНК эндотелиальных клеток мыши в нескольких сосудистых руслах показало, что SOX9 индуцирует внеклеточный матрикс, фактор роста и экспрессию провоспалительных генов, что приводит к заполнению матрикса эндотелиальными клетками. Более того, эндотелиальные клетки мыши активировали соседние фибробласты, которые затем мигрировали и откладывались в матриксе в ответ на SOX9. Как уже было сказано, специфичная для эндотелиальных клеток делеция SOX9 обращала эти изменения вспять. Полученные данные предполагают роль эндотелиального SOX9 как фактора, способствующего фиброзу в различных органах мышей и подразумевают, что эндотелиальные клетки являются важными регуляторами фиброза. Таким образом, у нас появилась новая мишень для лечения этого патологического состояния. Индукция длительной ремиссии с помощью двойной иммунотерапии у SHIV-инфицированных макак, прошедших АРТ Уничтожение вирусных резервуаров является главным препятствием на пути разработки клинического лечения ВИЧ-инфекции 1 типа.
Скрытый вирусный резервуар является последним бастионом ВИЧ перед его полным излечением. Его трудно уничтожить, так как он невидим для иммунитета: клетки резервуара содержат вирус, который находится в неактивном состоянии, поскольку его поверхность не содержит тех белков, которые могли бы показать наличие патогена. Исследования показали, что большую часть резервуара составляют Т-клетки памяти — часть иммунной системы, которая сохраняет информацию о предыдущих инфекциях. Эти клетки могут оставаться в организме в спящем состоянии длительное время, готовые пробудиться при следующей инфекции тем же вирусом. Таким образом, они обеспечивают идеальное убежище для ВИЧ. В новом исследовании ученые продемонстрировали, что введение вакцины Анктива N-803 и антител широкого нейтрализующего действия bNAbs приводило к устойчивому вирусному контролю после прекращения антиретровирусной терапии АРТ у макак-резус, инфицированных химерной версией штамма SHIV-AD8, ранее подавленной АРТ. Лечение макак вакциной, состоящей из N-803 и bNAbs, вызывало иммунную активацию и временную виремию, но ограничивалось лишь снижением клеточных резервуаров SHIV.
Это позволило сделать метод еще более направленным на конкретную мишень», — рассказала Новопашина. Она добавила, что эффективность модификаций уже подтверждена инвитро. В дальнейшем ученые планируют разработать такие модификации направляющей РНК, которые позволят включать и выключать систему геномного редактирования при помощи определенных стимулов, например путем облучения светом определенной длины волны или в присутствии определенных молекул.
Учёные на страже генома
За технологию редактирования генома в 2020 году была присвоена Нобелевская премия. Кубанские Новости. Ученые обнаружили новый способ редактирования генов некодирующих РНК с помощью системы CRISPR/Cas9. Бактериальные системы CRISPR-Cas9 — революционный инструмент в редактировании генов, за фундаментальный вклад в открытие.
Российские ученые научились «редактировать» геномы для борьбы с вирусами
Согласно статье, эти проблемы можно решить с помощью «точного преобразования оснований» с использованием одноцепочечного редактора, такого как CyDENT. Что касается хлоропласта, где происходит фотосинтез, многие белки, закодированные в его геноме, связаны с эффективностью преобразования солнечного света в энергию. Поэтому инженерные культуры для лучшего преобразования энергии могут давать лучшие урожаи, если их геном правильно подредактировать. Однако дальнейшее изучение и развитие этой технологии может быть остановлено, если биотех-сектор Китая станет следующей целью санкций со стороны США. В марте три подразделения китайской фирмы BGI Group, занимающейся исследованием генома, уже были добавлены в список организаций, чей доступ к американским технологиям ограничен по соображениям прав человека. Министерство торговли заявило, что они потенциально способствуют слежке. Сейчас усиливаются опасения, что углубляющийся кризис в отношениях США и Китая приведет к новому витку санкционной войны и под ударом окажется не только технологический сектор КНР, но и смежные области, в том числе биотех. Обострение санкционной войны может повлиять на разработку таких инструментов, как CyDENT, поскольку технология частично зависит от импорта.
Герои проекта — это яркие, уникальные, креативные и неоднозначные люди.
Оксана Таранюк узнает у них всё, о чем вы стеснялись спросить, но всегда хотели. Андрей Будневский — профессор и изобретатель.
Также обсудят применение искусственного интеллекта и биоинформатики в обработке геномных данных, создание новых лекарств и технологий тканевой инженерии как перспективного направления протезирования. Его директор, академик РАН Алексей Кочетов напомнил, что институт входит в состав Курчатовского геномного центра мирового уровня и активно занимается разработкой генетических технологий для сельского хозяйства, медицины и биотехнологической промышленности. По его словам, на базе ИЦиГ СО РАН работает один из основных центров страны по созданию и разведению лабораторных животных для фармакологических исследований.
Благодаря этому в геномной последовательности можно увидеть перестановки и повторы, а расшифровка проводится значительно быстрее и точнее. Мы взяли за основу американский прибор, но реализовали свою собственную, оригинальную технологию. За счет чтения более длинных участков она значительно упрощает сборку «пазла» генома целиком и позволяет отслеживать геномные перестройки, что важно для медицины. На мой взгляд, это даже не эволюционный, а революционный скачок в технологиях», — сказал заместитель директора по научной работе ИАП РАН Антон Букатин. По плану создателей серийный выпуск приборов должен начаться в 2026—2027 годах.
В России модифицировали систему геномного редактирования
Помимо непосредственного применения, расширение возможностей CRISPR открывает путь к революции в области геномной медицины. Исследователи и врачи могут рассчитывать на лечение гораздо более широкого спектра генетических заболеваний, включая те, которые до сих пор считались неизлечимыми. Этот прогресс также может стимулировать исследования в таких областях, как биология старения, устойчивость к заболеваниям и регенерация тканей. Кроме того, повышение точности и гибкости редактирования генома открывает возможности для более безопасных и эффективных вмешательств, снижая риск нежелательных генетических модификаций. В долгосрочной перспективе эти достижения могут привести к улучшению понимания и лечения сложных генетических заболеваний.
В связи с повышением устойчивости вызывающих заболевания микроорганизмов к действию антибиотиков в последние годы все активнее как возможная альтернатива антибиотикам изучаются бактериофаги. В новом исследовании группа ученых из Сколтеха во главе с руководителем Лаборатории анализа метагеномов Артемом Исаевым обратила внимание на бактериофаг BF23. Несмотря на то что его выделили еще в 1949 году, геномная последовательность фага до сих пор оставалась неизвестной.
Историк Марьяна Скуратовская Узнать больше Подпишитесь на ежемесячную рассылку новостей и событий российской науки! Самые интересные проекты, открытия и исследования, а также информация о конкурсах и мероприятиях в вузах и научных центрах России в одном удобном формате. Будьте в курсе событий Десятилетия науки и технологий!
Также обсудят применение искусственного интеллекта и биоинформатики в обработке геномных данных, создание новых лекарств и технологий тканевой инженерии как перспективного направления протезирования. Его директор, академик РАН Алексей Кочетов напомнил, что институт входит в состав Курчатовского геномного центра мирового уровня и активно занимается разработкой генетических технологий для сельского хозяйства, медицины и биотехнологической промышленности. По его словам, на базе ИЦиГ СО РАН работает один из основных центров страны по созданию и разведению лабораторных животных для фармакологических исследований.
В ЕС заподозрили Китай в планах редактировать геном китайских солдат
| ИИ могут задействовать в изменении генома человека - Pro город будущего | Швейцарские учёные революционизировали метод редактирования генома CRISPR-Cas, значительно расширив его возможности. |
| По живому: учёные впервые отредактировали геном в теле человека | На Втором саммите по редактированию генома человека в Гонконге ученые задали Хэ вопрос, знает ли он о влиянии CCR5delta32 на работу мозга? |
| Лента.ру: В Европарламенте заподозрили Китай в планах редактировать геном солдат | Проблемы на пути к коммерциализации редактирования генома в России не ограничиваются обозначенными выше общемировыми «технологическими» сложностями. |
| Ученые из МГУ, «Сколтеха» и ИТЭБ РАН встроили термометр в | Китайские ученые успешно разработали метод редактирования генома, который может избавить людей от самых страшных болезней и даже приблизить их к бессмертию. |
Международный научный форум по редактированию генома пройдет в России
Все новости Лента новостей Hardware Software События в мире В мире игр IT рынок Новости сайта. Год назад учёный Хэ Цзянькуй ошарашил общественность своим признанием: он редактировал геном во время экстрапорального оплодотворения яйцеклетки. Утверждается, что это первый случай успешного редактирования человеческого генома с применением искусственного интеллекта.
Молекулярные ножницы: как в России развивается важнейшая технология века
Китай злоупотребляет результатами исследований в сфере генетики с целью редактировать геном солдат своей армии, а также пытается модифицировать вирусы. Члены Европарламента (ЕП) от Польши Анна Фотыга и Косма Злотовский заподозрили КНР в планах злоупотреблять результатами исследований в сфере генетики с целью редактировать геном китайских солдат, а также модифицировать вирусы. Американские ученые представили первую нейросетевую систему для редактирования генома людей. Швейцарские учёные революционизировали метод редактирования генома CRISPR-Cas, значительно расширив его возможности. Ученые приступили к реализации научного мегапроекта по разработке новых систем редактирования геномов на разных уровнях – от нуклеотидных последовательностей до пространственной структуры молекул ДНК. Третий Международный саммит по редактированию генома завершился в понедельник, когда специалисты по этике предупредили ученых о необходимости замедлить усилия по использованию редактирования генов для улучшения здоровья эмбрионов.