Закодировать важный документ в ДНК, сделать жизнь человека полноценной после утраты конечности, вылечить рак с помощью генной терапии — биотехнологии сегодня не просто спасают жизнь, они еще и меняют ее кардинальным образом. Ирина Колесникова, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник компании MyGenetics, и Владимир Волобуев, СЕО компании MyGenetics, собрали главные достижения биотеха за последние годы.
Огромные средства сегодня вкладываются в научные исследования CRISPR-Cas и выращивание органов из стволовых клеток, о чем «Хайтек» неоднократно писал. Но это лишь толика того, что сегодня представляет из себя биотех. Ниже топ-5 достижений этой научной области (спойлер — это всего лишь первая часть нашей подборки).
1. Секвенирование
С тех пор, как ученые обнаружили, что именно ДНК является главным хранителем наследственной информации, самой интересной и важной задачей стало «прочитать» ее послание.
Такую возможность предоставило ученым появление технологии секвенирования — определения последовательности ДНК. С момента появления в конце 1970-х годов в этой области знания ушли сильно вперед. В настоящее время пришло уже третье поколение методов и технологий секвенирования, но цель всех этих методик одна: «прочесть» цепочку ДНК. А зная последовательность ДНК, можно узнать все о достоинствах и недостатках организма, его способностях и потенциале. Иными словами, уже сегодня можно составить полный генетический паспорт. Тем не менее, после расшифровки последовательности ДНК нужно еще понять, как именно изменения в ней влияют на форму/работу/количество белка и свойства организма. Именно это понимание и даст качественный скачок в генетических исследованиях.
2. Редактирование генома: CRISPR-Cas
Вообще всю генетическую инженерию стоило бы отнести к разряду прорыва в биотехе. На сегодня в ее арсенале имеется целый ряд методик. Но одна из них привлекает особое внимание. Как оказалось, у бактерий есть свой «иммунитет» к вирусам (точнее, к фагам — так называют вирусы бактерий). С незваными гостями в бактериях борется специальная система, состоящая из белка каспазы (или нескольких белков) и последовательностей ДНК («кассет») CRISPR. Эта система узнает и достаточно точно «вырезает» вирус из ДНК бактерии. Настоящие ножницы для ДНК. Уже в наше время ученые нашли способ заставить работать эту систему на благо человека. Например, с помощью этого белка можно целенаправленно изменять гены с большой точностью. В дальнейшем это может стать прорывом в лечении генетически обусловленных заболеваний и онкологии. Придавать желаемые свойства и избавляться от нежелательных у сельскохозяйственных растений и животных — и тут CRISPR-Cas найдет применение.
3. Стволовые клетки
Стволовыми называют такие клетки, которые могут дать начало и развиться в другие более узкоспециализированные типы клеток. В процессе роста, развития и жизни организма клетки претерпевают процесс дифференцировки, то есть узкой специализации по строению и функции: эритроцит (красная клетка крови, которая переносит кислород), нейрон (нервная клетка, передающая сигнал в мозге), бета-клетка поджелудочной железы (та самая, которая вырабатывает инсулин) и другие. Однако прародительницами специальных клеток являются именно стволовые. Если научиться управлять процессом дифференцировки, можно получать любые типы клеток. Это, в свою очередь, позволит выращивать органы (и даже целые организмы) в пробирке из одной клетки, взятой от самого человека. Например, орган для пересадки можно будет получить, используя собственные клетки пациента. Такие органы будут, что называется, «как родные».
4. Бионические протезы
«Звездные войны», «Стальной алхимик» и многие другие фантастические фильмы демонстрируют нам чудеса протезирования (когда механическая рука или нога успешно заменяет утраченную собственную). Некоторые из них вполне реальны здесь и сейчас. Современные бионические или биоэлектрические протезы способны считывать сигнал от наших мышц и нервов, передавать их в подвижные части протеза и таким образом заставлять их двигаться так, как нужно их владельцу. То есть протез управляется и двигается почти так же, как и нормальная человеческая рука, он подвижен и намного комфортнее обычного. Причем современные протезы могут быть как простые, позволяющие только сжимать и разжимать сразу все пальцы, например, кисти руки, так и более сложные, позволяющие более разнообразные движения пальцев по отдельности. С таким протезом возможна максимально полноценная двигательная активность. Так что теперь у людей, в результате несчастного случая лишившихся руки или ноги (или их части), есть шанс компенсировать утраченное и, что называется, вернуться в строй.
5. ДНК-компьютер
На самом деле, используя схему ДНК, можно также решать множество математических задач. Напомним, что ДНК — это очень длинная молекула-цепочка, состоящая всего из четырех типов звеньев, которые условно можно обозначить А, Т, Г и Ц (по первым буквам их названий). В последовательности этих «букв» закодирована информация о белках (и не только), а, значит, и всем теле человека, которая считывается и реализуется далее. А с помощью специальных белков эта информация может также целенаправленно изменяться. Что, если так закодировать любую другую информацию? В 2019 году был создан первый ДНК-жесткий диск. Разрабатываются специальные молекулярные алгоритмы для программирования. Такой ДНК-компьютер может хранить огромное количество информации и одновременно производить очень большое количество операций-вычислений с высокой скоростью.
Читать далее:
Существует ли наука в экстремальных условиях? Отвечаем в цифрах
Супервулкан Йеллоустоун оказался в разы опаснее, чем считали ученые