Генная инженерия-2017: головокружение от успехов

Четверг, 27 Июль 2017 10:28
Новые возможности генной инженерии... Новые возможности генной инженерии...

Исследования не стоят на месте, новые технологии с каждым годом все более уверенно заявляют о себе. Напрямую касается это и сферы генетики, научных достижений в этой области. Представляем вашему вниманию Топ-10 достижений в сфере генной инженерии за 2017 год.

 1. Ученые из Института биологических исследований им. Салка в Ла-Хойе (Калифорния) в начале года заявили о том, что стали на один шаг ближе к возможности выращивать человеческие органы внутри свиней.

В своем последнем исследовании они смогли вырастить внутри свиньи человеческие клетки и создали гибрид человека-свиньи на генетическом уровне. Это повышает вероятность того, что в будущем можно будет выращивать человеческие органы внутри животных для последующей трансплантации.

Впервые удалось создать эмбрионы, объединяющие два больших, отдаленно связанных вида. Ученые позиционируют свое достижение как важный первый шаг к созданию человеческих сердец, печени и почек с нуля.

Хуан Карлос Изписуа Бельмонте, возглавлявший работу над проектом, говорит, что конечной целью является увеличение функциональных и трансплантируемых тканей или органов, но пока что ученые далеки от этого.

2.Ученые университета Техаса в Остине создали с помощью генной инженерии хлопок с более высокими качественными показателями, скрестив несколько видов растения.
Это первый шаг к новому способу разведения более крепкого, более производительного сорта при помощи процесса под названием эпигенетическая модификация.
В последние десятилетия ученые обнаружили, что многие черты живых существ контролируются не только кодом их ДНК, но и процессом вне ДНК, который определяет, будут ли выражены эти гены. Феномен получил название эпигенетика. Это открывает возможности совершенно новых способов разведения растений и животных.
Путем выборочного включения и выведения генной экспрессии производители могли создавать новые разновидности без изменения генов.
В исследовании ученые Техасского университета A&M и Нанкинского сельскохозяйственного университета в Китае сообщили о создании списка генов и генетических элементов, которые были включены или выключены через естественный процесс, называемый метилированием ДНК.

Исследователи идентифицировали более 500 генов, которые эпигенетически модифицированы между дикими сортами хлопка и одомашненным хлопком. «Это позволит нам дополнить генетическое размножение эпигенетическим», — сообщил профессор молекулярной генетики растений Д. Дж. Сибли.


3.Команда американских ученых обнаружила, что деметилирование ДНК (модификация молекулы ДНК без изменения самой нуклеотидной последовательности ДНК. — Авт.) можно применять для процесса созревания томатов. Происходит это за счет активации индуцированных и замедления репрессированных генов.

Во время исследования ученые создали мутант деметилазы из томатной ДНК с использованием технологии редактирования генов CRISPR.
Ученые во всем мире изучали метилирование ДНК в течение последних нескольких десятилетий. Исследования активизировались, когда были сделаны открытия о его важной роли в клеточных процессах у растений и млекопитающих.
«Мы начали с томатов, но нас также интересуют и фрукты, в том числе виноград, груши, яблоки и клубника. В базовом смысле мы теперь имеем более глубокое понимание того, как созревание контролируется эпигенетическими марками», — отмечают исследователи.


4.Группа ученых, возглавляемая исследователями Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (DOE), в сотрудничестве с Калифорнийским университетом в Лос-Анджелесе опубликовала работу по секвенированию генома зеленых водорослей для создания чистой энергии и биопродуктов.

«Этот геном станет важным ресурсом для разработки возобновляемого и устойчивого микрогалогенного биотоплива», — сказала автор исследования Мелисса Рот, докторант-исследователь в лаборатории Niyogi.
Водоросли поглощают углекислый газ и питаются солнечной энергией благодаря фотосинтезу, но Chromochloris zofingiensis (исследуемая водоросль. — Авт.) имеет дополнительное преимущество в том, что ее можно культивировать на непахотных землях и в сточных водах.

Chromochloris zofingiensis является естественным источником астаксантина, антиоксидантом, полученным из диетических водорослей. Астаксантин обеспечивает защиту от окислительного стресса. «Уже ведутся исследования по определению того, являются ли противовоспалительные свойства астаксантина полезными при лечении рака, сердечно-сосудистых и нейродегенеративных заболеваний, диабета и других проблем здоровья человека», — отмечают ученые.

Объединив несколько методов секвенирования, исследователи смогли генерировать сборку генома на уровне хромосом.


5.Ученые Лаборатории Cold Spring Harbor (CSHL) продемонстрировали, как объединение полезных свойств генома может иметь негативные последствия. Они обнаружили случай отрицательного эпистаза в различных томатных растениях. И показали, как использовать эти знания для получения неиспользованного потенциала урожайности растений.

Существует ген одомашнивания, который препятствует росту урожайности, рассказывают исследователи. «Идентифицируя и анализируя подобные случаи отрицательного взаимодействия генов в растениеводстве и животноводстве, мы можем преодолеть существующие барьеры производительности в сельском хозяйстве», — отмечают они.

Исследование проводилось на примере томатов. Каждый плод переносит мутацию гена, которая, вероятно, возникла 8000-10 000 лет назад, на заре сельского хозяйства. Эта древняя мутация вызывала ранние формы одомашненных томатов для производства растений с более крупными зелеными листьями.

Вторая мутация, которая взаимодействует с этой древней мутацией, обнаружена в середине ХХ века. Ее заметили в одомашненных помидорах, посаженных в поле, принадлежащем компании Campbell Soup.

Недавно мутантный ген изменил изгиб в стебле, ведущем к цветкам, — естественном суставе растения. Это снизило урожайность растений.


6.Команда из Университета Дьюка в сотрудничестве с учеными Сельскохозяйственного университета в Китае успешно разработала новый метод, который позволяет повысить устойчивость риса к болезням без снижения урожайности.
Заболевания, вызванные бактериальными или грибковыми патогенами, представляют значительную проблему и могут привести к потере 80% или более урожая риса.
Предыдущие исследования были сфокусированы на изменении кодирующей последовательности или вышерасположенных элементов последовательности ДНК гена. Эти вышерасположенные ДНК-элементы известны как промоторы и действуют как переключатели, которые включают или выключают проявление гена. Это первый этап синтеза гена в его белковый продукт, известный как транскрипция.

Прикрепляя промотор, который дает сигнал «on», к защитному гену, растение может обрести устойчивость к болезнетворным микроорганизмам. Чтобы дополнительно смягчить негативные последствия для урожайности от борьбы с болезнями группа исследователей добавила в ДНК растения новые элементы последовательности, которые называются открытыми рамками считывания (uORF). Эти элементы последовательности действуют на промежуточное звено гена или мессенджер (РНК, молекула, подобная ДНК), чтобы управлять превращением в конечный белковый продукт.


7.Стволовые клетки крови впервые выращены в текущем году в лабораторных условиях. Их синтезировали ученые Гарвардской медицинской школы и Кембриджского университета.
Ученые начали с алгоритма создания человеческих стволовых клеток, которые могут образовывать практически любой другой тип клетки тела. Затем команда искала химические вещества, которые могли бы побудить их стать стволовыми клетками крови. После изучения генов, участвующих в производстве крови, исследователи идентифицировали белки, которые контролируют эти гены и применяют их к стволовым клеткам.
Они проверили множество комбинаций белков и обнаружили пять, которые работали вместе, чтобы побудить стволовые клетки стать стволовыми клетками крови. Эксперимент, в котором синтезированные стволовые клетки крови помещали в мышей, показал, что синтезируются новые красные и белые клетки крови и тромбоциты.

Отдельная команда достигла такого же эффекта со стволовыми клетками, взятыми у взрослых мышей. Рафаэль Лис в Медицинском колледже Вайля Корнелла в Нью-Йорке и его коллеги начали с клеток, взятых из стенок легких у животных, исходя из идеи, что подобные клетки в эмбрионе в конечном итоге образуют первые стволовые клетки крови. Команда определила набор из четырех факторов, которые могли бы стимулировать эти стволовые клетки легких.

Лабораторные стволовые клетки еще не готовы для использования на людях, хотя все мыши были здоровыми во время экспериментов. Для людей существует риск того, что клетки могут мутировать и вызывать рак.


8. Шведские ученые создали хрящевую ткань путем печати стволовых клеток с использованием 3D-биопринтера. Стволовые клетки выжили.
Исследовательская группа смогла воздействовать на клетки, чтобы те размножались и дифференцировались для образования хондроцитов (хрящевые клетки) в печатной структуре.

Исследовательский проект ведется в сотрудничестве с группой исследователей Технологического университета Чалмерса, которые являются экспертами в области 3D-печати биологических материалов.

Команда использовала хрящевые клетки, собранные у пациентов, перенесших операцию на колене. Затем эти клетки обработали в лаборатории, где их заставили омолаживаться и возвращаться в стволовые клетки. Затем стволовые клетки разложили и инкапсулировали в состав нанофибриллированной целлюлозы и напечатали в структуру с использованием 3D-биопринтера. После печати стволовые клетки обрабатывали факторами роста, которые приводили к их правильной дифференциации, так что они образовывали хрящевую ткань. Основное понимание, полученное в ходе исследования, заключается в том, что для образования ткани необходимо использовать большое количество живых стволовых клеток.

Хрящ, образованный стволовыми клетками в трехмерной биотрансферной структуре, очень похож на человеческий хрящ. Опытные хирурги, которые исследовали искусственный хрящ, не видели никакой разницы, когда сравнивали биопринтерную ткань с реальным хрящом, и заявляли, что материал обладает свойствами, подобными природному хрящу пациента.


9. В феврале 2017 года ученым впервые удалось достичь двусторонней связи в интерфейсе «мозг-машина». Протезная конечность может частично восстановить утраченную моторную функцию, когда она непосредственно контролируется деятельностью мозга. Это стало возможным благодаря расшифровке активности нейронов, которая регистрируется электродами, а затем переводится в роботизированные движения.
Из-за отсутствия сенсорной обратной связи от искусственной конечности страдает точность данных.
Нейробиологи из Женевского университета (ЮНИГЕ) в Швейцарии изучили, смогут ли они передать это пропавшее ощущение назад в мозг, и предложили сделать это, стимулируя нейронную активность в коре. Они узнали, что создать искусственное ощущение нейропротезных движений невозможно, но при этом установили, что основной процесс обучения проходит очень быстро.
Успешные результаты, к сожалению, редки. Это связано с тем, что до сих пор интерфейсы мозговых машин управлялись, полагаясь в основном на визуальное восприятие, то есть глядя на роботизированную руку. Это означает, что прямой поток информации между мозгом и машиной является однонаправленным. Однако восприятие движения основано не только на видении, но и на проприоцепции — сознании того, где конечность находится в пространстве.

Первичный оптический интерфейс «мозг-машина» позволяет осуществлять двустороннюю связь с мозгом. Хотя роботизированная рука контролируется нейронной активностью, записанной с помощью оптического изображения (красный лазер), положение руки транслируется обратно в мозг через оптическую микростимуляцию (синий лазер).


10. В январе текущего года исследователи Национального института здоровья США (NIH) обнаружили молекулярные механизмы, которые могут влиять на поведение женщины в дни, предшествующие ее менструальному периоду.
Такое предменструальное дисфорическое расстройство (PMDD) поражает от 2-5% женщин репродуктивного возраста, тогда как менее серьезный предменструальный синдром (PMS) встречается гораздо чаще.

Ученые обнаружили, что PMDD представляет собой расстройство реакции клетки на эстроген и прогестерон, объясняет Питер Шмидт, управляющий директор Национального института психического здоровья NIH.

У женщин с PMDD экспериментальное отключение эстрогенов и прогестерона устраняло симптомы такого синдрома, в то время как экспериментальное возвращение этих гормонов вызывало повторное появление симптомов. Это подтверждает наличие биологической поведенческой чувствительности к гормонам, которые могут отражаться в молекулярных различиях, обнаруживаемых в их клетках.

«У нас теперь есть клеточные признаки аномальной передачи сигналов в клетках, полученных от женщин с PMDD, и правдоподобная биологическая причина их аномальной поведенческой чувствительности к эстрогену и прогестерону», — объясняет Шмидт.

Можно также посмотреть видео:

Прочитано 186 раз

...

Похожие материалы (по тегу)

  • Новые технологии: квантовая телепортация

    В прошлом месяце произошло сразу два интересных события в сфере квантовых технологий: китайские ученые телепортировали фотоны света с наземной станции на космический спутник и прошла ежегодная конференция ведущих экспертов квантовой физики в Москве...

  • Археологи: "Кости на стол!.."

    Использование ДНК из останков древних людей и животных привело к тому, что огромные коллекции ценных образцов скапливаются в генетических лабораториях. С призывом изменить сложившуюся ситуацию с открым письмом обратились несколько ведущих археологов из Германии и Израиля...

  • Ученые поведали, как кошки стали домашними

    Сегодня трудно представить что человечество когда-то могло обходится без кошек. Новое генетическое исследование открывает нам, как африканская дикая кошка превратилась в домашнего тигра и покорила весь мир. Как известно, домашние кошки живут и процветают в самых отдаленных уголках Земли, кроме Антарктиды..

  • Новые технологии: "одежда будущего" уже сегодня

    Чего только не придумают дизайнеры - особенно когда на помощь им приходят техника и иновации! Новая технология Project Kino позволяет создать украшение для одежды с помощью маленьких «умных» роботов, которые постоянно двигаются по человеку...

  • Генетики пытаются разгадать загадку возникновения цивилизаций в Европе

    Чтобы найти предков основателей первых европейских цивилизаций, ученые проанализировали ДНК трех тысяч современных и древних людей. Первой цивилизацией Европы считается минойская цивилизация, возникшая в III тысячелетии до нашей эры на Крите. Минойское общество отличалось сложной структурой. Центрами экономической и политической активности служили дворцы — крупные комплексы, при строительстве которых применялось множество архитектурных и инженерных технологий...