Китай – локомотив прогресса. Одной из областей, отмеченных особыми достижениями в этой стране, является генетика. В последние годы, исследования, проводимые в Китае, позволили совершить несколько невероятных прорывов в медицине. Но у этих исследований есть и другая сторона. Ученые создают то, чего не существует в природе, переписывают правила размножения, что заставляет остальной мир нервничать, учитывая стремление ученных к весьма спорному редактированию человека.
10. Крупнейшее генетическое исследование
Фото: Smithsonian Magazine
В 2018 году компания, расположенная в Шэньчжэне (Shenzhen) и занимающаяся секвенированием (установлением последовательности) генома, получила доступ к массивной базе данных. Во время тестирования на расстройство, связанное с синдромом Дауна была собрана генетическая информация примерно семи миллионов беременных китайских женщин. Выбрали всего около 141 000 женщин, но этот проект остается крупнейшим исследовательским проектом китайских генетиков. Матери были родом практически из всех китайских провинций, а также представляли 36 из 55 этнических меньшинств.
Результаты оказались интересными. Некоторые гены были связаны с ростом и массой тела, способностью иметь близнецов и тем, насколько сильно проявляется герпесвирус 6. В геноме китайцев даже миграции оставили свой след. Наибольшую долю населения составляют Хань (китайцы) (92%). Исследование показало, что структура гена у этой группы населения одинакова, а различия были обусловлены местом проживания. Их северные и южные вариации отразились в миграциях, которые, как известно, произошли после 1949 года, когда работа стала более доступной на западе и востоке. Вариации генов также вызывают различные иммунные реакции у северных и южных представителей Хань. Интересно, что в геноме некоторых групп меньшинств было больше генетического разнообразия, чем у Хань.
9. Неизвестная гигантская панда
Фото: Live Science
Гигантские панды являются знаковыми для Китая. Хотя эти существа остаются предметом серьезных исследований, ученые до сих пор очень мало знают о том, как они развивались. Единственный точный факт состоит в том, что гигантские панды отделились от других медведей 20 миллионов лет назад. В 2018 году в пещере Цычжуто (Cizhutuo) в Китае была обнаружена окаменелость гигантской панды. Это существо умерло 22 000 лет назад и выглядело как гигантская панда. Чтобы понять, кем в действительности оно являлось, исследователи совершили удивительное – они собрали 148 329 фрагментов его ДНК.
Когда стала понятной родословная существа, два факта сделали окаменелость уникальной. Обнаруженная ДНК была самой старой из когда-либо найденных у гигантских панд, но она также показала родословную, о существовании которой никто даже не догадывался. Эта панда отделилась от своих живых родственников около 183 000 лет назад. Ее генетический код также выявил большое количество мутаций, которые, вероятно, помогли этому виду пережить ледниковый период.
8. Собаки с большим количеством мышц
Фото: The Telegraph
В 2015 году в Институте биомедицины и здоровья Гуанчжоу (Guangzhou Institutes of Biomedicine and Health) родилось несколько щенков. Это были не обычные щенки бигля. Они начали свое существование как 60 генетически модифицированных эмбрионов, из которых был удален один ген. Белок миостатин блокирует рост мышц. Ученые удалили его, чтобы появились первые в мире, как они утверждают, дизайнерские собаки. На свет родились только 27 щенков, но не все пошло по плану.
У миостатина два вида, и оба отсутствовали у единственного щенка-девочки. Еще у одного самца белок был деактивирован. Он был более крупным, чем другие, но не таким крупным, как самка, которая была «запрограммирована» на двойное количество мускулов. Целью проекта было создание тестовых животных для изучения заболеваний, поражающих мышцы человека, в том числе болезни Паркинсона и мышечной дистрофии. Во многих случаях китайцы являются первыми, но в данном случае, природа их опередила. У бельгийской Голубой породы скота потрясающие мышцы, благодаря естественному отсутствию миостатина. Кроме того, в результате генетического расстройства ген иногда отсутствует у гончих, в результате чего они приобретают не свойственные им мускулы.
7. Паучьи шелкопряды
Фото: phys.org
Узнав, что ученые подкорректировали способность шелкопряда производить шелк, большинство подумает, что куколки стали вращаться быстрее, что увеличило количество шелка. Однако в мире этого гладкого материала шелкопряды не самые крутые. Пауки превосходят их по нескольким позициям. Шелк, сплетенный пауками, обещает стать невероятно полезным в медицине, в том числе его можно использовать для микрокапсул, которые содержат лекарства от рака, а также применять для фиксации поврежденных нервов. Исследователи также обнаружили, что им можно укреплять пуленепробиваемые жилеты.
К сожалению, пауки не считают хорошей идею коммерческого получения их шелка. В отличие от предсказуемого шелкопряда, паукообразные очень территориальны и, что еще хуже, они каннибалы. В 2018 году команда, связанная с несколькими китайскими учреждениями, редактировала гены и преуспела там, где многие другие потерпели неудачу. Они заменили сегмент генетического кода шелкопряда на ДНК золотого паука-кругопряда.
Когда измененные шелкопряды пряли свои коконы, шелк анализировали. На 35,2% он соответствовал шелку паука, это самый высокий процент, которого удалось добиться. (Прошлые попытки приводили к наличию в шелке всего 5%). Шелк можно было использовать в тот момент, когда шелкопряды выпускали нити, добиться такого не удавалось ни одной другой команде.
6. Первая голубая роза
Фото: phys.org
Среди самых востребованных растений в мире в среде садоводов есть голубая роза. В природе ее не существует, и в течение сотен лет энтузиасты роз не смогли вывести этот цвет. Во время проекта, который длился 20 лет и включал селекцию и генную инженерию, биотехнологи приблизились к нему максимально. Однако даже эта долгожданная роза была, скорее, лиловой, чем голубой. Китайские ученые нашли новый способ достичь мечты. Они начали с бактерии Agrobacterium tumefaciens, часто используемой в биоинженерии, потому что она легко переносит чужеродный генетический материал в ДНК растений.
От другой бактерии, исследователи взяли 2 бактериальных энзима способных трансформировать L-глутамин в лепестках розы в голубой пигмент индигоидин. Для переноса энзимов был создан специальный штамм A. tumefaciens. Затем бактерии вводили в белую розу. Гены пигмента вошли в геном растения и вызвали синеву вокруг места инъекции. Первая в мире голубая роза не идеальна, так как при использовании этой техники получаются только временные пятна. Тем не менее, китайские ученые уже работают над следующим шагом – разрабатывают розу, которая естественным образом производит два энзима и синеет самостоятельно.
5. Пещера атипичной пневмонии
В 2002 году в мире произошла смертельная вспышка атипичной пневмонии (тяжелого острого респираторного синдрома). Впервые синдром появился в Южном Китае, где заразились 8000 человек и умерли почти 800.Причина эпидемии так и не была найдена. В конце 2017 года в одной из пещер китайской провинции Юньнань (Yunnan) ученые обнаружили подсказку. В течение последних пяти лет они исследовали несколько вирусов атипичной пневмонии, присутствующих в организме летучих мышей пещеры. Появилось 11 новых штаммов, но ни один из них не показал генетических признаков вируса начала 2002 года. Не было доказано, что вирус способен передаваться от вида к виду, в том числе, к человеку.
Однако тщательный анализ обнаружил нечто пугающее. Вместе новые штаммы содержали достаточно генетических блоков, чтобы теоретически построить вирус, который мог бы эволюционировать и передаваться от летучих мышей к людям. Во-вторых, три новых штамма показали генетическую предрасположенность к заражению людей. Если эпидемия 2002 года вышла из пещеры, это все еще не объясняет, как она добралась до эпицентра в провинции Гуандун (Guangdong), находящейся на расстоянии в 1000 километров.
4. Первые китайские обезьяны-клоны
Фото: BBC
в конце 2017 года в одной Шанхайской лаборатории родились две длиннохвостые макаки. Хотя родились они с разницей в неделю, Чжун Чжун (Zhong Zhong) и Хуа Хуа (Hua Hua) были идентичными «близнецами». Они были созданы с помощью метода ядерного переноса соматических клеток (SCNT), того же самого, с помощью которого был создан исторический клон овечки Долли 20 лет назад. Возможно, обезьяны являются первыми нечеловеческими приматами, созданными с помощью SCNT, но все международное сообщество не одобрило это достижение.
Критики опасаются, что данный проект может приблизить клонирование человека, не уделяя особого внимания серьезным этическим проблемам. Некоторые исследователи категорически против SCNT, называя его «очень неэффективной и опасной процедурой». Действительно, Чжун Чжун и Хуа Хуа появились только после 79 неудачных попыток. Несмотря на критику, китайские ученые настаивают на том, что идентичные обезьяны могут быть ценными объектами для изучения генетических заболеваний у людей, включая некоторые виды рака.
3. Эмбрионы, устойчивые к ВИЧ
Фото: sciencealеrt.com
Редактирование генов у людей – это новый рубеж. В то время как большинство правительств тянут время, чтобы договориться о протоколах по этике изменения человеческих тканей, Китай шагнул вперед и сделал это несколько лет назад. Исторический прорыв лишь подлил масла в огонь споров. Возможно, это кого-то и удивит, но споры не остановили Медицинский университет Гуанчжоу (Guangzhou Medical University) от того, чтобы проделать новый эксперимент в 2016 году. Ученые намеревались создать эмбрионы, устойчивые к ВИЧ. Работая по строгим правилам, они использовали 26 оплодотворенных яйцеклеток человека. Все они были пожертвованы на исследования, поскольку были нежизнеспособными и не могли развиться в живых детей.
Следующим шагом стала специфическая генетическая мутация. Люди, у которых эта мутация происходит естественным образом, становятся невосприимчивыми к вирусу ВИЧ. Используя инструмент редактирования генов CRISPR, в геномы эмбрионов был вставлен соответствующий ген. Настройка прошла успешно, но только четыре эмбриона стали ВИЧ-устойчивыми. У них проявились неожиданные мутации, и не очень хорошие. Было бы невозможно предсказать долгосрочные последствия для человека, созданного с помощью инструмента редактирования генов CRISPR (если когда-нибудь зайдет так далеко). Во всяком случае, эта вторая попытка показала, что подобный тип редактирования генов небезопасен.
2. Роботы, борющиеся с раком
Фото: chinadaily.com.cn
Мечта о создании нанороботов, способных бороться с раком в организме, не нова. Недавно китайские исследователи нашли способ, граничащий с гениальным. Раковые опухоли могут жить только до тех пор, пока они питаются от кровеносных сосудов человека. Чтобы создать нечто, которое могло бы заблокировать сосуды, ученые позаимствовали молекулы ДНК у вируса, называемого фагом. С помощью техники, похожей на оригами, нить превратили в прямоугольный лист. Были добавлены «убийцы опухолей», которые в основном были представлены молекулами тромбина – фермента свертывания крови.
Четыре таких фермента были завернуты внутри листа, чтобы получился трубчатый наноробот. Специальные белки заперли четыре молекулы внутри. После инъекции наноробот попал в кровеносные сосуды. Там опухоли раскрыли белки и выпустили фермент тромбин. В сосудах образовался сгусток, и опухоль умерла от голода. Испытания на мышах показали, что роботы эффективны. Грызуны страдали раком кожи, легких, молочной железы, яичников. Среди группы из восьми животных с меланомой опухоли полностью исчезли у трех мышей. Продолжительность их жизни также увеличилась.
1. Мыши без отца
Фото: The Telegraph
В 2018 году китайские ученые успешно скрестили двух самок мышей. 29 детенышей являются первыми млекопитающими, рожденными от двух матерей без участия самцов. В исследовании была предпринята попытка выяснить, почему для размножения большинства видов необходимо два пола. Ответ на этот вопрос кроется в правилах воспроизводства себе подобных. Как оказалось, во время зачатия у млекопитающих существует около 100 генов, часть из которых включена у самки, а часть у самца. Для активации всех 100 генов необходимы оба пола. Самец покрывает те, которых нет среди включенных женских генов, и наоборот.
Если бы две самки смогли размножаться в природе, то некоторые гены оставались бы спящими. Используя инструмент редактирования генов стволовых клеток мышей, исследователи обошли этот барьер, удалив в трех местах небольшой фрагмент генетического кода. Измененные клетки вводили в яйцеклетку второй самки мыши. Последовало успешное оплодотворение. Малыши росли здоровыми и родили своих мышат. В результате аналогичного эксперимента с двумя отцами (и суррогатной матерью) на свет появились 12 мышат, но все они умерли в течение 48 часов. Исследование дает отдаленную надежду для однополых человеческих пар, желающих иметь своих собственных детей.
Семейное дело: принц Чарльз сменит Елизавету II на посту главы Содружества наций