Последние достижения биологии и медицины: 10 главных открытий 2017 года в области биологии и медицины: philologist — LiveJournal – Хит-парад научных достижений. Биология и биомедицина в 2017 году

Содержание

10 главных открытий 2017 года в области биологии и медицины: philologist — LiveJournal

Биология — одна из самых бурно развивающихся наук и в этой области в минувшем году произошло немало крайне интересных событий. Обозреватель интернет-журнала «Хайтек» Сергей Коленов выбрал 10 главных открытий 2017 года в области биологии и медицины, которые в существенной мере повлияют на наше будущее.

1. Конец эпохи антибиотиков

2017 год показал, что эра антибиотиков, длившаяся почти столетие, подошла к концу. Бактерии научились вырабатывать устойчивость к известным препаратам, а на разработку новых нет ни времени, ни достаточных средств. Врачи и ученые рисуют мрачные прогнозы: если ничего не предпринять, микроорганизмы убьют человечество намного раньше, чем изменения климата. Однако эту угрозу все еще не воспринимают всерьез. Причина появления супербактерий — в скорости размножения микроорганизмов и их способности обмениваться генетической информацией. Единственная бактерия, у которой появился ген устойчивости к лекарствам, поделится им с сородичами. Чтобы позволить человечеству выжить, исследователи ищут замену привычным препаратам. Для борьбы с супербактериями предлагают использовать CRISPR, наночастицы и новые, более мощные антибиотики. Разработка этих и других методов возможна только благодаря исследованиям молекулярных механизмов появления устойчивости.

2. Уточнено время появления жизни

Вопрос о том, как появилась жизнь на Земле — один из важнейших в биологии. Точные даты и условия возникновения жизни остаются предметом дискуссий. В ушедшем году исследователи из Австралии изучили горные породы возрастом 3,48 млрд лет и выявили в них следы микроорганизмов. Это значит, что примитивные формы жизни могли появиться еще раньше — около 4 млрд лет назад. Интересно, что изученные горные породы принадлежат к сухопутным отложениям — а значит, колыбелью жизни мог быть не океан, а горячие источники на суше. Также в ушедшем году ученые исследовали молекулярные механизмы, которые сопровождали ранние этапы появления живых организмов. В частности, была поставлена под сомнение популярная гипотеза РНК-мира: согласно новым исследованиям, в возникновении жизни равное участие принимали РНК и белки.

3. Появление нового вида птиц

Обычно эволюция — очень долгий процесс, почти незаметный для человеческого взгляда. На то, чтобы какой-то признак закрепился в популяции, требуются сотни и тысячи лет. Поэтому ученые вынуждены иметь дело со свидетельствами эволюции, запечатленными в окаменелостях и ДНК, а обыватели сомневаются в реальности эволюции. Превращение одних видов в другие случается еще реже, и наблюдать за подобным — настоящая удача, которая проливает свет на многие загадки эволюции. В уходящем году исследователи объявили, что им удалось увидеть рождение нового вида птиц.

Открытие было сделано в культовом для всех биологов месте — на Галапагосских островах, вдохновивших Чарльза Дарвина на создание его теории. Супруги Розмари и Питер Грант, орнитологи из Принстонского университета, сорок лет изучали здесь дарвиновых вьюрков. Во время работы на островке Дафне они обнаружили, что к местным видам вьюрков присоединился пришелец с отдаленного острова Эспаньола, самец вида Geospiza conirostris, получивший прозвище Большая Птица. Из-за отсутствия самок своего вида, он спаривался с местными птицами. Потомки этих союзов настолько отличаются от других вьюрков по песне и внешнему облику, что могут быть признаны новым видом.

4. Эволюция признана бесконечной

В 2017 году отметил юбилей один из самых длительных эксперментов в истории биологии. Исследователи под руководством микробиолога Ричарда Ленски уже 30 лет наблюдают за развитием бактерий кишечной палочки Escherichia coli. За это время успело смениться 67 000 поколений, что соответствует миллиону лет человеческой эволюции. Несмотря на почтенный возраст, эксперимент продолжается и приносит новые открытия. Анализ его результатов, проведенный в прошедшем году, опроверг одну из популярных в современной биологии идей. По мнению многих экспертов, у адаптации есть предел: после того как вид идеально приспособится к стабильной среде обитания, его эволюция остановится. Однако десятилетия наблюдений за микроорганизмами доказали, что эволюция будет продолжаться даже в этом случае, а предела приспособляемости не существует. Это больше соответствует взглядам Чарльза Дарвина, нежели представлениям современных специалистов.

5. Новые признаки кризиса биоразнообразия

Многие исследователи склоняются к тому, что мы живем в эпоху Шестого массового вымирания — крупнейшего со времен исчезновения динозавров 65 млн лет назад. Скорость вымирания видов в настоящее время намного выше, чем когда-либо за последние миллионы лет — процесс уже называют «биологической аннигиляцией», и в нем виноват человек, уничтожающий животных, растения и среду их обитания. Одним из самых тревожных фактов, ставших известными науке в уходящем году, стал результат исследования голландских экологов, которые изучали численность летающих насекомых в Германии. Они обнаружили, что всего за 28 лет она сократилась на 76%, причем для летних месяцев эта цифра достигает 82%.

Ученые по всему миру и раньше подозревали, что насекомых становится меньше, но такая строгая и пугающая оценка дана впервые. Особенно неприятно, что исследование проводилось на территории заповедников, где вмешательство людей в природу ограничено. Авторы обнаружили, что вымирание насекомых нельзя объяснить ни погодными условиями, ни особенностями ландшафта. Возможно, виноваты изменения климата или использование пестицидов. Исчезновение насекомых — очень тревожный сигнал, ведь они служат кормом для многих других видов и являются важными опылителями, без которых погибнут не только дикие растения, но и сельское хозяйство.

6. Ученые научились выборочно стирать воспоминания

Нейробиология развивается быстрее, чем какая-либо другая отрасль биологии. В 2017 году было сделано множество удивительных открытий о том, как работает мозг: ученые выяснили, какое действие на него оказывают смартфоны, открыли в нем систему самоочищения и узнали, что люди, как и ИИ, способны к глубокому обучению. Среди этих новостей трудно выделить главную, но, возможно, таковой следует назвать новый шаг к управлению памятью. Экспериментируя с морским моллюском аплизией — классическим модельным объектом для изучения памяти — ученые научились выключать записанные в нейронах воспоминания. Для этого нужно было блокировать в нужных клетках фермент протеинкиназу М. В будущем исследование может помочь людям, страдающим от болезненных воспоминаний. Особенно эффективным этот прием может быть в борьбе с посттравматическим синдромом.

7. Диета способна вылечить диабет

Распространение диабета приняло характер настоящей эпидемии: по некоторым прогнозам, к середине века от него будут страдать до трети жителей США. Основной прирост составляет диабет 2-го типа, который связывают с излишним весом и неправильным питанием. На ранних стадиях врачи рекомендуют контролировать его с помощью диеты. Однако, как показало исследование ученых из Йельского университета, жесткие ограничения в питании могут даже полностью излечить диабет 2-го типа.

Свидетельства этому появлялись и ранее, но тщательное исследование было проведено впервые. Как оказалось, диета делала печень более восприимчивой к инсулину за счет снижения количества жира и препятствовала выработке глюкозы из других веществ. В эксперименте с грызунами положительные изменения начинались всего через 3 дня после введения ограничений в питании. Эти выводы подтверждаются работой ученых из Университета Глазго. Исследование с участием 300 пациентов показало, что сокращение числа потребляемых в день калорий до 800 на срок от 3 до 5 месяцев может полностью вылечить диабет без лекарств.

8. Разработан эффективный мужской контрацептив

Ученые давно пытались создать эффективный и удобный контрацептив для мужчин, подобный женским противозачаточным таблеткам. Презервативы, распространенное сегодня решение, кажутся многим неудобными и снижающими качество секса, а вазэктомия слишком радикальна. В результате в большинстве пар забота о предохранении ложится на женские плечи, либо используются ненадежные методы типа прерванного полового акта. В 2017 году, похоже, на этом направлении удалось достичь прорыва.

Команда ученых применила для контрацепции гель, который вводится в семявыносящие протоки и блокирует их, в результате чего сперма остается в организме и рассасывается. Двухлетние испытания на макаках показали 100-процентную эффективность препарата, а также отсутствие побочных эффектов вроде воспаления. Действие геля обратимо: «пробки» можно удалить, подействовав на них ультразвуком. Альтернативное решение использует гормоны, как в женских контрацептивах. Гель, содержащий прогестин и тестостерон, необходимо втирать в плечи, в результате чего число сперматозоидов падает до значений, при которых беременность невозможна. Масштабные испытания препарата начнутся в 2018 году. Исследователи надеются, что, в отличие от предыдущих гормональных мужских контрацептивов, их разработка не будет вызывать перепады настроения и другие неприятные последствия.

9. Более совершенные протезы

Создание сложных современных протезов — область, где медицина и биология встречаются с искусственным интеллектом и высокими технологиями. Разработчики искусственных конечностей уже не удовлетворяются созданием удобных и легких протезов, теперь их цель — сделать протезы столь же функциональными и ловкими, как настоящие человеческие руки. В 2017 году ученым и инженерам удалось приблизиться к решению этой задачи. Роборука, созданная сотрудникам Технологического института штата Джорджия, позволяет владельцу двигать каждым пальцем по отдельности. Эта возможность достигается за счет взаимодействия между протезом и мышцами в оставшейся части руки. Внедренный в руку ультразвуковой зонд определяет, какие из них движутся, и с помощью особого алгоритма переводит эту информацию в движения пальцев. Устройство достаточно совершенно, чтобы с его помощью можно было сыграть на пианино .

10. Поиски жизни в космосе

Интерес к космосу в последние годы стабильно растет, и вопрос «Одиноки ли мы во Вселенной?» вспыхнул с новой силой. Каждая пресс-конференция NASA 2017 года сопровождалась ожиданиями, что нам вот-вот объявят о находке внеземной жизни. Увы, в уходящем году этого так и не произошло. Однако ученые усовершенствовали способы поиска признаков жизни в космосе с помощью биомаркеров и разработали новые проекты миссий к потенциально обитаемым мирам, например, спутнику Сатурна Энцеладу.

Одной из главных надежд года стало открытие семи землеподобных планет в системе TRAPPIST-1, из которых шесть находятся в потенциально обитаемой «зоне Златовласки» (позже была обнаружена еще одна, у красного карлика Росс 128). Однако некоторые исследователи считают, что жизнь там невозможна: степень УФ-излучения звезды слишком велика и не оставляет возможности для существования атмосферы и углеродной жизни. Другим разочарованием стало открытие шотландских ученых, которые доказали, что поверхность Марса токсична для бактериальной жизни. Тем не менее, астрономы и биологи считают, что внеземная жизнь будет обнаружена уже через 10-15 лет.

Вы также можете подписаться на мои страницы:
— в фейсбуке: https://www.facebook.com/podosokorskiy

— в твиттере: https://twitter.com/podosokorsky
— в контакте: http://vk.com/podosokorskiy
— в инстаграм: https://www.instagram.com/podosokorsky/
— в телеграм: http://telegram.me/podosokorsky
— в одноклассниках: https://ok.ru/podosokorsky

Хит-парад научных достижений. Биология и биомедицина в 2017 году

В предпраздничной суете «Биомолекула» не может просто так взять и не подвести научные итоги уходящего года. В 2017-м завершил свою миссию легендарный зонд «Кассини», бушевали страсти вокруг глобального потепления и политических решений президента США, вздымались гравитационные волны… а также волна обвинений в домогательствах, которой, увы, не удалось избежать и ряду крупных университетов. Однако, разумеется, нас прежде всего интересуют биология и медицина — чем они впечатлили мир в этом году? С целью выделить самое важное, обратимся к экспертам крупнейших научных изданий —

Nаture и Science, — а ради полноты картины учтем мнение мировой читательской публики, запечатленное в рейтинге «Альтметрики».

Почетные места в топах-2017 как Nature, так и Science, ожидаемо заняли достижения в области лечения рака, а также прорывы в генотерапии и генокоррекции, образно обозначенных авторами Nature как «золотое дно генетики» (genetics bonanza). Кстати, в этот вторник о научных итогах года уже говорили в «Науке на завтрак», которую мы также рекомендуем посмотреть.

Победы в онковойнах

CAR-T лимфоциты

CAR-T лимфоциты (показаны оранжевым), видимо, в ближайшем будущем станут одним из самых продвинутых способов лечения рака.

В мае 2017 года Управление по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных средств США (FDA) одобрило использование препарата пембролизумаб для лечения тех форм рака, которые вызваны нарушениями системы репарации неправильно спаренных оснований ДНК [1–3]. Как показали исследования, пембролизумаб особенно эффективен в отношении таких новообразований [4]. Это означает, что в основу терапии рака впервые легла не столько локализация опухоли, сколько ее генетическая природа.

Известно, что раковая опухоль способна обманывать иммунную систему, используя специальные молекулы, призванные подавлять иммунный ответ [5]. Один из способов такого подавления заключается в связывании этих молекул с рецептором PD-1 на поверхности цитотоксических T-лимфоцитов, что приводит к гибели последних. Пембролизумаб — это антитело к рецептору PD-1. Связываясь с ним, он защищает клетки-киллеры и позволяет им эффективно расправляться с опухолевыми клетками. Однако если рак вызван мутациями в системе репарации неправильно спаренных оснований ДНК, эффект лечения значительно возрастает. По-видимому, это связано с многочисленными мутациями в антигенах таких раковых клеток, в результате чего «пробужденный» пембролизумабом иммунитет уничтожает их гораздо активнее [6].

В этом году разрешение на клиническое использование получил и другой, более сложный и тонкий способ лечения рака [7]. Он основывается на генной инженерии с использованием собственных иммунных клеток пациента. Речь идет о создании химерных антигенных рецепторов Т-клеток (CAR-T) [8]. В основе этой технологии —модификация генов, кодирующих рецепторы клеток-киллеров, так, чтобы они распознавали раковые клетки конкретного пациента [9]. И хотя этот способ воздействия на организм чреват тяжелыми побочными эффектами [10], последние исследования сообщают о том, что польза терапии всё-таки превышает ее риски. Пока на рынок выведены два подобных препарата, предназначенные для лечения лимфопролиферативных заболеваний [11].

И снова CRISPR!

CRISPR-Cas9

Исследователи во всем мире учатся использовать систему CRISPR-Cas9 как «генетические ножницы».

Прежде всего, если вам аббревиатура CRISPR-Cas9 знакома лишь смутно, почитайте соответствующий раздел на «Биомолекуле», в котором есть и подробные обзоры, и краткие новости, и инфографика, и захватывающие истории. Оно того стоит!

В этом году на горизонте отчетливо замаячили перспективы клинического применения популярной системы CRISPR-Cas9 во вспомогательных репродуктивных технологиях [12]. И если ранее эту систему обширно критиковали [13] за высокие риски возникновения мозаицизма эмбрионов и незапланированных изменений в геноме, то ее новые модификации позволили значительно снизить эти риски.

Группа ученых под руководством известного эмбриолога Шухрата Миталипова [14] провела успешные эксперименты по редактированию гена MYBPC3, ответственного за развитие аутосомно-доминантного генетического заболевания под названием гипертрофическая кардиомиопатия [15]. Оказалось, что лишних, незапланированных мутаций в геноме не возникало, при этом мозаицизм наблюдался только у одного эмбриона из 58. Такого блестящего результата им удалось добиться с помощью некоторых модификаций методики. В частности, вместо генов, кодирующих РНК-гид (нужен для распознавания ДНК-мишени) и «белок-ножницы» Cas9, в клетку вводили эти молекулы в готовом виде. Они делали свое дело, уничтожая мутантные копии гена, и вскоре утилизировались клеткой, а значит, больше не представляли опасности. В целях профилактики мозаицизма эмбрионов систему вводили непосредственно в момент оплодотворения яйцеклетки.

И пусть пока эксперименты проводили на эмбрионах, не подлежащих дальнейшей имплантации, в будущем с помощью этой технологии возможно будет излечить любую моногенную наследственную болезнь еще до того, как она проявит себя.

Весь 2017 год система CRISPR-Cas не выходила из фокуса внимания ученых и обывателей. Ученым из Гарварда удалось усовершенствовать комплекс таким образом, чтобы он не разрезал узнанный ген, как обычно, а заменял один нуклеотид на другой [16]. А исследователи из Кембриджского университета в Массачусетсе установили, что подобную замену можно производить не только в ДНК, но и в РНК. Для CRISPR-систем такая возможность показана впервые [17].

И даже более того, CRISPR-Cas9 открыла ученым перспективы по выращиванию химер, состоящих из клеток разных видов [18], [19]! Для этого необходимо «выключить» в зиготе конкретные гены, которые отвечают за развитие того или иного органа, а затем на стадии бластоцисты внедрить в эмбрион индуцированные стволовые клетки другого вида. Таким образом были получены химеры крысы и мыши, а также свиньи и человека. Тела одного вида, содержащие в себе органы другого вида. Успешные результаты этих экспериментов дают надежду на выращивание в будущем человеческих органов для трансплантации.

Разумеется, все эти прорывы вызывают тревогу у людей и становятся излюбленной темой в биоэтике [20].

Новые рубежи генотерапии

Милан и Елена Вилларреаль

Милан и Елена Вилларреаль уже потеряли старшего ребенка из-за спинальной мышечной атрофии 1 типа к моменту, когда включили младшую дочь Эвелин в клинические испытания генной терапии.

Ученым из Национальной детской больницы в Колумбусе (Огайо) удалось с помощью генотерапии спасти жизни нескольких детей, рожденных с тяжелым наследственным недугом — спинальной мышечной атрофией 1 типа [21]. Заболевание вызывается мутацией в гене SMN1, которая ведет к поражению двигательных нейронов передних рогов спинного мозга. В результате нарушения работы мускулатуры ног, головы и шеи дети с этой мутацией умирают до достижения двухлетнего возраста, что делает эту болезнь самой частой генетической причиной гибели младенцев.

Ключом к лечению заболевания стал безвредный вирус AAV9, несущий нормальную копию гена SMN1. Как оказалось, он способен проникать через гематоэнцефалический барьер, ограждающий головной и спинной мозг от контакта с кровью. Следовательно, появляется шанс на лечение множества других наследственных нейродегенеративных заболеваний.

Удивительные результаты дали попытки коррекции с помощью генотерапии другого наследственного недуга — «синдрома бабочки», или буллезного эпидермолиза, вызванного повреждением гена LAMB3 [22–23]. Заболевание сопровождается образованием пузырей и эрозией кожи при малейшем воздействии на нее. Ребенку с тяжелой формой заболевания успешно трансплантировали трансгенный эпидермис. Его получали, выращивая культуры клеток эпидермиса пациента и обрабатывая их ретровирусами, несущими нормальную копию LAMB3. К радости исследователей, новая кожа прижилась, и вот уже два года прежних симптомов не наблюдается.

Успешной оказалась также генотерапия серповидноклеточной анемии [24] — наследственного заболевания крови, вызванного повреждением гена бета-глобина, HBB. Ранее этот подход тестировали на мышах, а в этом году впервые применили для лечения людей.

Человек и его братья меньшие

Pongo tapanuliensis

Pongo tapanuliensis, новый вид больших человекообразных обезьян.

Волей экспертов Science в категорию топовых достижений вместе с генетикой вошли вопросы эволюции приматов. Причем нашим собственным видом и его непосредственными предками дело не ограничилось.

Речь идет о выделении нового, седьмого вида ближайших родственников человека — больших человекообразных обезьян [25]. Популяция орангутанов в лесу Батанг-Тору была обнаружена еще в 1997 году, но выделена в отдельный вид только спустя 20 лет. И поскольку с момента описания последнего вида больших человекообразных обезьян прошло без малого 90 лет, это событие не могло не стать сенсацией.

Если же говорить о Homo sapiens, то в уходящем году он стал древнее на 100 000 лет [26]. Об этом говорят находки в марокканской пещере недалеко от Марракеша. Обнаруженные останки несут прогрессивные признаки, характерные уже для H. sapiens, но датируются примерно 300 000 лет.

На атомарном уровне

Кто бы спорил, что в нынешнее время развитие науки неразрывно связано с развитием научных методов (О том, как важны методы в биологии, читайте в материалах нашего спецпроекта «12 биологических методов в картинках».) Журнал Science назвал 2017 год знаковым для криоэлектронной микроскопии [27], [28], подчеркнув, что редко бывает, когда та или иная разработка заслуживает высокой чести в науке (Нобелевской премии по химии 2017 года [29]), еще не развернувшись в полную силу. С момента появления в 80-е годы XX века этот метод непрерывно совершенствовался, и сегодня мы имеем возможность наблюдать биомолекулы в атомарном разрешении! В уходящем году с помощью этой технологии ученые смогли глубже понять процессинг РНК, сборку клеточных мембран, развитие болезни Альцгеймера, работу CRISPR-комплекса и многие другие клеточные процессы.

Выбор читателей (и журналистов)

Эксперты-экспертами, а у читателя свое, особое мнение. Это мнение нашло воплощение в лайках и репостах под соответствующими публикациями и количестве их упоминаний во всевозможных СМИ. Если в прошлом году публика была всерьез обеспокоена вирусом Зика, особенностями системы здравоохранения и экзопланетами, то в 2017 году они предпочли озаботиться собственным здоровьем. Вопросам питания и здорового образа жизни посвящено около 20% (!) всех публикаций, вошедших в топ-100 «Альтметрики» за 2017 год.

В нынешнем году читателей научных новостей больше всего интересовала еда

В нынешнем году читателей научных новостей больше всего интересовала еда

Бесспорным лидером рейтинга оказалась статья-индульгенция для жиров в нашей диете [30]. Долгие годы диетологи всего мира рекомендовали ограничивать относительное потребление жиров, особенно насыщенных. Предполагалось, что это поможет снизить уровень «плохого» холестерина (ЛПНП) [31] и, следовательно, риск развития сердечно-сосудистых заболеваний. Однако данные обширного исследования, охватившего 135 000 человек, проживающих в 18 странах, в эту модель не уложились. Оказалось, что жиры на самом деле «хорошие» и, по-видимому, наоборот, снижают риски проблем с сердечно-сосудистой системой. Что касается углеводов, то их потребление всё-таки незначительно коррелирует с общей смертностью, но не со смертностью от сердечно-сосудистых заболеваний.

С другой стороны, публиковались сообщения о том, что употребление напитков, содержащих сахар и подсластители, повышает риск развития ишемического инсульта и различных форм слабоумия [32]. Досталось и шоколаду, который, несмотря на свое благотворное влияние на сердечно-сосудистую систему в целом, оказался фактором, повышающим риск фибрилляции предсердий [33]. На этом фоне значительно порадовал читателей кофе, который, оказывается, при регулярном употреблении способен снижать смертность от болезней печени, сердца, почек, от инсульта, диабета, респираторных заболеваний и даже рака [34], [35]. Впрочем, с раком не всё так однозначно, поскольку среди прочего обнаружили положительную корреляцию между употреблением кофе и раком яичников [34]. Неоднозначная история получилась и с алкоголем, который хоть и связан с риском когнитивных отклонений, но, вероятно, может препятствовать развитию диабета [36], [37]. Так что в преддверии новогодних застолий нелишне будет об этом вспомнить. Хотя, конечно, проблема здорового питания выходит далеко за рамки праздничного меню.

Другая топовая тема этого года касалась отмеченной тенденции роста ожирения людей по всему миру, в том числе в странах с низким подушевым доходом [38], [39]. Звучали прогнозы, что к 2022 году количество людей с ожирением в мире впервые превысит количество людей с нормальным и низким индексом массы тела.

Однако оставим вопросы диеты и здорового образа жизни. Разве могут они сравниться по яркости и сенсационности с другими крупными вехами, отмеченными пристальным вниманием публики? В их числе:

  • Первое успешное выращивание животного в искусственной матке. Сильно недоношенного ягненка вырастили в специально разработанной системе с искусственной пуповиной и амниотической жидкостью [40]. Не исключено, что уже в ближайшем будущем можно будет спасти тех младенцев, которые рождаются на слишком ранних сроках.
  • Первые успешные попытки использовать растительные клетки в тканевой инженерии. Сосудистую систему растений использовали при построении каркасов для биоинженерных тканей. После удаления целлюлозных стенок с растительных клеток систему жилок заселяли эндотелиоцитами и кардиоцитами человека. Последние сохраняли свою жизнеспособность в течение трех недель [41].
  • Первый успешный случай создания протезов яичников для мышей с помощью 3D-печати. На основе 3D-печати пористого каркаса из гидрогеля и мышиных фолликулов были созданы искусственные яичники для мышей. После трансплантации они прекрасно прижились, а получившие их стерильные мыши снова обрели фертильность [42].

И это еще далеко не все свежие достижения науки. Согласитесь, 2017-й выдался удивительно «урожайным» для биологии и биомедицины. Есть что отпраздновать и о чем загадать желания на будущий год!

  1. Couzin-Frankel J. (2017). A cancer drug’s broad swipe. Science;
  2. Лечение Джимми Картера;
  3. Работа над ошибками;
  4. Dung T. Le, Jennifer N. Uram, Hao Wang, Bjarne R. Bartlett, Holly Kemberling, et. al.. (2015). PD-1 Blockade in Tumors with Mismatch-Repair Deficiency. N Engl J Med. 372, 2509-2520;
  5. Хороший, плохой, злой, или Как разозлить лимфоциты и уничтожить опухоль;
  6. Dung T. Le, Jennifer N. Durham, Kellie N. Smith, Hao Wang, Bjarne R. Bartlett, et. al.. (2017). Mismatch repair deficiency predicts response of solid tumors to PD-1 blockade. Science. 357, 409-413;
  7. Ledford H. (2017). Engineered cell therapy for cancer gets thumbs up from FDA advisers. Nature News;
  8. 12 методов в картинках: клеточные технологии;
  9. Успех в борьбе с лейкозом: на шаг ближе к клиническому применению геномного редактирования;
  10. Ledford H. (2016). Safety concerns blight promising cancer therapy. Nature News;
  11. 12 методов в картинках: генная инженерия. Часть I, историческая;
  12. Ledford H. (2017). CRISPR fixes disease gene in viable human embryos. Nature News;
  13. Ledford H. (2016). Enzyme tweak boosts precision of CRISPR genome edits. Nature News;
  14. Человек генно-модифицированный / Homo genere mutatio;
  15. Hong Ma, Nuria Marti-Gutierrez, Sang-Wook Park, Jun Wu, Yeonmi Lee, et. al.. (2017). Correction of a pathogenic gene mutation in human embryos. Nature. 548, 413-419;
  16. Nicole M. Gaudelli, Alexis C. Komor, Holly A. Rees, Michael S. Packer, Ahmed H. Badran, et. al.. (2017). Programmable base editing of A•T to G•C in genomic DNA without DNA cleavage. Nature. 551, 464-471;
  17. David B. T. Cox, Jonathan S. Gootenberg, Omar O. Abudayyeh, Brian Franklin, Max J. Kellner, et. al.. (2017). RNA editing with CRISPR-Cas13. Science. 358, 1019-1027;
  18. Jun Wu, Aida Platero-Luengo, Masahiro Sakurai, Atsushi Sugawara, Maria Antonia Gil, et. al.. (2017). Interspecies Chimerism with Mammalian Pluripotent Stem Cells. Cell. 168, 473-486.e15;
  19. Свинолюди, крысомыши и другие биотехнологические истории;
  20. Ledford H. (2016). UK bioethicists eye designer babies and CRISPR cows. Nature News;
  21. Kaiser J. (2017). Gene therapy’s new hope: a neuron-targeting virus is saving infant lives. Science;
  22. Tobias Hirsch, Tobias Rothoeft, Norbert Teig, Johann W. Bauer, Graziella Pellegrini, et. al.. (2017). Regeneration of the entire human epidermis using transgenic stem cells. Nature. 551, 327-332;
  23. Помочь тем, кого нельзя обнять;
  24. Jean-Antoine Ribeil, Salima Hacein-Bey-Abina, Emmanuel Payen, Alessandra Magnani, Michaela Semeraro, et. al.. (2017). Gene Therapy in a Patient with Sickle Cell Disease. N Engl J Med. 376, 848-855;
  25. Stokstad E. (2017). A new great ape species. Science;
  26. Gibbons A. (2017). Deeper roots for Homo sapiens. Science;
  27. Pennisi E. (2017). Life at the atomic level. Science;
  28. 12 методов в картинках: структурная биология;
  29. Крупные подробности микроскопического мира: Нобелевская премия по химии 2017;
  30. Mahshid Dehghan, Andrew Mente, Xiaohe Zhang, Sumathi Swaminathan, Wei Li, et. al.. (2017). Associations of fats and carbohydrate intake with cardiovascular disease and mortality in 18 countries from five continents (PURE): a prospective cohort study. The Lancet. 390, 2050-2062;
  31. Хороший, плохой, злой холестерин;
  32. Matthew P. Pase, Jayandra J. Himali, Alexa S. Beiser, Hugo J. Aparicio, Claudia L. Satizabal, et. al.. (2017). Sugar- and Artificially Sweetened Beverages and the Risks of Incident Stroke and Dementia. Stroke. 48, 1139-1146;
  33. Elizabeth Mostofsky, Martin Berg Johansen, Anne Tjønneland, Harpreet S Chahal, Murray A Mittleman, Kim Overvad. (2017). Chocolate intake and risk of clinically apparent atrial fibrillation: the Danish Diet, Cancer, and Health Study. Heart. 103, 1163-1167;
  34. Marc J. Gunter, Neil Murphy, Amanda J. Cross, Laure Dossus, Laureen Dartois, et. al.. (2017). Coffee Drinking and Mortality in 10 European Countries. Ann Intern Med. 167, 236;
  35. Song-Yi Park, Neal D. Freedman, Christopher A. Haiman, Loïc Le Marchand, Lynne R. Wilkens, Veronica Wendy Setiawan. (2017). Association of Coffee Consumption With Total and Cause-Specific Mortality Among Nonwhite Populations. Ann Intern Med. 167, 228;
  36. Anya Topiwala, Charlotte L Allan, Vyara Valkanova, Enikő Zsoldos, Nicola Filippini, et. al.. (2017). Moderate alcohol consumption as risk factor for adverse brain outcomes and cognitive decline: longitudinal cohort study. BMJ. j2353;
  37. Charlotte Holst, Ulrik Becker, Marit E. Jørgensen, Morten Grønbæk, Janne S. Tolstrup. (2017). Alcohol drinking patterns and risk of diabetes: a cohort study of 70,551 men and women from the general Danish population. Diabetologia. 60, 1941-1950;
  38. Leandra Abarca-Gómez, Ziad A Abdeen, Zargar Abdul Hamid, Niveen M Abu-Rmeileh, Benjamin Acosta-Cazares, et. al.. (2017). Worldwide trends in body-mass index, underweight, overweight, and obesity from 1975 to 2016: a pooled analysis of 2416 population-based measurement studies in 128·9 million children, adolescents, and adults. The Lancet. 390, 2627-2642;
  39. The GBD 2015 Obesity Collaborators. (2017). Health Effects of Overweight and Obesity in 195 Countries over 25 Years. N Engl J Med. 377, 13-27;
  40. Emily A. Partridge, Marcus G. Davey, Matthew A. Hornick, Patrick E. McGovern, Ali Y. Mejaddam, et. al.. (2017). An extra-uterine system to physiologically support the extreme premature lamb. Nat Comms. 8, 15112;
  41. Joshua R. Gershlak, Sarah Hernandez, Gianluca Fontana, Luke R. Perreault, Katrina J. Hansen, et. al.. (2017). Crossing kingdoms: Using decellularized plants as perfusable tissue engineering scaffolds. Biomaterials. 125, 13-22;
  42. Monica M. Laronda, Alexandra L. Rutz, Shuo Xiao, Kelly A. Whelan, Francesca E. Duncan, et. al.. (2017). A bioprosthetic ovary created using 3D printed microporous scaffolds restores ovarian function in sterilized mice. Nat Comms. 8, 15261.

Десять главных прорывов в биологии и медицине

Открытия в области биологии редко получается сразу оценить по достоинству. На то это и фундаментальная наука, что сведения, полученные с её помощью, начинают использовать в практике только после перепроверки их ценности и долгого «подгона под реальность». Поэтому многие позиции из десятки самых значимых биолого-медицинских событий 2016 года, отобранных научными редакторами Лайфа, — это не открытия как таковые, а политические решения, которые повлияют на жизнь и судьбу каждого из нас.

1. В Китае отредактировали геном взрослого человека.

28 октября 2016 года сотрудники Сычуаньского университета в Китае приступили к клиническим исследованиям технологии редактирования генома CRISPR/Cas9 применительно к больным немелкоклеточным раком лёгких, у которых уже образовались метастазы. В ходе клинических испытаний метода учёные забрали у добровольца, который сейчас находится на самой тяжёлой стадии заболевания, некоторое количество T-клеток — компонентов иммунной системы, способной обеспечить защиту от раковых клеток. В них с помощью CRISPR «выключили» ген PD-1.

Белок, кодируемый этим геном, снижает интенсивность иммунного ответа, а клетки злокачественных опухолей дополнительно развивают приспособления, позволяющие им избегать активации T-клеток. В частности, опухоли способны активировать PD-1 в Т-клетках и таким образом избегать атаки со стороны иммунной системы. Поэтому и понадобилось «выключение» PD-1. После него модифицированные Т-клетки вернули в организм их обладателя.

Процедуру повторят несколько раз в течение полугода, чтобы увеличить число Т-клеток, способных бороться против опухолей. В случае успеха эта мера как минимум приостановит рост раковых опухолей в лёгких и образование метастазов, а также продлит жизнь испытуемого. Планируется, что позже к исследованию присоединятся ещё несколько добровольцев и их суммарное число достигнет 10.

Стоит отметить, что в США аналогичные испытания были разрешены раньше, но ещё не начались. Тот факт, что китайцы первыми в мире начали тестирование CRISPR/Cas9 на людях, может означать начало «гонки вооружений» между этими двумя странами в области биомедицинских технологий.

2. Правительство США разрешило создание эмбрионов-химер из клеток людей и животных

Национальные институты здравоохранения США объявили об изменении политики в отношении исследований эмбрионов, состоящих одновременно из клеток людей и животных. Институты планируют снять мораторий на финансирование таких экспериментов, который они сами наложили в сентябре 2015 года. Комментарии к решению о снятии моратория будут приниматься к рассмотрению в течение 30 дней после анонсирования этого решения. Национальные институты здравоохранения могут запустить поддержку проектов с химерными эмбрионами уже в начале 2017 года.

Химерные эмбрионы получают, вводя стволовые клетки людей, способные образовать конкретные органы, в зародыши животных, когда те состоят всего из нескольких клеток. Эту процедуру проводят с помощью микроскопических стеклянных игл. Если попытаться добавить клетки человека в более «зрелые» эмбрионы животных, они не приживутся.

Во избежание серьёзных этических проблем работы на эмбрионах приматов по-прежнему будут под запретом: обезьяны слишком похожи на людей. Однако исследования зародышей свиней и других млекопитающих будут поддерживать финансово. Ожидается, что из химерных эмбрионов получатся животные, у которых некоторые органы (сердце, печень, почки, поджелудочная железа) будут полностью соответствовать по строению человеческим. Поэтому эксперты проследят за тем, чтобы в ходе исследований химерных эмбрионов не получалось животных, чей мозг «обладает чертами мозга людей». Проводить испытания на подобных существах неэтично. Чтобы избежать этических проблем, в эмбрионы животных можно будет вводить не любые стволовые клетки человека, а лишь некоторые их типы.

3. Биологи обнаружили животное, способное полностью восстанавливать участки мозга. 

Исследователи из Института Броуда обнаружили, что частично разрушенный паллиум (часть переднего мозга, которая у человека образует кору больших полушарий) аксолотля способен образовывать все типы нейронов, которые были в нём до повреждения. Это означает, что вновь сформированная ткань мозга амфибии может подавать все те же сигналы, что были в её арсенале до ранения. Это первый случай столь полного восстановления мозга взрослого животного после разрушения. Однако есть и ограничения: аксоны (длинные отростки нейронов), связывающие паллиум с другими частями мозга при регенерации, у аксолотлей образуются достаточно плохо. 

Авторы предполагают, что способность аксолотля регенерировать различные типы нейронов связана с его личиночным состоянием. Саламандры могут жить в форме аксолотля до смерти и при этом способны к размножению. Тем не менее при выполнении определённых условий (например, при добавлении йода в воду) аксолотль в любом возрасте может превратиться во взрослую саламандру. Это означает, что все клетки его тела постоянно готовы к метаморфозу и таким образом по своим свойствам достаточно близки к стволовым клеткам.

Что касается проблем с восстановлением длинных отростков, исследователи считают, что тут дело в отсутствии соответствующих сигналов со стороны окружающей нервной ткани. При эмбриональном развитии судьба каждой клетки определяется сигнальными веществами, которые выделяют её соседи — другие развивающиеся клетки. Нейроны мозга взрослого аксолотля таких веществ не образуют, поэтому новопришедшие клетки «не понимают», куда направлять аксоны. Однако если в ткань добавить такие вещества, новые аксоны наверняка удастся отрастить.

4. Китайские палеонтологи нашли в янтаре хвост динозавра с перьями.

Исследователи из Китая обнаружили в бирманском янтаре кусок хвоста юного динозавра и покрывавшие его перья. Это первый образец хорошо сохранившихся в янтаре перьев и хвоста динозавра, видовая принадлежность которого точно установлена. По-видимому, кусок хвоста молодого животного оторвался, когда он угодил им в вязкую смолу на ветке дерева и пытался вырваться.

Всего в янтаре было найдено восемь хвостовых позвонков. Также в янтаре сохранились покрывавшие хвост перья. Они существенно отличаются от перьев современных птиц: в них отсутствует развитый центральный стержень. Правда, поскольку особь была молодая, трудно утверждать, что и перья взрослых особей также не содержали стержней. Сверху перья имеют каштаново-коричневую окраску, а снизу скорее белые. Возраст находки определён примерно в 99 миллионов лет, что соответствует меловому периоду.

Ряд последних находок и открытий резко поменял представления палеонтологов о том, как выглядели крупнейшие сухопутные животные в истории Земли. Сейчас они представляются по виду близкими скорее к огромным оперённым птицам. До новой работы оценить строение перьев и их устройство в деталях было сложно: в окаменелостях, где их находили ранее, они слишком деформированы. К тому же в янтаре их останки находят редко, так как у большинства динозавров хватало сил, чтобы не застрять в смоле.

5. В лишайниках обнаружили новые грибы.

Ранее считалось, что каждый лишайник образован клетками одного вида грибов и одного вида водорослей. Гриб формирует общую структуру лишайника, а водоросль производит питательные сахара с помощью фотосинтеза. Однако учёные выяснили, что такое сожительство намного сложнее и включает как минимум два вида грибов, один из которых весьма похож на дрожжи.

Исследователи из лаборатории микробной геномики и симбиоза Университета Монтаны, работающие под руководством профессора Джона Маккатчеона (John McCutcheon), изучили дикорастущие лишайники Bryoria fremontii и Bryoria tortuosa. Относясь к одному роду, эти организмы не слишком похожи друг на друга: бурая Bryoria fremontii съедобна, а жёлтая Bryoria tortuosa токсична. Поначалу авторы искали в их геномах различия, разделяющие эти два вида, а не обнаружив, провели полный анализ ДНК. Эта работа позволила обнаружить в них второй гриб: дрожжи Basidiomycota. При этом в Bryoria tortuosa представителей этого вида грибов оказалось намного больше.

Учёные проанализировали геномы представителей 52 родов лишайников, обитающих на всех континентах, и у всех из них обнаружили ту же схему: два гриба — одна водоросль. Они полагают, что именно прежде неизвестный третий участник симбиоза отвечает за синтез ряда биологически активных веществ, которые встречаются у лишайников — в частности, токсичной вульпиновой кислоты у Bryoria tortuosa.

6. Учёные пересмотрели способности обезьян к речи.

Развитая речь — одна из отличительных особенностей человека. Даже самые умные шимпанзе не умеют говорить. Некоторых из них экспериментаторы обучили специально адаптированным языкам жестов, но произносить слова вслух ни одна обезьяна так и не научилась. Биологи долгое время связывали это со строением речевого аппарата шимпанзе, горилл, макак и других приматов, считая его несовершенным. Однако исследователи из Венского университета вместе со своими зарубежными коллегами опровергли это утверждение, сняв на видео в рентгеновском диапазоне то, как макаки кричат, пьют воду и глотают.

На основании видео, снятых с разных точек, биологи построили трёхмерную модель речевого аппарата макаки. Оказалось, что их гортань, голосовые связки, язык и губы по строению и физиологии принципиально не отличаются от человеческих. Вероятно, предыдущие исследовательские коллективы недооценивали возможности речевого аппарата обезьян, так как изучали его строение у погибших животных, а не живых. Таким образом, единственное, что мешает макакам говорить, — маленький объём коры головного мозга и, как следствие, небольшое число клеток, управляющих речью.

Эти результаты означают, что теоретически речь могла появиться у любого из непосредственных предков человека, имей он достаточно развитую кору больших полушарий для этого. Макаки не относятся к человекообразным обезьянам и стоят на более низкой ступени развития, чем те же шимпанзе (хотя они не являются предками человека). А это означает, что голосовой аппарат австралопитеков и представителей рода Homo точно был достаточно развит для устной речи и она появилась сразу же, как только кора больших полушарий «доросла» до управления этим аппаратом.

Подтверждение тому — орангутан Роки, который научился повторять за экспериментатором звуки, совершенно непохожие на обычный вокальный арсенал этих обезьян. За правильным повторением следовала награда, и вскоре орангутан начал воспроизводить эти звуки, до определённой степени точно меняя высоту тона, а значит, и целенаправленно управляя частотой колебаний голосовых связок. Исследовавшие его учёные полагают, что это демонстрирует способность человекообразных обезьян обучаться контролю над своими голосовыми связками и указывает на древность происхождения речи.

7. Японские эмбриологи вырастили мышей в пробирке «с нуля».

Японские исследователи вырастили мышей из яйцеклеток, полученных «в пробирке». Эти мыши сами дали здоровое потомство. Учёные получили «предшественников» яйцеклеток из первичных половых (стволовых) клеток самок мышей и вырастили их в окружении тканей яичника, не подсаживая обратно в организм животных. К яйцеклеткам после их созревания добавили сперму самцов мышей. Получившиеся эмбрионы пересадили в матки самок грызунов.

К сожалению, из всех образовавшихся зародышей только три процента развились до полноценных мышат. Однако все эти мышата достигли зрелости и произвели на свет здоровое потомство. Таким образом, процент успеха пока невелик. Тем не менее если технологию удастся развить, вероятно, она поможет бороться со сложными случаями бесплодия и у человека. Ведь для неё зрелые женские половые клетки в принципе не нужны, и их жизнеспособность не играет роли.

8. В США компании обязали сообщать о неэффективности гомеопатических препаратов.

16 ноября Федеральная комиссия по торговле (США) издала отчёт о рынке гомеопатических средств. В нём говорится, что этикетки таких препаратов дают их покупателям ложное ощущение, что гомеопатия, подобно лекарствам, лечит. Тем не менее в США и других странах нет требований к проверке эффективности и безопасности гомеопатии, так что никаких гарантий, что гомеопатические продукты помогут и не навредят, не существует.

Федеральная комиссия по торговле собирается изменить ситуацию. Она предлагает обязать производителей гомеопатической продукции указывать на этикетках информацию о том, подтверждена ли эффективность их препарата. Если данных об этом нет, производители должны чётко написать, что у данного препарата нет научно доказанной эффективности, а утверждения об эффективности препарата базируются только на теории XVIII века, которая большинством учёных сейчас признаётся неверной и устаревшей.

Гомеопаты утверждают, что заболевания надо лечить теми же веществами, которые их вызвали, — иными словами, вышибать клин клином. Основоположник теории гомеопатии медик Самуэль Ганеман считал, что для избавления от заболевания надо многократно развести вещество, его вызвавшее, и употребить внутрь. При этом действующее вещество разводят до такой степени, что в одной дозе лекарства практически не остаётся его молекул. Поэтому неудивительно, что все имеющиеся на данный момент исследования гомеопатических препаратов не подтвердили их эффективности. А об абсурдности и ненаучности взглядов Ганемана говорит ещё и то, что по другой его теории все болезни возникают из-за употребления кофе.

9. В Мексике появился на свет первый в мире ребёнок «от трёх родителей».

В Мексике в апреле 2016 года родился ребёнок, зачатие которого происходило с использованием митохондриальной ДНК третьего человека. Операцию проводил американский хирург Джон Чан. Пока законы США запрещают подобные процедуры на территории страны.

К Чану обратилась иорданская пара, у которой ранее два ребёнка скончались от синдрома Лея — наследственного заболевания, возникающего из-за неполадок в генах митохондрий. Митохондрии передаются только от матери, поэтому хирург перенёс ДНК митохондрий женщины-донора в яйцеклетку матери, обезопасив тем самым будущего ребёнка от синдрома Лея.

Интересно, что в Великобритании уже официально разрешили использование донорских митохондрий по медицинским показаниям. Указ об этом вышел 15 декабря. Вероятно, уже к концу следующего года можно будет ожидать появления маленьких британцев с «приёмными» митохондриями.

10. Палеонтологи впервые обнаружили мозг динозавра.

Под костями черепа динозавра возрастом около 133 миллионов лет впервые нашли сохранившиеся фрагменты нервной ткани. Открытие было сделано во время повторного анализа останков родственника игуанодона, найденного палеонтологом-любителем в графстве Суссекс (Великобритания) в 2004 году.

Обнаруженный череп, судя по всему, принадлежит динозавру, который приходился близким родственником игуанодону и, значит, был травоядным. Томографическое исследование показало, что внутри этого черепа содержатся ткани головного мозга, притом сохранились почти все его участки, начиная от полукружных каналов вестибулярного аппарата и заканчивая корой больших полушарий.

Интересно, что по форме и по соотношению размеров различных частей мозга этот орган похож на головной мозг современных крокодилов и птиц — существ с хорошо развитой центральной нервной системой. Разумеется, какие-то пропорции могли измениться во время разложения тела динозавра. Но в целом гипотеза о том, что родственники игуанодонов имели сложно устроенный мозг, хорошо согласуется с предполагаемым поведением этих животных. Считалось, что оно было достаточно продвинутым — и это несмотря на то, что игуанодоны являлись травоядными, а такие животные обладают меньшим интеллектом, чем те, кто на них охотится.

Исследователи предполагают, что сохраниться мозгу позволили необычные обстоятельства захоронения животного. Сразу после смерти динозавр оказался в водоёме, похожем на болото. Вода в нём имела повышенную кислотность и содержала мало кислорода. Таким образом, доступ к останкам для бактерий гниения был закрыт и ткани животного успели минерализоваться.

Достижения современной биологии: нанороботы и бессмертные существа

В эпоху бурного развития медицины и перехода к шестому технологическому укладу, существенно возрастает роль биологии, что мы сегодня и можем наблюдать. Различные исследования, связанные с генной инженерией, клеточными технологиями, нейробиологией и многими другими отраслями данной науки сегодня открывают совершенно невиданные доселе перспективы. В связи с этим данные исследования активно финансируются, и каждый год мы можем наблюдать все новые открытия и достижения современной биологии, которые способны удивить любого.

Читайте также: Насколько сильно Россия отстаёт развитых технологических стран?

Технология печати органов на 3D-принтере

Аддитивные технологии или технологии 3D печати уже шагнули настолько далеко, что ученые даже пытаются с их помощью выращивать живые органы. И вот недавно израильским ученым удалось при помощи подобного устройства напечатать реальное человеческое сердце в миниатюре. Сердце имеет такие же кровеносные сосуды и клетки, которые выполнены из специальной смеси стволовых клеток человека и соединительной ткани. Сердце может сокращаться, и следующим этапом является совершенствование данной технологии, чтобы заставить его еще и перегонять кровь. Ученые полагают, что в ближайшие 10-15 лет мы сможет наблюдать, как подобные принтеры будут появляться в разных странах по всему миру, и с их помощью люди будут выращивать реальные органы.

Сердце, напечатанное на 3D принтере

Читайте также: Процессоры российского производства и  их характеристики

Бессмертные существа – Тихоходки

Ученым уже давно известен уникальный микроорганизм под названием «Тихоходка», способный справляться с крайне неблагоприятными условиями внешней среды. Однако по-настоящему раскрыть возможности этих микроскопических существ удалось только недавно. Проведенные эксперименты продемонстрировали, что тихоходки способны выдерживать экстремальные температуры и давление, впадать в анабиоз на десятки лет, после чего возобновлять свою жизнедеятельность. Ученые пробовали облучать колонию тихоходок дозой в 570 000 бэр (для человека смертельной является 500 бэр), после чего обнаруживалось, что половина тихоходок выжили и могут размножаться.

Тихоходка под микроскопом

В другом эксперименте этих существ охлаждали в жидком кислороде (-193 °C)  и гелии (-271 °C), после чего также обнаруживали тихоходок живыми и здоровыми. С ними даже проводили эксперименты в космосе, благодаря чему удалось выяснить, что они способны выживать в вакууме и выдерживать облучение критическими дозами ультрафиолета. В связи с этим ученые принялись активно исследовать генетику и особенности строения тихоходок, так как это может помочь в будущем при освоении дальнего космоса.

Достижение современной биологии – нанороботы

В результате синтеза нанотехнологий и достижений современной биологии ученым удалось создать уникальных нанороботов, которые способны поместиться внутри человеческих кровеносных сосудов. Плавая по крови, такие роботы способны очищать её от токсинов, вредных бактерий и других опасных веществ. Ученые считают, что такой способ в будущем может стать идеальным способом очистки организма и лечения различных заболеваний. Для создания роботов частично были использованы живые клетки, в которых были сохранены все их изначальные функции. Благодаря этому нанороботы представляют собой настоящих киборгов, живая ткань которых совмещает нановолокна золота и искусственные материалы.

Визуализация гибридных нанороботов к крови человека

Схожие технологии также хотят использовать для того, чтобы адресно доставлять по кровеносной системе человека лекарства и другие полезные вещества к тому органу, который этого требует. Нанороботов вполне можно запрограммировать на выполнение конкретного задания в организме человека или поиск источника заболевания. При помощи магнитных технологий в будущем ученые планируют научиться управлять нанороботами прямо в теле человека, таким образом, их функции и задачи можно будет менять уже после того, как эти роботы попадут внутрь кровеносной системы.

Читайте также: Нанотехнологии: будущее уже наступило

Клеточная биология: стволовые клетки человека

На сегодняшний день клеточные технологии являются одним из главных трендов современной биологии, в русле которого проводится множество исследований. Такие технологии направлены на то, чтобы научиться управлять биологическими процессами в организме на клеточном, т.е. на базовом биологическом уровне, а также получить возможность персонализировать медицинское вмешательство, сделав его максимально эффективным для каждого отдельного человека.

Сердце человека, выращенное из стволовых клеток

Больше других сейчас на слуху исследования, связанные со стволовыми клетками, которые являются зародышами всех многоклеточных организмов. По сути, стволовые клетки являются прототипами всех других видов клеток, благодаря чему из них можно выращивать разные ткани и органы. В современной медицине такие клетки научились пересаживать и благодаря достижениям биологии удается справиться с развитием многих заболеваний, а также добиться восстановления ряда функций организма.

Хронология биологии — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 31 декабря 2019; проверки требуют 2 правки. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 31 декабря 2019; проверки требуют 2 правки.

Хронология биологии — упорядоченный в хронологическом порядке список открытий, изобретений и достижений человечества в области биологии, органической химии и медицины.

XVI век[править | править код]

XVII век[править | править код]

XVIII век[править | править код]

1800-е[править | править код]

1810-е[править | править код]

1820-е[править | править код]

1830-е[править | править код]

1840-е[править | править код]

1850-е[править | править код]

1860-е[править | править код]

1870-е[править | править код]

1880-е[править | править код]

1890-е[править | править код]

1900-е[править | править код]

1910-е[править | править код]

1920-е[править | править код]

1930-е[править | править код]

1940-е[править | править код]

1950-е[править | править код]

  • 1950 год — Показано, что, хотя доля нуклеотидов в ДНК не постоянна, наблюдаются определённые закономерности (например, что количество аденина, A, равно количеству тимина, T) (Правило Чаргаффа). (Эрвин Чаргафф).
  • 1950 год — Обнаружены транспозоны у кукурузы. (Барбара Мак-Клинток).
  • 1952 год — Эксперимент Херши — Чейз доказывает, что генетическая информация бактериофагов (и всех других организмов) содержится в ДНК.
  • 1953 год — Структура ДНК («двойная спираль») расшифрована. Создана модель. (Розалинд Франклин,Джеймс Уотсон, Фрэнсис Крик)
  • 1956 год — Впервые верно установлено Хромосомное число человека: 46 хромосом в диплоидном наборе. (Jo Hin Tjio и Алберт Леван).
  • 1957 год — Открытие трехмерной структуры белка (Дж. Кендрю, Макс Ф. Перуц)
  • 1958 год — Эксперимент Мезельсона—Сталя показывает, что удвоение ДНК носит полуконсервативный характер.

1960-е[править | править код]

1970-е[править | править код]

1980-е[править | править код]

1990-е[править | править код]

2000-е[править | править код]

2000[править | править код]
2001[править | править код]
2002[править | править код]

рождение Медины Марат

2003[править | править код]
2004[править | править код]
2005[править | править код]
2006[править | править код]
2007[править | править код]
2008[править | править код]
  • Стартовал международный проект по расшифровке геномов 1000 человек.[9][10]
2009[править | править код]

2010-е[править | править код]

2010[править | править код]
2011[править | править код]
2012[править | править код]
  • Опубликованы результаты фазы 2 проекта ENCODE, нацеленного на проведение полного анализа функциональных элементов генома человека.
2013[править | править код]
  • Выложены в открытый доступ результаты исследования полного генома неандертальца[13][14][15][16]. ДНК современного человека и неандертальца идентичны приблизительно на 99,5 %[17][18].
  • Впервые проведена операция по пересадке руки[19][20].
  • Учёные успешно вылечили мышей от слепоты при помощи инъекции светочувствительных клеток[21][22], что демонстрирует потенциал в лечении ретинита.
  • Учёные успешно вылечили мышей от глухоты с помощью применения ингибитора гамма-секретазы на волосковые клетки внутреннего уха[23][24].
  • Заявляется, что серповидные эритроциты могут быть использованы для борьбы со опухолями, устойчивыми к химиотерапии, истощая опухоль, оставляя её без кровоснабжения[25][26][27].
  • Химики из университета Манчестера разработали функциональную молекулярную машину размером в несколько нанометров, способную собирать сложные молекулярные структуры подобно рибосоме. Имеет потенциал для точного синтеза новых лекарств и полимеров[28][29][30][31].
  • Разработан прибор, подобный алкотестеру, способный быстро и точно диагностировать инфекции лёгких[32][33].
  • Изобретен медицинский сканер размером с таблетку, позволяющий просканировать пищевод на предмет болезней[34][35].
  • Объявлено об открытии функциональной четырёхспиральной формы ДНК человека[36].
2014[править | править код]
2015[править | править код]
  • Впервые было показано что аминокислоты могут собраны без инструкций ДНК и мРНК, а белок может определять добавляемые аминокислоты[46]. То есть один белок может частично создать другой белок из аминокислот без генетических инструкций.
  • Определены гены гренландского кита, ответственные за его двухсотлетний срок жизни, наибольший среди млекопитающих[47][48][49][50].
  • Разработан препарат, который ускоряет метаболизм мыши и способствует снижению веса и уменьшению количества жира[51][52][53][54].
  • Создан новый тип антибиотика — тейксобактин[55].
  • Стартовал космический корабль Союз ТМА-16М для годичного пребывания в космосе. Состав экипажа — Геннадий Падалка, Михаил Корниенко и Скотт Келли[56].
  • В донных осадках Атлантического океана найден микроорганизм Lokiarchaeota из архей, заполняющий брешь между прокариотами и эукариотами[57][58].
  • В поисках новых лекарств для лечения рака легких изучен эффект подавления метилтрансферазы EZh3. В раковых клетках из опухолей с инактивированным продуктом гена BRG1 или с гиперактивированным EGFR ингибиторы EZh3 существенно повышали чувствительность к химиотерапевтическому препарату этопозиду. Результаты работы открывают новые возможности для прецизионной терапии рака[59].
  • Описан процесс метастазирования при раке простаты, получены новые данные, которые могут быть полезны для разработки лекарств, блокирующих пути развития устойчивости[60].
  • Открыт механизм, посредством которого предотвращается включение в ДНК модифицированных производных цитозина, показана принципиальная возможность использовать усиленную экспрессию цитидиндезаминазы при ряде злокачественных опухолей — известный механизм устойчивости к противораковым препаратам — для лечения рака[61].
2016[править | править код]
  • На МКС впервые расцвело растение, это была декоративная цинния[62][63].
  • Обнаружены бактерии, способные почти полность разложить за 6 недель Полиэтилентерефталат, используемый для производства пластиковых бутылок и других изделий, на углекислый газ и воду[64].
  • Открыт гормон аспросин, который играет важную роль в определении содержания сахара в крови[65].
2017[править | править код]
2018[править | править код]
  1. Гиппократ. Эпидемии. Кн. 1 Третий отдел // Этика и общая медицина. — СПб.: Азбука, 2001. — С. 224—235. — 10 000 экз. — ISBN 5-267-00505-3.
  2. Гиппократ. Эпидемии. Кн. 3 // Этика и общая медицина. — СПб.: Азбука, 2001. — С. 239—270. — 10 000 экз. — ISBN 5-267-00505-3.
  3. Guyton de Morveau, Louis Bernard; Lavoisier, Antoine Laurent; Berthollet, Claude-Louis; Fourcroy, Antoine-François de. Méthode de Nomenclature Chimique (неопр.). — Paris, France: Chez Cuchet (Sous le Privilége de l’Académie des Sciences), 1787.
  4. ↑ 2015 Awardees (неопр.). American Chemical Society, Division of the History of Chemistry. University of Illinois at Urbana-Champaign School of Chemical Sciences (2015). Дата обращения 1 июля 2016.
  5. ↑ Citation for Chemical Breakthrough Award (неопр.). American Chemical Society, Division of the History of Chemistry. University of Illinois at Urbana-Champaign School of Chemical Sciences (2015). Дата обращения 1 июля 2016.
  6. ↑ Музей истории физики в Санкт-Петербургском государственном университете (недоступная ссылка)
  7. The Arabidopsis Genome Initiative. Analysis of the genome sequence of the flowering plant Arabidopsis thaliana (англ.) // Nature : journal. — 2000. — Vol. 408. — P. 796—815. — DOI:10.1038/35048692. — PMID 11130711.
  8. ↑ Пресс-релиз Human Genome Project от 14 апреля 2003 г. (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения 19 апреля 2018. Архивировано 9 июля 2007 года.
  9. ↑ Проект по расшифровке 1000 геномов
  10. ↑ the 1000 Genomes Project
  11. ↑ Ученые в США создали первую живую синтетическую клетку
  12. ↑ Lonhienne, T., Sagulenko, E., Webb, R., Lee, K., Franke, J., Devos, D., Nouwens, A., Carroll, B., & Fuerst, J. (2010). Endocytosis-like protein uptake in the bacterium Gemmata obscuriglobus Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1001085107
  13. Kay Prüfer et al. The complete genome sequence of a Neanderthal from the Altai Mountains, Received 05 September 2013 Accepted 15 November 2013 Published online 18 December 2013
  14. ↑ The complete genome sequence of a Neanderthal from the Altai Mountains (PDF)
  15. ↑ A high-quality Neandertal genome sequence
  16. ↑ Расшифрованный геном неандертальца сделали общедоступным, 21 марта 2013
  17. ↑ Team in Germany maps Neanderthal genome, The Associated Press (12 февраля 2009). Архивировано 17 февраля 2009 года.
  18. ↑ Scientists Decode Majority of Neanderthal Man’s Genome, Deutsche Welle (13 февраля 2009).
  19. ↑ В Британии провели уникальную операцию по пересадке руки.
  20. ↑ UK’s first hand transplant goes ahead after donor found on Boxing Day (неопр.). The Guardian (4 января 2013). Дата обращения 5 февраля 2013. (англ.)
  21. ↑ Totally blind mice get sight back (неопр.). BBC (6 января 2013). Дата обращения 5 февраля 2013.
  22. ↑ Reversal of end-stage retinal degeneration and restoration of visual function by photoreceptor transplantation (неопр.). PNAS (3 января 2013). Дата обращения 5 февраля 2013.
  23. ↑ Слух оглохших мышей восстановили с помощью лекарства от деменции.

Золотой век биомедицины: последние достижения молекулярно-биологических технологий

Одна из сфер применения молекулярной диагностики – разработка персонализированного исследования для лечения онкологических больных.

Фото Global Look Press.

 

В Москве состоялась научно-практическая конференция «Молекулярная диагностика — 2017», посвящённая последним достижениям и перспективам применения молекулярно-биологических технологий в различных областях медицины, криминалистике, пищевой промышленности и других.

По мнению Камиля Хафизова, руководителя научной группы новых методов диагностики на основе технологий NGS ФБУН ЦНИИ эпидемиологии Роспотребнадзора, сегодняшнее бурное развитие биомедицинских технологий привело к тому, что медицина становится всё более персонализированной. «И диагностика в этом процессе начинает играть ключевую роль», — говорит он.

В частности, молекулярная онкология – одно из самых активных направлений молекулярной диагностики. Исследователи всего мира работают над созданием тестов для ранней диагностики онкологических заболеваний, которые кардинально изменят качество лечения пациентов.

«Пока не существует универсального теста, который бы позволил выявить у человека рак на ранней стадии. Но работы в этом направлении активно ведутся и в ближайшее время такие подходы будут созданы», — говорит Герман Шипулин, заведующий отделом молекулярной диагностики и эпидемиологии ФБУН ЦНИИ эпидемиологии Роспотребнадзора.

Ещё одна сфера применения молекулярной диагностики – разработка персонализированного исследования для лечения онкологических больных. Благодаря анализу опухолевых клеток на наличие мутаций и устойчивости к терапии, врач может подобрать препараты, которые будут максимально эффективны и безопасны для конкретного пациента.

Одной из центральных тем конференции стали революционные возможности, открываемые новыми технологиями диагностики – биочипами и секвенированием нового поколения NGS (англ. Next-Generation Sequencing).

Секвенирование нового поколения NGS позволяет «прочесть» всю последовательность генома любого живого существа и выявить его фенотипические особенности. NGS стало предпосылкой к зарождению нового научно-практического направления – молекулярной медицины, в которой проблемы диагностики, профилактики и лечения решаются при помощи анализа нуклеиновых кислот (ДНК и РНК).

«Мы уже используем технологии NGS для выявления наследственной предрасположенности к развитию ряда онкологических заболеваний, изучения генетического профиля опухолей при различных типах рака для назначения таргетной терапии, определения носительства редких генетических заболеваний», – отметил Хафизов.

С 1991 года учёные ФБУН ЦНИИ эпидемиологии Роспотребнадзора разработали тысячи методик в области молекулярной диагностики, более 200 из них зарегистрированы на территории РФ и стран СНГ, около 300 диагностических наборов зарегистрированы в Евросоюзе и других странах.

Эффективность диагностического оборудования, разработанного российскими учёными, была подтверждена в борьбе с такими опасными заболеваниями, как вирус Зика и лихорадка Эбола. «Мы разработали набор и доказали его эффективность непосредственно в эпицентре эпидемии. Врачи, работающие в Гвинее, подтвердили, что наши диагностические наборы – лучшие», – говорит Шипулин.

Молекулярная диагностика открыла новую эру в развитии мирового здравоохранения, став новым универсальным оружием для эффективной профилактики, диагностики и лечения наиболее опасных заболеваний.

Добавим, что конференция, организованная НП «Национальное научное общество инфекционистов» и ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора, проходит один раз в три года и традиционно собирает ведущих мировых специалистов, сотрудников сферы здравоохранения, представителей фарминдустрии и многих других. В этом году участниками и гостями конференции стали более 2000 российских и зарубежных учёных. В рамках конференции состоялось более 25 тематических сессий и симпозиумов.

vesti.ru

Итоги года в биологии и медицине

Удвоенный генетический алфавит, лечебная генная терапия, новое «слово» в словаре зелёных мартышек, самоодомашнившиеся люди и ещё целый ряд открытий, которые запомнились нам в 2019 году.

Если оглянуться на всё, о чём мы писали в течение года, можно увидеть несколько больших научных тем, о которых написано особенно много: это биотехнологии, это сон, старение, иммунитет, мозг, происхождение человека, интеллект животных и пр. Мы, конечно, не собираемся перечислять всё, о чём мы писали по поводу биотехнологий, сна и прочего, но об особенно замечательных открытиях всё же напомним.

1.jpg

Электронная микрофотография кишечной палочки. (Фото: NIH Image Gallery / Flickr.com)

В биотехнологических новостях стоит вспомнить, как удваивали генетический алфавит и как кишечную палочку научили питаться углекислым газом. Удвоение генетического кода – это добавление в ДНК четырёх новых азотистых оснований вдобавок к привычным А, Т, G и С. Такая ДНК ведёт себя почти как обычная, и с ней могут работать природные ферменты, занимающиеся считыванием генетической информации. Расширение генетического кода позволяет закодировать в ДНК новые аминокислоты, а с новыми аминокислотами можно синтезировать ферменты с невиданными ранее свойствами.

Манипуляции с геномом бактерий вообще и геномом кишечной палочки в частности давно стали лабораторной рутиной, но порой и эта рутина может удивить – как в случае с кишечной палочкой, которую отучили питаться готовыми углеводами и заставили синтезировать органику из углекислого газа. Исследователи сначала модифицировали геном бактерии, а потом создали ей такие условия, чтобы кишечная палочка сама доэволюционировала до нужного состояния. Для поглощения СО2 из атмосферы она пока не подходит, но кто знает, что будет в будущем – биотехнологии не стоят на месте.

2.jpg

Нормальные эритроциты и серповидный эритроцит, который стал таким из-за мутантного гемоглобина. (Фото: Wikipedia) 

Биотехнологии применяют не только к бактериям, но и к человеку. И тут у нас случилось два (как минимум) триумфа: в одном случае детей с миотубулярной миопатией вылечили генной терапией, в другом – генной же терапией вылечили больных бета-талассемией и серповидноклеточной анемией. Детям, страдавшим от миопатии, в клетки ввели нормальный ген вместо мутантного, и спустя несколько месяцев они уже могли сами сидеть, ходить и есть.

Против генетических заболеваний крови использовали весьма популярный – можно сказать, модный  метод генетического редактирования CRISPR/Cas, о котором мы неоднократно писали. После использования CRISPR/Cas в эритроцитах больных появился нормальный гемоглобин, так что пациент с талассемией сумел полностью отказаться от регулярных переливаний крови (без которых прежде не мог обходиться), а пациент с серповидноклеточной анемией избавился от сопутствующих этой болезни микротромбов.

3.jpg

(Фото: londondeposit / Depositphotos)

Про сон мы теперь знаем, что он помогает нейронам чинить хромосомы. Молекулярным комплексам, которые занимаются ремонтом ДНК, удобнее выполнять свою работу именно во время сна, потому что во время бодрствования этому мешает электрическая активность нервных клеток. (Правда, стоит уточнить, что эксперименты тут ставили не на человеческих нейронах, а на нейронах рыбьих личинок.) Кроме того, сон помогает справляться с болезнями. Мы писали об этом и раньше, но сейчас удалось выяснить, почему так происходит – потому что во время сна лимфоциты лучше прилипают к больным клеткам. Во сне же иммунитет редактирует мозг: специальные иммунные клетки, которые уничтожают лишние синапсы, во время сна становятся особенно активными. Вообще сон связан с иммунной системой теснее, чем кажется, и лишнее тому доказательство – это что плохой сон усиливает атеросклероз. Причина тут в том, что из-за недосыпа костный мозг производит больше лейкоцитов, которые ускоряют образование атеросклеротических бляшек в сосудах.

4.jpg

Лимфоцит – естественный киллер, или NK-клетка. (Фото: NIAID / Flickr.com)

Если уж мы заговорили об иммунитете, то в качестве примечательных итогов года нельзя не упомянуть новость о том, что врождённый иммунитет умеет учиться. Обычно говорят, что врождённый иммунитет отличается от приобретённого неспецифичностью и «беспамятностью», то есть клетки врождённого иммунитета не запоминают конкретные бактерии и вирусы, с которыми они сталкивались. Но оказалось, что всё-таки запоминают – например, детскую ветрянку врождённый иммунитет помнит даже спустя несколько десятков лет.

Другая выдающаяся новость из области иммунологии – это что корь портит иммунитет: у переболевших корью снижается разнообразие антител и иммунных рецепторов, нацеленных на распознавание патогенов, с которыми организм сталкивался в прошлом. Можно сказать, что из-за кори у иммунной системы во многом отшибает память. Причём так происходит, только если человек именно переболел корью; прививка от кори защищает от кори и иммунной памяти никак не вредит.

Попутно можно вспомнить про две работы, авторы которых пытались помочь иммунитету выполнять свои функции. В одной речь идёт о молекуле, которая может защитить сразу от многих штаммов вируса гриппа (но всё же не от всех). В другой работе говорится о том, как можно модифицировать В-лимфоциты, чтобы они смогли бороться с вирусами, против которых трудно создать вакцину.

5.jpg

Нейробиологи смогли заставить мозг увидеть то, чего нет. (Фото: dubassy / Depositphotos)

В новостях про мозг всегда сложно выбрать что-то самое-самое. Тем не менее, тут сразу приходят на ум эксперименты со зрительной галлюцинацией, которую загрузили в мышиный мозг – с помощью хитроумных методов, позволяющих вживую управлять активностью нейронов, мышь заставили увидеть то, чего нет, и не просто увидеть, но и повести себя в соответствии с этим.

Ещё один любопытный результат получили исследователи, которые выясняли, сколько нейронов вовлечены в чувство жажды. Оказалось, что на жажду реагируют тысячи нейронов из 34 зон мозга. Конечно, тут речь не только о жажде самой по себе, если можно так сказать, тут ведь нужно и принять решение искать источник воды, и присмотреться к сигналам извне, которые могут рассказать о том, где искать воду, и предпринять какие-то движения… Но всё равно – 34 зоны даже для такой простой вещи, как жажда, выглядят удивительно. Что уж говорить про более сложные когнитивные процессы.

Львиная доля «мозговых» новостей посвящена многофункциональности и пластичности мозга: у давно знакомых, казалось бы, участков мозга обнаруживаются новые функции. Так, например, мозжечок нужен не только для координации движений, но и для общения, двигательная кора различает произносимые человеком слова, а мозг слепых «видит» звуки. И даже «гормон любви» окситоцин связан не только с удовольствием от общения с близкими людьми, но и с обучением, с чувством страха, с обонянием и вкусом.

6.jpg

Клетки глиомы человека. (Фото: Engineering at Cambridge / Flickr.com)

Про рак традиционно много интригующих новостей – хотя, скажем честно, скорей бы уж наступили времена, когда эта область медицины утратит волнующую актуальность. Раковые опухоли на редкость хорошо умеют использовать ресурсы организма, и наглядный пример тут – мозговые опухоли глиомы. Их клетки в буквальном смысле подключаются к нейронам мозга, перехватывают их нейромедиаторы, чтобы самим расти и распространяться дальше по мозгу. Такие глиомы не формируют плотной, хорошо оформленной опухоли – вместо этого они как бы равномерно проницают ткань мозга, из-за чего их очень трудно удалить хирургическим путём.

Кроме того, такие проницающие глиомы в меньшей степени нарушают нейронные цепи, и потому им довольно долго сопутствует очень немного симптомов. А чтобы укорениться на новом месте, раковые метастазы полагаются на гены, которые управляют формированием плаценты. Злокачественные клетки ухитряются использовать в своих целях даже иммунитет, который должен их истреблять: метастазные клетки блуждают по организму вместе с иммунными, которые, как оказывается, помогают раковым создавать новые очаги болезни. Звучит всё это довольно мрачно, но не будем забывать, что чем больше мы будем знать про рак, тем более эффективными будут противораковые терапии.

7.jpg

Тимус, или вилочковая железа, которая постепенно исчезает у взрослых людей, но которую модно восстановить с помощью омолаживающего коктейля. (Иллюстрация: CLIPAREA / Depositphotos) 

В злокачественных опухолях есть как молодые клетки, так и старые, потрёпанные разными лекарствами. Отношения между ними напряжённые: старые клетки выживают, в прямом смысле поедая своих молодых соседей, что наводит на мысль о каких-то новых способах лечения рака. Про старение вообще в уходящем году было много любопытных открытий. Например, мы узнали, что слишком активные нейроны сокращают жизнь. Нервным клеткам свойственна определённая фоновая активность, и вот если эту фоновую активность прикрутить, то можно довольно заметно увеличить продолжительность жизни. Либо для этого можно успокоить иммунитет, который мешает обновляться стареющему мозгу. Либо подавить «прыгающие гены» в ДНК, чтобы они не прыгали и не провоцировали воспаление. Либо же постараться выйти из бедности, если вы в ней оказались: потому что достаточно всего лишь четырёх лет, прожитых за чертой бедности, чтобы начать стареть быстрее.

С другой стороны, поиски омолаживающих средств всё чаще заканчиваются успехом, пусть речь идёт об омоложении какого-то отдельного органа. Например, с помощью коктейля из гормонов и лекарств можно восстановить у взрослого человека деградировавшую вилочковую железу, омолодив её ДНК.

8.jpg

Зародыш мыши в возрасте десяти с половиной дней эмбрионального развития. (Фото: ZEISS Microscopy / Flickr.com)

В эмбриологии продолжаются великие открытия, связанные с подробной расшифровкой генетической активности в зародышах. В прошлом году выходила серия статей с описанием того, какие гены, где именно и когда именно работают в эмбрионах рыбы и шпорцевой лягушки. В уходящем году появилось две работы про мышиный эмбрион: в одном случае исследователи анализировали функционирование генов в 116312 клетках эмбриона между 6,5 и 8,5 днями после оплодотворения, в другом случае следили за развитием 61 зародыша и гены анализировали в общей сложности в 2 млн клеток, которых должны были получиться мышцы, мозг, кожа, желудок и пр. Хотя в полученных результатах мало популярной наглядности, обе работы помогают вывести на новый уровень наши знания о законах, управляющих развитием зародыша. А знания эти важны как с фундаментальной, так и с практической точки зрения, если мы хотим в будущем защитить себя от различных расстройств, которые начинаются в первых дней жизни эмбриона.

9.jpg

Череп австралопитека анамского. (Фото: Cleveland Museum of Natural History)

Из открытий, касающихся эволюции, стоит вспомнить, что растениям на сушу помогли выйти бактерии – точнее, бактериальные гены, которые когда-то заимствовали у бактерий древние водоросли и которые помогли им справиться со стрессами новой среды обитания. Наш иммунитет тоже, видимо, начал формироваться ещё до того, как на земле появились животные: у бактерий обнаружили противовирусную защиту, которая похожа на некоторые элементы противовирусной защиты животных. Но живые организмы не всегда эволюционируют только за счёт изменения в уже существующих генах – порой гены появляются с нуля (то есть из полностью бессмысленной последовательности ДНК), причём такие гены могут быть сравнительно молодыми, как показали исследования генома риса.

Отдельная тема – эволюция человека, которая становится всё сложнее и сложнее: с помощью черепа австралопитека анамского удалось установить, что австралопитеки анамские какое-то время сосуществовали со своими потомками, австралопитеками афарскими; в Денисовой пещере, как оказалось, жили не только денисовские люди, но и неандертальцы, и человек разумный, а на Филиппинах нашли новый вид человека. Наконец, нельзя не упомянуть про теорию самоодомашнивания людей – для неё нашли косвенные доказательства в экспериментах со стволовыми клетками.

10.jpg

Зелёная мартышка Chlorocebus sabaeus. (Фото: Charles J Sharp / Wikipedia)

От исследователей, занимающихся поведением животных, мы всё чаще и чаще слышим, что животные умнее, чем кажутся, и что многие психические особенности, которые мы считали сугубо человеческими, свойственны и животным мозгам. Пчёл, например, можно научить складывать и вычитать, во́роны получают удовольствие от собственных интеллектуальных усилий, макаки способны думать логически без всякого поощрения, вампиры сохраняют верность друзьям, несмотря на обстоятельства, и даже у цесарок есть сложная социальная жизнь. Последнее тем удивительнее потому, что сложная социальная жизнь требует значительного интеллектуального развития, а цесарки ведь относятся к Курообразным, от которых особого интеллекта не ждёшь.

С другой стороны, раз животные у нас умнее, чем мы думали, мы можем лучше понять, как развивались наши собственные умственные способности. Например, как в случае с африканскими зелёными мартышками, которым помогли придумать новое «слово»: эксперимент, в котором обезьяны научились предупреждать друг друга об опасности с воздуха, даёт некоторое представление о том, как развивалась наша речь и язык.

11.jpg

Бактерии Prochlorococcus под электронным микроскопом. (Фото: Chisholm Lab / Flickr.com) 

Наконец, среди новостей от экологов выделяется сообщение о том, что наше нынешнее потепление – это первое всеобщее потепление. Климатические скачки случались и раньше, но в разных частях мира они происходили по-разному – в том смысле, что температура не росла и не падала одновременно с одинаковой скоростью в разных частях света. А вот то, что происходит сейчас, это действительно одновременные глобальные изменения.

И ещё одна экологическая новость, привлекающая внимание – что пластик вредит фотосинтезирующим микробам. Обычно, когда говорят о вреде пластика, имеют в виду, что он физически замусоривает среду, что его путают с едой разные животные, что он, постепенно измельчаясь, в виде микрочастиц попадает в организм и накапливается в нём. Однако в пластмассах есть «непластмассовые» вещества – разнообразные добавки, которые нужны при производстве пластика и которые улучшают его свойства. Такие вещества могут вымываться в морскую воду, подавляя фотосинтез и рост цианобактерий рода Prochlorococcus. Это одни из главных поставщиков кислорода в атмосферу: их доля кислорода составляет 10%; кроме того, будучи одними из самых многочисленных микробов, они играют важную роль в морских пищевых цепях. И если пластик начнёт им очень сильно вредить, это почувствует вся земная биосфера.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о