Горячее
Лучшее
Свежее
Подписки
Сообщества
Блоги
Эксперты
Войти
Забыли пароль?
или продолжите с
Создать аккаунт
Я хочу получать рассылки с лучшими постами за неделю
или
Восстановление пароля
Восстановление пароля
Получить код в Telegram
Войти с Яндекс ID Войти через VK ID
Создавая аккаунт, я соглашаюсь с правилами Пикабу и даю согласие на обработку персональных данных.
ПромокодыРаботаКурсыРекламаИгрыПополнение Steam
Пикабу Игры +1000 бесплатных онлайн игр
Это увлекательная головоломка с большим количеством уникальных уровней.

Блок пазл. Новый уровень

Казуальные, Головоломки, Логическая

Играть

Топ прошлой недели

  • Oskanov Oskanov 8 постов
  • alekseyJHL alekseyJHL 6 постов
  • XpyMy XpyMy 1 пост
Посмотреть весь топ

Лучшие посты недели

Рассылка Пикабу: отправляем самые рейтинговые материалы за 7 дней 🔥

Нажимая кнопку «Подписаться на рассылку», я соглашаюсь с Правилами Пикабу и даю согласие на обработку персональных данных.

Спасибо, что подписались!
Пожалуйста, проверьте почту 😊

Новости Пикабу Помощь Кодекс Пикабу Реклама О компании
Команда Пикабу Награды Контакты О проекте Зал славы
Промокоды Скидки Работа Курсы Блоги
Купоны Biggeek Купоны AliExpress Купоны М.Видео Купоны YandexTravel Купоны Lamoda
Мобильное приложение

Crispr-cas9

С этим тегом используют

Наука Генетика Новости Медицина Редактирование генома Все
49 постов сначала свежее
DELETED
4 года назад

Кто будет редактировать гены граждан России?⁠⁠

Нашел на youtube посмотрел все выпуски. Чего и вам советую!

Коронавирус Crispr-cas9 Видео Сергей Кургинян
124
314
Myxomycete
Myxomycete
4 года назад
Лига биологов

Что такое CRISPR?⁠⁠

Те из вас, кто старается следить за достижениями в области современной биологии, хотя бы раз наверняка сталкивались с упоминанием загадочной технологии CRISPR, которая вроде как революционировала поле боя молекулярных генетиков. Предполагаю, что даже многие биологи плохо себе представляют, как эта штука работает и какие возможности дает, так что решил запилить пост на эту тему. Сразу скажу, что для понимания содержания статьи потребуется как минимум знать, что такое ДНК. Если надо освежить знания – добро пожаловать в мой прошлый пост.

Итак, встречайте:

CRISPR - Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (регулярно расположенные группами короткие палиндромные повторы) – это вообще такие участки генома бактерий и архей, отвечающие за любопытную систему защиты от вирусов. Еще в далеком 2013м ученые смогли заставить эту систему работать в искусственно созданных условиях, заставляя ее резать ДНК не в бактериях, а вполне себе в эукариотических клетках. С тех пор много воды утекло, элементы этой системы подпилили до совершенства и коммерциализировали все кому не лень. Но как же оно все работает в лаборатории и помогает ученым? Давайте разбираться.


Одна из задач, которую решают современные молекулярные генетики – зачем нужен какой-то ген. Прочтение генома в наше время – довольно простой процесс, но он даст нам тупо последовательность букв, а не понимание того, какой ген за что отвечает. Классический способ узнать, зачем нужен какой-то ген – вырубить его и посмотреть, что будет. Научным языком это называется «нокаутировать» ген, а полученный организм – «нокаут» по такому-то гену. Далее можно исследовать, что же не так с несчастным животным/растением, и делать выводы о функциях вырубленного гена.

Что такое CRISPR? Crispr-cas9, Молекулярная биология, Молекулярная генетика, Биология, Генная инженерия, Наука, Длиннопост

Казалось бы, нормальная мышка, но на самом деле это нокаут по гену RAG1, и у этой мышки нет иммунитета.

И вот очень классно было бы иметь способ, позволяющий просто резать ДНК в ровно нужном тебе месте, вырубая именно тот ген, который надо... В принципе, до прихода CRISPR такие методы существовали (см. TALEN, например), но, как правило, они все были довольно трудоемкими в исполнении. CRISPR же - сравнительно простая технология, применение которой легко поставить на поток. Что же конкретно происходит при ее применении? Чтобы разобраться, давайте сначала введем несколько важных терминов, без которых никак.


Сas9 – бактериальный белок, способный вносить двунитевые разрывы в молекулу ДНК (вы же помните, что там две нити, да?).


Guide RNA, или gRNA – специальная молекула РНК, которая служит как система наведения – она заставляет белок Cas9 резать там, где надо. Напомню, что РНК химически очень похожа на ДНК, но так исторически сложилось, что РНК выполняет в клетке иные функции, чем ДНК.


CRISPR RNA, или crRNA – часть gRNA, отвечающая непосредственно за наведение Cas9 на цель.


Tracer RNA, или tracrRNA – вторая часть gRNA, она отвечает за связывание с белком Cas9. В природе эта и предыдущая штуковина – две отдельные молекулы, но в лабораторных опытах, как правило, используют химерную молекулу, в которой эти половинки просто сшиты друг с другом.


Вот теперь можно переходить к практике. Допустим, ученым надо вырубить ген А в культуре клеток. Культура клеток, кстати – это такая каша из клеток, как правило, одного типа, которая просто растет в специальной емкости в лаборатории. Ученые часто с ними работают, чтобы не париться с настоящими животными и не мучить людей. Так вот, ученым известна последовательность ДНК того самого гена А в этих клетках, и они решают использовать метод CRISPR, чтобы сделать грязное дело. Для этого берется (заказывается у поставщика или синтезируется самостоятельно) молекула gRNA, причем молекула эта подбирается таким образом, чтобы ее кусок – crRNA – был комплементарен тому участку гена А, который надо разрезать. К ней подмешивается белок Cas9 – эдакие безумные ножницы, которые очень любят резать ДНК. Однако сами они резать как попало не могут – им надо показать, где резать – именно это и делает gRNA. Эту смесь из gRNA и Сas9 засовывают внутрь клеток (тут есть разные способы, это отдельная история), где она и приступает к работе. Вторая половина gRNA называется tracrRNA, и за нее белок Cas9 цепляется к gRNA. Благодаря crRNA дружная парочка gRNA+Cas9 садится на нужный участок ДНК клетки и режет обе цепи ДНК. Причем не где-нибудь, а в строго определенном месте – между шестой и седьмой буквой того участка генома, который был комплементарен crRNA. Единственное условие тут – первые три буквы этого участка должны быть NGG, где N – это вообще любая буква. Не хочу излишне пудрить вам мозги, но эти волшебные важные три буквы называются PAM site (Protospacer Adjacent Motif).

Что такое CRISPR? Crispr-cas9, Молекулярная биология, Молекулярная генетика, Биология, Генная инженерия, Наука, Длиннопост

Схема работы комплекса CRISPR-Cas9. Зеленая блямба – белок Cas9 – вместе с цветастой молекулой gRNA, состоящей из crRNA и tracrRNA, сел на геномную ДНК в клетке. Красной линией отмечено, где именно Cas9 разрежет двунитевую ДНК – 3 буквы «вверх по течению» от триплета NGG.

И вот тут начинается самое интересное. Заметьте, система CRISPR просто вносит разрез, она больше ничего не умеет! Достаточно ли этого, чтобы вырубить ген в клетке? Никак нет. За миллионы лет эволюции живые системы научились беречь ценную ДНК и исправлять в ней всякого рода разрывы, химические поражения и прочие гадости. Занимается этим специальная клеточная контора под названием система репарации ДНК. Как только она замечает, что имеет место двунитевой разрыв ДНК, на место аварии сразу рекрутируются разные белковые комплексы, которые пытаются исправить ситуацию, причем каждый по-своему. Доходит до того, что они реально конкурируют друг с другом за право починить ДНК, и в итоге существует несколько вариантов развития событий.


Вариант 1. Процесс идет по пути негомологичного слияния концов – Non-Homology End Joining (NHEJ). Чертова куча белков прилетает на место разрыва, и работает прям как ваш сантехник – одни отрезают чуть-чуть оборванные концы (не всегда, правда), другие достраивают концы как надо, третьи сшивают место обрыва. Удобно, быстро – но не всегда точно!! Во время достраивания концов иногда в последовательности оказываются буквы, которых там изначально не было, причем их количество тоже может варьировать. Извини, начальник, так получилось... Ну а если все сделали как надо – наш комплекс CRISPR-Cas9 никуда не делся, и он опять порежет это место! И так до тех пор, пока рьяные белки-помощники не изменят место разрыва до такой степени, что Cas9 больше не сможет на него сесть. Ну или Cas9 самовыпилится, устав хреначить ДНК.


Вариант 2. Процесс идет по пути гомологичной репарации – Homology Directed Repair (HDR). Тут все еще сложнее: вместо того, чтобы тупо сшить два куска ДНК, попутно вставив пару сомнительных букв, эти белки решают «заглянуть в инструкцию» - в данном случае, во вторую копию этого гена в сестринской хромосоме! Вы ведь помните, что у большинства организмов (включая нас с вами) в каждой клетке содержится две (а то и больше) копии ДНК? На всякий ген есть его гомологичная «сестричка», которая более или менее на него похожа. В случае HDR путем хитрых манипуляций белки используют сестринскую копию гена, чтобы правильно восстановить место разрыва. Этот метод более надежный, чем NHEJ, и дает ученым одно важное преимущество, о котором мы поговорим чуть позже. Напомню, что если системе репарации удалось восстановить исходную последовательность порванной цепи, то ее, беднягу, опять режет Cas9, и все начинается с начала.

Что такое CRISPR? Crispr-cas9, Молекулярная биология, Молекулярная генетика, Биология, Генная инженерия, Наука, Длиннопост

Схема путей репарации ДНК. Слева – путь NHEJ, быстрый и неточный. Справа – HDR, использующий гомологичную хромосому в качестве инструкции.

Итак, если мне хочется просто нокаутировать ген в моем объекте исследования, мне достаточно надеяться, что клетка после обработки CRISPR-Cas9 запустит первый вариант репарации (NHEJ), и в итоге часть клеток получит мутации, которые вырубят нужный мне ген. Профит, дело сделано. Но зачем я тогда упоминал про второй вариант репарации, спросите вы? Давайте еще раз на него посмотрим. Белки используют гомологичную копию гена, чтобы исправить повреждение. А что если...(с этого начинаются все безумные идеи ученых)...что если этим белкам под видом гомологичной копии подсунуть кусок ДНК, который мы сами создали, который содержит нужные нам изменения в гене? Тогда они вставят информацию с этого куска в геном в твердой уверенности, что сделали все как надо... Образно говоря, мы слегка подправили им инструкции. И действительно, так и происходит! Такая технология позволяет нам не просто вносить заранее непредугадываемые изменения в ДНК, но и абсолютно точно изменять нужные нам ее участки. Обратите внимание, что CRISPR в этом случае тупо ломает ДНК там где надо, чтобы тем самым вызвать «сантехников», а всю реальную работу делают уже они. С точки зрения лабораторного эксперимента все просто: в этом случае вместе с gRNA и белком Cas9 мы также вводим в клетку кусок ДНК, несущий нужный нам код – он называется донором. В идеальном варианте информация донора в неизмененом виде встроится в целевой геном, добавляя клеткам или организму нужные нам генетические особенности.


Итак, суммируем: для простого нокаута нам достаточно полить клетки/организмы смесью из gRNA и Cas9, чтобы сами клетки при попытке исправить устроенные Cas9 разрушения с помощью механизма NHEJ внесли в ДНК случайные мутации, вырубающие ген. Для точной же модификации ДНК мы также добавим в нашу взрывную смесь донорную последовательность, которую клетки благополучно используют в процессе HDR, чтобы «поправить» свою ДНК (а на деле внести в нее необходимые нам изменения).

Разумеется, такие эксперименты требуют нехилых умственных и временных затрат: надо заранее продумать последовательность gRNA, чтобы она вела Cas9 к нужному месту в геноме, а не куда-нибудь еще. Если мы идем по пути HDR, то также надо продумать последовательность донора. Кроме того, надо спланировать, как и в каком виде мы будем доставлять все это в клетки – тут есть разные варианты в зависимости от кучи факторов (тип клеток, размер вставки и т.п.). Наконец, последняя часть эксперимента самая нудная – нам надо отсортировать клетки, в которых ничего не поменялось (клетки дикого типа), от тех, где мутация произошла! Тут у ученых тоже имеется целый арсенал методов, от простых на основе ПЦР, типа GCD (Genomic Cleavage Detection), до полногеномного секвенирования на монстроподобных агрегатах.


Надеюсь, мне удалось простым языком объяснить, что же такое CRISPR, и как его применяют! В качестве бонуса фотка меня пару лет назад, когда мне удалось лично познакомиться с применением технологии CRISPR.

Что такое CRISPR? Crispr-cas9, Молекулярная биология, Молекулярная генетика, Биология, Генная инженерия, Наука, Длиннопост

Эти зеленые клеточки на экране микроскопа еще вчера были синими, но потом пришел автор и с помощью протокола HDR внедрил однонуклеотидную замену в ген BFP, превратив его в GFP.

Спасибо, что прочитали! До встречи в новых постах!

Показать полностью 4
[моё] Crispr-cas9 Молекулярная биология Молекулярная генетика Биология Генная инженерия Наука Длиннопост
69
8
Alexandr.Morozov
Alexandr.Morozov
5 лет назад

Методика редактирования генов с помощью CRISPR/CAS9⁠⁠

Новая озвучка. Анимационный ролик 2014 года о методике редактирования генов CRISPR/CAS9 о которой слышали, наверное, все.

На сегодняшний день методика уже сильно развилась, но в данном ролике речь идёт о базовых вещах, в рамках школьной биологии, без лютой биохимии, и информация вполне актуальна.

Сейчас методика практически достигла своего предела применения, основная, пока не решаемая проблема, – это далеко не идеальная избирательность: вероятность действия комплекса на участки ДНК, отличающиеся от гидовой РНК на один или несколько нуклеотидов, очень высокая. Случайные мутации, нам, естественно, ни к чему… хотя зависит от ситуации, если у нас задача вывести ГМО мышек, то вполне можно забить и отобрать относительно здоровые особи. Но о применении к человеку, особенно в эмбриональном периоде и речи быть не может.

И мы упомянули в видео PAM последовательность (Protospacer adjacent motif) – это важная фишка, в природе это последовательности всего из нескольких нуклеотидов (они находятся на краю встроенного вирусом участка) к которым изначально присоединяется CRISPR/CAS9 комплекс, и только после этого он начинает проверку на совпадение с гидовой РНК, строго проверяется всего только 6-12 нуклеотидов, а дальше уже допускаются отклонения. В природе такие отклонения оправданы, таким образом заодно вырезаются уже успевшие немного мутировать (на парочку незначительных нуклеотидов) вирусные последовательности, но в лаборатории это вызывает проблемы, описанные в предыдущем абзаце.

Не вижу смысла расписывать здесь что-то более подробно, это уже много раз сделано в других местах, например, прекрасная статья с картинками, для тех, кто хочет поподробнее: https://biomolecula.ru/articles/prosto-o-slozhnom-crispr-cas


Перевод и озвучка мои.

Оригинал видео и доп. информация (англ.): https://www.youtube.com/watch?v=2pp17E4E-O8

Музыка: Asher Fulero – Renunciation.

Показать полностью
[моё] Генетика Crispr-cas9 Биология ГМО Медицина Видео
0
574
nplus1
nplus1
5 лет назад
Все о медицине

В США начались испытания CRISPR-терапии рака⁠⁠

В США появились первые промежуточные результаты применения CRISPR-терапии против рака. У пациентов забирали Т-лимфоциты, редактировали целых три гена — два с помощью CRISPR и один с помощью вирусов — и вводили их обратно. Есть ли эффект от этой терапии, пока неизвестно, но врачи уже отметили, что ухудшение состояния пациентов она не вызывает.

http://short.nplus1.ru/P07H9KfQo8E

В США начались испытания CRISPR-терапии рака Наука, Новости, Медицина, Рак и онкология, Генная терапия, Crispr-cas9
Наука Новости Медицина Рак и онкология Генная терапия Crispr-cas9
80
422
nplus1
nplus1
5 лет назад
Все о медицине

Пациент с ВИЧ впервые получил CRISPR-отредактированные клетки крови⁠⁠

Китайские врачи впервые попробовали вылечить пациента от ВИЧ с помощью CRISPR-отредактированных клеток. Результаты получились неоднозначными: клетки не вызвали побочных эффектов, но и не спасли больного от вируса. Редактирование получилось очень точным, но малоэффективным. Зато это самое долгое — 2 года — наблюдение за CRISPR-отредактированными клетками в организме пациента, и теперь мы знаем, что они безопасны.

http://short.nplus1.ru/h1hexA9uEg

Пациент с ВИЧ впервые получил CRISPR-отредактированные клетки крови Наука, Новости, Медицина, ВИЧ, Crispr-cas9
Наука Новости Медицина ВИЧ Crispr-cas9
83
229
nplus1
nplus1
5 лет назад
Все о медицине

Американцы впервые использовали CRISPR для лечения генетического заболевания⁠⁠

Первый пациент в США получил экспериментальное лечение тяжелой формы серповидноклеточной анемии — наследственного заболевания, при котором в эритроцитах преобладает мутантный гемоглобин. Он переносит кислород менее эффективно, чем обычный гемоглобин, из-за чего больной страдает от слабости, гипоксии и ряда других неприятных симптомов, а ожидаемая продолжительность его жизни снижена. Ген гемоглобина в предшественниках эритроцитов редактируют с помощью CRISPR/Cas вне тела пациента, а затем возвращают эти клетки в организм. Похожие испытания недавно начали и для терапии другой наследственной болезни крови, бета-талассемии, но в других странах.

http://short.nplus1.ru/Wp3q6EZ08CE

Американцы впервые использовали CRISPR для лечения генетического заболевания Наука, Новости, Медицина, Анемия, Лечение, Crispr-cas9
Наука Новости Медицина Анемия Лечение Crispr-cas9
16
0
laba.media
laba.media
5 лет назад

ТРАНСГЕННЫЕ ОБЕЗЬЯНЫ ВАЖНЕЕ ГМО-ДЕТЕЙ⁠⁠

Куда нас приведут исследования обезьян с человеческим геном?

Автор: Денис Тулинов

ТРАНСГЕННЫЕ ОБЕЗЬЯНЫ ВАЖНЕЕ ГМО-ДЕТЕЙ Генетика, Crispr-cas9, Редактирование генома, Длиннопост

Новость об эксперименте китайского биофизика Цзянькуя Хэ, который на эмбриональной стадии внес мутацию в геном двух девочек-близняшек, якобы защитив их от ВИЧ, стянула на себя внимание научного мира, медиа и публики. На этом фоне не так заметно прошла другая новость: в том же южном Китае, только на тысячу с лишним километров к западу от лаборатории Хэ, группа биологов вырастила макак с человеческим вариантом гена, влияющего на развитие мозга. По уверениям авторов эксперимента, трансгенные обезьяны получились чуть умнее обычных — их краткосрочная память улучшилась.


Притом, что содеянное Хэ вызвало громкий скандал — ученый впервые преступил черту, которую генетики во всем мире гласно и негласно согласились не пересекать — его работа вряд ли претендует на нечто большее, чем быть опасным прецедентом. Научной и даже технической новизны в ней нет. Опыт же с модификацией ДНК макак не подразумевает громкого скандала и встает в ряд прочих исследований трансгенных приматов, но это и позволяет считать его в перспективе более значимым — как исследовательская программа он обещает миру куда более серьезные последствия.


Оценить их нам помогут три ключевых аббревиатуры: CBP, iGEM и DARPA. И речь пойдет совсем не о «планете обезьян».


Казус Хэ меняет игру


За дальнейшей судьбой Цзянькуя Хэ любопытно будет проследить. Южный университет науки и технологий в Шэньчжэне сразу открестился от его экспериментов и уволил ученого. Министерство здравоохранения провинции Гуандун проводит расследование, а генетики из разных стран поочередно выступают с осуждением. По словам Хэ — а публикации в рецензируемом научном журнале до сих пор нет, есть лишь слайды и заявления — он направленно «сломал» в эмбрионах ген CCR5, кодирующий рецептор на лейкоцитах, который позволяет ВИЧ проникать в клетки. Такая мутация есть у каждого десятого европейца, она защищает от вируса, но у китайцев почти не встречается.


Девочки родились от отца носителя ВИЧ. Тем самым Хэ якобы избавил их от риска заражения. Но у такого решения столько подводных камней, от непредусмотренных мутаций и мозаицизма до имеющихся иных безопасных способов предотвратить передачу ВИЧ, что авторитетные китайские биологи из институтов Академии наук КНР в Пекине и Шанхае высказались в PLOS Biology так: «Мы были в ярости от этого крайне безответственного проступка, который явно нарушал нормативную и медицинскую этику Китая и стран всего мира». Редкий накал эмоций для статьи в научном журнале, пусть и критической.


В августе 2019 г. ждем рождения третьего младенца с блокированным Хэ геном CCR5, а пока группа ученых в журнале Nature обратилась с открытым письмом к мировому сообществу, где они предлагают ввести мораторий на клиническое редактирование ДНК зародышевой линии человека (спермии, яйцеклетки, эмбрионы). Свою позицию обозначила и экспертная комиссия ВОЗ: «в настоящее время безответственно применять клиническое редактирование генома зародышевой линии человека». Звучат и иные голоса (в июне 2019 г. о планах повторить эксперимент Хэ с некоторыми модификациями заявил Денис Ребриков, проректор по научной работе РНИМУ им. Н.И. Пирогова. Позже он подтвердил свое намерение), но все эксперты сходятся в том, что казус Хэ ставит вопрос ребром. Всем работающим на этом поле срочно нужно договариваться, вырабатывать единые правила и механизмы контроля.


Судя по острой реакции ученых и медиков на выходку Хэ и по доминирующему тону их комментариев, стандарты на ближайшие годы скорее будут ужесточаться, нежели наоборот, и опыты по редактированию ДНК человека начнут тщательно сдерживать, даже в Китае. Их позволят в очень редких случаях исправления дефектов у малой выборки людей. В таком исследовательском климате фокус еще сильнее сместится на модификацию обезьян: станут множиться генетические эксперименты с приматами, и оттуда будет поступать львиная доля знаний о взаимодействии генов.


Ключевой вопрос в том, какие это будут эксперименты. И где их проведут.


Этика и практика: очеловечить в пробирке


Осенью 2010 года в журнале Nature Reviews Genetics вышла статья четырех биологов, где они задаются вопросом — этично ли вносить в геном обезьяны ДНК человека, лишь для того чтобы выяснить функцию того или иного гена? Есть сильный соблазн взять уникальную для нашего вида генетическую последовательность, вырастить животное с этой последовательностью и посмотреть, как изменится его поведение. Так можно изучать вклад генов в развитие характерных для человека свойств психики, вплоть до владения языком и самосознания. Словом, изучать то, как и какие гены делают нас людьми.


По мнению авторов, хотя трансгенных обезьян используют для изучения моделей болезней, моральный вызов к этому не сводится. Даже вполне физически «здоровый» гуманизированный шимпанзе может быть отвергнут сородичами, если чужая ДНК слегка изменит его облик или повадки. У него не будет нормальной социальной жизни, он будет страдать. Авторы приходят к выводу, что даже такая практика этически неприемлема. На тот момент они еще не знают и не пишут про CRISPR, но генно-инженерный соблазн уловили весьма точно.


Спустя два года ученые показали, что систему адаптивного иммунитета бактерий, использующую «короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами», можно приспособить для точного разрезания цепочек ДНК. Так появилась техника CRISPR, она усилила соблазн многократно. Вскоре китайские генетики первыми применили эту технику для создания модифицированных макак. В 2015 году директор Национальных институтов здравоохранения США объявил, что они прекратят использовать шимпанзе для целей биомедицины, но исследования с нечеловекообразными приматами продолжатся. Еще через год метод CRISPR впервые был применен для редактирования клеток человека — пациенту с раком легкого ввели инъекцией его же T-лимфоциты после нокаута в них одного гена. Это сделали китайские онкологи, в больнице китайского города Чэнду.


В 650-ти километрах южнее Чэнду вы найдете кампус Зоологического института Китайской академии наук. Там создают трансгенных обезьян разными методами генной инженерии. Свежая работа — пять особей, выращенных с встроенным в ДНК человеческим геном MCPH1. Этот ген влияет на внутриутробное развитие мозга плода, его еще называют ‘микроцефалин’, но его роль толком не изучена. По размеру мозга и типичному поведению трансгенные животные не отличались от обычных, а вот их краткосрочная память и скорость реакции в задачах на отсроченный подбор фигуры по образцу оказались лучше.


Вероятно, человеческий ген MCPH1 все же повлиял на развитие мозга макак. Судя по сканам и срезам тканей их нейроны созревали медленнее, миелиновая оболочка на нервных волокнах появилась позже, и экспрессия синаптических генов запустилась с запозданием. Авторы эксперимента пишут: «Мы предполагаем, что задержка нервного созревания у трансгенных обезьян могла увеличить их временное окно пластичности нейронной сети, сходное с неотенией в развитии мозга человека». Вот почему макаки лучше справлялись с тестами — их мозг был чуть пластичнее, они могли быстрее учиться. Кажется, авторы нашли инструмент, используя который можно влиять на когнитивные способности.


Чтобы далее развернуть поиск подобных генов, нужны три условия. У Китая они есть.


Массовое производство приматов


Зоологический институт КАН управляет в том числе фермой по выращиванию обезьян. Там живет свыше двух тысяч особей, многие несут в себе трансгены. По мере надобности животных перемещают между отделениями хирургии, генетики, визуализации. Берут анализы, снимают биометрию, тестируют. В часе езды расположена еще одна ферма на полторы тысячи особей, за нее отвечает Куньминский университет науки и технологии. На выращивание обезьяны уходит 4-5 лет, содержание обходится дороже тех же мышей, но за последние годы при поддержке правительства подобные фермы возникли также в Шэньчжэне, Ханчжоу, Сучжоу и Гуанчжоу. Популяция макак для исследовательских целей в стране постоянно растет и достигла многих десятков тысяч — с первым условием все в порядке.


Нечеловекообразные обезьяны служат моделями разных заболеваний, включая нейродегенеративные болезни, аутизм, депрессию, шизофрению и так далее. Китай даже экспортирует животных в другие страны. По количеству лабораторных макак у США сравнимые цифры, но до 43% из них используются в штатах для изучения ВИЧ/СПИД, и вдобавок Конгресс недавно настоял на снижении объема экспериментальной работы с ними. Китай же становится мировым центром исследований приматов и будет наращивать свой обезьяний ресурс, но второе условие еще важнее — страна планирует использовать обезьян целенаправленно для изучения мозга.


Аббревиатура CBP стоит за China Brain Project, научной инициативой, на которую правительство делает серьезную ставку. Подобные инициативы с 2013 года запущены в США и ЕС, но китайская выделяется акцентом на работе с нечеловекообразными приматами. Последние «являются превосходными моделями для изучения когнитивных функций человека, механизмов патогенеза и терапевтических подходов при заболеваниях головного мозга. Среди китайских нейробиологов растет интерес к использованию нечеловекообразных приматов, и во многих институтах создаются исследовательские центры под эксперименты с ними». Приоритеты CBP обозначены явно и внятно.


Исследования приматов будут сопряжены, главным образом, с генной инженерией. Это третье условие. Для лидерства в биотехнологиях нужны специалисты высокого класса, владеющие передовыми методами, и Китай интенсивно их готовит. Это видно по динамике участия китайских университетов в iGEM (International Genetically Engineered Machine), главном международном соревновании по синтетической биологии и генной инженерии. Если в 2012 году заявки подали 29 китайских команд (из 250 участников со всего мира), то в 2016-м их уже было 63 (из 299), в 2017-м — 83 (из 312), в 2018-м — 103 (из 343), а на iGEM-2019 заявились 117 китайских команд (из 375). Для сравнения статистика США, ближайшего конкурента: 94, 76, 73, 79, 65. Прочие позади с большим отрывом.


Для Китая iGEM — это инвестиция в будущее, CBP рассчитан до 2030 года. Прикинем ход событий.


Генная инженерия для мозга


Итак, имеются разрозненные, казалось бы, обстоятельства, сочетание которых в перспективе дает кумулятивный эффект. В Китае вырастили огромную колонию обезьян для исследований, делают серьезную ставку на генную инженерию и запускают проект по изучению мозга, в основе которого — трансгенные и геноредактирующие технологии плюс нечеловекообразные приматы как модели. У США потенциал в нейронауках выше, обезьян в распоряжении не меньше, но их BRAIN Initiative не нацелена напрямую на ГМ обезьян, и эксперименты такого рода, вероятно, испытают там больше ограничений.


Впрочем, американские ученые считают, что количество обезьян следует увеличить и активнее применять методы генного редактирования. Такие предложения в мае 2019 года озвучила Рабочая группа BRAIN Initiative. В июле NIH выделено свыше $2 млн.на создание Координационного центра и расширение колонии мартышек, доступных для нейронаучных исследований


Не случайно главные попытки уникальных или «спорных» генно-инженерных опытов последних лет пришли из Китая. Как и Цзянькуй Хэ генетики из Куньмина тоже преступили черту, создав макак с геном человека. И неспроста их статья вышла лишь в китайском журнале, а у Хэ публикации нет вовсе. Но если Хэ вменяют само вмешательство в зародышевую линию, то в случае с MCPH1 дерзость в том, что трансген ввели не для изучения модели болезни и тестирования лекарств. Проверяли именно эффект человеческого гена. Обезьяны в этом смысле совершенно здоровы.


Такие исследования будут накапливаться: технически они возможны, генов у человека много. Если вводить их по два и три, изучая эффекты комбинаций, то поле деятельности непаханное. И мало ввести трансген человека, тогда уж нужно вырезать ген обезьяны, чего авторы не сделали (но непременно сделают на следующем витке). Впрочем, не столь важно, в каком уголке мира подобные эффекты откроют, разве что у США и Китая сейчас на руках главные козыри. Но если эта линия работ продолжится, то ученые получат ценнейшие знания: как конкретные изменения ДНК сказываются на уме и психике.


Что можно сделать с такими знаниями с учетом технической возможности еще на стадии эмбриона отредактировать ДНК человека? Будем реалистами — практика вмешательства в зародышевую линию будет приходить в мир малыми шажками, стартуя с исправления очень редких и неустранимых иным способом дефектов. Все зависит от того, насколько она будет успешной. Впереди маячит развилка: либо быстро проявятся некие побочные эффекты и тема надолго закроется, либо поначалу все пойдет гладко, а возможные баги скажутся, например, лишь через два-три поколения. Или же багов не будет вовсе? Короткий ответ — мы не знаем. Для этого и нужны исследования, в том числе на приматах.


Еще одна развилка: от исправления дефектов и далее, через снижение рисков заболеть, к конструированию новых свойств. Цвет глаз или кожи не интересует, это мелочи. Речь идет о мозге. В нем определенно найдется что «исправить». По эволюционным меркам мозг современного человека — сырой продукт, он возник недавно и еще не протестирован миллионами лет. Он полон когнитивных искажений и неврозов. Человек не был спроектирован как апгрейд обезьяны — закреплялось первое, что работает, плюс то, что хотя бы не сильно мешает. В итоге наш мозг — это клубок компромиссных решений. Не всегда самых эффективных.


Опасаются, что ГМ технологии создадут элиту с улучшенными генами. Опасаться стоит другого.


Это ни на что не похоже


В мае 2019 года журнал Science публикует статью ученых из Массачусетского технологического института. Они обучили искусственную нейронную сеть распознавать объекты на фото, имитируя крошечный участок зрительной коры макак. После обучения сеть могла уже сама генерить картинки, которые возбуждают этот участок у живых обезьян. Синтетические изображения были весьма причудливого вида, там нет ничего узнаваемого из реального мира, но именно на них нейроны откликались сильнее всего. По желанию авторов сеть также создавала изображения, которые выборочно перевозбуждали один конкретный нейрон.


Первый автор статьи замечает: «Если бы у нас была хорошая модель для нейронов, которые вовлечены в переживание эмоций или развитие различных расстройств, мы могли бы использовать эту модель для управления нейронами, чтобы помочь облегчить эти расстройства». Мысль здравая, ведь при помощи генеративных сетей гипотетически можно управлять любой популяцией нейронов, а в качестве стимулов использовать не только зрительные, но и звуковые или тактильные. Неизвестно, знают ли авторы про опыты Николаса Тинбергена с птенцами чайки или про идею «универсальных законов искусства» Вилейанура Рамачандрана, профессора Калифорнийского университета в Сан-Диего, но они своей работой открыли способ направленно создавать ключевые гиперстимулы для разных систем мозга.


Заметим, что гиперстимулы для людей могут быть и семантическими, то есть вызывать нужную реакцию за счет смысла, заложенного в текст, видео или мем. Такой гиперстимул будет воздействовать на мозг сильнее, чем контент, создаваемый обычным путем, и будет, вероятно, так же причудлив, как сгенерированные картинки. Предъявив его человеку, вы вызовете заданное состояние психики гораздо быстрее, точнее и надежнее. Так можно работать с эмоциями и лечить депрессию, например, как намекает первый автор. А еще вдобавок можно помочь генеративным сетям — сделать мозг более восприимчивым к тому или иному классу стимулов. Например, прицельно изменив ДНК.


Сегодня ключевые стимулы для нейронов ищут на обычных приматах. Если создать особей с генами человека, их мозг может предпочесть чуть иные стимулы — мы не узнаем, пока не проверим. Но если отличия будут, они сообщат нам важнейшую вещь: как вариации генома связаны с вариациями восприятия. На большой выборке испытаний и генов можно даже обучить искусственный интеллект. Он поймет, как нужно изменить ДНК, чтобы мозг лучше откликался на заданный стимул, или же каким должен быть эффективный стимул при заданной ДНК. Модель будет примитивна поначалу, но позволит добывать знания и тестировать гипотезы. Со временем подбор генной модификации под гиперстимул перестанет быть чисто теоретической задачей.


Чтобы быть на вершине, нет нужды вмешиваться в свой геном. Достаточно контролировать гиперстимулы для остальных.


Генетическое неравенство наоборот


Обычно в связи с редактированием генов говорят о новом неравенстве, которое разделит людей на простых и улучшенных. Узкий слой граждан якобы будет иметь доступ к передовым технологиям и подкорректирует ДНК своих будущих детей, которые получат заведомое преимущество. Права человека, дискриминация, евгеника. Этот сценарий не учитывает, однако, что привилегированным родителям нужны твердые гарантии, прежде чем они пойдут на такой шаг без видимых причин. Нужно убедиться, что редактирование дает, во-первых, требуемый эффект и, во-вторых, что даже спустя много лет у потомков не вылезут проблемы. Такой гарантии сразу им никто не даст.


Генная инженерия и исследования мозга — живые науки, где знания и методы обновляются в реальном времени, пока вы читаете эти строки. Так, на CRISPR-ножницы возлагают много надежд, но и они порой режут молекулы в произвольных местах и не во всех клетках работают одинаково. Ученые ищут способы повысить их точность, но идеал вряд ли достижим, поэтому вопрос в разумном принятии риска. Если супруги дважды теряют рожденных детей из-за мутаций в ДНК материнских митохондрий, они решаются на заместительную терапию — ядро из яйцеклетки жены переносят в уже безъядерную яйцеклетку женщины-донора и оплодотворяют в пробирке. Таким путем в 2016 году родился мальчик от трех родителей. При всем старании ученых часть митохондриальной ДНК матери он все же унаследовал.


Лишь со временем генная инженерия выйдет за рамки медицины, распространится в обществе и станет ближе к косметической хирургии. Но самые влиятельные и богатые окажутся последними людьми, кто отредактирует свою зародышевую линию. Скорее, наступит момент, когда нетронутость ДНК превратится в привилегию, в один из признаков принадлежности к элите. Именно потому, что замена генов, связанных с развитием мозга — чересчур серьезное дело, а научные знания о роли таких генов можно применить с меньшим риском для себя и с большим успехом. В таком сценарии «улучшенными» будет большинство.


Представьте себе модифицированных макак особого типа. Они не служат моделью аутизма или болезни Альцгеймера, на них не тестируют лекарства. Их гены изменены, и в сравнении с обычными макаками эти особи более склонны к определенным зависимостям. Или же они более конформны в социальном поведении, или же острее реагируют на некий подпороговый стимул. Подобных обезьян совсем нетрудно вообразить, если проследить логику уже начатых исследований. Так на живых моделях будут проверены важные гены человека. И так генетическая инженерия получит шанс превратиться в социальную.


Социальным инженерам пригодится еще одна новая технология. Ее уже тестируют.


Ключевое умение отыграть назад


Население Земли превысило 7.7 млрд.человек, и по прогнозам ООН к 2050 г. оно вырастет еще на 2 млрд. Если к тому времени спрос на коррекцию ДНК окажется высок, обеспечить всех желающих индивидуальной процедурой будет трудно технически. Но и не придется. Генетики знают, как тиражировать в природе нужную мутацию гена со скоростью геометрической прогрессии — эта техника называется «генный драйв», ее много раз проверили на насекомых, а ученые Калифорнийского университета в Сан-Диего впервые испытали ее на млекопитающих, мышах.


Суть генного драйва проста: обычно в половую клетку от каждого родителя попадает по одинарному набору хромосом, отсюда вероятность передать потомству один из двух вариантов конкретного гена стремится к 50%; если же в хромосому одного из родителей встроить «драйв», он вырежет кусок из второй хромосомы. Клетка попробует восстановить его, взяв за шаблон хромосому с«драйвом», ведь та цела и невредима. В итоге обе хромосомы будут нести нужный вариант гена, и потомство унаследует его плюс «драйв» — он вырежет кусок уже на следующем цикле полового размножения, и так далее. Так можно передать конкретную генетическую комбинацию от одного родителя дальше всем поколениям.


Генный драйв не идеален, у него есть ограничения, и люди долго достигают половой зрелости. Но с неизбежностью математики он работает с ускорением на каждой итерации, и если Цзянькуй Хэ нарушил одно негласное табу, то применить драйв на человеке пока безумцев не нашлось — а технически это возможно уже сейчас. Будет огромной удачей, если так начнут распространять синтезированные гены для борьбы с болезнью Альцгеймера, например, тормозящие деградацию нервной системы, а не те, что усиливают ее восприимчивость к гиперстимулам. Потенциальная мощь генного драйва тревожит специалистов, и для Правительства США это уже вопрос национальной безопасности. Биологи ищут способы противостоять CRISPR.


В генной инженерии началась классическая гонка снаряда и брони, и страны лидеры в этой области будут обладать обоими типами технологий. В агентстве Пентагона DARPA открыли программу «Безопасные гены» (Safe Genes), просчитав возможные сценарии применения биотехнологий и играя на опережение. В 2017 году агентство выделило $65 млн на разработку систем anti-CRISPR, которые смогут блокировать направленное изменение ДНК или делать его обратимым. И пусть на сегодня главные риски связаны с редактированием растений и насекомых, но сегодня в завтрашний день не все могут смотреть. Те же, кто смотрят, неизбежно учитывают сценарии генного редактирования человека.


Как они будут развиваться в реальности, зависит от многих условий и событий, как и от воли отдельных людей и сообществ. Впервые у человечества возникает искус и возможность управлять своей эволюцией, изменять свою внутреннюю природу — до того мы изобретали лишь разные способы менять мир вокруг. Куда нас приведет развитие технологий генного редактирования, выберем ли мы остановиться у некоей черты или найдем способ успешно жить с ними? Мы не знаем, будущее в этом отношении не предопределено, это открытый финал. Но обдумывать вероятные следствия вполне уже пора. Хотя бы для того, чтобы они не застали врасплох. И чтобы осознать: в будущем без развитой генной инженерии вы не сможете не только улучшать свои гены, но и даже не допустить их «улучшения».


Россия на iGEM-2019 представлена одной командой. Столько же у Кении и Нигерии. У Гонконга – 9.

Показать полностью
[моё] Генетика Crispr-cas9 Редактирование генома Длиннопост
0
6104
Obrazovach
Obrazovach
5 лет назад

Новость №867: CRISPR и антиретровирусные препараты полностью очистили мышиный организм от ВИЧ⁠⁠

Новость №867: CRISPR и антиретровирусные препараты полностью очистили мышиный организм от ВИЧ Образовач, Мышь, ВИЧ, Crispr-cas9

http://short.nplus1.ru/1oKRv0uQtLw

Показать полностью 1
[моё] Образовач Мышь ВИЧ Crispr-cas9
368
Посты не найдены
О Нас
О Пикабу
Контакты
Реклама
Сообщить об ошибке
Сообщить о нарушении законодательства
Отзывы и предложения
Новости Пикабу
RSS
Информация
Помощь
Кодекс Пикабу
Награды
Команда Пикабу
Бан-лист
Конфиденциальность
Правила соцсети
О рекомендациях
Наши проекты
Блоги
Работа
Промокоды
Игры
Скидки
Курсы
Зал славы
Mobile
Мобильное приложение
Партнёры
Промокоды Biggeek
Промокоды Маркет Деливери
Промокоды Яндекс Путешествия
Промокоды М.Видео
Промокоды в Ленте Онлайн
Промокоды Тефаль
Промокоды Сбермаркет
Промокоды Спортмастер
Постила
Футбол сегодня
На информационном ресурсе Pikabu.ru применяются рекомендательные технологии