Перепись генов населения. Научные итоги 2013 года и планы на будущее

2014 год объявлен Годом науки, перекрестным для России и Европейского союза. Чтобы понять, чего ждать от ученых в ближайшем будущем, мы решили вспомнить о знаковых научных событиях только что завершившегося года.

Новейшая технология редактирования гена CRISPR (Clustered Regularly Interspased Short Palindromic Repeats) позволяет бороться с заболеваниями путем исправления гена изнутри. В 2013 году она пережила публикационный бум и была отмечена сразу двумя самыми авторитетными научными журналами мира – Nature и Science. Один из разработчиков технологии – 32-летний нейробиолог Фэн Чжан из Массачусетского технологического института. В основе ее лежит прием видоизменения гена у бактерий: с помощью особого механизма бактерии вставляют в свою ДНК кусочки ДНК вирусов, чтобы потом узнать новых агрессоров и уничтожить их с помощью специальных белков. Этот любопытный механизм сейчас, кстати, плотно изучают российские ученые из Института молекулярной генетики РАН. Значение же этих исследований трудно переоценить: если человечество овладеет этой технологией, то вместо медикаментозного лечения болезней, например шизофрении, пациентам смогут просто «переписать» дефектные гены.Выделение стволовых клеток из клонированного человеческого эмбриона также разделило симпатии экспертов Science и Nature. Это дело рук Шухрата Миталипова, выпускника Тимирязевской сельскохозяйственной академии, а ныне руководителя группы американских эмбриологов из Университета здравоохранения штата Орегон. Сначала он клонировал обезьяну, теперь вот человека – точнее, эмбрион на начальных стадиях, дальше которого пока работы не идут. Ученый разработал методику, при которой из неоплодотворенной яйцеклетки с дефектными митохондриями изымается ядерная ДНК и помещается в здоровую яйцеклетку донора с предварительно убранной собственной ДНК. Болезни, связанные с дефектами мтДНК, довольно редки, однако в большинстве своем они неизлечимы или даже смертельны, поэтому данная технология позволит спасти детские жизни. Однако помимо некоторых технических сложностей у ученых остается проблема этического характера – у такого ребенка будет трое родителей, и в частности две матери.Выращивание искусственных органов, в частности мини-мозга, в уходящем году также было у всех на слуху. Пока это в основном специфические мини-органы – печень, легкие и даже мозг. Ученые из Института молекулярной биотехнологии Австрийской академии наук в Вене вырастили модель развивающегося мозга человека in vitro – в искусственных условиях. Вернее, та выросла сама: стволовые клетки самоорганизовались в мозговой «органоид» размером с арахисовое зерно. Органоид повторяет развитие мозга человека в эмбрионе. Это невероятно ценная модель для изучения патологий развития и нейродегенеративных заболеваний.3D-принтеры, способные распечатать органы, – это другой подход к созданию запчастей для человеческого организма, уже ставший реальностью. Сегодня 3D-принтеры могут напечатать неотличимые от настоящих ткани почек и печени. Но вот замахнуться на сердце поборники этой технологии пока не решались – до проекта лаборатории Института сердечно-сосудистой инновации в Луисвилле (штат Кентукки, США) под руководством профессора Стюарта Уильямса. В качестве «чернил» для принтера ученые используют стволовые клетки жировой ткани пациента. Пока речь идет о создании отдельных частей сердца, воспроизводство целого органа, по прогнозам медиков, займет примерно 10 лет.Технологии просветления (опрозрачнивания) мозга тоже назвали научным прорывом года. Они дают ученым возможность лучше изучить структуру нейронных цепей. Для этого ткани мозга делают прозрачными, как стекло. Это настолько горячая научная тема, что в последнее время было создано несколько механизмов, помогающих мозгу стать прозрачным. В частности, CLARITY, разработанный в Стэнфордском университете: американцы заменили рассеивающие свет молекулы липидов, которые образуют клеточные мембраны, на молекулы прозрачного геля. При этом сами нейроны, другие клетки мозга и их органеллы остаются нетронутыми. Другого способа сделать мозг прозрачным (при помощи специального сахарного раствора, в котором вымачивались образцы) добились японские ученые из японского Института физико-химических исследований (RIKEN). В сочетании с флуоресцентной микроскопией он позволил японским ученым впервые получить изображения мышиного мозга с беспрецедентно высоким разрешением.Открытие главной функции мозга в процессе сна – победа физиологов из Рочестерского университета (США). По их данным, во время сна мозг проводит «чистку», избавляясь от токсинов и других вредных веществ, которые попали в него с током крови в течение дня. К примеру, особого вида белков, которые, накапливаясь, приводят к гибели нервных клеток и являются одной из причин болезни Альцгеймера. Эти исследования могут привести к созданию новых методик профилактики подобных заболеваний.Стоит заметить, что наши ученые тоже попадают в рейтинги влиятельных научных журналов, а в некоторых областях мы находимся на передовых позициях. Среди первых можно назвать члена комитета РАН по метеоритам Виктора Гроховского из Уральского федерального университета, который в начале этого года организовал поиски фрагментов челябинского метеорита, за что и попал в топ деятелей науки 2013 года журнала Nature. Среди других достижений ушедшего года можно назвать и получение российскими учеными международной Галеновской премии (Prix Galien), которую еще называют Нобелевской премией в области биофармацевтики. Профессор Александр Соболев, кандидат биологических наук Андрей Розенкранц и доктор биологических наук Владимир Лунин воплотили на практике научную мечту последнего десятилетия, разработав механизм доставки лекарства непосредственно в ядро раковой клетки. Для этого нужные вещества были помещены вовнутрь нанотранспортера – большой молекулы, состоящей из четырех модулей. Опыты уже показали, что эта методика повышает эффективность лечения в 4 тысячи раз, при этом без разрушения окружающих клеток и тканей! Пока транспортер испытан на грызунах, для перехода к клиническим испытаниям на людях, как считают ученые, понадобятся соответствующее финансирование и 2-3 года. Если все сложится удачно, это будет переворот в лечении рака (и не только его) и сможет спасти сотни тысяч, если не миллионы жизней.В российской науке, к счастью, по-прежнему есть интересные разработки, опережающие иностранные аналоги, но из-за недостатка средств и организационной поддержки их реализация тормозится. Пример тому – уникальный способ лазерной наносварки биологических тканей, разработанный на кафедре биомедицинских систем Московского института электронной техники.- Его суть состоит в том, что на место разреза или разрыва тканей насыпается наноприпой в виде порошка (в его основе белок, вода и углеродные наночастицы), и происходит сварка шва лазером, – пояснил нам и продемонстрировал сварку на кусочках колбасы один из участников проекта, старший научный сотрудник кафедры БМС МИЭТ Леван Ичкитидзе. – Опыты на кроликах показали, что заживление раны происходит примерно в пять раз быстрее, чем с использованием обычных хирургических методов.С одной стороны, белок обеспечивает биосовместимость материала с организмом (возможно вживление целых имплантатов из бионаноматериалов), с другой – наночастицы (всего-то от 0,1 до 0,01%) – небывалую прочность соединения сваренных тканей. У этого метода большое будущее хотя бы в косметологии (такие операции не оставляют рубцов) и имплантологии (материал может эффективно заполнять врожденные полости, например, у детей при таких заболеваниях, как заячье небо, волчья пасть). Уникальность этих биокомпозитных материалов еще и в том, что после внедрения в организм они рассасываются и замещаются живой тканью. Ближайшие конкуренты – израильские и американские коллективы – при сварке пока не используют наноматериалы, и их соединения в 10-50 раз менее прочны, чем у россиян. Но долго ли будет продолжаться их отставание?Первые разработки в МИЭТ начаты еще в 2007 году, в 2008-м получены патенты на способ наноструктурирования биосовместимых материалов и способ получения имплантатов на основе нанокомпозита, в 2011 году – патент на наносварку, но до клинических испытаний на людях дело пока так и не дошло. Нужны средства, которые российские бизнесмены и предприятия вкладывать в проект не спешат. Возможно, перспективной разработкой заинтересуются европейские коллеги – наносварку демонстрировали на недавней церемонии открытия Года науки Россия – ЕС, когда выставку достижений российских ученых осматривала Еврокомиссар по исследованиям, инновациям и науке Мойра Гейган Куинн. Гадать, сохранит ли тогда Россия безусловный приоритет в применении этой технологии, странно – если не продвигать ее сейчас, нас точно обойдут. Утешает, что в мире глобализации выражение «заграница нам поможет» приобретает не столь обидный смысл…