Топ-10 открытий в генетике за 2017 год
1. Впервые отредактирован геном живого человека
Операцию провели в Калифорнии сотрудники компании Sangamo Therapeutics. Все прочие опыты, за исключением одного в Китае, о котором мало что известно, осуществлялись исключительно на образцах эмбриональной ткани.
Для 44-летнего пациента редактирование генома стало последним шансом. Брайан Маде страдает от синдрома Хантера, связанного с неспособностью печени производить важный фермент для расщепления мукополисахаридов. Фермент приходится вводить искусственно, что очень дорого, к тому же для борьбы с последствиями болезни Маде пришлось пройти через 26 операций. Чтобы помочь Брайану, ему внутривенно ввели миллиарды копий корректирующих генов, а также генетические инструменты, которые должны разрезать ДНК в определенных местах. Геном клеток печени должен измениться на всю оставшуюся жизнь. В случае успеха лечения исследователи продолжат эксперименты с другими наследственными заболеваниями.
2. Создан стабильный полусинтетический организм
В основе любой жизни на Земле лежат четыре буквы-нуклеиновых основания: аденин, тимин, цитозин и гуанин (A, T, C, G). Используя этот алфавит, можно создать любой живой организм, от бактерии до кита. Ученые давно пытаются «взломать» этот код, и в этом году им это, наконец, удалось. Прорыв совершили генетики из Исследовательского института Скриппс. Они дополнилигенетический алфавит двумя новыми буквами — X и Y, которые вставили в ДНК кишечной палочки.
Вводить искусственные буквы в ДНК научились уже несколько лет назад, настоящим прорывом 2017 года стала стабильность искусственного организма. Раньше основания X и Y терялись при делениях, и потомки модифицированной бактерии быстро возвращались к «дикому» состоянию. Благодаря усовершенствованию технологий и изменениям, внесенным в основание Y, удалось добиться сохранения искусственных «букв» в геноме бактерий на протяжении 60 поколений. Применение новой технологии на практике пока остается делом будущего — возможно, ее можно будет применить для придания микроорганизмам новых свойств.
3. Обнаружен «космический ген»
Мир переживает «космический Ренессанс»: компании во главе со SpaceX одна за другой рвутся в космос, а правительства планируют строить колонии на Марсе и Луне. Однако не стоит забывать, что миллионы лет наш вид и его предки эволюционировали для жизни на поверхности Земли. Важно заранее узнать, как долгое пребывание в космосе и на других планетах отразится на человеческом организме, чтобы предпринять необходимые меры защиты. К счастью, у исследователей появилась такая возможность — астронавт Скотт Келли, который провел на МКС около года, и его брат-близнец Марк, остававшийся на Земле, согласились на полное обследование своих организмов.
Помимо ожидаемых физиологических изменений, вызванных невесомостью, ученые с удивлением обнаружили различия в геномах братьев. У Скотта было зафиксировано временное удлинение теломер — концевых участков хромосом, а также изменения в экспрессии более 200 000 молекул РНК.
4. Доказана эффективность генетической терапии
В 2017 году CRISPR и другие технологии генетического редактирования все активнее применяли для борьбы с различными заболеваниями. В отличие от случая Брайана Маде, большинство подобных методик не требуют масштабных модификаций генома, а клетки редактируются не в организме пациента, а в лаборатории. Подобные способы получили название генетической терапии. В уходящем году исследователи неоднократно доказывали ее эффективность против различныхболезней.
Самым ярким примером является борьба с опасным заболеванием, которое и само имеет генетическую природу. Речь идет о раке — точнее, пока только о некоторых его разновидностях. Исследователи продемонстрировали, что, взяв иммунные клетки больных лимфомой, с помощью генного редактирования настроив их на борьбу с опухолью и введя обратно пациенту, можно добиться высокого процента ремиссии.
Метод, запатентованный под названием Kymriah™, в августе 2017 года был одобрен FDA.
5. Устойчивость к антибиотикам объяснена на молекулярном уровне
В 2017 году обеспокоенные ученые объявили, что настал конец эпохи антибиотиков. Средство, которое почти сто лет спасало миллионы человеческих жизней, быстро становится неэффективным из-за появления устойчивых к антибиотикам бактерий. Это происходит благодаря быстрому размножению микроорганизмов и их способности обмениваться генами. Одна бактерия, научившаяся сопротивляться воздействию лекарств, передаст это умение не только своим потомкам, но и любым находящимся поблизости представителям своего вида.
Однако пока одни пишут манифесты с призывами к правительствам и общественности, другие ищут у супербактерий уязвимые места. Поняв молекулярные основы устойчивости к лекарствам, мы сможем эффективно противостоять супербактериям. Датским ученым впервые удалось доказать, что гены устойчивости и гены антибиотиков родственны друг другу.
6. Выявлены гены долгожительства
В отличие от различных болезней, которые можно научиться лечить, старение является по-настоящему экзистенциальной проблемой. Исследователи твердо намерены «отменить» его, но мы пока точно не знаем ни механизмов старения, ни последствий, которые его исчезновение произведет в обществе. Впрочем, специалисты настроены оптимистично. В 2017 году был проведен целый ряд исследований в области генетики старения, которые могут стать ключом к решению проблемы.
Одним из направлений стал поиск мутаций, связанных с долгожительством. Одна из них была обнаружена в общине амишей.
Мутация отвечала за сниженный уровень ингибитора активатора плазминогена (PAI-1). Ее носители жили в среднем на 14 лет дольше, чем другие амиши (85 лет против 71 года). Также они реже болели возрастными заболеваниями, а их теломеры были длиннее. В других исследованиях было показано, что мутация рецептора гормона роста повышает продолжительность жизни у мужчин, а уровень интеллекта генетически связан с медленным старением. Также в прошедшем году китайские ученые обнаружили ген долгожительства у червей. На основе всех этих работ можно попытаться создать настоящее лекарство против старости. Возможно, одним из методов станет генетическая коррекция митохондрий — внутриклеточных батареек, которые с возрастом теряют гибкость.
7. Генетический скрининг стал еще точнее
В 2017 году технологии генетического скрининга совершенствовались и становились все более доступными благодаря ученым и представителям биотехнологических компаний. Например, теперь можно заранее предсказать риск развития сердечно-сосудистых заболеваний и даже склонность к прокрастинации.Генетический скрининг важен не только для взрослых, но и для еще не родившихся детей и их родителей, и в этой сфере также есть движение вперед. Так, прошлогоднее исследование показало, что новая методика диагностики синдрома Дауна (и ряда других заболеваний) повысила точность предсказаний до 95%. Теперь потенциальные родители смогут решить судьбу плода, не опасаясь ошибки. Стартап Genomic Prediction идет еще дальше: он обещает с высокой точностью предсказывать рост, интеллект и здоровье будущего ребенка. Он использует новые технологии, благодаря которым стало возможным предугадывать не только заболевания и отклонения в развитии, вызванные единичной мутацией, но и состояния, формирующиеся путем взаимодействия множества генов.
«Генетические ножницы» взяли Нобелевку – Картина дня – Коммерсантъ
Французский микробиолог Эмманюэль Шарпантье и американский биохимик Дженнифер Дудна удостоены Нобелевской премии по химии. Они являются авторами открытия «генетических ножниц» — технологии, способной «разрезать» ДНК в заранее определенном месте и таким образом «переписывать код жизни» человека, животного или растения. Открытие «ножниц» в Нобелевском комитете назвали революционным, подчеркнув, что оно уже является фундаментом клинических испытаний новых методов лечения онкологических заболеваний.
В среду, 7 ноября, Нобелевский комитет огласил имена лауреатов премии по химии-2020: француженка Эмманюэль Шарпантье, специализирующаяся на исследованиях в области микробиологии, и американка Дженнифер Дудна, биохимик. Обе они с 2012 года занимались изучением «генетических ножниц» — метода CRISPR/Cas9, способного редактировать геном, изменять ДНК животных, растений и микроорганизмов.
В сообщении Нобелевского комитета, опубликованном сегодня, подчеркивается, что открытие данной технологии уже «оказало революционное влияние на науку о жизни, вносит свой вклад в новые методы лечения рака и может воплотить мечту о лечении наследственных болезней».
Благодаря открытию Эмманюэль Шарпантье и Дженнифер Дудны изменение ДНК, ранее казавшееся невозможным, сегодня занимает «несколько недель».
Суть метода редактирования генома заключается в том, что «ножницы» не только распознают ДНК вирусов, но могут и быть управляемыми: ученые могут «разрезать» любую молекулу ДНК в заранее определенном месте и «переписывать» ее. «Это не только произвело революцию в фундаментальной науке, но и привело к появлению инновационных культур и приведет к революционным новым методам лечения»,— сообщил в среду Клас Густафссон, председатель Нобелевского комитета по химии.
С 2012 года технология CRISPR/Cas9 уже помогла в выведении культур, устойчивых к плесени, вредителям и засухе.
В настоящий момент «генетические ножницы» применяются в клинических испытаниях новых методов лечения онкологических заболеваний, ВИЧ (для удаления вируса из зараженных Т-лимфоцитов), диабета и шизофрении.
Напомним, что в 2019 году лауреатами Нобелевской премии по химии стали американец Джон Гуденоф, японец Акира Есино и британец Стэнли Уиттинхэм, которые разработали литий-ионные батареи, способные в том числе питать электромобили и смартфоны и совершившие революцию в области портативной электроники.
Заведующая лабораторией редактирования генома федерального Медико-генетического научного центра Светлана Смирнихина назвала вручение Нобелевской премии за геномное редактирование ожидаемым событием, отметив, что «это был лишь вопрос времени».
«Но неожиданно, что премию получили ученые, разработавшие метод CRISPR/Cas9, тогда как другие методы редактирования генома не отметили. Технология CRISPR/Cas9 прочно вошла в практику медицинских и биологических исследований и постоянно совершенствуется.
Уверена, что в ближайшее время геномное редактирование найдет свое место и в клинической медицине»,— заявила госпожа Смирнихина.
В пресс-службе центра при этом “Ъ” отметили, что «многочисленные работы по исследованию системы CRISPR/Cas9, которая разрывает обе цепочки ДНК и вырезает опасные мутации», показали, что «эта система может стать причиной новых, не менее опасных генетических замен»: «Высок риск потери нужных нуклеотидов или присоединения лишних, это внесет необратимые нежелательные изменения в гены».
Заведующий лабораторией молекулярной генетики Московского физико-технического института Илья Манухов объяснил “Ъ”, что «все способы замены генетической последовательности нуклеотидов ДНК связаны с гомологичной рекомбинацией», а разрезание существенно облегчает процесс рекомбинации: «Мы помещаем кусок ДНК в клетку, и за счет рекомбинации он может встроиться в хромосому. Но без разрезания нормальная гомологичная рекомбинация, например, кишечной палочки происходит одна на миллион, но с помощью разрезания эту вероятность можно существенно увеличить».
Господин Манухов отметил, что система CRISPR/Cas9 — не первая подобная система, однако предыдущие разрезали только короткую последовательность ДНК или сразу на нескольких участках.
«А CRISPR/Cas9 позволяет разрезать в конкретном месте и в довольно длинной последовательности, больше девять нуклеотидов»,— поясняет господин Манухов. «Любая биотехнология сегодня завязана на редактировании генома,— отметил господин Манухов.— Это и производство сложных белков, и генная инженерия в сельском хозяйстве, и пока еще не начавшая развиваться отрасль — генная терапия, то есть применение в медицине. Но, в конце концов, это приведет к ускорению эволюции человека, избавив его от большинства наследственных заболеваний».
Старший научный сотрудник Института проблем передачи информации РАН Александр Панчин рассказал “Ъ”, что CRISPR/Cas9 сейчас является одним из самых популярных методов геномного редактирования, «который позволяет сделать некий аналог контекстной замены, как в программе Word, когда вы заменяете одно слово другим»: «С тех пор как эта технология появилась, она много раз модифицировалась, и вокруг этой технологии есть огромное количество технологических усовершенствований и наработок.
И теперь это целый комплекс технологий, которые удалось развить благодаря начальному открытию, позволяющий редактировать ДНК с помощью программируемого инструмента».
Так, по словам господина Панчина, появились как «более аккуратные “ножницы”», которые «режут» более точно, так и «ножницы», которые вообще не «режут», а просто узнают нужное место ДНК и позволяют его каким-то образом отметить.
Также появились инструменты, позволяющие сделать так, чтобы генетическое изменение наследовалось не половиной потомков (как происходит по закону природы), а всеми потомками — это так называемая мутогенная цепная реакция. Господин Панчин также напомнил, что технология CRISPR/Cas9 «нашумела, в частности, тем, что ее использовали для создания скандально известных первых генетически модифицированных детей в Китае, которым должны были заменить один ген, чтобы создать устойчивость к ВИЧ»: «Но мы не знаем, насколько это удалось, потому что научных публикаций по этой теме нет».
Отметим, что компания Clarivate Analytics, обладающая одной из крупнейших баз научных статей — Web of Science, в сентябре называла главными претендентами на Нобелевскую премию по химии ученых Хен Тэ Хвана, Кристофера Мюррея и Маунги Бавенди.
Они разработали нанокристаллы, которые в том числе можно применять как контрастное вещество во время МРТ. Также в Clarivate Analytics предполагали, что Нобелевку по химии в 2020 году могли бы взять Стивен Бухвальд из Массачусетского технологического института и Джон Хартвиг из Калифорнийского университета. Портал N+1 объяснял суть их открытия как попытку связать атомы азота и углерода.
Мария Старикова, Валерия Мишина
Лаборатория молекулярной генетики человека | ФНКЦ физико-химической медицины
Лаборатория молекулярной генетики человека создана в апреле 2004 года и входит в состав отдела молекулярной биологии и генетики ФГБУ ФНКЦ ФХМ ФМБА России.
Основное научное направление лаборатории – исследования и разработка новых методических подходов для задач персонализированной медицины. Методическая основа персонализированной медицины базируется на интегральном подходе, включающем в себя генетический анализ на предрасположенность к широко распространенным заболеваниям, выработку рекомендаций по профилактике, подбору персонализированных препаратов и схемы лечения на основании индивидуальных, генетически детерминированных особенностей пациента.
Успехи современной молекулярной биологии показали, что генетически детерминированные события играют значительную роль в развитии многих заболеваний. Такими генетическими факторами могут быть единичные изменения в нуклеотидной последовательности геномной ДНК – точечные мутации, или однонуклеотидные полиморфизмы – SNP. Современные ДНК-анализаторы уже сейчас позволяют в сжатые сроки получать информацию по индивидуальным геномам или экзомам пациента, но алгоритмы обработки такого рода данных и клинической интерпретации полученных результатов являются еще пока предметом интенсивных исследований и разработок. В связи с этим первоочередной задачей, решаемой методами биоинформатического анализа, является разработка алгоритмов анализа комбинаций геномных вариантов в комплексной оценке индивидуального генетического риска.
Кроме наследственных факторов, в развитии многих заболеваний, особенно онкологических, большую роль играют генетические дефекты и поломки, возникающие на соматическом уровне.
Спектр определенных соматических мутаций является обязательным атрибутом любого злокачественного новообразования. К таким изменениям можно отнести и факты аберрантного гиперметилирования ДНК, выявляемого при анализе опухолевой ткани. В лаборатории выполняются проекты, посвященные оценке вклада соматических и эпигенетических факторов в патогенез таких онкологических заболеваний, как колоректальный рак и рак предстательной железы. В рамках этого направления осуществляется комплекс исследований, направленных как на выявление комбинации генетических маркеров, обуславливающих индивидуальную предрасположенность к развитию заболевания, так и на анализ специфических профилей генетических и эпигенетических (метилирование ДНК) изменений в опухолевой ткани, информативных для разработки диагностических тестов. На текущий момент проведена масштабная работа по анализу метилома колоректального рака и рака предстательной железы с использованием высокоплотных ДНК чипов для анализа метилирования.
Еще одним традиционным направлением исследований лаборатории является спортивная генетика.
Исследования стратифицированных и ограниченных групп лиц с уникальными физиологическими характеристиками, таких как профессиональные спортсмены, являются чрезвычайно интересными не только в контексте оценки спортивных качеств, но и медицинских характеристик. Статус элитного спортсмена, в большинстве своем, подразумевает фенотипически экстремальное состояние человеческого организма. Поэтому информация о генетической основе таких фенотипических проявлений является ценной как с фундаментальной точки зрения, так как позволяет прояснить общие механизмы адаптации организма к интенсивным физическим нагрузкам, так и имеет выраженную практическую составляющую. Полученные в научных исследованиях результаты допустимо впоследствии применять для спортивного отбора, коррекции параметров тренировочного процесса, для диагностики и лечения пациентов, которые не являются профессиональными спортсменами. В течение последних лет в лаборатории был проведен высокоплотный генетический анализ более 1300 профессиональных спортсменов, многие из которых являются членами олимпийской сборной России.
Таким образом, индивидуализированный подход, основанный на анализе генетических данных спортсменов, также входит в направление, объединяемой термином персонализированная медицина.
Кафедра цитологии и генетики | Биологический Институт
ИСТОРИЯ КАФЕДРЫ:
В 1930 году была открыта первая и в течение ряда лет единственная в системе университетов страны кафедра селекции, цитологии и генетики растений под руководством профессора Владимира Петровича Чехова, выпускника Томского университета.
Одной из научных проблем было изучение хромосом дикорастущих видов покрытосеменных с целью выделения ценных в хозяйственном отношении растений. Основное внимание было уделено семейству бобовых. В эти же годы на кафедре были начаты исследования по влиянию экстремальных факторов на хромосомы и растения в целом. Большое внимание было уделено получению полиплоидных растений с помощью химических веществ (колхицина, эфира, аценафтена).
В 1937 году был арестован и погиб в тюрьме профессор В.
П. Чехов, не дожив двух недель до сорокалетия.
Весной 1939 года заведующим кафедрой стал Александр Иванович Купцов, который был рекомендован на эту должность своим учителем Н.И. Вавиловым А.И. Кафедра стала называется ”Кафедра генетики и селекции”.
Основным направлением исследований сотрудников кафедры в сороковых годах были селекция и интродукция каучуконосов в Сибири. Второй важной темой была гибридизация пшеницы в целях создания озимых форм для подтаёжной зоны Западной Сибири. В 1946 году А.И. Купцову пришлось уехать из Томска.
После отъезда А.И. Купцова кафедру возглавляла директор Сибирского ботанического сада кандидат биологических наук А.Д. Бейкина.
Кафедра с 1947 года стала называться “Кафедра дарвинизма, селекции и генетики”. Основная научная тематика кафедры и ботанического сада заключалась в изучении сортов географических рас косточковых культур. Данное перспективное направление селекционной работы с 1949г. в связи с отъездом А.Д. Бейкиной из Томска было прекращено.
В течение трех лет руководство кафедрой неоднократно менялось и в 1952 кафедра была официально закрыта. Эти годы совпали с тяжелым для советской генетики периодом, когда генетика как наука была запрещена.
В сентябре 1964 года в Томском университете была восстановлена кафедра цитологии и генетики, организатором создания которой и заведующей была ученица профессора В.П. Чехова доцент Н.Н. Карташова. Открытие кафедры ознаменовало новый этап в развитии цитологии и генетики в Томске.Основные курсы «Цитология» и «Генетика», спецкурсы: «Цитоэмбриология растений», «Кариология», «Цитогенетика», «Популяционная генетика» были разработаны Надеждой Николаевной.
В 1968 году в НИИ биологии и биофизики при Томском университете была открыта лаборатория цитологии и генетики под руководством профессора Н.Н. Карташовой. В настоящее время она переименована в лабораторию эволюционной цитогенетики и возглавляет её выпускник кафедры профессор В.Н. Стегний. Почти все сотрудники лаборатории окончили кафедру цитологии и генетики. С открытием лаборатории многие темы кафедры и лаборатории являются общими.
На кафедре и в лаборатории по инициативе и под руководством Н.Н. Карташовой были начаты цитогенетические исследования природных популяций растений и насекомых.
На кафедре под руководством Н.Н. Карташовой впервые в Томске начались исследования по генетике человека, но, к сожалению, отсутствие оборудования не позволило продолжить это перспективное направление.
С 1973 год в на кафедре проводятся микробиологические исследования почв Западной Сибири, начатые Л.И. Потехиной. Предложен новый способ упорядочивания диагностических признаков, используемых в классификации микроорганизмов.
В 1974 году Н. Н. Карташова вышла на пенсию. В 1974 году кафедру возглавила доцент Е.Н. Немирович-Данченко, но, к сожалению, в 1976 году ей пришлось уехать в Ленинград. На заведование кафедрой был приглашен молодой перспективный кандидат наук из института цитологии и генетики СО АН СССР В.Т. Волобуев. Благодаря В.Т. Волобуеву на кафедре начались исследования и млекопитающих. В 1982 году В.Т. Волобуев уехал во Францию. С 1982 по 2002 год кафедрой заведовала доцент С.И. Цитленок. Основной темой коллектива кафедры являлось цитогенетическое исследование природных популяций растений и беспозвоночных.
НАШИ ДНИ:
В настоящее время научная работа на кафедре осуществляется под руководством её заведующего – Стегния Владимира Николаевича. Созданная им научная школа получила статус Ведущей научной школы России и президентскую поддержку более 10 лет.
Коллектив кафедры постоянно пополняется сотрудниками из числа бывших выпускников. В настоящее время на кафедре успешно осуществляется подготовка специалистов на базе магистратуры, аспирантуры, преддокторантуры и докторантуры Сотрудники кафедры активно выступают с докладами на конферециях, проводимых в России и за рубежом. На кафедре ведутся современные учебные курсы по всем разделам генетики, клеточной биологии, микробиологии и теориям эволюции. Высокий уровень учебно-научной подготовки на кафедре проявляется в большом количестве наград различного уровня, среди которых самые высокие: 1 медаль с премией для молодых ученых Академии Наук СССР (1981г.) и 2 медали для студентов Академии Наук России (2001-2002 гг.).
СОТРУДНИЧЕСТВО:
Студенты успешно выполняют научные исследования на базе НИИ биологии и биофизики при ТГУ, Томский Нимц РАН НИИ медицинской генетики, НИИ онкологии СО РАМН, ФГБУ «НИИ психического здоровья» СО РАМН и других организаций Томска, Новосибирска, Москвы, а также за рубежом – в университете Virginia Tech (Blacksburg, Virginia).
МЕСТА РАБОТЫ ВЫПУСКНИКОВ:
Много выпускников кафедры работает в Томском Нимц РАН НИИ медицинской генетики, ФГБУ «НИИ психического здоровья» СО РАМН, НИИ биологии и биофизики при ТГУ, НИ ТГУ.
СОСОТАВ КАФЕДРЫ:
| Ф.И.О. | Наименование должности | Ученая степень | Звание |
| Руководство и координация управлением кафедрой | |||
| Стегний Владимир Николаевич | заведующий кафедрой | Доктор биологических наук | Профессор, Заслуженный деятель науки РФ |
| Профессорско-преподавательский состав | |||
| Степанов Вадим Анатольевич | профессор | Доктор биологических наук | Профессор, член-корреспондент РАН |
| Шарахов Игорь Валентинович | профессор | Доктор биологических наук | Профессор |
| Новиков Юрий Михайлович | доцент | ||
| Пулькина Светлана Васильевна | доцент | Кандидат биологических наук | |
| Митренина Елизавета Юрьевна | доцент | Кандидат биологических наук | |
| Ананьина Татьяна Викторовна | доцент | Кандидат биологических наук | |
| Артёмов Глеб Николаевич | доцент | Кандидат биологических наук | |
| Усов Константин Евгеньевич | доцент | Кандидат биологических наук | |
| Коханенко Алина Андреевна | доцент | Кандидат биологических наук | |
| Минаева Оксана Модестовна | доцент | Кандидат биологических наук | |
| Учебно-вспомогательный персонал | |||
| Каланда Наталья Сергеевна | Старший лаборант | – | – |
| Вассерлауф Ирина Эгоновна | Старший лаборант | – | – |
| Кадралиева Алтын | Старший лаборант | – | – |
| Бабаева Фарида | Старший лаборант | – | – |
Наш адрес: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36, главный корпус ТГУ, ауд. 139,
Телефон: 529-654, 529-752
Почта: [email protected]
Чернобыль: есть ли связь между радиацией и генными мутациями?
Автор фото, Yuri Dubrova
Подпись к фото,Профессор Юрий Дуброва предпочитает быть консервативным в своих выводах. Доверять можно, по его словам, только цифрам
Связь между воздействием радиации и увеличением частоты мутаций установлена, однако на крайне специфических участках ДНК, сказал в интервью Русской службы Би-би-си профессор генетики университета Лестера Юрий Дуброва. По его словам, теперь появляется возможность проследить эту зависимость на целых последовательностях генома человека.
Юрий Дуброва посвятил радиационной генетике уже несколько десятков лет, работая вначале в лаборатории известного советского и российского генетика Юрия Алтухова в Москве, а затем на кафедре генетики университета британского города Лестера.
Вместе с украинскими, белорусскими и казахстанскими коллегами Юрий Дуброва проводил в разные годы изучение мутаций на генном уровне у жителей этих стран, подвергшихся облучению радиацией в результате Чернобыльской катастрофы, а также испытаний ядерного оружия бывшего СССР в Казахстане.
С Юрием Дубровой беседовала корреспондент Русской службы Би-би-си Роза Кудабаева.
Би-би-си: Юрий Евгеньевич, вы начали работать над исследованиями в этой сфере еще до взрыва в Чернобыле?
Юрий Дуброва: Да, началось все это в конце 1970-х. С 1979 по 1994 годы я работал в Институте общей генетики, в лаборатории под руководством Юрия Алтухова. Юрий Петрович тогда поставил задачу – поиск методов, с помощью которых можно выявлять генетические последствия воздействия мутагенов [химических и физических факторов, вызывающих наследственные изменения – мутации] на человека. А когда здесь, в Англии, в Лестере, сэр Алек Джеффрис сделал замечательное открытие генетического фингерпринта, то есть обнаружил в нашем геноме крайне высокоизменчивые последовательности ДНК, которые позволяют различать каждого человека с точностью до единицы, стало понятно, что у нас в руках появился новый мощный инструмент.
Мы узнали о новых локусах – участках ДНК в геноме человека и других млекопитающих, которые обладают крайне высокой изменчивостью, а изменчивость эта связана, в свою очередь, с необыкновенно высокой скоростью возникновения мутаций в этих участках ДНК, то есть они сами по себе являются крайне нестабильными.
Поэтому родилась идея, что если они сами по себе такие хрупкие, сами по себе неустойчивые, то воздействие внешних факторов может изменять частоту возникновения мутаций в этих участках. Мы попробовали тогда эксперименты на мышах – облучали их в Москве, и я приехал в Англию на полгода с образцами тканей этих мышей.
Получилось, что на крайне небольшой выборке мышей в диапазонах доз облучения, которые могут в реальности получать люди в результате аварий, катастроф, мы обнаружили значимое увеличение частоты возникновения мутаций по этим участкам ДНК. И сразу встал вопрос, если на мышах это работает, почему не проверить на людях, получивших дозы радиации?
Усилиями наших белорусских коллег из Могилева была собраны образцы крови у группы семей, проживающих в Могилевской области, члены которых получили существенные дозы радиации после аварии на Чернобыльской атомной станции. Мы обследовали эти семьи, и результаты показали, что частота возникновения мутаций в этих семьях превышает таковую в группе семей необлученных людей, здесь в Великобритании. Это было не очень правильно, так как контрольная группа – то есть необлученные люди – были из Англии.
Тогда были предприняты две другие попытки. Во-первых, вместе с нашими коллегами из Алма-Аты собрали образцы крови членов семей, проживавших вблизи Семипалатинского полигона в Казахстане. Эти люди с конца 1949 года получали дозы радиации после испытаний ядерного оружия. И здесь уже мы шли по правильному пути, собирая параллельно образцы крови от такой же этнической группы людей, но проживающих в чистых районах Казахстана.
Во-вторых, этим же занимались наши коллеги из Киева. Они собрали для нас образцы крови людей, которые проживали севернее Киева (мы говорим о Киевской и Житомирской областях) и получили серьезные дозы радиации из-за близости к Чернобыльской станции. И здесь наши украинские коллеги преподнесли нам подарок – в деревнях, где брались образцы крови, они собрали анализы не только у взрослых, но и у детей, которые были рождены до Чернобыля и после. То есть идеальный контроль.
Би-би-си: А о каких годах идет речь?
Ю.Д.: Белорусская выборка – дети, которые родились 3-4 года спустя после катастрофы. Украинская – от 2 до 5-6 лет после катастрофы.
Би-би-си: И к чему вы пришли, изучив эти данные?
Ю.Д.: Мы использовали крайне специфические участки человеческого генома, их очень мало, они составляют крохотный процент от всего генома. Эти участки, по каким-то причинам, состоят из повторов. Грубя говоря, это выглядит как поезд, состоящий из одинаковых вагонов. В качестве вагонов там выступают относительно короткие фрагменты ДНК длиной от 10 до 60 букв-нуклеотидов. И когда мы говорим о мутациях, то речь идет – в нашем сравнении – об изменении числа вагонов. Вот представьте, у вас на путях стоят несколько одинаковых поездов, и сцепщик меняет количество вагонов в этих поездах. Приблизительно такие изменения происходят в этих локусах (участках ДНК).
Когда мы их посмотрели, выяснилось, что частота возникновения новых мутаций в семьях, которые получили радиационное облучение как в Семипалатинске, так и в Чернобыле, в полтора-два раза превышает таковую для семей, которые не были облучены.
То есть, мы получили свидетельство того, что воздействие радиации на семьи как постчернобыльские, так и в районе Семипалатинского полигона, вызывает дополнительные мутации в этих семьях. Вот что мы получили.
Би-би-си: То есть, речь идет о мутациях у детей облученных людей?
Ю.Д.: Объясню, как работает эта система – мы берем образцы ДНК от двух родителей и сравниваем их с образцами ДНК их детей. И мы смотрим на мутации, то есть у ребенка появляется нечто новое, что отсутствует у его родителей. Поясню вновь на примере поездов и вагонов. У меня два родителя – у одного 20 вагонов, а у другого 25, то есть у ребенка должно быть 20 и 25, а если у ребенка 20 и 23 вагона, значит, произошла мутация – 2 вагона потерялось от 25.
Вот на что мы смотрим – на мутации, которые возникают в половых клетках родителей, и соответственно, попадают либо в яйцеклетки матери, либо в сперматозоиды отца, и наследуются их детьми.
Би-би-си: А в чем проявляются эти два пропавших вагона? Это заболевания какие-то, видимые изменения?
Ю.Д.: Это очень правильный вопрос с вашей стороны: что это означает? А означает это ничего. Потому что мутации в этих участках ДНК никак не сказываются на приспособленности их носителей. Это не синдром Дауна, когда лишняя хромосома. Эти гены настолько безумные, что все, что там происходит, абсолютно не сказывается на приспособленности их носителей. Поэтому к нашим данным надо относиться очень аккуратно. Мы показали, что да, в этих семьях наблюдается повышенная частота возникновения мутаций в половых клетках, но перенести эти данные и сказать, что то же самое происходит во всем остальном огромном геноме, и мы можем ожидать, допустим, двукратное увеличение частоты мутаций по всему геному, мы не можем. Для этого нужны другие методы.
Би-би-си: А как тогда объяснить многочисленные публикации в интернете, сопровождаемые фотографиями, где изображены дети или животные с различными ужасными отклонениями, и в них утверждается, что все это – последствие радиации. Поэтому поясните, говорим ли мы об увеличении числа внешних отличий-отклонений, либо мы говорим о резком увеличении числа каких-то болезней у детей и внуков облученных людей – например, раковых заболеваний?
Ю.Д.: Здесь все очень сложно, потому что однозначных данных о том, что произошло существенное увеличение объема наследственной патологии после Чернобыля и Семипалатинска, у нас нет. Одиночные случаи рождения детей с пороками развития ни о чем не говорят, так как, к сожалению, такие дети рождаются без всякого воздействия радиации и прочих мутагенов. У нас возникают мутации, и, к сожалению, какая-то часть из них приводит к очень серьезным порокам развития.
Чтобы показать, что радиация или какие-то факторы приводят к их увеличению, нужно просмотреть колоссальные выборки, нужно проводить очень тщательное сопоставление данных по контрольным семьям (то есть семьям, которые не были облучены), с семьями, получившими дозы радиации.
Подобная работа, проведенная в Хиросиме и Нагасаки, показала, что частота встречаемости пороков развития у детей, рожденных от облученных родителей, существенно не отличается от таковой в контрольной группе. Это блестящие работы, проведенные американскими и японскими исследователями.
Что же касается Чернобыля, то данные здесь крайне противоречивые. Наиболее полный анализ всех подобных данных, проведенный в Белоруссии, показал, что никакого значимого увеличения частоты встречаемости порокового развития после Чернобыля не наблюдается.
В отношении Семипалатинска выборка не очень велика, поэтому к этим данным нужно относиться очень аккуратно.
В качестве консервативного высказывания я бы сказал, что у нас нет достоверных свидетельств о том, что произошли серьезные сдвиги, но сказав, что у нас нет достоверных свидетельств, я не могу сказать, что там ничего нет. Мы просто не знаем.
Би-би-си: Исследование последствий ядерной бомбежки Хиросимы и Нагасаки, Чернобыльская катастрофа и взрывы на Семипалатинском ядерном полигоне дали толчок развитию радиационной генетики. Какие задачи стоят перед вами и вашими коллегами на сегодняшний день?
Ю.Д.: Мы сейчас снова пошли по пути, по которому шли 20 с лишним лет назад, то есть мы сейчас пытаемся использовать новые методы для изучения мутаций у человека. Эти методы появились. Мы живем в счастливую постгеномную эру, когда расшифрована полная последовательность генома человека. Этот колоссальный труд принес нам не только неимоверное количество новой информации, но дал просто чудовищный толчок для развития новых технологий. И то, что 20-25 лет назад представляло собой область научной фантастики, сейчас стало реальностью.
Мы сейчас совершенно реально можем изучать последовательности генома целиком, и изучать не единичные последовательности, а десятки и сотни этих последовательностей.
В сотрудничестве с учеными из Института Сангера – геномного исследовательского центра в Кембриджшире – мы недавно опубликовали работу, в которой изучили полную последовательность геномов 12 мышей, потомков облученных и необлученных мышей-самцов.
Анализируя даже такое небольшое количество потомков, мы обнаружили высокодостоверное увеличение частоты мутаций среди потомков облученных мышей. То есть, мы можем теперь работать на уровне целого генома. Тот объем информации, который мы получили, он просто неимоверен.
И следующий вопрос состоит в том, можем ли мы это использовать для анализа уже собранных образцов ДНК, которые хранятся в наших коллекциях и в других лабораториях мира, от семей, которые получали различные дозы облучения или подвергались воздействию целого ряда химических препаратов. И это наше будущее. Вот теперь мы должны начинать систематический анализ полной последовательности геномов детей, родители которых были облучены либо подвергались воздействию химических препаратов. И сравнивать эти данные с полными последовательностями геномов детей и их родителей, которые не получали дозы радиации или химического воздействия.
Когда у нас будут эти данные, вот только тогда мы сможем ответить на вопрос: “До какой степени воздействие мутагенов среды – таких, как радиация или химия, – приводит к изменению частоты возникновения мутаций у человека?”, и, соответственно, делать выводы, до какой степени это является опасным для здоровья следующих поколений.
Когда мы определим, что вот такая доза приводит, допустим, к двукратному увеличению частоты возникновения мутаций, то тогда мы можем сказать, до какой степени это повлияет на здоровье детей, рожденных от этих родителей. Это наше будущее, и над этим мы работаем.
К сожалению, человечество плохо учится на собственных ошибках. Через 25 лет после Чернобыля произошла Фукусима. И в общем-то, все то же самое. Чем убедительнее мы сможем доказать, что последствия подобных катастроф будут не только для облученных людей, но и для их потомков, тем больше человечество будет понимать, что к этому нужно относиться очень осторожно и принимать все возможные меры безопасности. И не строить, например, атомные станции на берегу океана, где их может залить цунами.
Якутские генетики стали победителями главной медицинской премии России «Призвание»
Ученые научно-исследовательской лаборатории молекулярной медицины и генетики человека Северо-Восточного федерального университета Надежда Максимова и Айталина Сухомясова награждены премией лучшим врачам России «Призвание» в номинации «Разработка нового метода диагностики». Торжественная церемония вручения состоялась в канун Дня медицинского работника, сообщили в пресс-службе вуза.
«Премия вручается только за настоящий прорыв в создании новых методов лечения и диагностики, за огромный вклад в развитие мировой медицины. Мы удостоились награды за открытие двух новых наследственных заболеваний в мире – Soph синдром и мукополисахаридоз-плюс – и за разработку, внедрение новых методов ДНК-диагностики, – говорит руководитель лаборатории Надежда Максимова. – Для всех врачей премия «Призвание» является высшей наградой. Она не только подтверждает заслуги, но и накладывает ответственность, а также обязывает к дальнейшей плодотворной работе».
В 2021 году премия включает 7 номинаций и 57 номинантов. Помимо сотрудников СВФУ, победителями премии стали четверо врачей-генетиков РБ №1 – Национального центра медицины: Ирина Николаева, Светлана Степанова, Елизавета Гуринова, Анна Ноговицына. Отметим, лауреатами «Призвания-2020» в номинации «За создание нового метода диагностики» была признана команда новосибирского «Вектора». Ученые разработали первую российскую тест-систему на новый коронавирус.
Надежда Максимова и ведущий научный сотрудник Айталина Сухомясова работают в области медицинской генетики с 1999 года. К научным интересам ученых относятся клиническая и медицинская генетика, популяционная генетика, демография, молекулярная диагностика наследственных болезней.
Справка:
Премия лучшим врачам России «Призвание» – это совместный проект Первого канала и министерства здравоохранения и социального развития РФ, реализуется с 2001 года. Трансляция торжественной церемонии награждения на Первом канале запланирована в День медицинского работника 20 июня.
Открытые видеолекции учебных курсов МГУ
Список всех тем лекций
Лекция 1. Основные понятия генетики. История генетики.
Генетические портреты
Наследственность
Изменчивость
Интеллект
Восприятие
Определение генетики
История генетики
Грегор Мендель
Законы Менделя
Открытия в генетике после Менделя
Закон Харди-Вайнберга
Хромосомная теория наследственности и другие открытия в генетике
Лекция 2. Молекулярные механизмы наследственности. Генетика оплодотворения и развития.
Теории в биологии
Опыты Фридриха Гриффитса
Эра ДНК
Открытие свойств ДНК
Структура ДНК
Генетический код
Полуконсервативный синтез ДНК
Транскрипция
Трансляция
Прямая и обратная генетика
Определение гена
История генетики
Проблемы генетики
Генетика оплодотворения
Генетика развития
Фенотип – взаимодействие генов со средой
Эпигенетическое наследование
Определение генома
Геном человека
Клонирование организмов
Происхождение и эволюция человека
Фармакогенетика
Лекция 3. Целенаправленное изменение организмов. Генетический анализ.
Дивергентная эволюция
Гибридизация
Горизонтальный перенос генов
Трансгенные организмы
Модель сетчатой эволюции
Целенаправленное изменение организмов
Клонирование
Стволовые клетки
Определение генетического признака и фенотипа
Определение гена и аллеля
Качественные и количественные признаки
Классификация качественных признаков
Уровни организации живой природы
Методы генетики
Генетический анализ
Структура хромосом
Лекция 4. Овариальный цикл и оплодотворение у человека.
Чередование гапло- и диплофаз в жизненных циклах
Митоз и мейоз
Человеческий ооцит и сперматозоид
Овариальный цикл и оплодотворение
Эмбриональное развитие человека
Наследование простых признаков
Значение для науки
Типы скрещиваний
Модельные объекты в генетике
Определение чистых линий
Первый закон Менделя
Тетрадный анализ
Второй закон Менделя
Анализирующее скрещивание
Взаимодействие аллелей
Лекция 5. Примеры генетических отклонений. Некоторые наследственные признаки человека.
Кариотип человека
Наследование признаков, сцепленных с полом
Голандрическое наследование
Гемофилия в королевской и царской семьях
Примеры генетических отклонений
Некоторые наследственные признаки человека
Лекция 6. Аутосомно-доминантное и аутосомно-рецессивное наследование.
Аутосомно-доминантное наследование
Аутосомно-рецессивное наследование
Наследование, сцепленное с полом
Множественный аллелизм
Причины возникновения множественного аллелизма
Мутация в гене фенилаланингидроксилазы
Лекция 7. Группы крови. Третий закон Менделя.
Группы крови
Совместимость при переливании
Анализ признаков
Полигенное наследование
Условия выполнения менделевских закономерностей
Родословная с аутосомно-доминантным наследованием
Нарушение условий выполнения наследования
Репродуктивная биология
Лекция 8. Серповидноклеточная анемия. Наследование глухонемоты.
Серповидноклеточная анемия
Наследование глухонемоты
Генетический анализ
Адаптация к инсоляции
Наследование цвета кожи
Наследование цвета волос
Лекция 9. Комплементарное взаимодействие генов. Наследование цвета глаз. Гены, участвующие в биосинтезе пигментов.
Комплементарное взаимодействие генов
Наследование цвета глаз
Примеры генов, участвующие в биосинтезе пигментов
Биосинтез пигментов
Окрашивание оперения птиц
Природа неотении у аксолотля
Механизмы регуляции работы ферментов
Структура рибосом
Механизм РНК-интерференции
Пути метаболизма фениаланина
Примеры комплементарного взаимодействия генов
Рецессивный эпистаз
Доминантный эпистаз
Полимерия
Лекция 10. Детерминация пола. Патологии детерминации пола.
Детерминация пола
Детерминация пола у человека
Последовательность событий при детерминации пола
Детерминация мужского пола
Гормоны, участвующие в определении пола
Роль гена SRY в проявлении тестикулярной феминизации
Синдром нечувствительности к андрогенам
Частота гермафродитизма у человека
Многоплодность
Лекция 11. Бесплодие и его причины. События после оплодотворения. Генетические аспекты поведения.
Причины бесплодия
События после оплодотворения
Интрацитоплазматическая инъекция сперматозоида
Криоконсервация эмбрионов
Иммунологические причины бесплодия
Примеры
Лекция 12. Генетические аспекты поведения.
Аспекты поведения моллюсков
Аспекты поведения насекомых
Гигиеническое поведение пчёл
Генетический контроль биоритмов
Фиксированный комплекс действий дрозофилы
Аспекты акустического поведения
Пример вклада генов в поведение насекомых
Социальная амнезия у млекопитающих
Влияние гормонов на поведение рабочих пчёл
Влияние гормонов на модификацию пола
Родительское поведение
Экспрессивность генов
Плейотропия
“География” генов
Эпигенетика
Gene Discovery – обзор
Учитывая, что открытие генов включает в себя сравнение экспрессии генов между двумя или более болезненными состояниями, необходимо выбирать образцы, которые принадлежат к разным группам: например, нормальный против болезни, с лечением и без лечения, или до и после вмешательства. Тем не менее, три основных вопроса в дизайне экспериментов требуют дальнейшего рассмотрения: полезность рандомизации, репликации и объединения.
Рандомизация не широко используется в биомедицинских лабораторных экспериментах, но дает здесь значительные преимущества.Одним из наиболее поразительных аспектов экспериментов с олигонуклеотидными микрочипами является степень, в которой экспериментальные условия могут влиять на полученные данные экспрессии. Хотя методы нормализации могут уменьшить влияние некоторых из этих различий, рандомизация – лучший способ справиться с ними. Таким образом, образцы могут быть сгруппированы таким образом, чтобы любые уникальные случайные особенности в равной степени разделялись двумя группами и, таким образом, потенциально не смешивались с групповыми различиями. Например, не следует анализировать все нормальные образцы в один день, а все образцы больных – на следующий день.Подобные соображения могут применяться всякий раз, когда будут возникать различия между другими факторами, которые, как известно, вносят вклад в постороннюю изменчивость, такими как партия чипа, оператор, реагенты, сканеры и т. Д. Расположите те изменяющиеся факторы, которыми можно управлять так же, как описано выше, и рандомизируйте оставшуюся часть (Bolstad et al., 2004).
Еще одна важная проблема в дизайне экспериментов заключается в том, следует ли выполнять репликацию. Здесь важно проводить различие между техническими репликами и биологическими репликами.Технические повторения включают несколько измерений одного и того же образца ткани, тогда как биологические повторения включают несколько измерений одного и того же болезненного состояния. Ясно, что биологическая репликация приводит к данным, которые лучше подходят для выводов, которые могут применяться в более общем плане к состоянию болезни, а техническая репликация приводит к данным, которые лучше подходят для заключения об этом конкретном образце. В большинстве случаев биологические реплики больше подходят для целей эксперимента, чем технические реплики.Чипы дороги, а биологическая репликация позволит лучше использовать ограниченные ресурсы, получая больше данных на уровне, демонстрирующем более высокую вариативность, например, между субъектами, чем на уровне, демонстрирующем меньшую вариативность, внутри субъектов (Bolstad et al., 2004).
Третья важная проблема экспериментального дизайна при анализе открытия генов заключается в том, следует ли объединять образцы. Одна из перспектив состоит в том, что объединение обеспечивает форму «биологического усреднения» и должно позволить получить более точные результаты с меньшим количеством чипов, чем гибридизация РНК от отдельных субъектов на отдельные чипы.Хотя это может быть правдой, в литературе нет убедительных доказательств этого, и объединение может ввести в заблуждение, не будучи очевидным. Предположим, что один субъект, вносящий свой вклад в пул, сильно отличается от остальных. В зависимости от исследуемой ткани, объединение РНК этого субъекта с РНК других дает ему возможность оказывать большое влияние на измеренные значения экспрессии для многих генов, тогда как запуск его на отдельном чипе оставляет возможность идентифицировать этого субъекта как выброс.Кроме того, усреднение может выполняться на статистическом, а не на биологическом уровне. Это обеспечивает то же свойство уменьшения дисперсии без потери способности обнаруживать выбросы и оценивать дисперсию. Таким образом, если объединение предусмотрено в эксперименте, который может быть проведен по той же цене без объединения, лучше не объединять (Kendziorski et al., 2005). Часто считается, что объединение необходимо для получения достаточного количества мРНК из рассматриваемой ткани, и в этом случае возможные недостатки неизбежно должны быть приняты или, по крайней мере, сопоставлены с возможными недостатками альтернативы, которой обычно является амплификация (Bolstad et al., 2004).
Genes News – ScienceDaily
Было обнаружено, что дальнодействующие четырехцепочечные структуры ДНК играют роль в редкой болезни старения
6 декабря 2021 г. – Было обнаружено, что особая форма четырехцепочечной ДНК, недавно обнаруженная в клетках человека, взаимодействует с геном, вызывающим синдром Кокейна, когда …
Прогнозирование белок-белковых взаимодействий
2 декабря 2021 г. – Ученые объединились для создания структурно-мотивированного метода глубокого обучения, основанного на последних достижениях в моделировании нейронного языка.Модель глубокого обучения команды, названная D-SCRIPT, была …
Успешное лечение мышей тяжелого детского рака
30 ноября 2021 г. – У мышей с нейробластомой высокого риска опухоли исчезли в ответ на новое комбинированное лечение с прецизионными лекарствами, как показывает недавнее исследование. Это жизненно важный шаг к потенциально лечебному …
Типы клеток радужной оболочки глаза у мышей
30 ноября 2021 г. – Исследователи сообщают, что они генетически картировали типы клеток, из которых состоит радужная оболочка мыши – тонкий диск пигментированной ткани, который у людей придает глазам особый вид…
Исправление изменений наследственных генов ускоряет работу
30 ноября 2021 г. – Исследователи разработали метод точной и быстрой коррекции генетических изменений у культивируемого пациента …
Параллели с опухолями полости рта человека и собак могут ускорить развитие новых методов лечения
29 ноября 2021 г. – Недавнее исследование сравнило профили генетической экспрессии несмертельной опухоли у собак и редкой разрушительной опухоли ротовой полости человека, на которую она похожа, что заложило основу для потенциальной трансляции…
Исследователи разработали быстрый и высокоточный тест для обнаружения вирусов
29 ноября 2021 г. – Исследователи разработали устройство, которое обнаруживает вирусы в организме так же быстро и точнее, чем современные широко используемые тесты быстрого обнаружения. Оптический датчик использует нанотехнологии для …
Ученые создают новые антибиотики путем редактирования генов
29 ноября 2021 г. – Ученые открыли новый способ производства сложных антибиотиков, использующий редактирование генов для перепрограммирования путей к будущим лекарствам, срочно необходимым для борьбы с устойчивостью к противомикробным препаратам, лечением…
Первое подобное исследование по изучению высокоприоритетного, но малоизвестного патогена, обнаруженного в ирландских больницах
29 ноября 2021 г. – Понимая эпидемиологию и популяционную биологию важного и высокоприоритетного патогена, Enteroccocus faecium (E. faecium) в ирландских больницах, исследователи предоставляют доказательную базу …
COVID-19: измерение вирусной РНК, чтобы предсказать, какие пациенты умрут
Ноябрь29, 2021 – Новая статистическая модель использует биомаркер SARS-CoV-2 в крови для выявления инфицированных пациентов, которые подвергаются наибольшему риску смерти от …
Невоспетый ген – ключ к развитию антител, результаты исследования
29 ноября 2021 г. – Исследователи обнаружили, что пропущенный ген играет важную роль в выработке антител, которые помогают иммунной системе распознавать вирусы, включая SARS-CoV-2, бактерии и …
, и бороться с ними.Новые цели в борьбе с COVID-19
Ноябрь27 января 2021 г. – У нас есть вакцины для предотвращения COVID-19, но количество эффективных и простых в применении лекарств, помогающих людям выжить и выздороветь после заражения, остается ограниченным. Химики работают над новыми способами …
Роль неупорядоченных белковых взаимодействий в экспрессии генов
25 ноября 2021 г. – Исследователи раскрывают новый механизм, который координирует сборку компонентов внутри клеток, контролирующих ген …
Новые данные о бактериях, повышающих риск рака поджелудочной железы
Ноябрь24 февраля 2021 г. – Бактерии из пищеварительной системы, по-видимому, могут вызывать повреждение клеток поджелудочной железы, увеличивая риск злокачественных опухолей. Теперь впервые живые бактерии от кистозных …
Мы можем не знать половины того, что находится в наших клетках, раскрывает новый метод искусственного интеллекта
24 ноября 2021 г. – Технология, основанная на искусственном интеллекте, выявляет ранее неизвестные компоненты клеток, которые могут дать новые ключи к разгадке человеческого развития и …
Счетчики экспериментальных соединений Осложнения диабета
Ноябрь24, 2021 – Экспериментальное соединение уменьшило осложнения диабета типа 1 и типа 2 у мышей – не за счет снижения уровня сахара в крови, а за счет противодействия его последствиям, новое исследование …
Как родинки превращаются в меланому
23 ноября 2021 г. – Исследователи меланомы опубликовали исследование, которое дает новое объяснение того, что заставляет родинки превращаться в меланому. Эти результаты открывают путь к дальнейшим исследованиям того, как снизить риск …
Вейпинг – отказ от курения – связан с изменениями в регуляции генов, связанными с заболеванием, результаты исследования
Ноябрь23 февраля 2021 г. – Новое исследование вейпинга показывает, что, как и курение, использование электронных сигарет связано с нарушением регуляции митохондриальных генов и иммунным ответом …
Инструмент виртуальной реальности, который будет использоваться в борьбе с болезнями
23 ноября 2021 г. – Наука располагает технологией для измерения активности каждого гена в отдельной отдельной клетке, и всего за один эксперимент можно получить данные на тысячи клеток. У исследователей сейчас …
Успокаиваясь, когда становишься старше? Неправильный
Ноябрь22 февраля 2021 г. – Группа эволюционных биологов и биомедицинских исследователей излагает эволюционные и биомедицинские доказательства, показывающие, что люди, которые эволюционировали, чтобы жить через много десятилетий после того, как перестали воспроизводиться, также …
Хронология истории ДНК
1800-е годы
Просмотреть слайд
1859 – Чарльз Дарвин публикует «Происхождение видов»
В 1859 году Чарльз Дарвин опубликовал «Происхождение видов», навсегда изменив взгляды многих людей на мир.
В 1831 году Дарвин присоединился к пятилетней научной экспедиции. Во время своего отсутствия на него повлияло предположение Лайеля о том, что окаменелости, найденные в скалах, являются свидетельством существования животных, которые жили миллионы лет назад. Прорыв произошел, когда он заметил, что каждый из Галапагосских островов поддерживает свою собственную разновидность зябликов, которые были тесно связаны, но имели небольшие различия, которые, казалось, адаптировались к их индивидуальной среде обитания.
По возвращении в Англию Дарвин предложил теорию эволюции, происходящей в процессе естественного отбора, над которой он работал в течение следующих 20 лет.Книга «Происхождение видов» стала кульминацией этих усилий и утверждала, что живые существа, лучше всего приспособленные к их среде обитания, с большей вероятностью выживут, воспроизведут и передадут свои характеристики будущим поколениям. Это привело к постепенному изменению вида со временем. Хотя его исследование содержало некоторую истину, многие области, такие как связь между эволюцией животных и человека, оказались неверными благодаря новым открытиям древних предков.
Книга была чрезвычайно противоречивой, поскольку бросала вызов господствующему в тот период взгляду, который многие люди буквально воспринимали, что Бог создал мир за семь дней.Также предполагалось, что люди были животными и, возможно, произошли от обезьян, эта часть его работы оказалась неточной. Задуматься; Нужно просто принять во внимание тот факт, что на протяжении тысячелетий эволюции животные испытывали высочайшее уважение к своему телу, но люди не уважали их тела. Гепард будет голодать, вместо того, чтобы выходить за пределы того уровня, в котором он может восстановиться. Если бы люди произошли от животных за миллионы лет, врожденное уважение к своему телу сохранилось бы и сегодня.
Просмотреть слайд
1866 – Грегор Мендель открывает основные принципы генетики
В 1866 году неизвестный монах-августинец был первый человек, проливший свет на то, как характеристики передаются из поколения в поколение. Сегодня его считают отцом генетики. Однако при жизни он не пользовался такой дурной славой, а его открытия в значительной степени обошли научное сообщество.Фактически, он был настолько впереди всех, что потребовалось три десятилетия, чтобы его статья восприняли всерьез.
Между 1856 и 1863 годами Мендель проводил эксперименты на растениях гороха, пытаясь скрестить «истинные» линии в определенных комбинациях. Он выделил семь характеристик: высоту растения, форму и цвет стручков, форму и цвет семян, а также положение и цвет цветка.
Он обнаружил, что при скрещивании растений желтого и зеленого гороха их потомство всегда было желтым.Однако в следующем поколении растений зеленый горошек вернулся в соотношении 3: 1.
Мендель ввел термины «рецессивный» и «доминантный» в отношении признаков, чтобы объяснить это явление. Итак, в предыдущем примере зеленый признак был рецессивным, а желтый признак – доминирующим.
В своей статье, опубликованной в 1866 году, Мендель описал действие «невидимых» факторов в обеспечении видимых черт предсказуемым образом. Теперь мы знаем, что «невидимые» черты, которые он определил, были генами.
Просмотреть слайд
1869 – Фридрих Мишер идентифицирует «нуклеин»
В 1869 г. швейцарский химик-физиолог. Фридрих Мишер первым идентифицировал то, что он назвал «нуклеином» в ядрах белых кровяных телец человека, которые мы знаем сегодня как дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК).
Первоначальный план Мишера состоял в том, чтобы выделить и охарактеризовать белковые компоненты белых кровяных телец. Для этого он распорядился, чтобы местная хирургическая клиника отправила ему пропитанные гноем повязки, которые он планировал смыть перед фильтрацией лейкоцитов и извлечением из них различных белков.
Однако во время процесса он натолкнулся на вещество, которое имело необычные химические свойства в отличие от белков, которые он искал, с очень высоким содержанием фосфора и устойчивостью к перевариванию белков.
Мишер быстро понял, что он открыл новое вещество, и почувствовал важность своих открытий. Несмотря на это, научному сообществу потребовалось более 50 лет, чтобы оценить его работу.
1900-е годы
Просмотреть слайд
1900-е – Движение евгеники
В истории ДНК движение евгеники представляет собой особенно мрачную главу, которая подчеркивает отсутствие понимания относительно нового открытия в то время.Термин «евгеника» был Впервые использовался примерно в 1883 году для обозначения «науки» о наследственности и воспитании.
В 1900 году теории Менделя, которые нашли регулярную статистическую закономерность для таких характеристик, как высота и цвет, были открыты заново. В последовавшем за этим неистовстве исследований одна линия мысли переросла в социальную теорию и превратилась в евгенику.
Это было чрезвычайно популярное движение в первой четверти 20 века и было представлено как математическая наука, которая могла предсказывать черты и характеристики людей.
Более темная сторона движения возникла, когда исследователи заинтересовались контролем над размножением людей, чтобы только люди с лучшими генами могли воспроизводить и улучшать вид. Его часто использовали как своего рода «научный» расизм, чтобы убедить людей в том, что определенные «расы» превосходят другие с точки зрения чистоты, интеллекта и т.д. целое.
Многие люди могли видеть, что эта дисциплина пронизана неточностями, предположениями и несоответствиями, а также поощряет дискриминацию и расовую ненависть.Однако в 1924 году он получил политическую поддержку, когда Закон об иммиграции был принят большинством в Палате представителей и Сенате США. Закон ввел строгие квоты на иммиграцию из стран, которые, по мнению евгеников, имеют «низкое» население, таких как Южная Европа и Азия. Когда политическая выгода и удобная наука объединяют силы, мы оказываемся еще дальше от истины и общества, которое уважает тех, кто внутри нас. Это не слишком отличается от табачной промышленности 80-х и сахарной промышленности текущего десятилетия.
По мере продолжения научных исследований и внедрения бихевиоризма в 1913 году популярность евгеники, наконец, начала падать. Ужасы институциональной евгеники в нацистской Германии, обнаружившиеся после Второй мировой войны, полностью уничтожили то, что осталось от движения.
Просмотреть слайд
1900 – Ученые заново открывают теории Менделя
В 1900 году, через 16 лет после его смерти, исследования гороха Грегора Менделя, наконец, нашли свое отражение в более широком научном сообществе.
Голландский ботаник и генетик Хуго де Фрис, немецкий ботаник и генетик Карл Эрих Корренс и австрийский ботаник Эрих Чермак фон Зейзенегг все независимо друг от друга заново открыл работу Менделя и сообщил о результатах экспериментов по гибридизации, аналогичных его открытиям.
В Великобритании биолог Уильям Бейтсон стал ведущим поборником теорий Менделя и собрал вокруг себя группу восторженных последователей. Их сторонники, известные как «менделевцы», поначалу столкнулись с дарвинистами (сторонниками теорий Чарльза Дарвина).В то время считалось, что эволюция основана на выборе небольших смешанных вариаций, тогда как вариации Менделя явно не смешивались.
Потребовалось три десятилетия, чтобы менделевская теория была в достаточной мере понята и заняла свое место в эволюционной теории.
Просмотреть слайд
1902 – Сэр Арчибальд Эдвард Гаррод первым связал теории Менделя с болезнью человека
В 1902 году сэр Арчибальд Эдвард Гаррод стал первый человек, который связал теории Менделя с болезнью человека.Гаррод изучал медицину в Оксфордском университете, а затем пошел по стопам отца и стал врачом.
Изучая заболевание человека алкаптонурию, он собирал информацию о семейном анамнезе своих пациентов. В ходе обсуждений с Менделирующим защитником Уильямом Бейтсоном он пришел к выводу, что алкаптонурия является рецессивным заболеванием, и в 1902 году опубликовал «Заболеваемость алкаптонурией: исследование химической индивидуальности». Это был первый опубликованный отчет о рецессивном наследовании у людей.
Это был также первый случай, когда генетическое заболевание было приписано «врожденным ошибкам метаболизма», что относилось к его убеждению, что определенные заболевания являются результатом ошибок или пропущенных шагов в химических путях тела. Эти открытия стали одними из первых вех на пути ученых к пониманию молекулярных основ наследования.
Просмотреть слайд
1944 – Освальд Эйвери определяет ДНК как «трансформирующий принцип»
К 1940-м годам понимание ученых принципов наследования значительно продвинулось – гены, как было известно, были дискретными единицами наследственности, а также производили ферменты, контролирующие метаболические функции.Однако только в 1944 г. дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) была идентифицирована как «трансформирующий принцип».
Человек, совершивший прорыв, был Освальд Эйвери, иммунохимик из больницы Института медицинских исследований Рокфеллера. Эйвери много лет работал с бактерией, вызывающей пневмонию, пневмококком, и обнаружил, что если живую, но безвредную форму пневмококка смешать с инертной, но смертельной, безвредные бактерии вскоре станут смертельными.
Решив выяснить, какое вещество было ответственным за трансформацию, он объединил усилия с Колином МакЛаудом и Маклином Маккарти и начал очищать двадцать галлонов бактерий. Вскоре он заметил, что это вещество, похоже, не было белком или углеводом, а скорее нуклеиновой кислотой, и при дальнейшем анализе выяснилось, что это ДНК.
В 1944 году, после долгих размышлений, Эйвери и его коллеги опубликовали статью в Journal of Experimental Medicine, в которой они обрисовали природу ДНК как «трансформирующий принцип».Хотя в то время этот доклад не был широко прочитан генетиками, он вдохновил на дальнейшие исследования, проложив путь к одному из крупнейших открытий 20-го века.
Просмотреть слайд
1950 – Эрвин Чаргафф обнаруживает, что состав ДНК видоспецифичен
В 1944 году ученый Эрвин Чаргафф прочтите научную статью Освальда Эйвери, в которой ДНК определяется как вещество, ответственное за наследственность. Газета оказала огромное влияние на Чаргаффа и изменила дальнейший ход его карьеры.Позже он вспоминал: «Эйвери дал нам первый текст на новом языке, или, скорее, он показал нам, где его искать. Я решил поискать этот текст. Следовательно, я решил отказаться от всего, над чем мы работали, или подвести его к быстрому завершению ».
Чаргафф был полон решимости начать работу по химии нуклеиновых кислот. Его первым шагом было создание метода анализа азотистых компонентов и сахаров ДНК разных видов.
Впоследствии он представил две статьи в Журнал биологической химии (JBC), в которых подробно описывался полный качественный анализ ряда препаратов ДНК.Несмотря на важность результатов работы, JBC поначалу неохотно публиковал ее, что свидетельствует о незнании нуклеиновых кислот среди элитных ученых того времени.
Чаргафф продолжал совершенствовать свои методы исследования и в конечном итоге смог быстро проанализировать ДНК самых разных видов. В 1950 году он резюмировал два своих основных открытия, касающихся химии нуклеиновых кислот: во-первых, в любой двухцепочечной ДНК количество единиц гуанина равно количеству единиц цитозина, а количество единиц аденина равно количеству единиц аденина. тиминовых единиц, и, во-вторых, состав ДНК варьируется между видами.Эти открытия теперь известны как «Правила Чаргаффа».
Просмотреть слайд
1952 – Розалинда Франклин фотографирует кристаллизованные волокна ДНК
Розалинда Франклин родилась в Лондоне в 1920 году и провела большую часть исследований, которые в конечном итоге привели к пониманию структуры ДНК – большое достижение в то время, когда в столовые некоторых университетов допускались только мужчины.
После получения докторской степени по физической химии в Кембриджском университете в 1945 году она провела три года в Центральной лаборатории химикатов в Париже, изучая методы дифракции рентгеновских лучей, которые сделали ее имя.Затем, в 1951 году, она вернулась в Лондон, чтобы работать научным сотрудником в лаборатории Джона Рэндалла в Королевском колледже.
РольФранклина заключалась в создании и усовершенствовании отделения рентгеновской кристаллографии в Королевском колледже. Она работала с ученым Морисом Уилкинсом и учеником Раймондом Гослингом и смогла сделать два набора фотографий волокон ДНК с высоким разрешением. Используя фотографии, она рассчитала размеры нитей, а также пришла к выводу, что фосфаты находятся снаружи, вероятно, спиральной структуры.
Фотографии Франклин были описаны Дж. Д. Берналом как «самые красивые рентгеновские снимки любого вещества из когда-либо сделанных», и в период с 1951 по 1953 годы ее исследования были близки к открытию структуры ДНК. К сожалению, ее в конечном итоге избили Томас Уотсон и Фрэнсис Крик.
На изображении выше показаны оригинальные образцы ДНК, которые передал Морису Уилкинсу швейцарский биохимик Рудольф Сигнер. Затем аспирант Раймонд Гослинг использовал образцы для получения первых кристаллов ДНК и вместе с Розалиндой Франклин использовал их для следующего поколения рентгеновских изображений.
Просмотреть слайд
1953 – Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик открывают двойную спиральную структуру ДНК
В 1951 году Джеймс Уотсон посетил Кембриджский университет и случайно встретил Фрэнсиса Крика. Несмотря на 12-летнюю разницу в возрасте, пара сразу же поладила, и Уотсон остался в университете, чтобы изучать структуру ДНК в Кавендишской лаборатории.
Используя доступные рентгеновские данные и построение моделей, они смогли решить загадку, которая ставила ученых в тупик на протяжении десятилетий.Они опубликовали теперь известную статью в журнале Nature в апреле 1953 года, а в 1962 году они вместе с Морисом Уилкинсом были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине.
Несмотря на то, что ее фотографии имели решающее значение для решения Уотсона и Крика, Розалинда Франклин не была удостоена чести, поскольку только трое ученых могли разделить приз. Она умерла в 1958 году после непродолжительной борьбы с раком.
Просмотреть слайд
1953 – Георгий Гамов и «Клуб галстуков РНК»
После открытия Уотсона и Крика ученые вошли в период безумия, когда они поспешили первыми расшифровать генетический код.Физик-теоретик и астроном Георгий Гамов решил сделать гонку более интересной – он создал эксклюзивный клуб, известный как «Клуб галстуков РНК», в котором каждый участник выдвигал свои идеи о том, как нуклеотидные основания трансформируются в белки клетками организма.
Он вручную выбрал 20 членов – по одному на каждую аминокислоту – и каждый из них носил галстук с символом выделенной им аминокислоты. По иронии судьбы, человек, которому предстояло открыть генетический код, Маршалл Ниренберг, не был членом.
Просмотреть слайд
1959 – Дополнительная копия хромосомы 21 связана с синдромом Дауна
Сегодня ученые регулярно используют наше растущее понимание генетики для диагностики и прогноза заболеваний. Однако потребовались десятилетия, чтобы цитогенетика (изучение хромосом) была признана медицинской дисциплиной.
Цитогенетика впервые оказала большое влияние на диагностику болезней в 1959 году, когда дополнительная копия хромосомы 21 была связана с синдромом Дауна.В конце 1960-х – начале 1970-х годов были введены пятна, такие как пятна Гимзы, которые неравномерно связываются с хромосомами, создавая полосы светлых и темных областей. Изобретение изменило дисциплину, сделав возможным идентифицировать отдельные хромосомы, а также участки внутри хромосом, и легло в основу ранней клинической генетической диагностики.
Просмотреть слайд
1965 – Маршалл Ниренберг стал первым человеком, секвенировавшим основания в каждом кодоне
В 1957 году Маршал Ниренберг поступил в Национальный институт здоровья в качестве постдокторанта в докторантуре Dr.Лаборатория ДеВитта Стеттена-младшего. Он решил сосредоточить свои исследования на нуклеиновых кислотах и синтезе белков в надежде взломать «жизненный код».
Следующие несколько лет были заняты экспериментами, поскольку Ниренберг пытался показать, что РНК может запускать синтез белка. К 1960 году Ниренберг и его научный сотрудник Генрих Маттай были на пути к решению проблемы кодирования.
Ниренберг и Маттеи измельчали клетки бактерий кишечной палочки, чтобы разрушить их стенки и высвободить цитоплазму, которую они затем использовали в своих экспериментах.В этих экспериментах использовалось 20 пробирок, каждая из которых была заполнена отдельной аминокислотой – ученые хотели знать, какая аминокислота будет включена в белок после добавления определенного типа синтетической РНК.
В 1961 году пара провела эксперимент, который показал, что цепь повторяющихся оснований урацила форсировала белковую цепь, состоящую из одной повторяющейся аминокислоты, фенилаланина. Это был прорывный эксперимент, который доказал, что код можно взломать.
Ниренберг и Маттеи провели дальнейшие эксперименты с другими цепями синтетической РНК, прежде чем подготовить статьи для публикации.Однако впереди еще много работы – теперь ученым нужно было определить, какие основания составляют каждый кодон, а также последовательность оснований внутри кодонов.
Примерно в то же время лауреат Нобелевской премии Северо Очоа также работал над проблемой кодирования. Это вызвало ожесточенную конкуренцию между лабораториями, поскольку двое ученых поспешили первыми к финишу. В надежде на то, что первый ученый NIH получит Нобелевскую премию, коллеги Ниренберга приостановили свою собственную работу, чтобы помочь ему в достижении его цели.
Наконец, в 1965 году Ниренберг стал первым, кто упорядочил код. В 1968 году его усилия были вознаграждены, когда он, Роберт У. Холли и Хар Гобинд Хорана были совместно удостоены Нобелевской премии.
Просмотреть слайд
1977 – Фредерик Сэнгер разрабатывает методы быстрого секвенирования ДНК
К началу 1970-х гг. молекулярные биологи добились невероятных успехов. Теперь они могли расшифровать генетический код и описать последовательность аминокислот в белках.Однако дальнейшие разработки в этой области сдерживались невозможностью легко прочитать точные нуклеотидные последовательности ДНК.
В 1943 г. Выпускник Кембриджа Фредерик Сэнджер начал работать на A.C. Chibnall, определив свободные аминогруппы в инсулине. Благодаря этой работе он стал первым человеком, который заказал аминокислоты и получил последовательность белка, за что позже получил Нобелевскую премию. Он пришел к выводу, что если белки являются упорядоченными молекулами, то ДНК, которая их создает, также должна иметь порядок.
В 1962 году Сэнгер перешел с Медицинским исследовательским советом в лабораторию молекулярной биологии в Кембридже, где секвенирование ДНК стало естественным продолжением его работы с белками. Первоначально он начал работать над секвенированием РНК, так как она была меньше, но эти методы вскоре стали применимы к ДНК и в конечном итоге превратились в дидезокси-метод, используемый сегодня в реакциях секвенирования.
За свой прорыв в методах быстрого секвенирования Сэнгер получил вторую Нобелевскую премию по химии в 1980 году, которую он разделил с Уолтером Гилбертом и Полом Бергом.
Просмотреть слайд
1983 – Болезнь Хантингтона – первое генетическое заболевание, нанесенное на карту
HD – редкость, прогрессирующее нейродегенеративное заболевание, которое обычно проявляется в возрасте от 30 до 45 лет. Он характеризуется потерей контроля над моторикой, резкими движениями, психиатрическими симптомами, слабоумием, изменением личности и снижением когнитивной функции. Поскольку болезнь возникает у взрослых, многие люди уже имели детей до того, как им был поставлен диагноз, и передали мутантный ген следующему поколению.
В 1983 г. генетический маркер, связанный с HD, был обнаружен на хромосоме 4, что сделало его первым генетическим заболеванием, которое было картировано с использованием полиморфизма ДНК. Однако окончательно ген не был выделен до 1993 года.
Просмотреть слайд
1990 – Идентифицирован первый ген, связанный с повышенной восприимчивостью к семейному раку груди и яичников
В 1990 году был идентифицирован первый ген, связанный с повышенной восприимчивостью к семейному раку груди и яичников.Ученые провели исследования сцепления ДНК в больших семьях, у которых были обнаружены признаки, связанные с синдромом наследственного рака груди и яичников (HBOC).
Они назвали идентифицированный ген, расположенный на 17 хромосоме, BRCA1. Однако было ясно, что не все семьи рака груди были связаны с BRCA1, и при продолжении исследований второй ген BRCA2 был локализован на хромосоме 13.
У каждого есть по 2 копии BRCA1 и BRCA2, генов-супрессоров опухолей.Если у человека есть 1 измененная копия любого гена, это может привести к накоплению мутаций, которые затем могут привести к образованию опухоли.
Просмотреть слайд
1990 – Начало проекта “Геном человека”
В 1988 году Национальный исследовательский совет рекомендовал программу по картированию генома человека. Проект “Геном человека” официально началось в 1990 году, когда Министерство энергетики США (DOE) и Национальные институты здравоохранения (NIH) опубликовали план на первые пять лет ожидаемого 15-летнего проекта.
Многие организации давно интересовались картированием генома человека для развития медицины, а также для таких целей, как обнаружение мутаций, которые может вызвать ядерное излучение.
Цели проекта включали: картирование генома человека и определение в нем всех 3,2 миллиарда букв, картирование и секвенирование геномов других организмов, если это будет полезно для изучения биологии, разработка технологий для анализа ДНК и изучения социальные, этические и правовые последствия исследования генома.
Просмотреть слайд
1995 – Haemophilus Influenzae – первая секвенированная бактерия, геном
В 1995 году, чтобы продемонстрировать новую стратегию «дробового» секвенирования, Дж. Крейг Вентер и его коллеги опубликовали первый полностью секвенированный геном самовоспроизводящегося свободноживущего организма – Haemophilus Influenzae.
Бактерия Haemophilus Influenzae, известная как H.flu, может вызывать менингит, инфекции ушей и дыхательных путей у детей.До этого прорыва ученым удалось секвенировать геном только нескольких вирусов, которые примерно в десять раз короче, чем у H.flu.
Проект длился около года и был выдающимся достижением. Его успех доказал, что метод случайного дробовика можно быстро и точно применить ко всем геномам, открыв путь для будущих открытий.
Просмотреть слайд
1996 – Клонирована овечка Долли
Всемирно известная овечка Долли была первое млекопитающее, которое будет клонировано из взрослой клетки.Этот подвиг был новаторским – в то время как животные, такие как коровы, ранее были клонированы из эмбриональных клеток, Долли продемонстрировала, что даже когда ДНК специализировалась, ее все еще можно было использовать для создания целого организма.
Долли была создана учеными, работающими в Институте Рослина в Шотландии, из клетки вымени шестилетней белой овцы Финн Дорсет. Изменив питательную среду, ученые нашли способ «перепрограммировать» клетку, которую затем вводили в неоплодотворенное яйцо, у которого было удалено ядро.Затем яйцо культивировали до стадии эмбриона перед имплантацией суррогатной матери.
Клонирование из взрослых клеток – сложный процесс, и из 277 попыток Долли оказалась единственным ягненком, который выжил. Она продолжила изнеженное существование в Институте Рослина и смогла произвести на свет нормальное потомство. После ее смерти ее набили чучелом и выставили на обозрение, как видно на прилагаемом изображении.
Просмотреть слайд
1996 – Установлены «Бермудские принципы»
В 1996 году руководители Проекта генома человека встретились на Бермудских островах и согласились, что данные о последовательности генома должны быть доступны в открытом доступе в течение 24 часов после генерации.
Известное как «Бермудские принципы», соглашение было разработано для обеспечения того, чтобы информация о последовательностях как можно быстрее приводила к прогрессу в области здравоохранения и исследований.
Для координации процесса было также решено, что крупномасштабные центры секвенирования будут информировать Организацию генома человека (HUGO) о любых намерениях секвенировать определенные области генома. Затем HUGO разместит эту информацию на своем веб-сайте и направит посетителей в конкретные центры для получения более подробной информации о текущем статусе секвенирования.
Просмотреть слайд
1999 – Расшифрована первая хромосома человека
В 1999 году международная группа исследователей достигла важной вехи, когда они впервые раскрыли полный генетический код хромосомы человека. Речь идет о хромосоме 22, содержащей 33,5 миллиона «букв» или химических компонентов.
В то время последовательность была самым длинным непрерывным отрезком ДНК, когда-либо расшифрованным и собранным.Однако это была только первая расшифрованная глава книги генетических инструкций человека – остальное было еще впереди.
2000-е годы
Просмотреть слайд
2000 – Расшифрован генетический код плодовой мушки
В марте 2000 г. ученые ряда лабораторий успешно расшифровали генетический состав плодовой мушки. Совместные усилия имели серьезные последствия для секвенирования генома человека, а также для биологии и развития клеток мух. имеет много общего с млекопитающими.
В ходе своего исследования ученые обнаружили, что каждая клетка плодовой мушки содержит 13 601 ген, что делает ее, безусловно, самым сложным организмом, который был расшифрован в то время. Однако, напротив, человеческие клетки содержат 70 000 генов. Хотя проекту «Геном человека» еще предстояло пройти долгий путь для достижения своей конечной цели, это было важной вехой на этом пути.
Просмотреть слайд
2002 – Мышь – первое млекопитающее, геном которого расшифрован
В 2002 году ученые сделали следующий большой шаг и расшифровали геном первого млекопитающего – мыши.Это достижение позволило им впервые сравнить геном человека с геномом другого млекопитающего.
Удивительно, но выяснилось, что 90% генома мыши можно выровнять с соответствующими участками генома человека. Геном как мыши, так и человека также содержал около 30 000 генов, кодирующих белок. Эти открытия впервые продемонстрировали, насколько тесно виды млекопитающих связаны генетически.
Просмотреть слайд
2003 – Завершение проекта “Геном человека”
История была сделана в 2003 году, когда Наконец-то был завершен проект “Геном человека”.Международный исследовательский проект можно охарактеризовать как величайшее путешествие, которое когда-либо совершалось, хотя и внутреннее.
Ученые достигли высококачественной последовательности всего генома человека. В 2001 году в рамках проекта «Геном человека» был опубликован «черновой вариант» генома человека, который включал в себя 90% последовательность всех трех миллиардов пар оснований.
После этого ученые приступили ко второму этапу проекта – завершающему этапу. За это время исследователи заполнили пробелы и выявили особенности ДНК в неоднозначных областях, пока не завершили 99% генома человека в окончательной форме.
Эта окончательная форма содержит 2,85 миллиарда нуклеотидов с прогнозируемой частотой ошибок всего 1 событие на каждые 100 000 секвенированных оснований. Сюрпризы включали относительно небольшое количество генов, кодирующих белок (от 20 000 до 25 000), и то, что похожие гены с одинаковыми функциями присутствовали у разных видов.
Если учесть, что менее 200 лет назад такие пионеры, как Чарльз Дарвин, только начинали подозревать, что характеристики могут передаваться по наследству, то, что удалось достичь ученым, просто ошеломляет.
Просмотреть слайд
2013 – DNA Worldwide и Eurofins Forensic обнаруживают, что однояйцевые близнецы имеют различия в генетическом составе
В 2013 году компания DNA Worldwide и ее партнерская лаборатория Eurofins Forensic первыми в мире доказали, что у близнецов есть различия в их генетическом составе.
До этого открытия считалось, что монозиготные близнецы на 100% генетически идентичны, и что тестирование ДНК нельзя было использовать в уголовных делах или делах об установлении отцовства с участием однояйцевых близнецов, поскольку их невозможно было отличить друг от друга.
Однако команда DNA Worldwide решила проверить эту теорию, объединив криминалистическое профилирование ДНК и геномное секвенирование. Ученые применили сверхглубокое секвенирование нового поколения и объединили его с биоинформатикой, секвенировав ДНК из образцов спермы двух близнецов и образца крови ребенка одного из близнецов. Биоинформатический анализ выявил пять различий (мутаций), называемых одиночными нуклеотидными полиморфизмами (SNP), которые присутствуют у близнеца, который был отцом и его ребенком, но не у дяди-близнеца.
Эти различия SNP были подтверждены секвенированием по Сэнгеру и предоставили экспериментальное подтверждение гипотезы о том, что редкие мутации в генах будут возникать раньше, после или до того, как человеческая бластоциста разделится на две, и что эти мутации будут переноситься на протяжении всей жизни.
Эти различия и методы, разработанные лабораторией DNA Worldwide, позволили решить проблемы, с которыми сталкиваются сложные дела об установлении отцовства и судебной экспертизы с участием однояйцевых близнецов.
Просмотреть слайд
2014 – Дальнейшие открытия
На протяжении 2014 года ученые всего мира продолжали развивать свое понимание ДНК.В мае исследователи объявили, что они успешно создали организм с расширенным искусственным генетическим кодом. Этот успех может в конечном итоге привести к созданию организмов, которые могут производить лекарства или промышленные продукты органическим способом.
Были также прорывы в области медицины; крупнейшее в истории исследование генетических основ психических заболеваний обнаружило более чем 100 генов, играющих роль в развитии шизофрении. Эти открытия могут дать толчок производству новых лекарств для лечения этого довольно распространенного психического заболевания.
Генетики также добились прогресса в революционной области эпигенетики (изучение изменений в организмах, вызванных измененной экспрессией генов). Изучая пары однояйцевых близнецов, исследователи из Швеции обнаружили, что изменения в экспрессии генов, участвующих в воспалении, метаболизме жиров и глюкозы может быть причиной развития диабета 2 типа.
Просмотреть слайд
Будущее – эпигенетика, персонализированная медицина и большая индивидуальная ответственность
Итак, что ждет наше понимание генетики в будущем? В последние десятилетия эпигенетика стала новаторской областью развивающихся исследований.По сути, термин «эпигенетика» означает «генетика» и относится к биологическим маркерам, которые влияют на то, что «выходит» из последовательности ДНК.
Исследования показали, что существует огромное количество этих молекулярных механизмов, влияющих на активность наших генов. Невероятно, но выяснилось, что наш жизненный опыт и выбор могут изменить действие этих механизмов, что приведет к изменениям в экспрессии генов. Еще более увлекательным является то, что эти изменения в экспрессии генов могут передаваться по наследству, а это означает, что жизненный опыт ваших предков может существенно повлиять на ваш биологический состав.
Эти открытия, вероятно, окажут огромное влияние на будущее системы здравоохранения. Мы начинаем понимать, что сделанный нами выбор может иметь долгосрочное влияние на наше здоровье и может вызвать изменение генетического уровня, что может даже повлиять на будущие поколения. Поэтому индивидуальная ответственность за выбор образа жизни важнее, чем когда-либо прежде.
Еще одним вероятным событием в будущем станет более широкое использование персонализированных лекарств. Многие генетические заболевания вызваны мутировавшими генами, но они могут отличаться от человека к человеку.Подбирая эти комбинации, можно подбирать лекарства индивидуально, обеспечивая наилучшее лечение.
Топ-10 новостей геномики за 2019 год
Впервые в мире полуидентичные близнецы были идентифицированы в утробе матери посредством генетического тестирования. Близнецы, которым сейчас четыре года, монозиготны по материнской линии и имеют 100% материнскую ДНК, однако по отцовской линии они имеют только часть ДНК. Эти близнецы известны как полуидентичные, что означает, что они находятся где-то между разнояйцевыми и идентичными, в том смысле, что они полуидентичны.Ученые предполагают, что они образуются, когда яйцеклетка сливается с двумя сперматозоидами, образуя триплоидную клетку, содержащую три партии хромосом. Опубликовано в: Медицинский журнал Новой Англии
Прочитать всю историю
ДНК новых врачей в первый год в 6 раз быстрее, чем обычно
Самый напряженный год обучения врача, резидентура (также называемая годом стажировки) В этом исследовании было показано, что ДНК стареет в шесть раз быстрее, чем обычно. Это исследование было первым, в котором измеряли длину теломер до и после того, как люди столкнулись с обычным длительным интенсивным опытом.Исследователи попросили 250 недавно окончивших медицинских вузов предоставить образец своей ДНК до того, как они начнут проходить стажировку, а затем продолжили работу, чтобы получить еще один образец в конце этого года. Стажеры также заполняли обширную анкету перед началом обучения, а также в несколько этапов в течение и в конце напряженного года. Результаты показали, что некоторые новые врачи поступили в ординатуру с теломерами, которые уже были короче, чем их коллеги. Это включало тех, кто сказал, что их семейное окружение в раннем возрасте было особенно напряженным, что перекликается с предыдущими выводами о влиянии такого воспитания на длину теломер.Но когда команда посмотрела на результаты тестов ДНК, проведенных после окончания года стажировки, выяснилось, что только один фактор, который они изучили, явно связан с сокращением теломер: количество часов, которые стажеры работали каждую неделю.
Опубликовано в: Биологическая психиатрия
Читать историю полностью
Является ли ДНК одной из миллиона?
Используя сложные вычислительные методы, ученые из Института наук о Земле (ELSI) при Токийском технологическом институте, Немецкого аэрокосмического центра (DLR) и Университета Эмори исследовали «химическое соседство» аналогов нуклеиновых кислот.Удивительно, но они обнаружили более миллиона вариантов, предлагая обширную неизведанную вселенную химии, имеющую отношение к фармакологии, биохимии и попыткам понять происхождение жизни. Молекулы, выявленные в ходе этого исследования, можно было бы дополнительно модифицировать, чтобы получить сотни миллионов потенциальных фармацевтических препаратов.
Опубликовано в: Журнал химической информации и моделирования
Прочитать всю историю
Слепые мыши снова обрели зрение после вставки одного гена
Это было на удивление просто.Из Калифорнийского университета в Беркли ученые ввели ген рецептора зеленого света в глаза слепых мышей, и месяц спустя они обходили препятствия так же легко, как мыши без проблем со зрением. Они могли видеть движение, изменения яркости в тысячекратном диапазоне и мелкие детали на iPad, достаточные для различения букв. Исследователи говорят, что всего за три года генную терапию, проводимую с помощью инактивированного вируса, можно было бы испытать на людях, потерявших зрение из-за дегенерации сетчатки, в идеале давая им достаточное зрение для передвижения и потенциально восстанавливая их способности. читать или смотреть видео.
Опубликовано в: Nature Communications
Прочитать историю полностью
Пожилые мужчины и фертильность: Тик Такк идет по «биологическим часам»
У мужчин, откладывающих создание семьи, тикают «биологические часы», как и у женщин, которые могут повлиять на здоровье их партнеров и детей, по мнению исследователей Rutgers. В исследовании рассмотрены 40-летние исследования влияния возраста родителей на фертильность, беременность и здоровье детей. Они обнаружили, что мужчины 45 лет и старше могут испытывать снижение фертильности и подвергать своих партнеров риску увеличения осложнений беременности, таких как гестационный диабет, преэклампсия и преждевременные роды.Было обнаружено, что младенцы, рожденные от отцов старшего возраста, имеют более высокий риск преждевременных родов, поздних мертворождений, низких баллов по шкале Апгар, низкого веса при рождении, более высокой частоты судорог у новорожденных и врожденных дефектов, таких как врожденные пороки сердца и волчья пасть. По мере взросления у этих детей повышалась вероятность онкологических заболеваний в детском возрасте, психических и когнитивных расстройств и аутизма.
Повреждение сперматозоидов в результате стрессов старения может привести к уменьшению количества сперматозоидов и изменению сперматозоидов и яйцеклеток, которые передаются от родителей к потомству и включаются в ДНК клеток в организме потомства.«Помимо снижения способности к оплодотворению, это также может повлиять на саму беременность, о чем свидетельствует повышенный риск беременности при успешном зачатии», – сказала автор исследования Глория Бахманн.
100 величайших открытий – генетика
100 величайших открытий
Какие самые важные научные открытия всех времен? Ответ может включать идею Коперника о том, что Солнце находится в центре солнечной системы, Законы движения Ньютона, периодическая таблица элементов Менделеева, теория относительности Эйнштейна и теория эволюции Дарвина.Есть множество великих научных открытий, которые существенно повлияли на то, как мы думаем и живем на протяжении всей истории. 100 величайших открытий перечисляет 100 самых важных научных открытий всех времен и объясняет их историческими воссозданиями, архивными материалами и интервью с учеными.
| 100 величайших открытий – генетика |
В этом выпуске рассказывается о тринадцати важных открытиях, связанных с генетикой, в том числе об открытии Грегором Менделем правила наследственности, открытие Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком структуры молекулы ДНК и недавнее открытие, что у людей примерно от 20 000 до 25 000 генов.Вот тринадцать важных открытий:
1. Правила наследственности (1850-е годы)
2. Гены расположены на хромосомах (1910–1920-е годы)
3. Гены управляют биохимическими событиями (1930)
4. Некоторые гены могут прыгать (1940)
5. ДНК – это генетический материал (1928, 1944, 1952)
6. ДНК – это двойная спираль (1953)
7. Взлом генетического кода (1960-е)
8.РНК передает генетическую информацию (1960-е)
9. Рестрикционные ферменты (1950-е – 1960-е годы)
10. Сплайсинг РНК (1976)
11. Полиморфизм ДНК (1985)
12. У людей от 20 000 до 25 000 генов (2003)
13. Вмешательство РНК (1998)
Зайдите в 100 Greatest Discovery Home или посмотрите другие серии:
Нобелевская премия по химии идет за открытие «генетических ножниц» под названием CRISPR / Cas9
Нобелевская премия по химии в этом году была присуждена за открытие системы редактирования генов CRISPR / Cas9, которая впервые позволила ученым вносить точные изменения в длинные участки ДНК, составляющие код жизни многих организмов, включая людей.Премию разделили Эммануэль Шарпантье, микробиолог и директор берлинского отделения Макса Планка по науке о патогенах, и Дженнифер А. Дудна, профессор и биохимик Калифорнийского университета в Беркли. Ученые разделят призовой фонд в размере 10 миллионов шведских крон, или чуть больше 1,1 миллиона долларов.
Этот инструмент CRISPR, часто описываемый как «генетические ножницы», использовался исследователями растений для создания сельскохозяйственных культур, устойчивых к вредителям и засухе, и мог изменить сельское хозяйство.В медицине метод участвует в клинических испытаниях новых методов лечения рака. И исследователи пытаются использовать его для лечения некоторых наследственных заболеваний. «Он используется повсюду в науке», – говорит Клас Густафссон, председатель Нобелевского комитета по химии.
Около десяти лет назад Шарпантье обнаружил у бактерий ранее неизвестную молекулу tracrRNA. Она узнала, что эта молекула является частью иммунной системы микробов, которая помогает им бороться с вирусами, расщепляя вирусную ДНК.Механизм, который используют микробы для этого, называется CRISPR. Примерно в то же время Дудна картировал белки cas, серию ферментов, связанных с CRISPR, которые отрезают ДНК в определенных местах. Два ученых начали сотрудничать в 2011 году, после встречи на конференции в Пуэрто-Рико, где они пошли в кафе в Сан-Хуане и поговорили о пересечении своих работ. Им удалось создать эти генетические ножницы в лаборатории и перепрограммировать их, чтобы разрезать ДНК в любом месте, выбранном учеными.
Это первый раз, когда Нобель по химии досталась двум женщинам. Шарпантье, с которым сегодня утром связались по телефону, сказал: «Я очень рад, что этот приз достанется двум женщинам. Я надеюсь, что он станет позитивным посланием для молодых девушек, молодых женщин, которые хотят идти по пути науки ». Дудна, выступая сегодня на пресс-конференции, поддержал эту мысль. «Я рада, если возможно, вдохновить следующее поколение», – сказала она.
Луис Эчегойен, президент Американского химического общества, отмечает, что «женщины уже давно номинированы, но лишь немногие получают эту премию.«Нобелевская премия началась в 1901 году, и до Шарпантье и Дудны было только пять женщин-лауреатов по химии. Это несоответствие отражает предвзятость в отношении женщин, а не качество их науки, говорит Эчегойен. Однако времена могут меняться: Фрэнсис Арнольд из Калифорнийского технологического института выиграла химическую награду в 2018 году за свою работу по направленной эволюции.
CRISPR «очень избирательный, очень изысканный химический состав», – говорит Эчегойен. «Знание химического состава вещей позволяет вам контролировать биологию.И это позволяет вам понять различные функции генов. Шарпантье и Дудна были в основе этого открытия ». Третий ученый, Фэн Чжан из Института Броуда Массачусетского технологического института и Гарвардского университета, также получил большую награду за работу по открытию и использованию CRISPR. В настоящее время спор ведется в рамках юридических баталий из-за патентов США. Но Нобелевский комитет не упомянул Чжана и сосредоточился исключительно на Шарпантье и Дудне. Дуэт был отмечен наградами: за последние пять лет они выиграли премию за прорыв в области наук о жизни, премию Вольфа в медицине и премию Кавли в области нанонауки (последняя награда была разделена с Виргиниюсом Шикшнисом, биохимиком, который работал на CRISPR самостоятельно.) Их также назвали лауреатами Премии Японии.
Нобелевский комитет по химии считает, что работы Шарпантье и Дудны, хотя и относительно недавние, «уже принесли огромную пользу человечеству», – заявила член комитета Пернилла Виттунг Стафшеде во время сегодняшнего объявления. Приложений уже много десятков. Анджела Чжоу, специалист по информации в CAS (Chemical Abstracts Service), подразделении Американского химического общества, которое отслеживает открытия и технологии в этой области посредством упоминаний в журналах и патентов, говорит, что некоторые из них выделяются.По ее словам, CRISPR использовался для «модификации иммунных клеток, чтобы сделать их более эффективными в уничтожении раковых клеток, а также для удаления вируса ВИЧ, когда он интегрировался в геном человека». А лекарства на основе CRISPR разрабатываются для лечения болезней сердца, болезней крови и слепоты ».
На своей пресс-конференции Дудна заявила, что относительно легко заставить молекулы, редактирующие геном, превратиться в клетки глаза и клетки крови, поэтому генетические заболевания глаз и болезни крови, такие как серповидно-клеточная анемия, наиболее поддаются лечению на основе CRISPR.«В дальнейшем его можно использовать при нейродегенеративных заболеваниях, где есть большая потребность», – сказала она. В условиях пандемии COVID-19 эта технология используется для разработки диагностических тестов для обнаружения нового коронавируса. Шарпантье также отметил, что CRISPR в настоящее время используется в фундаментальных исследованиях вируса для поиска молекул, которые помогают репликации патогена.
Использование CRISPR вызвало не только аплодисменты, но и споры, признал Дудна. Ученые использовали эту технику для редактирования генов в человеческих сперматозоидах и яйцеклетках.Один исследователь из Китая применил редактирование генов к жизнеспособным человеческим эмбрионам, вызвав шквал осуждения и беспокойства о младенцах, «созданных» для того, чтобы обладать особыми качествами. «Важно ответственное использование этой технологии в будущем», – сказал Дудна, который был членом научных групп, разрабатывающих этические принципы. Она поддерживает внесение осторожных изменений в сперматозоиды и яйцеклетки в терапевтических целях – для предотвращения наследственных заболеваний – но выступает против использования CRISPR или связанных с ними методов для улучшения здоровья человека.
Оба ученых сказали, что не ожидали вестей из Швеции сегодня утром. Шарпантье, обратившись к объявлению Нобелевской премии, признала, что ее имя и имя Дудны в последние годы стали потенциальными победителями. «Об этом мне говорили несколько раз, возможно, больше, чем мне хотелось бы», – сказала она. Тем не менее, отметила она, она не думала, что это будет ее год. «Когда мне позвонили сегодня утром, я был очень взволнован. Я был удивлен, – сказал Шарпантье. Но «теперь это реально».
Примечание редактора (07.10.20): эта статья была обновлена после публикации и включает комментарии Луиса Эчегойена, Перниллы Виттунг Стафшеде и Дженнифер А.Дудна.
Генетических открытий 2019 года | Генетические достижения
Иногда слепота возникает из-за потери колбочек и стержней в глазу либо по наследству, либо по причине преклонного возраста.
К сожалению, поскольку существует множество потенциальных причин наследственной слепоты, прямая генная терапия для таких пациентов затруднена.
Обычно слепым пациентам устанавливают электронный глазной имплант, который не особенно эффективен и требует инвазивной хирургии.
Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли предложили альтернативное решение:
- Исследователи использовали модельных мышей со слепотой.
- Они создали вирусный вектор, содержащий опсин со средней длиной волны – белок, который помогает глазам обнаруживать зеленый свет.
- Инъекция векторов , несущих опсин, в глаза мышей привела к частичному восстановлению зрения через месяц после процедуры.
- Мыши могли определять световые узоры на iPad после прохождения процедуры.
- Использование другого гена , связанного со зрением, для белка родопсина , не дало таких положительных результатов.
Ученые отмечают, что белок из вставленного гена может взаимодействовать с сигнальными системами внутри выживших клеток, частично восстанавливая зрение.
Необходимо провести множество испытаний и исследований, прежде чем этот подход можно будет использовать на людях. Тем не менее, идея очень многообещающая и может помочь нескольким пациентам.
Ссылка : «Восстановление высокой чувствительности и адаптация зрения с помощью конического опсина | Природные коммуникации ». Проверено 15 июня 2020 г. Ссылка.Генетика помогает понять сложные процессы в клетке, поведение рака и взаимодействия внутри популяций и экосистем в ходе эволюции. Все эти отрасли генетики принесли захватывающие новости, которым не удалось попасть в список выше.
Например, было обнаружено, что некоторые виды рака имеют так называемую кольцевую ДНК , которая движет их прогрессированием.Исследователи смогли отследить не только совместную эволюцию между патогенами и хозяевами.
Знаете ли вы, какая самая поразительная новость – это ? Генетических молекул могло быть больше, чем считалось ранее. Что бы это был за мир, если бы в наших телах присутствовало более одной ДНК или РНК?
Возможно, мы еще не вообразим – тем не менее, с учетом нынешних талантов и технологий, некоторые должны просто узнать это в будущем!
.