2016 Год в науке: жизнь
Вторая часть обзора самых больших открытий 2016 года посвящена науке о жизни. В этом случае особенно впечатляющими были успехи репродуктивной биологии: получение сперматозоидов и яйцеклеток из стволовых клеток, репродуктивное донорство.
Среди бессчётных достижений разработки редактирования генома CRISPR-Cas9 мы выбрали одну, которая окажет помощь решить проблему герпеса.
Мышиные яйцеклетки, полученные из стволовых клеток
© O. Hikabe et. al., Nature 538, 7625
Как искусственно взять яйцеклетки…
Вынудить стволовые клетки превратиться в клетки нужного типа неизменно сложная задача, а уж взять из них половые клетки (яйцеклетки либо сперматозоиды) особенно сложно. Ранее, в 2003 году, в Пенсильванском университете из стволовых клеток были взяты яйцеклетки мышей, но из этих яйцеклеток не смогли взять развивающиеся эмбрионы.
В 2012 году кроме этого из мышиных эмбриональных стволовых клеток исследователи из Университета Киото под управлением Митинори Саитоу и Кацусико Хаяси взяли яйцеклетки и добились рождения из них здоровых мышат. Наконец, в 2014 году ученые из израильского Института и Кембриджского университета Вейцмана сумели взять клетки-предшественники половых клеток человека из клеток кожи, при помощи регуляции работы определенных генов, но по обстоятельствам этического и юридического характера не стали продолжать опыт.
Сейчас удалось не только вынудить стволовые клетки мышей превратиться в яйцеклетки, но и добиться появления из этих яйцеклеток потомства. Изучение выполнено уже упоминавшимися Кацусико Хаяси и Митинори Саитоу и их сотрудниками из Университета Киото, Университета Кюсю, Токийского Института животноводства и сельскохозяйственного университета и растениеводства в Цукубе.
Применяли как эмбриональные стволовые клетки мышей, так и индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPS-клетки). Сперва ученые добились, дабы развитие стволовых клеток мышей стало причиной появлению незрелых клеток-предшественниц яйцеклеток.
После этого они поместили полученные клетки в группы клеток, забранные из яичников мышей. Их они выращивали в лаборатории в течение месяца. В следствии в каждом из таких неестественных яичников взяли более пятидесяти зрелых яйцеклеток.
Часть этих клеток были искусственно оплодотворены мышиными сперматозоидами. Оказалось более 300 эмбрионов, каковые на стадии двух клеток были имплантированы самкам мышей. Но лишь одиннадцать из этих эмбрионов (другими словами 3 %) благополучно перенесли всю беременность.
Мышата были здоровы и, став взрослыми, смогли произвести на свет потомство.
… и сперматозоиды
Со сперматозоидами удачи еще скромнее, чем с яйцеклетками. Команда из Университета Киото в 2011 году смогла из стволовых клеток взять клетки, похожие на предшественники сперматозоидов, но добиться, дабы эти клетки прошли целый предстоящий путь превращения в сперматозоиды, им не удалось.
Китайским ученым удалось в первый раз в истории взять «в пробирке» сперматозоиды из стволовых клеток мышей. Ими экстракорпорально оплодотворили лабораторных мышей и получили от них здоровое потомство.
Дабы добиться успеха, китайские исследователи применили последовательность цитокинов, каковые близки сигнальным молекулам, определяющим развитие эмбриона на начальных стадиях. В следствии забранные для опыта эмбриональные стволовые клетки мышей удалось дифференцировать в эпибластоподобные клетки, другими словами похожие на клетки желточного мешка, а после этого и в гоноцитоподобные клетки.
В будущем авторы работы выращивали гоноцитоподобные клетки вместе с клетками эпителия семенных желез новорожденных мышей. Таковой состав среды, согласно их точке зрения, самый совершенно верно воспроизводит обстановку в семенных железах живой мыши.
После этого в эту среду нужно было додавать вещества, каковые направляли развитие гоноцитоподобных клеток в нужную сторону, и нужные гормоны.
По словам авторов, им было нужно выполнить много опытов, перед тем как они подобрали все необходимые компоненты и установили нужный порядок этих действий. Итогом всей данной работы стали все-таки не сперматозоиды в полном смысле слова, а похожие на незрелые сперматозоиды клетки, лишенные жгутика и акросомы.
Но у них сохранялись клеточные органы, каковые у обычных сперматозоидов отсутствуют. Самостоятельно такие клетки не имели возможность оплодотворить яйцеклетку, но ученые применили способ ICSI (intracytoplasmic sperm injection) – интрацитоплазматической инъекции сперматозоида, в то время, когда сперматозоид попадает прямо в цитоплазму яйцеклетки при помощи особой иглы.
Оплодотворенные взятыми клетками яйцеклетки были имплантированы в матку мыши, и в итоге появились шесть мышей. на данный момент они уже сами произвели потомство.
Достижение это так впечатляет, что кроме того не все эксперты верят, что оно осуществилось полностью. В случае если же дела обстоят вправду так, как сообщается в публикации, то нужно признать, что ее авторы станут возможными кандидатами на получение Нобелевской премии.
Вирус людской герпеса первого типа под электронным микроскопом
© Wikimedia Commons
Искоренение герпеса
Очередное достижение перспективной разработке редактирования генома CRISPR-Cas9. Группа исследователей из Медицинского центра Утрехтского университета (Нидерланды) сказала об успешном опыте по очищению зараженных клеток от герпесвирусов.
В предстоящим полученный итог может привести к появлению способа полного исцеления людей от вирусов герпеса, и способов борьбы с другими заразами, имеющими латентную стадию.
По окончании того, как человек один раз заразился вирусом герпеса, тот остается в его организме окончательно. Противогерпесные препараты смогут подавить размножение вируса и не допустить появление признаков заболевания.
В обычном состоянии организма антитела иммунной совокупности человека смогут самостоятельно держать вирус под контролем. Но стоит этому контролю чуть ослабнуть, заболевание проявится снова.
«В режиме ожидания» вирусная ДНК не запускает процесс производства новых вирусов, а только формирует особенную цепочку РНК, так называемый «транскрипт латентой стадии» (HHV Latency Associated Transcript). Его роль в жизни вируса была узнана только в 2008 году.
Транскрипт латентной стадии разделяется на цепочки микроРНК, каковые блокируют работу генов, которые связаны с размножением вируса. Это и снабжает герпесвирусам маскировку.
При действии на организм человека стресса (к примеру, переохлаждения) ДНК вируса начинает трудиться активнее. Она начинает создавать больше информационной РНК, запускающей синтез нужного для размножения белка.
МикроРНК не успевают блокировать все молекулы информационной РНК, белок синтезируется, размножение вируса возобновляется – герпес выходит из подполья. Таковой жизненный цикл вирусов герпеса стал причиной тому, что ими заражено не меньше 90 % людей.
Оставшиеся 10 % — это в основном мелкие дети, каковые просто не успели повстречать вирус герпеса.
Ученые применили совокупность CRISPR-Cas9 к ДНК герпесвирусов трех видов. Как выяснилось, разрезов в двух точках вирусного генома хватало, дабы вывести из строя.
До тех пор пока опыт был совершён в клеточных культурах, ожидается его проверка в живых организмах.
Митохондриальная ДНК
© Darryl Leja/National Human Genome Research Institute
«Ребенок трех своих родителей»
В течение всего года поступали новости о митохондриальном донорстве. Сперва они касались по большей части дискуссии данной медицинской технологии в Англии, где парламент наконец-то выдал разрешение на ее использование на практике.
А после этого поступили новости из Мексики, где появился первый в истории ребенок с донорскими митохондриями.
Митохондрии в клетках превращают поступающие в клетку питательные вещества в молекулы АТФ, каковые употребляются организмом как источник энергии. Когда-то митохондрии были свободноживущими бактериями, а после этого стали симбионтами, превратившись в клеточный орган.
У этих бактерий был собственный личный геном, и остатки его сохранились до наших дней. У животных митохондриальный геном содержит 37 генов. Как и в каждый ДНК, в митохондриальной смогут происходить мутации. Кое-какие из этих мутаций вызывают заболевании.
При оплодотворении из сперматозоида в яйцеклетку попадает лишь ДНК, содержащаяся в ядре. Вследствие этого следующему поколению достаются лишь материнские митохондрии.
С митохондриальной ДНК не происходит никакой рекомбинации, ее молекулы и расходятся в две новых митохондрии случайным образом. Симптомы заболевания появляются, в то время, когда аномальных хромосом делается через чур много.
Потому, что рекомбинации нет, в случае если мутация имеется у матери, она в обязательном порядке окажется у всех ее детей, внуков и т.д.
Около 4000 детей в год рождаются с несовместимыми с судьбой патологиями митохондриального происхождения. Еще какое-то количество людей живет с заболеваниями самой тяжести течения и разной симптоматики.
Всем им может оказать помощь новая репродуктивная разработка. По сути, она есть вариантом экстракорпорального оплодотворения, в который добавлен еще один ход.
Для этого шага нужна донорская яйцеклетка – яйцеклетка дамы, не содержащая дефектных митохондрий. В такую яйцеклетку пересаживается ядро из яйцеклетки дамы, которая желает стать матерью, но не имеет возможности из-за мутаций в митохондриальной ДНК, либо у которой высока возможность, что ребенок будет не легко болен.
Затем яйцеклетка оплодотворяется сперматозоидами будущего отца и имплантируется, как при простом ЭКО. Получается, что ребенок, что может появиться на протяжении таковой процедуры, унаследует генетический материал от трех различных человек и практически будет иметь трех своих родителей.
В феврале 2015 года митохондриальное донорство не запрещалось Палатой общин парламента Великобритании. Комитет по эмбриологии и фертильности человека Англии (Human Fertilisation and Embryology Authority, HFEA), что лицензирует се медицинские манипуляции с эмбрионами человека, яйцеклетками и сперматозоидами в стране, попросил время для дополнительных изучений.
Наконец, в последних числах Ноября 2016 года ученые заявили, что митохондриальное донорство быть применено в ограниченных клинических опробованиях.
В сентябре этого года показалось сообщение, что появился первый ребенок по окончании таковой манипуляции. Разработку применили доктора из америки в одной из поликлиник Мексики, воспользовавшись тем, что мексиканское законодательство не содержит запрета этого способа.
Домашняя пара из Иордании, которая решила прибегнуть к помощи докторов, пробовала родить ребенка в течение 20 лет. Двое рожденных ими детей погибли в раннем возрасте от генетического заболевания – синдрома Лея, еще четыре беременности закончились смертью эмбриона.
Обстоятельством синдрома помогает мутация в митохондриальной ДНК. Мальчик, взявший не материнские митохондрии с дефектной ДНК, а митохондрии дамы-донора, появился в Мексике 6 апреля 2016 года.
Оповестить широкую публику о его появлении на свет доктора решили лишь в сентябре, в то время, когда стало ясно, что синдром Лея ему не угрожает.
Врач Джон Чжан (John Zhang) и его коллеги, осуществившие процедуру донорства, изучили митохондрии ребенка и поняли, что дефектную ДНК содержат не более 1 % из них. Доктора считают, что этого не хватает для проявления синдрома Лея. В соответствии с прошлым изучениям, заболевание начинается, в то время, когда число митохондрий с дефектной ДНК достигает 18 %.
Источник: Максим Руссо polit.ru
ТОП 10 НАУЧНЫХ ОТКРЫТИЙ 2016 ГОДА
