Генетика

[Gulzhan**]

27 июля, 2017 источник: Индикатор
Генетики заставили хризантему посинеть


Два новых гена в геноме хризантемы помогли цветку посинеть.

Соцветия хризантемы чаще всего бывают розового, желтого и красного цветов. Однако ученые смогли создать новый оттенок, для чего они добавили в геном цветка всего два гена. Исследование было опубликовано в журнале Science Advances.




В природе нередко встречаются растения голубого оттенка, но среди садовых цветов чистый синий цвет — редкость.

Японские исследователи в течение многих лет пытались воссоздать голубые и фиолетовые оттенки роз и гвоздик, но столкнулись с рядом сложностей. Полевые и лесные цветы синего цвета генетически слабо связаны с растениями, которые используют для создания букетов и цветочных композиций.


Растения с ярко-синими цветками экспрессируют (то есть переводят наследственную информацию ДНК в РНК) очень много генов, которые отвечают за образование пигмента дельфинидина, придающего цветкам синюю окраску. Соответственно, чтобы сделать синей хризантему или любой другой изначально несиний цветок, нужно найти нужный ген и добавить его в растение.

Нанобу Нода, один из авторов исследования, в 2013 году обнаружил, что добавление гена из колокольчика среднего (Campánula médium) в ДНК хризантем позволило получить ярко-фиолетовый цвет. В нынешнем исследовании ученый и его коллеги предположили, что синий цвет обеспечивается другими генами, но оказалось, что достаточно было к модифицированному геному добавить всего один ген растения клитория тройчатая (Clitoria ternatea). В результате два новых гена изменили молекулярную структуру антоциана в хризантеме, и цветок посинел.

В будущем этот подход можно будет применить для модификации других растений, например, лилий и гвоздик.

[Gulzhan**]

источник: РИА Новости
Генетики выяснили, что население Кавказа не менялось уже 8 тысяч лет


МОСКВА, 30 июн — РИА Новости. Жители современного южного Кавказа освоили территорию этих гор более восьми тысяч лет назад и дожили до сегодняшнего дня без серьезных генетических перестроек, несмотря на бурную историю региона, говорится в статье, опубликованной в журнале Current Biology.



«Мы проанализировали большое количество современных и древних митохондриальных геномов кавказцев, и раскрыли непрерывную генетическую линию, которая связывает жителей Кавказа на протяжении как минимум последних восьми тысяч лет. Иными словами, генофонд женской части населения Кавказа не менялся за это время. Это показывает, что большое число культурных и политических изменений в регионе не повлияло на его население, по крайней мере, на женщин», — рассказывает Ашот Маргарян из Музея естественной истории Дании в Копенгагене.


Подобные выводы позволяет сделать так называемая митохондриальная ДНК — небольшой сегмент генома, содержащийся в «энергостанциях» клетки, митохондриях. Эта ДНК передается вместе с митохондриями от матери к ее детям, что позволяет устанавливать родственные связи между популяциями людей и использовать мтДНК для изучения истории их миграций, а также построения единого «генеалогического древа» человечества.

Маргарян и его коллеги под руководством известного датского палеогенетика Эске Виллерслева (Eske Willerslev) использовали эти обрывки ДНК для восстановления генетической истории одного из самых исторически сложных и интересных уголков Земли — южной части Кавказа.


Этот регион, как рассказывают ученые, достаточно долгое время служил одним из главных путей миграций народов и «окном в Европу» для предков современных жителей России и других европейских стран.


Ученые достаточно давно предполагали, что эти миграции могли уникальным образом отпечататься на генетическом облике народов Кавказа, чьи культурные традиции в некоторых случаях сильно менялись с течением времени. Виллерслев, Маргарян и их коллеги выяснили, что это представление было ошибочным, изучая пять десятков скелетов древних жителей Кавказа, недавно найденных на территории Нагорного Карабаха.

Эти останки, как отмечают исследователи, сохранились достаточно хорошо для того, чтобы извлечь из них обрывки митохондриальной ДНК и полностью восстановить ее. Сравнив их между собой, а также с мтДНК двух сотен современных жителей Карабаха и Армении, ученые смогли понять, как изменилось население Кавказа с момента его заселения людьми.

Как оказалось, как минимум шесть древних жителей Карабаха приходились друг другу братьями, сестрами или другими близкими родственниками по материнской линии, и в целом их митохондриальные геномы мало в чем отличались от того, как выглядит данная часть ДНК современных жителей Карабаха.


Небольшие различия в устройстве мтДНК у древних армян, как отмечают ученые, показывают, что их предки заселили Кавказ примерно 18 тысяч лет назад, в последний межледниковый период, когда северная полярная шапка отступила назад в предпоследний раз. С тех пор, как показывают расчеты генетиков, популяция жителей Кавказа заметно расширилась, однако ее генетический состав при этом не менялся как минимум восемь тысяч лет.

Более точные выводы ученые могут получить после того, как они восстановят и расшифруют полные геномы древних жителей Карабаха. Сравнение наборов мутаций в них, как обещает Виллерслев, поможет получить полную картину генетической эволюции Кавказа и поможет ученым найти объяснение его удивительной стабильности.

[Gulzhan**]

источник: РИА Новости
Ученые раскрыли связь между генами и любимой едой


МОСКВА, 23 апр — РИА Новости. Генетики из Испании обнаружили, что мутации в определенных генах определяют то, насколько человеку нравятся разные виды пищи — к примеру, шоколад, соль, жирная еда и овощи. Их выводы были представлены на конференции Experimental Biology 2017, проходящей сейчас в американском Чикаго.



«Большинству людей крайне сложно поменять свои пищевые привычки, даже если они знают, что смена диеты критически важна для их здоровья. Это связано с тем, что наши пищевые преференции и способность следовать планам влияет на то, что мы едим и как мы соблюдаем диету. Мы впервые попытались узнать, как гены, связанные с работой мозга, влияют на диету здорового человека», — заявила Сильвия Берциано (Silvia Berciano) из Автономного университета Мадрида (Испания).



Стремительное распространение эпидемии ожирения по всему миру заставило ученых несколько лет назад приступить к поиску генов, которые управляют аппетитом человека, чувствами голода и сытости, а также пищевыми предпочтениями. Первые подобные гены были найдены в прошлом году, когда британские ученые выяснили, что мутации в гене MC4R могут заставлять человека предпочитать есть жирную пищу, а некоторые версии генов FADS1 и FADS2 оказались связаны с приспособленностью к вегетарианской диете у индусов и жителей Восточной Азии.


Берциано и ее коллеги попытались найти подобные гены, изучив диеты и наборы мелких мутаций в ДНК примерно восьми сотен мужчин и женщин европейского происхождения, живущих в Испании. Для этого ученые собрали пробы ДНК у этих добровольцев и попросили заполнить их анкету, в которой они должны были рассказать, какую пищу они ели в последние дни и поставить каждому блюду оценки.

Собрав все эти данные, ученые сопоставили набор из примерно полутора тысяч мутаций, предположительно связанных с диетой, с тем, что ели добровольцы, и обнаружили, что гены действительно управляют пищевыми предпочтениями человека

К примеру, разные вариации в гене FTO оказались связаны с количеством поедаемых овощей и клетчатки, а гены CREB1 и GABRA2 — с отношением к соли и соленым продуктам. Первый участок ДНК, как раньше считали ученые, отвечает за аппетит и склонность к ожирению, а CREB1 и GABRA2 — являются регуляторами скорости чтения генов и отвечают за передачу сигналов в мозге.



Некоторые другие гены были связаны с определенными видами продуктов. В частности, ген OXTR, связанный с реакцией организм на окситоцин, гормон счастья, управлял любовью или нелюбовью к шоколаду, а гены SLC6A2, SLC6A5 были связаны с растительным маслом и сахаром.

Что интересно, многие из этих вариантов генов были связаны с повышенной вероятностью развития ожирения, что позволяет использовать перечни таких генов «сладкоежек» или любителей жира для того, чтобы помогать таким людям бороться с лишним весом или избегать его появления.

В ближайшее время ученые планируют проверить, существуют ли эти закономерности среди представителей других рас и этнических групп, а также попытаются найти другие варианты генов, связанных с пищевыми предпочтениями.

[Gulzhan**]

Интересные факты про ДНК, которые вы могли не знать




31 августа 2017

ДНК представляет собой длинную молекулу, которая содержит наш уникальный генетический код, а также инструкции, необходимые организму для развития, жизни и размножения. Также как книга рецептов, ДНК содержит алгоритм выработки всех белков в наших телах. Эта информация содержится в каждой клетке и передается от родителей к их детям.
ДНК приобрела особую популярность в последние несколько десятилетий. В настоящее время генетические тесты используются в различных целях, в том числе для установления существования или отсутствия связи между родителем и ребёнком, для диагностирования генетических нарушений, для определения того, является ли человек носителем мутации, которую они могут передать своим детям, а также для определения склонности человека к определённой болезни.

По вышеупомянутым причинам считается, что открытие ДНК и наше понимание её структуры и функции вполне может быть самым значительным открытием 20-ого века. Эффект от открытия ДНК на научный и медицинский мир был просто огромным! Убедитесь в этом сами, ознакомившись с двадцатью пятью интересными фактами о ДНК, которых вы могли не знать.
ДНК присутствует во всех живых вещах и расшифровывается как дезоксирибонуклеиновая кислота.

Мы все слышали о тестах на установление отцовства, которые подтверждают взаимосвязь между ребёнком и его потенциальным отцом или же о том, как преступника можно идентифицировать с помощью анализа ДНК (если следователи обнаружили кровь, сперму или волосы на месте преступления), однако тестирование ДНК также используется для проверки подлинности таких продуктов, как икра и марочное вино.

ДНК используется в судебной экспертизе в сфере дикой природы для идентификации вымирающих видов и людей, которые охотятся на них (браконьеров).

В судебно-медицинской экспертизе ДНК-анализ, как правило, включает в себя рассмотрение тринадцати специфических маркеров ДНК (сегментов ДНК). Вероятность того, что у двух людей будет тот же ДНК-профиль из тринадцати маркеров, равна примерно одному случаю на миллиард.

ДНК можно извлечь из многих различных типов образцов: крови, слюны и даже мочи.

Тесты ДНК могут помочь вам понять какой у вас риск возникновения определённого заболевания. Например, мутации ДНК или её изменения могут быть связаны с повышенным риском развития ряда заболеваний, в том числе рака молочной железы.

На ДНК воздействуют внешние экологические факторы, которые могут включать и выключать гены. Это в значительной степени объясняет то, почему, например, у некоторых людей более тёмная кожа и более обильный волосяной покров тела, чем у других.

Изменения в последовательности ДНК называются мутациями. Да-да, Росомаха, мы говорим и тебе и твоих друзьях!

Тем не менее, мутации могут изменениями лишь в одном основании ДНК, или же они могут включать множественные изменения. Мутации также могут включать в себя целые сегменты хромосом.

Если говорить серьёзно, то многие вещи могут вызывать мутации, в том числе ультрафиолетовое излучение от Солнца, такие химические вещества, как наркотики и многое другое.

Если всю ДНК вашего тела вытянуть в одну нить, она бы достигла солнца и вернулась обратно более шестисот раз (сто триллионов умноженные на 180 сантиметров, разделенные на 148059648 километров).

Если вы развернёте все связи ДНК в ваших клетках, вы сможете достичь Луны шесть тысяч раз!

Гены являются кусочками ДНК, содержащими наследственную информацию и передающимися от родителей к детям.

Вся наша последовательность ДНК называется геномом. Кроме того, вся наша последовательность ДНК могла бы заполнить двести одну тысячу страниц телефонных справочников Нью-Йорка.

Многие страны, включая США и Великобританию, ведут базу данных ДНК осуждённых преступников.

У клонированной овцы Долли была та же ядерная ДНК, что и у её мамы-донора, но её митохондриальная ДНК совпадала с ДНК той матери, из чьей яйцеклетки её вывели. Звучит довольно запутанно, но учёные в этом разбираются.

Митохондриальная ДНК (мтДНК) находится в митохондриях и передаётся только от матери ребёнку, потому что митохондрии содержатся только в яйцеклетках, в сперматозоидах их нет.

Почти во всех клетках нашего организма есть ДНК, за исключением эритроцитов.

Считается, что, если бы вы печатали со скоростью шестьдесят слов в минуту по восемь часов в день, у вас бы ушло примерно пятьдесят лет на то, чтобы напечатать геном человека.

ДНК каждого из нас совпадает с ДНК любого другого человека на Земле на 99 процентов, однако у родителя и ребёнка ДНК совпадает на 99,5 процентов.

Несмотря на то, что она кодирует всю информацию, из которой состоит наш организм, сама ДНК состоит всего лишь из четырёх строительных блоков или нуклеотидов: аденина, гуанина, тимина и цитозина.

Большая часть ДНК находится не в ядрах клеток, которые контролируют наследственность, а в наших митохондриях, органеллах (единицах в клетках), которые генерируют метаболическую энергию.

ДНК отпечатков пальцев представляет собой набор маркеров ДНК, который уникален для каждого человека, кроме однояйцевых близнецов, так как однояйцевые близнецы обладают одинаковыми генами на 100 процентов.

Вопреки распространенному мнению, Джеймс Уотсон (James Watson) и Фрэнсис Крик (Francis Crick) не открыли ДНК. Эта честь принадлежит швейцарскому биохимику Фридриху Мишеру (Friedrich Miescher), который обнаружил молекулу в ядрах белых клеток крови в 1869 году и назвал её нуклеином.
Кроме того, Уотсон и Крик также не открыли строение нашей ДНК. Это сделал бактериолог Освальд Эвери (Oswald Avery) и его коллеги в начале 1940-ых годов. На самом деле Уотсон и Крик только расшифровали структуру двойной спирали ДНК в 1953 году.

Источник

[Gulzhan**]

источник: N + 1 ,07.02.2018
Ученые отсеквенировали геном старейшего британца. Он был голубоглазым и темнокожим


Генетики из Музея естественной истории и Университетского колледжа Лондона отсеквенировали геном старейшего британца, сообщается в пресс-релизе на сайте музея.





Затем специалисты по созданию палеонтологических моделей братья Кеннисы (Alfons and Adrie Kennis) реконструировали его внешность с учетом генетических данных. У мужчины, жившего более девяти тысяч лет назад, были голубые глаза и темная кожа, как у современных жителей тропической Африки.



Почти полностью сохранившийся скелет Чеддерского человека нашли в Чеддерском ущелье на юго-востоке Англии в 1903 году. Мужчина жил около 9150 лет назад и умер в возрасте от двадцати до тридцати лет. Судя по проломленному черепу — насильственной смертью. На сегодняшний день это древнейшие человеческие останки, найденные на территории Великобритании.


Источник: Natural History Museum




Скелет хранится в Музее естественной истории в Лондоне. В 1996 году ученые отсеквенировали его митохондриальную ДНК (передается по материнской линии) и отнесли Чеддерского человека к митохондриальной гаплогруппе U5, которая была найдена примерно у 10 процентов современных европейцев.


Предположительно, племя охотников-собирателей Чеддерского человека мигрировало на Британские острова после окончания ледникового периода — в это время Великобританию соединял с континентом перешеек. Помимо генетических исследований, ученые тогда же реконструировали внешность молодого человека и представили его светлокожим, темноволосым и кареглазым.




Источник: Natural History Museum




Авторам нового исследования удалось отсеквенировать ядерный геном Чеддерского человека. Они высверлили небольшое отверстие в черепе и извлекли ДНК из костной ткани.



В результате выяснилось, что как и другие европейцы того времени, старейший британец не усваивал молоко, гена толерантности к лактозе у него еще не было. Также оказалось, что у него были светлые глаза, темная кожа и волосы.



Эти результаты удивили исследователей. «До сих пор считалось, что после прихода в Европу около 45 тысяч лет назад люди быстро адаптировались и обзавелись светлой кожей», — объясняет доктор Том Бут (Tom Booth) из Музея естественной истории. «Светлая кожа лучше поглощает ультрафиолетовое излучение и помогает людям, живущим в условиях недостатка солнечного света избежать дефицита витамина D». Тем не менее, генетические маркеры пигментации кожи у Чеддерского человека соответствовали тем, что сегодня встречаются у жителей Тропической Африки (по-видимому, речь идет о гене рецептора меланокортина 1, MC1R. Этот фермент, в том числе, инициирует выработку темного пигмента эумеланина).

Похоже, что у европейцев светлые глаза появились задолго до светлой кожи и волос. Ими древние люди обзавелись уже после перехода к фермерству.
Том Бут

Исследователи считают, что племя охотников-собирателей, к которому принадлежал Чеддерский человек, было одним из первых, заселивших Британские острова после окончания ледникового периода. Судя по находкам того же времени в других частях острова, мезолитические люди, жившие 9−10 тысяч лет назад, питались фруктами и орехами и охотились на довольно крупных животных — диких быков и оленей. Они умели делать украшения из полудрагоценных камней и янтаря, а из оленьих черепов изготовляли чаши (или, возможно, их носили вместо шлемов). Также они хоронили своих мертвых: в одной из пещер Чеддерского ущелья были найдены останки 50 человек, погребенных в течение 100−200 лет.

Екатерина Русакова

[Пyмяyx**]

[Gulzhan**]

16 февраля 2018 , источник: Lenta.Ru
Найдены работающие после смерти гены


Международная группа ученых выяснила, что некоторые гены продолжают работать после смерти человека. Статья исследователей опубликована в журнале Nature Communications, кратко о научной работе рассказывает издание BBC News.


Биологи проанализировали образцы тканей, собранные в течение 24 часов после смерти доноров. Они установили нуклеотидную последовательность матричных РНК (мРНК) — продуктов активных генов. Данные сравнивали с результатами изучения образцов крови, полученных до момента смерти.

Оказалось, что некоторые гены продолжили работать, при этом часть из них активировалась после остановки сердца. Ученые полагают, что таким образом клетка реагирует на недостаток кислорода, связанного с прекращением кровотока, однако точные причины явления пока остаются неизвестными.

Специалисты надеются, что результаты работы помогут разработать новые методы определения, сколько времени прошло со смерти человека, по уровням РНК. Для этого требуются дополнительные исследования, в которых будут рассматриваться более длительные промежутки времени, прошедшие после остановки сердца, а также учитываться возраст и причины смерти.

[Пyмяyx**]

Интересно, а какое время после смерти? Наверное, недолго.

[Пyмяyx**]

Как исправить человека. CRISPR/Cas9: новейшая система генной модификации, которая обещает изменить нашу жизнь

20 фев Сергей Васильев Комментариев: 2






Фантастические, пугающие многих истории о вмешательстве в человеческий геном долгие годы оставались именно фантастическими. Но теперь такой метод есть: заимствованная у бактерий система CRISPR/Cas9 позволяет вести генетическую модификацию любых организмов с очень высокой точностью.

• Главная
• Рубрики
• С точки зрения науки

Добавить в закладки

https%3A%2F%2Fnaked-science.ru%2Farticle%2Fnakedscience%2Fkak-ispravit-cheloveka
80 107

Обсудить 2 комм.
12.7K Path 283 + Oval 66 + Oval 67 Created with Sketch.
























Выбор редакции

10 самых необычных аэропортов мира






Иммунитет

– естественный «иммунитет» бактерий, биохимическая система защиты от вирусов, которая требуется одноклеточным организмам, неспособным поддерживать такую сложную иммунную систему, как наша. Первые намеки на ее существование были найдены еще в конце 1980-х, когда Йошизу*ми Исино и его коллеги исследовали обыкновенную кишечную палочку, точнее говоря, один ее малопримечательный ген (iap).

На всякий случай японцы секвенировали его последовательность вместе с участками по бокам от него: может, там будут какие-то фрагменты, участвующие в регуляции активности iap?.. Вместо этого биологи обнаружили в ДНК длинные последовательности повторяющихся, совершенно идентичных повторов длиной ровно 29 нуклеотидов. Между ними – как сухие растения между листами бумаги в гербарии – оказались «проложены» короткие фрагменты длиной по 32 нуклеотида, которые не повторялись никаким образом.


Строение нуклеотидов / ©wikipedia

Позднее эту странную часть ДНК назвали «регулярно сгруппированные, разделенные короткие палиндромные повторы» – Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. В остальном работы над ними надолго остановились, хотя многие ученые заинтересовались загадочными участками хромосомы, а некоторые даже рассуждали об их роли. Функциональное значение CRISPR оставалось загадкой, да и особенных прорывов никто от них не ждал: «Биологическое значение этих последовательностей неясно», – написал тогда Исино с соавторами.

Однако во второй половине 1990-х начался настоящий бум секвенирования. Установить последовательность ДНК становилось все проще, и геномы все новых и новых организмов стали пополнять компьютерные базы данных и анализироваться со всех сторон. Таинственная – и вроде бы бессмысленная, совершенно не похожая ни на какой ген – последовательность CRISPR обнаруживалась у бактерий повсеместно. Нидерландский биолог Рууд Янсен заметил, что они всегда соседствуют с генами одних и тех же белков. Функции их тогда были тоже неизвестны, и их назвали просто «белками, ассоциированными с CRISPR» (CRISPR-Associated Proteins, Cas).


Упрощённая схема строения CRISPR / ©wikipedia

И лишь в 2005 году сразу три группы исследователей сообщили, что уникальные участки CRISPR – это фрагменты вирусных геномов. «Тут у меня что-то щелкнуло», – вспоминал впоследствии всемирно известный биоинформатик и эволюционист Евгений Кунин. К тому времени он уже несколько лет бился над загадкой CRISPR – и, наконец, его озарило: эта ДНК может быть частью противовирусной защиты бактериальной клетки.

Эта идея понравилась микробиологу Родольфу Баррангу, который в то время работал в компании Danisco, производящей йогурты. В этом бизнесе вирусная эпидемия среди молочнокислых бактерий способна принести серьезные убытки, и исследователь искал методы защиты от нее. Чтобы проверить гипотезу Кунина, он заразил стрептококков Streptococcus thermophilus двумя штаммами бактериофагов. Большинство бактерий погибло, однако выжившие оказались довольно устойчивы к этим вирусам. Секвенировав их ДНК, ученые подтвердили: в ней появились следы встречи.

Инструмент

Дженнифер Дудна и Блейк Виденхефт взялись за изучение структуры белков Cas: к этому моменту выяснилось, что они выполняют роль нуклеаз, то есть разрезают ДНК. Несмотря на все находки, значение открытия по-прежнему было неясным: «У вас нет никакой определенной практической цели, – объясняла Дудна работавшему в ее лаборатории Виденхефту. – Важно лишь понять, как это работает». Но по мере работы выяснились многие удивительные детали.

CRISPR – это, действительно, нечто вроде гербария, каталог, в котором бактериальная клетка сохраняет образцы, фрагменты геномов вирусов, с которыми доводилось сталкиваться ей или ее предкам. Пользоваться этим каталогом могут специальные белки, ассоциированные с CRISPR (CRISPR-Associated Proteins, Cas). Ориентируясь на эти образцы, они быстро распознают новые вирусные гены и разрезают их, выводя из строя.


©Depositphotos

Биолог Карл Циммер объясняет работу системы CRISPR/Cas так: «По мере того, как область CRISPR заполняется вирусной ДНК, она становится ключевой «галереей» в клетке, где представлены «портреты» микробов, с которыми бактерии доводилось встречаться. Впоследствии эта вирусная ДНК может использоваться для «наведения» точного орудия Cas-белков».

Для этого бактериальная клетка синтезирует на сохраненных фрагментах ДНК короткие образцы, молекулы РНК. Каждый из этих РНК-«гидов» (гРНК) связывается с белком Cas, способным разрезать ДНК, подходящую под этот образец. Эти комплексы постоянно патрулируют клетку, отслеживая появление любой ДНК и сопоставляя ее с гРНК. Если совпадение есть, двойная спираль ДНК тут же разрезается на части и инактивируется. «Как только мы осознали Cas в качестве программируемых, разрезающих ДНК ферментов, произошел интересный момент, – вспоминала впоследствии Дженнифер Дудна. – Мы воскликнули: «Боже, да это же может быть инструментом!»»

Сегодня определено целое семейство белков Cas, но наиболее изученным и освоенным оказался протеин Cas9, выделенный из бактерий Streptococcus pyogenes – возбудителей скарлатины. Именно он лег в основу новейшей методики генетической модификации живых организмов CRISPR/Cas9, методики, обещающей невиданный прорыв в биотехнологиях, сельском хозяйстве и медицине.


Палиндромы в ДНК: A. Палиндром, B. Кольцо, C. Стебель / ©wikipedia

Модификация

В самом деле, белок Cas9 – это нуклеаза, то есть фермент, разрезающий ДНК. Для любого метода генетической модификации – удаления или добавления целевых активных генов в организм – эта способность играет ключевое значение. Чтобы копировать и вставлять, нужно вырезать, причем делать это в строго определенном месте. До сих пор с точностью у генетиков были проблемы.

Вспомним, что молекула ДНК – это, по молекулярным меркам, невероятно длинная цепочка, общая длина которой в каждой хромосоме каждой нашей клетки достигает порядка сантиметров. Разнообразием этот полимер не отличается, состоя всего из четырех разных звеньев: аденина (А), гуанина (Г), тимина (Т) и цитозина (Ц), которые повторяются миллионы и миллионы раз. Найти в этом однообразии именно нужный участок неимоверно сложно.


Кристаллическая структура S. aureus Cas9 в комплексе с сгРНК и её целевой ДНК / ©wikipedia

Долгое время в распоряжении генетиков имелись лишь системы с нуклеазами, которые распознавали короткие участки – например, четыре нуклеотида АТЦЦ или ТГЦА, – которых на протяжении цепочки могут встречаться десятки и сотни. В результате разрезы производились в случайном из этих мест, и лишь кропотливая работа позволяла отобрать клетки, в которых этот процесс прошел в нужном участке генома. В отличие от них, вооруженный гРНК белок Cas9 распознает фрагмент длиной с эту РНК – около 20 нуклеотидов. Такие участки уже, как правило, вовсе не повторяются в ДНК даже высших организмов.

Более того, сама структура комплекса Cas9 с гРНК определяет простоту работы с ней. Достаточно открыть в компьютере базу с ДНК нужного организма, найти фрагмент, который должен быть разрезан, и синтезировать молекулы гРНК с той же последовательностью оснований (и заменой тимина, роль которого в РНК играет урацил, У). Cas9 – нуклеазы неразборчивые и будут резать ДНК где угодно, лишь бы гРНК совпала.


Кристаллическая структура Cas9, связанного с ДНК / ©Nature

В отличие от этого, системы генетической модификации предыдущих поколений требовали долгой работы по проектированию и синтезу ферментов-нуклеаз, способных распознавать определенные участки ДНК. Например, методы с использованием связывающихся с ДНК «цинковых пальцев» ZFN (Zinc Finger Nuclease) или белков TALEN (Transcription Activator-Like Effector Nucleases) теоретически позволяют работать с еще более длинными фрагментами ДНК. Однако для каждой конкретной задачи их приходится проектировать отдельно.
Наконец, CRISPR/Cas9 универсален по отношению к разным видам модифицируемых организмов. Метод прост и эффективен и, по крайней мере, теоретически с одинаковым успехом подходит для получения риса с повышенным содержанием витамина А или лосося, набирающего массу вдвое быстрее обычного, для внесения новых генов или замены дефектных у племенных лошадей и людей... Но прежде чем перейти к людям, давайте «потренируемся на кошках». А лучше – на мышах.

Мыши, люди и все-все-все

Представим, что нам требуется получить мышей-альбиносов, чтобы изучить, как влияет это состояние на здоровье разных систем организма у людей. Для этого следует «выключить» обе копии гена, связанного с синтезом пигмента меланина. Если мы привержены традиционным подходам к генетической модификации (кстати, по большей части тоже заимствованным у бактерий), то нам стоит запастись терпением.

Для начала нам следует синтезировать «ген альбиносости» и получить мышиные эмбрионы на самых первых этапах развития. Затем в их ядра через тончайшую полую стеклянную иглу внести новую ДНК. В делящихся клетках происходит рекомбинация – обмен гомологичными участками хромосом – так что, трижды сплюнув, будем надеяться, что она захватит и нужный нам фрагмент. Методом проб и ошибок, бесконечными повторами и отбраковыванием мы можем получить мышей, которые получили одну копию «гена альбиносости» и оказались способны передать ее потомству. Затем, скрещивая таких животных, рано или поздно мы добьемся рождения особей с заменой обеих копий. Можно выжидать, а лучше сразу переходить на CRISPR/Cas9.


Лабораторная мышь-альбинос / ©National Geographic

Действительно, чтобы получить тех же мышей-альбиносов, достаточно найти пограничные участки нашего целевого гена и синтезировать для них гРНК, после чего ввести в эмбрион вместе с белками Cas9 и ДНК нового гена. Подхватив гРНК, нуклеазы Cas9 разрежут обе копии гена по краям, после чего в дело включатся клеточные системы репарации, ответственные за поддержание целостности генома.

Это чрезвычайно ответственная задача, поэтому белки репарации действуют быстро и даже грубо. Обнаружив повреждение ДНК – тем более такое опасное, как двухцепочечный разрез, – они готовы подхватить первый попавшийся кусок ДНК, буквально «затыкая» образовавшуюся брешь. Так что если в клетке окажется достаточно нужных нам фрагментов, в место, разрезанное белками Cas9, будут встроены они.

Недаром за прошедшее с момента открытия CRISPR/Cas9 генетическая модификация совершает прорыв за прорывом. Громкое заявление китайских биологов – тому лишь один из примеров. КНР остается страной с одним из самых мягких законодательств в области генной инженерии. Даже в Великобритании, где разрешены эксперименты по применению CRISPR/Cas9 на человеческих эмбрионах, получившихся химер требуется уничтожать в возрасте не старше 14 суток. В Китае дозволяется куда больше.

Такие работы невероятно перспективны: буквально в последние годы показано, что CRISPR/Cas9 позволяет редактировать гены даже во взрослом организме, очищая ДНК Т-лимфоцитов от заразившего их ВИЧ. А в том же Китае ученые (не слишком успешно) пытались получить эмбрионы, устойчивые к этой инфекции. Теперь же речь идет о борьбе с раком. Для этого медики планируют отредактировать ДНК тех же Т-лимфоцитов – точнее говоря, ген белка PD-1, который в норме держит их под контролем.


Т-лимфоцит / ©wikipedia


Строение вируса иммунодефицита человека / ©wikipedia

Активный ген PD-1 блокирует способность Т-лимфоцитов атаковать собственные клетки организма и предотвращает развитие аутоиммунных заболеваний. Однако в случае рака такая способность пришлась бы очень к месту, и ученые собираются, забрав клетки у реальных онкологических больных, изменить ген PD-1 с помощью CRISPR/Cas9 (теперь мы в общих чертах понимаем, как это можно сделать). Вернув в организм эти лимфоциты, авторы ожидают, что те начнут размножаться и атаковать опухоль.

Рак и ВИЧ – лишь пара громких примеров. Однако в будущем CRISPR/Cas9 и генетическая модификация позволят избавиться от множества других болезней. Тем более что множество тяжелейших состояний связаны с нарушением в работе всего одного гена: их, видимо, исправить будет куда проще, чем вылечить тот же рак. В отличие от них, доброта и ум, красота или спортивные способности – продукт работы массы разных генов, воспитания и других факторов среды. Так что CRISPR/Cas9 принесет лишь пользу, а использовать ее во вред вряд ли получится. Разве что просто попугать.

[Gulzhan**]

11 генетических особенностей, которые вы могли получить в наследство




28 февраля 2018

Наш рост, вес, цвет глаз и волос мы унаследовали от родителей. Кто-то от бабушек и дедушек. Но существует еще множество особенностей, не таких очевидных, но тоже значительных, которые также достались нам по наследству.


11. Здоровье зубов зависит от наследственности, а не от того, как вы следите за ними

Если вы тщательно чистите зубы дважды в день, но все равно появляется кариес, не вините себя. Возможно, все дело в генетике. По крайней мере ученые это подтверждают в своих исследованиях. Может, вам повезло в чем-то другом и достался от родителей, например, красивый ровный нос или стройная фигура.



10. Здоровье ребенка больше зависит не от матери, а от отца

Мы привыкли слышать, что здоровье ребенка во многом зависит от здоровья матери. Однако ученые из медицинской школы Университета Южной Каролины пришли к выводу, что в нас больше от отца, чем от матери. И плохой ген, доставшийся от мамы, не проявится так сильно, как такой же ген, полученный от папы.


9. Ребенок наследует интеллект от матери

Нам с детства внушали, что мальчик должен быть умным, а девочка — красивой. А если в семье способный ребенок, то чаще всего все без сомнений твердят: «В папу пошел!» Последние исследования ученых говорят об обратном. Значительная часть детского интеллекта зависит от Х-хромосомы. А у женщин таких хромосом две. Поэтому они в два раза чаще передают характеристики, связанные с интеллектом.



8. Мигрень передается по наследству. Плохая погода тут ни при чем

В наследство от родителей нам достается иногда не только хорошее. Например, существует мнение, что даже мигрень передается по наследству. И иногда от сильной головной боли люди страдают целыми семьями.



7. Способность мало или много спать зависит от генов

Способность мало спать обычно связывают с недюжинной силой воли. А тех, кто любит поспать долго, называют совами или лентяями. Хотя на самом деле все дело в гене DEC2. Его обнаружили ученые из Калифорнийского университета. Его счастливые обладатели могут спать меньше остальных, а чувствовать себя при этом замечательно.



6. Спортсменами рождаются

Победы спортсменов — это результат их упорной тяжелой работы. Но, оказывается, существуют гены ACE и ACTN3, отвечающие за выносливость и силу. И они нам достаются от родителей. Если у ребенка этих генов нет, не стоит ставить крест на его спортивной карьере. Просто тем, кто ими обладает, добиться высоких результатов чуть легче.



5. Решительность заложена в генах

Решительность — это еще одна особенность, которая достается по наследству, но не всем. К такому выводу пришли ученые из Института человеческого развития Макса Планка в Берлине. Оказывается, из-за вариации фермента COMT — Val люди способны быстрее и более гибко решать различные вопросы.



4. Существует генетическая склонность к депрессии

Не стоит скептически относиться к людям, у которых время от времени случается депрессия. Возможно, дело совсем не в слабости характера. Исследователи из Института геномики человека в Майами (США) уверены, что виной всему дефект в ДНК и наследственность.



3. Чихательный синдром передается по наследству

Если вы давно заметили за собой привычку чихать при взгляде на яркий свет или на солнце, знайте, это еще один признак, который достался вам от кого-то из близких родственников. Обычно если у одного из родителей есть эта особенность, то в 50 % случаев ребенок тоже наследует ее.



2. Оптимистичные родители — оптимистичные дети

Жизнерадостность и позитивное отношение к жизни также достается нам от родителей. Ученые из Университета Эссекса доказали, что люди с длинной версией гена 5-HTT чаще фокусируются на позитивных моментах в жизни и меньше хандрят.




1. Способность писать левой рукой заложена в генах

Удивительно, но на тот факт, левши мы или правши, влияет ген LRRTM1. Он модифицирует асимметрию в мозге человека. Поэтому не стоит смотреть на левшей как на белых ворон. Это не их вина.

Всему причиной наследственность.


А что вы унаследовали от своих родителей?

Делитесь в комментариях к статье.




НАШИ ДЕТИ