НАУКА и ОБЩЕСТВО 2025". НАУКА. 4
133 • Ученые МГУ получили противовирусные препараты широкого спектра действия
• На заседании Президиума РАН рассказали о новых стратегиях лечения аутоиммунных заболеваний
• Evo обучили генерировать не только бактериальные, но и эукариотические геномы
• ДНК крупным шрифтом: Roche готовит запуск новой платформы для нанопорового секвенирования
• Найден способ преодолеть устойчивость агрессивной опухоли мозга к химиотерапии
• Биомедицина указывает путь к будущим продовольственным культурам
Ученые МГУ получили противовирусные препараты широкого спектра действия
Ученые МГУ с коллегами синтезировали новые противовирусные препараты, способные повреждать оболочку многих вирусов (например, вируса клещевого энцефалита и коронавируса) и препятствовать их слиянию с клеткой. Такое действие связано со способностью соединений производить активные формы кислорода, разрушающие вирусные мембраны. Эффективность новых веществ сопоставима с действием препаратов, уже одобренных для лечения людей. Однако под действием зеленого света, способствующего переходу молекул в возбужденное состояние, эффективность препаратов возрастала более чем в 60 раз. Так, вирусы клещевого энцефалита, предварительно обработанные синтезированными соединениями и облученные зеленым светом, оказались не способны инфицировать мышей. Полученные препараты потенциально могут использоваться при создании вакцин против распространенных вирусов. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.
Ученые МГУ с коллегами из Института биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова (ИБХ) РАН и других организаций синтезировали 35 соединений, разрушающих мембраны разных оболочечных вирусов и, таким образом, потенциально способных препятствовать развитию многих инфекций. Под действием света эти соединения генерируют активные формы кислорода, повреждающие вирусные мембраны. В качестве основы авторы использовали производное циклического фтор- и борсодержащего вещества BODIPY, способного проникать в мембраны оболочечных вирусов. Затем исследователи присоединили к нему атомы йода и брома, которые усиливают выработку активных форм кислорода, нарушающих целостность вирусных частиц.
«Синтезированные нами соединения потенциально могут применяться в медицине при терапии поверхностных вирусных инфекций. В центре наших будущих исследований будут новые соединения на основе BODIPY, способные поглощать глубже проникающее в ткани инфракрасное излучение. Кроме того, мы планируем получить вещества с несколькими механизмами действия, в том числе эффективные и без облучения», – рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Вера Алферова, старший научный сотрудник НИИФХБ МГУ и ИБХ РАН.
На заседании Президиума РАН рассказали о новых стратегиях лечения аутоиммунных заболеваний
Подходы к лечению аутоиммунных заболеваний, основанные на выявлении и селективном уничтожении клонов аутоагрессивных Т-клеток, и специфику работы первого таргетного препарата для лечения болезни Бехтерева обсудили сегодня, 18 февраля, на заседании Президиума РАН. В его работе приняли участие члены Российской академии наук, представители ведущих медицинских организаций РФ и министерств, в частности, заместитель министра здравоохранения Татьяна Семёнова и заместитель министра науки и высшего образования Дмитрий Пышный.
Ректор Российского национального исследовательского медицинского университета им. Н.И. Пирогова Минздрава РФ академик РАН Сергей Лукьянов рассказал о первом таргетном препарате «Сенипрутуг» (Seniprutug) для лечения болезни Бехтерева, которой страдают порядка 250 тыс. человек в России, в мире — более 20 млн. Препарат избирательно уничтожает Т-лимфоциты, атакующие собственные клетки организма, подавляя развитие заболевания, сохраняя при этом активность иммунной системы. Его эффективность подтверждена результатами II фазы слепых рандомизированных клинических исследований.
«На сегодняшний день Сенипрутуг зарегистрирован, его уже можно использовать в реальной клинической практике. В Москве, Санкт-Петербурге и Новосибирске действуют несколько центров, на базе которых проводится инициация терапии препаратом», — сказал учёный.
https://www.ras.ru/news/shownews.aspx?id=51649a18-5529-498f-98a0-8b719f1bf3e4#content
Evo обучили генерировать не только бактериальные, но и эукариотические геномы
В ноябре 2024 года в Science опубликовали статью о создании геномной генеративной модели Evo. Этот ИИ способен предсказывать ключевые характеристики той или иной ДНК и генерировать последовательности «с нуля» — как отдельные гены, так и целые геномы. Однако Evo обучали только на прокариотических геномных данных, поэтому генерация также ограничивалась последовательностями, характерными для бактерий и архей.
Теперь же на сайте некоммерческой исследовательской организации Arc Institute опубликован пресс-релиз, в котором сообщается, что разработчики выпустили новую версию — Evo 2. В отличие от предшественника, Evo 2 обучали на геномах как прокариот, так и эукариот, в том числе многоклеточных. В обучающую выборку вошло более 128 тысяч полных геномов (в том числе геном человека) и метагеномные данные — в общей сложности 9,3 триллиона пар оснований. По словам авторов, это крупнейшая на сегодняшний день ИИ-модель в биологии.
Evo 2 продемонстрировал универсальность и надежность в выявлении характеристик ДНК, влияющих на кодируемый ей белок. Например, среди вариантов гена BRCA1, ассоциированного с раком молочной железы, модель отличала доброкачественные мутации от потенциально патогенных с точностью более 90%. Также Evo 2, как генеративная модель, станет ценным инструментом дизайна генов de novo — для исследовательских целей или лечения, такого как генная терапия.
ДНК крупным шрифтом: Roche готовит запуск новой платформы для нанопорового секвенирования
Компания Roche объявила, что ее инструменты для нанопорового секвенирования Sequencing-by-Expansion (SBX) выйдут на рынок в 2026 году. Технология, на создание которой ушло более десятилетия, весьма оригинальна. Перед секвенированием на матрице ДНК синтезируется полимерная молекула примерно в 50 раз длиннее ее, состоящая из фрагментов четырех типов с различной геометрией, которые соответствуют четырем нуклеотидам, и уже эта молекула «читается» при прохождении через нанопору. «Наш подход к эффективному секвенированию ДНК заключается в том, чтобы не секвенировать ДНК», — говорит автор идеи Марк Кокорис.
«Наш подход к эффективному секвенированию ДНК заключается в том, чтобы не секвенировать ДНК», — объяснил Кокорис порталу Genetic Engineering & Biotechnology News (GEN). Действительно, этапу нанопорового секвенирования предшествует этап синтеза: на матрице ДНК-мишени строится молекула, которая уже не является ДНК и примерно в 50 раз длиннее матрицы. Разработчики назвали ее Xpandomer (икспандомер, Xp). В нанопору проходит именно она.
При подготовке к SBX-секвенированию ДНК-матрица гибридизуется с праймером, который входит в состав специальной молекулы (expanded oligo, EO), закрепленной на твердой подложке чипа. Затем высокоинженерная ДНК-полимераза (Xp-синтаза) удлиняет праймер и строит комплементарную цепь, но не из обычных нуклеотидов, а из X-NTP. Представьте себе нуклеотидтрифосфат, к которому прикреплена в двух точках (к первой фосфатной группе и азотистому основанию) сложенная в виде шпильки полимерная молекула, состоящая из полиэтиленгликоля и фосфатных групп. (К каждому из четырех нуклеотидов прикрепляется свой полимерный участок с характерным строением.) На верхушке шпильки находится объемная боковая группа — разветвленная структура, которая называется «элемент контроля трансляции» (TCE).
Важная подробность: в нуклеотиде X-NTP атом кислорода между остатком дезоксирибозы и первой фосфатной группой заменен на NH-группу. Связь между азотом и фосфором может быть расщеплена кислотой, при этом цикл разомкнется.
Марк Кокорис признает, что «когда вы видите структуру X-NTP, вы, вероятно, думаете: это безумие!» Одиннадцать лет назад было непонятно, как создать необходимую химию, в том числе расщепляемые X-NTP и полимеразу, которая могла бы с ними работать. «И я знал, что это потребует инноваций в белковой инженерии, молекулярной инженерии, разработке химии, которой не существовало. И было много других вещей, о которых мы не знали в то время, и которые нам нужно было внедрить».
В итоге на матрице синтезируется молекула, имеющая вид «ламповой щетки» — с боковыми петлями полимеров на каждом нуклеотиде. Это и есть Xpandomer. Фоторасщепление ЕО по определенному сайту высвобождает продукт, а обработка кислотой расщепляет X-NTP. При разрывании циклов образуется линейная полимерная последовательность, в которой чередуются полимерные фрагменты четырех типов, в соответствии с последовательностью нуклеотидов ДНК-матрицы.
Roche отказалась раскрыть стоимость SBX во время вебинара. Кокорис отметил, что компания стремится сделать технологию эффективной и конкурентоспособной по цене.
Найден способ преодолеть устойчивость агрессивной опухоли мозга к химиотерапии
Ученые обнаружили, что энхансерная РНК — короткая последовательность, регулирующая активность гена STAT3, — играет ключевую роль в формировании устойчивости самой агрессивной опухоли мозга (глиобластомы) к химиотерапевтическому препарату темозоломиду. Эксперименты показали, что, если «заблокировать» выработку этой молекулы, клетки опухоли становятся чувствительными к лечению. Это открывает путь к разработке новых методов онкотерапии. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Gene.
Глиобластома — наиболее распространенная и опасная опухоль мозга, отличающаяся быстрым ростом и устойчивостью к терапии. Даже при сочетании хирургического удаления, лучевой терапии и химиотерапии выживаемость пациентов в течение последующих пяти лет после лечения не превышает 3–4%. Одна из главных причин низкой эффективности лечения состоит в том, что раковые клетки сопротивляются действию препаратов. Например, известно, что в формировании лекарственной устойчивости опухолей участвует белок STAT3. Теоретически, если заблокировать его выработку, есть шанс побороть устойчивость раковых клеток, но это может нарушить работу иммунной системы, в работе которой STAT3 также задействован.
Ученые из Института молекулярной биологии имени В.А. Энгельгардта РАН (Москва) с коллегами предложили более безопасный подход — воздействовать на регуляторную (энхансерную) РНК, которая контролирует уровень белка STAT3. Авторы исследовали РНК TMZR1-eRNA — короткую последовательность, которая считывается поблизости от гена STAT3 и регулирует с него синтез одноименного белка.
Биологи провели эксперименты на лабораторно выращенных клеточных линиях глиобластомы, а также клетках, полученных от пациентов с данным типом опухоли. В этих клетках ученые искусственно подавили РНК TMZR1-eRNA. Исследователи обнаружили, что такое вмешательство снижает уровень белка STAT3 и повышает чувствительность опухоли к темозоломиду — популярному препарату для лечения злокачественных опухолей.
Предложенный подход имеет важное преимущество: поскольку TMZR1-eRNA, в отличие от белка STAT3, практически не выявляется в здоровых тканях (за исключением мышечной), подавление этой молекулы не будет сопровождаться побочными эффектами.
В исследовании также принимали участие сотрудники Национального медицинского исследовательского радиологического центра Минздрава России (Москва) и Университета Хайфы (Израиль).
Полученные данные будут полезны при разработке препаратов для лечения глиобластомы, нацеленных на TMZR1-eRNA. В дальнейшем исследовательский коллектив планирует изучить роль этой молекулы в клетках других типов опухолей, где STAT3 также связан с устойчивостью к терапии.
Ученые из Осакского университета (Япония) заявили, что обнаружили клеточный «переключатель», способный обратить вспять старение, пишет Daily Mail.
По мере старения в организме накапливаются так называемые клетки-зомби. Со временем они не умирают, а выделяют воспалительные химические элементы, которые способствуют развитию возрастных заболеваний. Ученые выяснили, что могут сделать стареющие клетки молодыми, просто снизив количество протеина AP2A1. В теории это значит, что можно убрать причину таких возрастных заболеваний, как болезнь Альцгеймера и артрит, если на клеточном уровне обратить вспять старение.
В ходе лабораторного эксперимента (вне живого существа) было выявлено, что при снижении содержания AP2A1 клетки возвращались к нормальному размеру, начинали делиться и показывали признаки молодости. При увеличении протеина увеличивался и размер клеток, они обрастали стрессовыми волокнами.
Исследователи уточнили, что до изобретения лекарства от старости еще далеко. Кроме того, обращение старения вспять может быть рискованным — клетки стареют, чтобы избежать превращения в раковые.
Ранее ученые из Стэнфордского университета (США) выяснили, что старение происходит резкими скачками — в возрасте около 44 и 60 лет. В их исследовании участвовали 108 добровольцев от 25 до 75 лет. У испытуемых регулярно брали образцы крови. В общей сложности было изучено около 135 тыс. различных молекул и микробов. Это позволило установить, что наибольшие изменения происходят в указанном периоде.
Биомедицина указывает путь к будущим продовольственным культурам
Исследователи Квинслендского университета впервые ввели генетический материал в растения через их корни, открыв потенциальный путь для быстрого улучшения сельскохозяйственных культур. Профессор Бернард Кэрролл из Школы химии и молекулярных бионаук говорит, что технология наночастиц может помочь точно настроить гены растений, чтобы повысить урожайность и улучшить качество продуктов питания.
«Традиционная селекция и генетическая модификация растений требуют не одно поколение для выведения нового сорта культуры, что занимает много времени и стоит дорого. Нам удалось заставить корни растений поглощать безвредные наночастицы, которые были разработаны для доставки вакцин и лечения рака у животных», — говорит профессор Кэрролл.
«Клеточные стенки растений жесткие и похожи на дерево, гораздо жестче, чем клетки человека или животных, поэтому мы покрыли наночастицу белком, который мягко разрыхляет клеточную стенку растения. Белковое покрытие помогло наночастице пробиться сквозь клеточные стенки и впервые доставить синтетический груз мРНК в растения», — поясняют ученые.
МРНК — это естественные молекулы, содержащие генетические инструкции для создания и развития всех форм жизни. Исследовательская группа использовала наночастицы для доставки синтетической мРНК, продуцирующей зеленый флуоресцентный белок, в различные виды растений, включая арабидопсис — миниатюрный представитель семейства рапсовых и капустных, широко используемый в генетических исследованиях.
«Удивительно, что вместо того, чтобы передать весь свой груз в первую попавшуюся клетку, наночастица путешествовала по растению вместе с водой, распределяя мРНК по мере продвижения», — говорит профессор Кэрролл. «Это очень интересно, потому что при дальнейшем совершенствовании технология может быть использована для более быстрого выведения новых сортов сельскохозяйственных культур».
«В будущих исследованиях мы могли бы направить свои усилия на решение какой-либо проблемы, например, вкуса или качества, и получить новый сорт без необходимости десятилетней селекции или генетической модификации. Подобно тому, как мРНК-вакцина производит белок для стимуляции иммунной системы, а затем разрушается, мРНК, которую мы вводим в растения, экспрессируется кратковременно, а затем исчезает», — заключили специалисты.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Plants.
https://scientificrussia.ru/articles/biomedicina-ukazyvaet-put-k-budusim-prodovolstvennym-kulturam