НАУКА и ОБЩЕСТВО 2025. НАУКА. 9
222 • Российские учёные создали первую в мире базу данных веществ, влияющих на биоритмы
• Science: биологи создали полностью искусственную жизнь
Искусственный интеллект взломал код жизни: созданная им ДНК впервые управляет генами в клетках млекопитающих
Ученые из Центра геномного регулирования в Испании совершили прорыв в биологии: искусственный интеллект создал молекулы ДНК, которые впервые успешно управляют генами в здоровых клетках млекопитающих. ИИ разработал искусственные фрагменты ДНК, которые могут включать или выключать гены в нужных клетках, например, заставлять стволовые клетки превращаться в клетки крови. Это как программирование для живых организмов.
ИИ создал инструмент, который генерирует новые последовательности ДНК — цепочки из «букв» (A, T, C, G), называемые энхансерами. Эти фрагменты длиной около 250 букв управляют экспрессией генов, то есть определяют, какие гены будут активны в конкретных клетках. Например, ИИ может создать энхансер, который включит ген, превращающий стволовые клетки в эритроциты (клетки крови), но не в тромбоциты (клетки, отвечающие за свертывание крови).
Ученые синтезировали эти фрагменты химически и с помощью вируса доставили их в клетки крови мышей. В экспериментах ДНК интегрировалась в геном клеток в случайных местах. ИИ спроектировал энхансеры, которые активировали ген, кодирующий флуоресцентный белок, чтобы ученые могли видеть, работает ли система. Результаты были точными: гены включались в нужных клетках, не затрагивая другие.
Технология может привести к созданию новых методов лечения, где гены пациентов будут настраиваться с высокой точностью. Например, можно будет активировать гены, борющиеся с болезнью, только в больных клетках. Однако для этого нужны большие объемы данных и дальнейшие исследования. Доктор Ларс Вельтен, соавтор, отметил: «Мы расшифровали язык клеток, чтобы писать новые инструкции для них».
Исследователи планируют усовершенствовать ИИ, чтобы он создавал еще более сложные энхансеры. Это открытие — шаг к персонализированной медицине и пониманию того, как клетки работают на молекулярном уровне. Оно также показывает, как ИИ может стать помощником в биологии, создавая решения, которых природа еще не придумала.
Российские учёные создали первую в мире базу данных веществ, влияющих на биоритмы
Специалисты медицинского института Сыктывкарского государственного университета имени Питирима Сорокина составили базу данных хронобиотиков — веществ, влияющих на суточный ритм, сон, бодрствование и другие важные процессы организма.
Нарушение суточных ритмов, хода биологических часов может приводить к бессоннице, усталости, нарушению настроения, концентрации внимания, либидо и даже развитию хронических заболеваний. В то же время врачи не часто могут помочь пациентам с жалобами на сбои внутренних часов организма, поскольку осведомлённость самих врачей о методах борьбы с условной бессонницей или недосыпом невелика. Несмотря на широкое использование таких веществ как мелатонин и некоторых снотворных, единой базы данных, где была бы собрана вся актуальная информация о хронобиотиках, до сих пор не существовало.
В рамках проекта Российского научного фонда «Создание первой в мире фармакологической базы данных модуляторов циркадных ритмов и организация доступа к ней» молодые исследователи СГУ им. Питирима Сорокина создали общедоступную базу данных ChronobioticsDB. Она систематизирует информацию о веществах, которые влияют на биологические часы человека и животных. База содержит сведения о более чем 300 соединениях, которые были исследованы и описаны в научных публикациях за последние десятилетия. В базе данных есть как природные вещества, например мелатонин и ресвератрол, так и искусственно синтезированные препараты.
«ChronobioticsDB предоставляет простые инструменты для поиска информации о каждом веществе. С её помощью любой желающий может быстро узнать химическую формулу вещества, увидеть его структуру и, ознакомившись со списком генов и белков — мишеней лекарства, понять, как именно конкретное вещество воздействует на внутренние часы человека», — рассказал руководитель проекта, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Трансляционная биоинформатика и системная биология» Медицинского института СГУ им. Питирима Сорокина, кандидат биологических наук Илья Соловьёв.
Каждый препарат снабжён карточкой, где простым языком описаны его свойства, потенциальное применение и возможные побочные эффекты. База данных также показывает, одобрено ли конкретное вещество к применению медицинскими регуляторами. Для удобства учёных и врачей ChronobioticsDB связана с известными мировыми химико-фармацевтическими базами данных, такими как PubChem и DrugBank. Это позволяет пользователям оперативно получать доступ к актуальной информации и результатам новейших исследований по всему миру.
Благодаря новой базе данных, по мысли её составителей, врачи смогут точнее подбирать лечение нарушений сна и других состояний, связанных с нарушением биологических ритмов, формулировать новейшие экспериментальные подходы. Исследователи получат удобный инструмент для поиска новых, более эффективных и безопасных препаратов, способных восстанавливать правильный ход внутренних часов человека.
Science: биологи создали полностью искусственную жизнь
В 2025 году международная команда ученых под началом генетика Крейга Вентера из США получила патент, учёным удалось создать искусственный организм с синтетическим геномом, который может размножаться и функционировать по принципу живой клетки. Работа была опубликована в Science в 2010 (Science, 2010 Jul 2;329(5987):52-6. doi: 10.1126/science.1190719. Epub 2010 May 20).
Исследователи синтезировали геном бактерии Mycoplasma mycoides, внедрив его в пустую клеточную оболочку. Новый организм смог успешно делиться и передавать потомкам синтетический генетический код.
Доктор биологических наук, ведущий исследователь лаборатории синтетической биологии Сколтеха Дмитрий Иванов в беседе с источником прокомментировал открытие зарубежных коллег.
«Сегодня мы можем не просто редактировать гены, а создавать жизнь с заданными свойствами. Не стоит забывать о рисках: синтетические организмы, конечно, могут послужить в борьбе с раком, но также их можно использовать во вред», – подчеркнул специалист.
По словам Иванова, в международном сообществе пока нет единого мнения по поводу регулирования подобных новых технологий.
Тем временем специалисты из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе применили экспериментальную генную терапию для лечения детей с тяжелым врожденным иммунным расстройством LAD-I.
https://scholar.google.com/citations?view_op=view_citation&hl=en&user=cC5ODsAAAAAJ&sortby=pubdate&citation_for_view=cC5ODsAAAAAJ:654Jc7Ppz2kC
https://www.osnmedia.ru/world/science-biologi-sozdali-polnostyu-iskusstvennuyu-zhizn/
https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa2407376
Биология опередила технологии на миллиарды лет: у живых клеток нашлась способность к квантовым вычислениям
Согласно новому исследованию Филипа Куриана (Philip Kurian), физика-теоретика и директора-основателя Лаборатории квантовой биологии (QBL) в Университете Говарда в Вашингтоне, округ Колумбия, опубликованному в научном журнале Science Advances, живые клетки могут обрабатывать информацию с помощью квантовых механизмов гораздо быстрее, чем классическая биохимическая сигнализация.
Как известно, квантовые вычислительные системы чувствительны к возмущениям и посторонним шумам, и чтобы их минимизировать, квантовые компьютеры должны функционировать при сверхнизких температурах. Принято считать, что только небольшие объекты, такие как атомы и другие частицы, обычно проявляют квантовые свойства. Биологические системы, наоборот, представляют собой враждебную среду для реализации квантовых вычислений: они имеют сравнительно высокую температуру и хаотичны. К тому же их основные компоненты, такие как клетки, являются громадными по сравнению с атомами.
Исследование Куриана ломает сложившиеся стереотипы. В прошлом году группа под руководством Куриана обнаружила «отчётливо квантовый эффект в белковых полимерах в водном растворе». Как отметил профессор Марко Петтини (Marco Pettini) из Университета Экс-Марсель и Центра теоретической физики CNRS (Франция), «экспериментальное подтверждение однофотонного сверхизлучения в повсеместной биологической архитектуре при тепловом равновесии открывает много новых направлений исследований в квантовой оптике, квантовой теории информации, физике конденсированных сред, космологии и биофизике».
Согласно исследованию, ключевой молекулой, обеспечивающей способность клетки к квантовой обработке информации, является триптофан. Это аминокислота, содержащаяся во многих белках, которая поглощает ультрафиолетовый свет и повторно излучает его на более длинной волне.
Для расщепления пищи клетки, подвергающиеся аэробному дыханию, используют кислород и генерируют свободные радикалы, которые могут испускать разрушительные частицы ультрафиолетового излучения с высокой энергией. Триптофан может поглощать ультрафиолетовое излучение и повторно излучать его с меньшей энергией. И, как показало исследование QBL, очень крупные триптофановые сети делают этот процесс ещё более эффективным и надёжным благодаря мощным квантовым эффектам.
Как отметили исследователи, аневральные организмы, включая бактерии, грибы и растения, которые составляют основную часть биомассы Земли, выполняют сложные вычисления. И поскольку они появились на планете гораздо раньше животных, именно они выполняют подавляющее большинство вычислений на основе углерода на Земле.
Работа Куриана привлекла внимание разработчиков квантовых вычислений, поскольку реализация квантовых эффектов в «шумной» среде позволяет сделать квантовую информационную технологию более устойчивой.
Учёные набили тату живым тихоходкам с помощью литографа — это шаг к настоящему чипированию людей и не только
В поисках возможностей для производства электронных схем на живых организмах учёные из Датского технического университета (Technical University of Denmark) испытали электронно-лучевую литографию на живых тихоходках — мельчайших организмах со средним размером около 500 мкм. Эта технология создаёт основу для нанесения меток даже на бактерии и открывает путь к созданию датчиков и электронных схем на живой ткани — то есть к настоящему чипированию.
«С помощью этой технологии мы не просто создаём микротатуировки на тихоходках, — объясняет инженер-оптик Дин Чжао (Ding Zhao) из Датского технического университета, — мы распространяем эту возможность на различные живые организмы, включая бактерии».
Возможность наносить узоры на крошечные объекты и поверхности является важной частью развития нанотехнологий. Полупроводниковая литография в полной мере отражает стремительный рост опыта и достижений в этой области, но работа с живыми тканями едва ли достигла сколь-либо значимого результата. Пожалуй, опыт с нанесением «электронных» татуировок тихоходкам стал первым заметным шагом на этом пути.
«Мы ожидаем, что интеграция большего количества методов микро- и нанопроизводства с биологически значимыми системами на микро- и наноуровне приведёт к дальнейшему развитию таких областей, как распознавание микроорганизмов, биомиметические устройства и живые микророботы», — пишут учёные в своей работе в журнале Nano Letters
*