Обзор: "НАУКА и ОБЩЕСТВО 2024". НАУКА. 17
84 Первая половина ноября оказалась щедра на события: созданный в Новосибирске препарат против онкологии прошел первую фазу испытаний; в ВГУ разработали новый способ получения коллагена из пресноводных рыб; «сила прионов» изучает роль неправильно свернутых белков в заболеваниях головного мозга; самое древнее растение на Земле защищает свой геном от накопления мутаций; неожиданный механизм действия CRISPR; вирусы растений можно использовать в терапии рака; российские учёные первыми подключили мозг крысы к искусственному интеллекту; стало известно скопления каких веществ и клеток приводит к старению ткани.
Созданный в Новосибирске препарат против онкологии прошел первую фазу испытаний
Первый российский противоопухолевый препарат, который был разработан новосибирскими учеными, прошел первую фазу клинических испытаний. Тесты подтвердили его безопасность, а также показали эффективность в подавлении роста опухоли молочной железы, сообщили в ИХБФМ СО РАН. Клинические исследования препарата начались в 2022 году. Они проходили в том числе в Национальном медицинском исследовательском центре онкологии им. Н.Н. Петрова в Санкт-Петербурге.
Препарат разработан Институтом химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, центром «Вектор» Роспотребнадзора в партнерстве с ООО «Онкостар» (резидент «Сколково»).
«Участие в исследовании принимали пациентки, находящиеся в терминальной стадии заболевания. У них было явное прогрессирование рака молочной железы. После введения препарата у примерно 55% пациенток врачи наблюдали уменьшение размеров опухоли и стабилизацию процесса. Полученные данные дают возможность утверждать, что препарат эффективен, а значит можно переходить ко второй фазе испытаний», — прокомментировал один из авторов разработки, заведующий лабораторией биотехнологии ИХБФМ СО РАН Владимир Рихтер.
Как отметили в институте, разработанный противоопухолевый лекарственный препарат создан на базе рекомбинантного штамма VV-GMCSF-Lact - вируса осповакцины. Ученые вырезали из генома вируса два участка, отвечающие за его вирулентность, и вставили вместо них гены, усиливающие онколитическую активность вируса. Таким образом, впервые в мире в противоопухолевый препарат введен ген, кодирующий белок-убийцу раковых клеток.
Разработчики позиционируют этот препарат как средство против рака молочной железы. Однако он также может быть эффективен и против некоторых других видов онкологии, что было изучено в ходе испытаний.
В 2021 году Владимир Рихтер потенциальным производителем препарата называл новосибирскую компанию «Ветор-Биальгам».
Коллаген из пресноводных рыб: прорыв в медицине и косметологии
Научная группа под руководством профессора кафедры биофизики и биотехнологии, соучредителя АМКСБ Сергея Антипова из ВГУ разработала новый способ извлечения коллагена из шкур пресноводных рыб внутренних водоемов. Ученые зарегистрировали патент на «Способ получения раствора гидрата коллагенов пресноводных гидробионтов». В научную группу вошли заведующий кафедрой биофизики и биотехнологии ВГУ, д.б.н., профессор Валерий Артюхов и д.т.н., профессор ВГУИТ Людмила Антипова.
Коллаген — основной белок соединительной ткани, широко используемый в медицине, косметологии и пищевой промышленности для поддержания здоровья кожи, суставов и других тканей. С возрастом уровень коллагена в организме снижается, что приводит к сухости кожи и появлению морщин, поэтому коллагенсодержащие косметические средства активно используются для противостояния возрастным изменениям.
Группа ученых занимается разработкой биоматериалов на основе коллагена для ранозаживления, замещения или восстановления тканей в хирургии, а также получения функциональных пептидов на основе рыбного коллагена для специализированного питания. Коллаген также находит широкое применение в производстве мясных и рыбных продуктов для улучшения их текстуры и стабильности.
Новый метод, разработанный воронежскими учеными, имеет преимущества по сравнению с предыдущими технологиями, которые давали меньший выход коллагена и содержали больше примесей. Технологический процесс включает несколько этапов, направленных на достижение высокой чистоты коллагена и минимизацию повреждений белковых молекул. Метод уже был успешно протестирован в лабораторных условиях.
Предложенный метод имеет три ключевых преимущества. Во-первых, он значительно сокращает время производства – с семи суток до нескольких часов. Во-вторых, метод сохраняет исходную фибриллярную структуру коллагена, что делает его более подходящим для использования в медицинских и косметических препаратах. В-третьих, новый способ позволяет увеличить выход полезных молекул коллагена, что повышает общую эффективность процесса.
Исследование воронежских ученых уже привело к значительной оптимизации технологии получения коллагена, что повысит его качество и эффективность процессов производства.
https://poisknews.ru/biofizika/kollagen-iz-presnovodnyh-ryb-proryv-v-mediczine-i-kosmetologii/
«Сила прионов» изучает роль неправильно свернутых белков в заболеваниях головного мозга.
Мятежные молекулы могут быть вовлечены в развитие болезней Альцгеймера, Паркинсона и других.
Загадочное неврологическое заболевание убивало женщин и детей в восточной части высокогорья Папуа - Новой Гвинеи. Пациенты на последних стадиях заболевания испытывали неконтролируемые приступы смеха, за что болезнь получила зловещее прозвище “смеющаяся смерть”. При вскрытии были обнаружены крошечные отверстия в мозге жертв, придающие тканям характерный губчатый вид. Это были 1950-е годы, и ученым было известно лишь о нескольких других заболеваниях, которые поражают мозг подобным образом. Все они вызывали странные и часто разрушительные симптомы у пораженных животных или людей. И во всем этом, как позже узнали ученые, можно было винить инфекционные белки — прионы.
Эти вредоносные молекулы, впервые идентифицированные в 1982 году, стали предметом новой книги нейровиролога Мишеля Браича "Сила прионов", которая вышла в карманном формате. Браич, профессор-консультант Стэнфордского университета, начал писать после того, как жена убедила его превратить свои лекции в книгу. Книга с головой погружает в молекулярную биологию болезнетворных прионов - белков, которые сворачиваются неправильно, а затем заставляют нормальные белки делать то же самое. Эти неправильно свернутые белки могут возникать в организме естественным путем или попадать в организм через инфицированные ткани. В мозге аномальные белки накапливаются “как стопка тарелок для супа в кухонном шкафу”, пишет Браич. Их накопление может вызвать неврологические проблемы, такие как потеря памяти, проблемы с речью и резкие движения. Если белковые цепочки распадаются, образующиеся фрагменты могут попасть в другие области мозга, превращая полезные белки в неправильно свернутые и создавая новые цепочки. Вот так прионы распространяются подобно инфекции.
В настоящее время ученые полагают, что прионы могут играть определенную роль во многих неврологических заболеваниях, включая болезни Альцгеймера, Паркинсона и Хантингтона. Некоторые исследования показывают, что при болезни Альцгеймера накопление прионных белков в мозге может способствовать разрушительной потере кратковременной и долгосрочной памяти. “Долговременная память формирует нашу личность, делает нас теми, кто мы есть", - пишет Браич. “Стирание прошлого лишает нас нашей индивидуальности”. К этому моменту истории вас простят за то, что вы подумали, что все прионы - это мятежные молекулы, вызывающие болезни. Но Браич затрагивает и “хорошие” прионы — неинфекционные белки, которые накапливаются точно так же, как и "плохие", но выполняют необходимую работу в организме, например, помогают сохранить долговременную память. Являясь эффективным средством распространения научных знаний, "Сила прионов" также включает в себя фрагменты повествования, которые помогают продвигать историю. В любом случае, благодаря кратким изложениям глав в стиле пояснительных заметок и глоссарию биологических терминов, книга Браича может занять достойное место на полках магазинов в качестве краткого справочника по области, которую он называет “молодой, динамично развивающейся и не лишенной противоречий”.
https://www.sciencenews.org/article/misfolded-proteins-brain-diseases
Самое древнее растение на Земле защищает свой геном от накопления мутаций
Древнейшее растение на планете — клональная колония тополя осинообразного, которую называют Пандо, — за десятки тысяч лет своего существования смогло избежать накопления вредных соматических мутаций. К такому выводу пришли ученые из США, исследовавшие генетическую эволюцию Пандо.
Соматические мутации у животных и у человека могут приводить к образованию злокачественных опухолей и участвуют в процессах старения. Но жизненный цикл у животных длится недолго, а некоторые растения и грибы могут расти очень долго, практически бесконечно, и это дает возможность исследовать на их примере процессы возникновения и распространения соматических мутаций.
Ученые из США проанализировали, как распространяются соматические мутации в крупнейшей клональной колонии тополя осинообразного (Populus tremuloides), которая находится в Национальном парке Фишлейк (штат Юта, США). Этот гигантский живой организм, известный как Пандо или «Трепещущий гигант», происходит от одного растения и считается старейшим на планете. Тополь осинообразный — двудомное растение, он размножается вегетативно, образуя новые побеги из корневых отпрысков. Пандо обитает на территории 46,2 га, в ее состав входит примерно 47 тысяч отдельных стеблей, а общий вес растения превышает 6 тысяч тонн. Возраст одного побега составляет примерно 110 лет.
Пандо — не единственный известный клональный организм. Среди растений, грибов и морских водорослей тоже встречаются колонии, заселяющие большие пространства и отличающиеся долгожительством. Но каждое деление клетки связано с риском возникновения мутаций, и клонированные долгоживущие организмы должны такие мутации накапливать и передавать их потомству. Соматические мутации появляются уже после формирования семян и во время роста организма.
Исследователи собрали и секвенировали более 500 образцов листьев, корней и коры ветвей и побегов из разных участков Пандо и проанализировали соматические мутации. Мутации в клетках зародышевой линии ученые не рассматривали, так как они общие для всего Пандо в целом, то есть имеются в каждом рамете (клоне) и не дают информации о распространении мутаций и генетическом паттернировании.
По самой консервативной оценке, если только 6% обнаруженных соматических мутаций истинно положительные, возраст Пандо составляет 16 402 года. Если все обнаруженные мутации истинно положительные, колония должна быть возрастом около 34 тысяч лет. Если же использовать линейную зависимость для учета ложноотрицательных результатов и рассчитать количество возможных, но не обнаруженных мутаций, то возраст клона следует оценивать в 81 тысячу лет. По результатам анализа мелкомасштабных данных, возраст Пандо составляет от 10 до 100 тысяч лет. Анализ пыльцы из озера Фиш подтверждает постоянное присутствие тополя осинообразного на его берегах в течение последних 15 тысяч, а возможно и 60 тысяч лет.
Неожиданный механизм действия CRISPR
Система CRISPR/Cas III типа обеспечивает защиту клетки от вирусов за счет выработки молекул циклического олигоаденилата (cAn), которые, в свою очередь, активируют эффекторные белки, содержащие домен CARF. Авторы новой работы, опубликованной в Cell, изучили функции и структуру эффекторного белка, в котором домен CARF слит с аденозиндезаминазным доменом Cad1. Авторы продемонстрировали, что при связывании cA4 и cA6 с CARF домен Cad1 превращает АТФ в инозинтрифосфат. Активация Cad1 тормозит рост клетки, что препятствует развитию фаговой инфекции.
Вирусы растений можно использовать в терапии рака
Вирусологи биологического факультета МГУ совместно с коллегами из Сеченовского университета предложили использовать в терапии рака сферические частицы вируса табачной мозаики (ВТМ) и вируса мозаики альтернантеры (ВМАльт) при лечении саркомы Юинга. Исследование опубликовано в журнале Viruses.
В работе впервые был применен новый тип структурно модифицированных сферических частиц (СЧ), полученных из вирионов и вирусоподобных частиц вируса растений - ВМАльт, а также хорошо изученные СЧ ВТМ, в качестве платформ для доставки лекарственных препаратов в клеточной линии саркомы Юинга.
«Первоначально мы работали со сферическими частицами ВТМ, однако выяснилось, что структурно модифицированные частицы ВМАльт могут оказаться более перспективными. У них на поверхности больше активных групп, таким образом, есть возможность загрузить ее гораздо большим и разнообразным количеством лекарственных препаратов против онкологических заболеваний.», — сообщила заведующая кафедрой вирусологии биологического факультета МГУ Ольга Карпова.
Эффективность проникновения СЧ ВМАльт в опубликованных экспериментах была выше, чем у СЧ ВТМ.
Саркома Юинга (ЭС) - агрессивная опухоль мезенхимального происхождения, на долю которой, согласно различным данным и классификациям, приходится от 10% до 15% всех сарком костей. Это заболевание требует разработки новых терапевтических подходов и использование системы доставки может повысить эффективность терапии ЭС при одновременном снижении частоты побочных эффектов. Использование структурно модифицированных растительных вирусных частиц, в частности СЧ ВМАльт, в качестве платформы для лекарств и систем доставки обладает значительным потенциалом в разработке противоопухолевых средств.
https://indicator.ru/medicine/virusy-rastenii-mozhno-ispolzovat-v-terapii-raka-29-10-2024.htm
Представляем крысу, которая умнее большинства людей
Российская биотех-лаборатория Neiry совместно с учеными из МГУ презентовала первые результаты уникального эксперимента — впервые в мире ученые и разработчики подключили мозг крысы к искусственному интеллекту (ИИ). Крыса умеет отвечать на любые вопросы с помощью клавиатуры.
Пифия — первая в мире самая умная лабораторная крыса, которая может ответить на любой вопрос по физике, истории, математике и, конечно же, нейрофизиологии. Ее мозг подключен к искусственному интеллекту (ИИ). С помощью ИИ у нее есть доступ к любой информации в интернете.
Научная группа имплантировала инвазивный нейроинтерфейс непосредственно в мозг крысы. Электроды нейроинтерфейса позволяют стимулировать определенным способом особые зоны мозга крысы.
Нейроинтерфейс работает в паре с ИИ, доработанном специальным образом командой проекта.
Ученые устно задают любой вопрос, а ИИ подсказывает крысе верный ответ с помощью электрической стимуляции мозга.
Для крысы «подсказка от ИИ» выглядит как ощущения в теле. Она испытывает определенные ощущения в определенном месте, когда надо ответить «да», и в другом — когда ответ «нет». За правильный ответ Пифия получает вознаграждение.
Именно поэтому Neiry и ученые из МГУ назвали будущий продукт «Искусственная интуиция» (ИИнтуиция).
Таким образом, грызун был «проапгрейжен» и теперь может отвечать на вопросы с помощью ИИ. Точно так же в обозримой перспективе сможет сделать любой человек с имплантированным нейроинтерфейсом.
«То, что происходит сейчас здесь — это революция. Здесь соединяются ИИ и мозг крысы, затем других животных и, в конце концов, человека. Зачем это нужно? Нам надо решить экзистенциальную проблему. ИИ для нас помощник или соперник? Как мы будем с ним жить? По мне, так будем жить хорошо, мирно сосуществовать. Когда ИИ интегрируется с естественным интеллектом, они будут работать вместе. ИИ будет делать то, что он делает хорошо: запоминать огромные массивы информации, обрабатывать ее и передавать естественному мозгу. А естественный мозг будет заниматься своими задачами: связанными с творчеством, интуицией, а также с сознанием. Это только начало, впереди нас ждет революция!», — Михаил Лебедев, профессор МГУ.
Эксперимент «Пифия» проводится в рамках совместного исследовательского проекта Neiry и МГУ — «ИИнтуиция». Цель этого проекта — разработка инвазивных нейроинтерфейсов, в перспективе планируется создать пользовательский продукт, который поможет соединить мозг человека со знаниями всего человечества.
https://neiry.ru/mindtracker-zoom/tpost/p1o2t7kbt1-predstavlyaem-krisu-kotoraya-umnee-bolsh
Ученые выявили, скопления каких веществ и клеток приводит к старению ткани
Исследователи из 27 научных учреждений в Китае обнаружили в стареющих тканях участки так называемых чувствительных к старению пятен с беспорядочным расположением элементов внутри них. В этих пятнах также скапливались плазматические клетки, а вокруг активно экспрессировался иммуноглобулин G. Результаты позволяют лучше понять процесс старения. Исследование опубликовано в журнале Cell.
Иммуноглобулины — защитные белки, которые иммунная система производит для борьбы с вирусами, бактериями, паразитами и аллергенами. Долгое время исследователи ведут поиск биомаркеров и ключевых факторов старения и сейчас они предположили, что защитные вещества, иммуноглобулины, могут быть задействованы в этом процессе.
Научная команда проанализировала миллионы пространственных точек в девяти органов самцов мышей и создала транскриптомные карты этих органов. Эти карты также назывались геронтологической географией и детализировали пространственное распределение более 70 типов клеток в органах. Они выявляли общие закономерности нарушения структуры тканей и потери клеточной идентичности как отличительных признаков старения. Для понимания характера организации тканей ученые использовали метод анализа энтропии организационной структуры.
Исследователи обнаружили, что усиление пространственного структурного беспорядка и потеря клеточной идентичности являются универсальными признаками системного старения. Это позволяет предположить, что пространственное структурное повреждение может быть основной причиной снижения функциональности органов в процессе старения.
Команда также определила чувствительные к старению пятна (от английского senescence-sensitive spots, SSS). Они были структурными областями в различных тканях, более восприимчивыми к эффектам старения. Ученые обнаружили, что области, близкие к SSS, демонстрируют более высокую структурную беспорядочность ткани и большую потерю клеточной идентичности, что указывает на то, что SSS может быть ядром старения органов.
Примечательно, что в иммунных органах плазматические клетки, которые отвечают за синтез антител, и клетки со специфическими структурами и функциями были основными компонентами микросреды SSS. Уровни экспрессии генов, связанных с иммуноглобулинами, в этих клетках увеличиваются около SSS.
Исследователи также обнаружили, что иммуноглобулин G (IgG) накапливается во многих тканях и органах во время старения у людей и мышей, что предполагает, что уровни IgG могут служить новым биомаркером старения. Более того, было обнаружено, что IgG напрямую вызывает старение в макрофагах и микроглии человека и мыши, высвобождая воспалительные факторы. Интересно, что инъекция IgG молодым мышам вызывала старение во многих тканях и органах, демонстрируя его мощные эффекты старения.
«Это исследование является значительным шагом вперед, поскольку оно позволяет точно определить эпицентры старения во многих органах и раскрыть накопление иммуноглобулинов как ключевую характеристику и движущую силу старения», — отметил Гуан-Хуэй Лю из Института зоологии.
https://inscience.news/ru/article/world-science/biology/17377
*АМКСБ в стиле Николая Рериха