Обзор: "НАУКА и ОБЩЕСТВО 2024". НАУКА. 2
263 Новосибирские ученые вырастили органоиды для изучения причин наследственных болезней мозга; синтетический мох - первый шаг к созданию нового вида жизни; Light Bio начнет продавать светящиеся в темноте цветы в 2024 году; ученые нашли новую форму жизненно важных белков - актинов - читайте в первом научном обзоре февраля.
Новосибирские ученые вырастили органоиды для изучения причин наследственных болезней мозга
Сотрудники Института цитологии и генетики (ИЦИГ) СО РАН вырастили органоиды, идентичные тканям человеческого мозга, для изучения генетических причин умственной отсталости.
Ученые установили, что сбои в нейрогенезе на ранней стадии развития плода, которые приводят к умственной отсталости, могут быть связаны с мутациями в гене CNTN6.
"То, что крупные мутации приводят к драматическим последствиям, натолкнуло нас на мысль, что внутри гена могут быть функционально значимые элементы генома, которые влияют на ход нейрогенеза и на изучении которых и надо сосредоточиться", - комментирует младший научный сотрудник ИЦИГ Татьяна Шнайдер.
Ученые сосредоточились на участках генома, известных как HAR-элементы (от английского Human accelerated regions). Их начали исследовать только в последние годы, и уже установлено, что они не претерпевали особых изменений на протяжении всей эволюции позвоночных. Но у человека эти участки стали меняться с большой скоростью. Большинство HAR являются энхансерами, то есть стимулирующими активность генов, и располагаются вблизи генов, регулирующих раннее развитие, в том числе головного мозга. Возможно, HAR-элементы стали одним из механизмов эволюции мозга, приведшей к развитию у предков современного человека речи и абстрактного мышления.
Два таких элемента есть в гене СNTN6. Для изучения их роли в нейрогенезе человека исследователи удалили из генома клеток участки, содержащие HAR, и вырастили из него церебральные 3D-органоиды - трехмерные ткани, которые по строению очень близки к тканям мозга. Результаты показали, что удаление клеток-энхансеров приводит к нарушениям. Сейчас команда исследователей во главе с Татьяной Шнайдер хочет более детально изучить "выключение" каждого элемента и его влияние на процесс нейрогенеза.
Синтетический мох: первый шаг к созданию нового вида жизни
В конце 2023 года учёные достигли значительного прогресса в области синтетической биологии, заменив половину генетического материала дрожжевых клеток искусственной ДНК. Открытие стало важной вехой в 18-летнем проекте по созданию альтернативных версий каждой хромосомы дрожжей. Несмотря на наличие 7,5 синтетических хромосом, клетки продолжали размножаться и процветать.
Новое исследование переносит нас выше по эволюционной цепочке к созданию искусственно созданных растений. В рамках проекта SynMoss команда из Китая перепроектировала часть одной хромосомы во мхе, что привело к появлению частично синтетического растения, способного нормально расти и производить споры. Это один из первых случаев, когда многоклеточное существо несёт в себе частично искусственную хромосому.
Изменения в ДНК не только удовлетворяют научное любопытство. Эксперименты помогают расшифровать эволюционную историю, выявить ключевые участки ДНК, отвечающие за стабильность хромосом или вызывающие заболевания, а также лучше понять «тёмную материю» ДНК — загадочные последовательности, не кодирующие белки.
Синтетические организмы облегчают инженерное вмешательство в живые существа. Например, бактерии и дрожжи уже используются для производства пива и жизненно важных лекарств, таких как инсулин. Внесение изменений в геном позволяет придать таким клеткам новые способности.
В отличие от бактерий, дрожжи являются эукариотическими клетками, к которой относятся растения, животные и человек. Наша ДНК защищена в ядре, что усложняет задачу для синтетических биологов.
Light Bio начнет продавать светящиеся в темноте цветы в 2024 году
Биолюминесцентные петунии были генетически спроектированы так, чтобы излучать собственный неоновый зеленый свет.
Комнатные растения в последнее время пользуются большой популярностью, но скоро они могут показаться довольно скучными по сравнению со светящимися в темноте петуниями от компании Light Bio. Биотехнологический стартап из штата Айдахо официально получил разрешение от Министерства сельского хозяйства США на продажу генетически модифицированных биолюминесцентных цветов в Соединенных Штатах. Ожидается, что поставки начнутся в начале 2024 года.
Вдохновением для создания необычных растений Light Bio послужили биолюминесцентные насекомые, морские обитатели и грибы. Они светятся, когда кислород взаимодействует с люциферином, который образуется под действием фермента люциферазы. Считается, что в результате такого взаимодействия выделяется энергия, которая проявляется в виде света, что и приводит к эффекту свечения изнутри, который мы так любим в светлячках и медузах.
Основатели компании Light Bio, Карен Саркисян (синтетический биолог) и Кит Вуд (химик), посвятили значительную часть своей карьеры изучению биолюминесценции, прежде чем запустили свой стартап. Ранее Саркисян вместе с группой ученых внедрили в растения табака ферменты, вырабатывающие свет, что заставило их светиться. В то же время Кит Вуд помог своей команде применить ген, содержащийся в светлячках, для создания первого генно-модифицированного светящегося в темноте растения в 1980-х годах, хотя для его функционирования необходимо было опрыскивать растение специальным химикатом.
С тех пор Саркисян и Вуд придумали, как заставить растения светиться самостоятельно. Их процесс фокусируется на молекуле, называемой кофейной кислотой. У растений кофейная кислота помогает строить клеточные стенки; у грибов он превращается в люциферин. Именно этот последний процесс заинтересовал компанию Light Bio. Компания взяла ген, ответственный за преобразование кофейной кислоты в люциферин (называемый неомицинфосфотрансферазой II или NPTII), и добавила его в растение петунии. В результате получился обычный домашний цветок, который излучает неоново-зеленый свет ночью или когда свет выключен.
Изучив, привлекают ли петунии Light Bio больше вредителей, чем обычные петунии, Министерство сельского хозяйства США 6 сентября одобрило продажу этих светящихся в темноте цветов в США. Это хорошие новости для 10 000 человек, ожидающих появления продукции от Light Bio, но плохие новости для тех, кто считает, что биолюминесцентные растения могут нарушить местную экосистему. Однако основатели компании Light Bio предусмотрели возможную критику своих светящихся в темноте растений и выступили с заявлением.
«Петунии обычно выращиваются в созданных человеком средах, где люди живут и работают каждый день, например, дома, на предприятиях или в ботанических садах», — написал
Саркисян в своем заявлении в Министерство сельского хозяйства. «Обычно в таких условиях ночное освещение от искусственного освещения намного превышает световое излучение автолюминесцентных петуний».
Ученые нашли новую форму жизненно важных белков — актинов
Ученые из Московского физико-технического института совместно с коллегами из Института цитологии РАН, Объединенного института ядерных исследований и Университета Южной Флориды (США) изучили инактивированную форму белка актина. Это исследование поможет в понимании механизмов функционирования ядра живой клетки — органеллы, в которой сосредоточен наследственный аппарат, и в разработке новых методов терапии возрастных заболеваний. Работа опубликована в журнале Biochemical and Biophysical Research Communications.
Нормальное функционирование ядра определяет жизнь и развитие клеток, органов, всего организма в целом, а малейший сбой приводит к заболеваниям. Лишь доскональное изучение механизмов функционирования всех ядерных компонентов позволит надеяться на то, что в будущем удастся не только понять причины многих тяжелых заболеваний, но, возможно, и предотвратить их.
«Актин — один из наиболее распространенных белков. Он может существовать как в глобулярной форме (G-актин), так и в фибриллярной (F-актин), возникающей, когда молекулы G-актина, соединяясь друг с другом, образуют длинную цепь, похожую на бусы. Больше всего F-актина в мышечных клетках. Во многом благодаря актину происходят сокращение и растяжение мышц, что является главным механизмом работы внутренних органов и движения тела. Кроме того, F-актин содержится в цитоплазме каждой клетки организма, участвуя во многих жизненно важных процессах, в частности, он составляет основу цитоскелета — каркаса клеток, играет значимую роль при клеточном делении, клеточной подвижности и других процессах», — рассказал один из авторов научной работы, научный сотрудник Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ Юрий Рижиков.
По его словам, существование ядерного актина долгое время считалось недоказанным, однако с развитием новых методов исследования стало ясно, что он играет решающую роль в формировании хроматина, геномного и эпигенетического ландшафта, регуляции транскрипции и репарации ДНК. Ядерный актин имеет определяющее значение не только для функционирования отдельной клетки, но также для установления судьбы клетки и дифференцировки тканей и органов во время развития. Нарушения в архитектуре ядра, хроматина и генома могут явиться началом развития многих, в том числе онкологических, заболеваний.
https://scientificrussia.ru/articles/ucenye-nasli-novuu-formu-ziznenno-vaznyh-belkov-aktinov
*АМКСБ в стиле Винсента Ван Гога