Продолжая про ГМО человека: как создать человеко-свиной гибрид / Блог компании RUVDS.com / Хабр

Кристаллическая структура S. aureus Cas9 в комплексе с crРНК и её целевой ДНК

В прошлых постах вы просили подробнее рассказать про CRISPR/Cas9 и подходы к редактированию генома. Я просто не…

Мы с тобой одной крови

Действительно, самыми близкими нашими «родственниками» всегда называли обезьян. Сейчас наука пытается доказать: ближе всех к нам семейство поросячьих. Однако из этого не следует, что человек произошел от свиньи.

Претендовать на эту роль может каждый зверек. Совпадение в клетках дезоксирибонуклеиновой кислоты – ДНК человек имеет практически со всеми видами млекопитающих. Различия с шимпанзе в генах составляют 1-2%. Сколько совпадений со свиньями – пока неизвестно. Но уже доказано, что их кровь почти полностью совпадает с человеческой. Молекулы гормона роста схожи на 70%.

zen.yandex.ru

Элементарное сопоставление внутренностей человека и свиньи по весу поражает: человеческое сердце – 300 г, свиное – на 20 г больше, легкие соответственно – 790 г и 800 г, такие же близкие цифры по почкам и печени.

Бактериальный антивирус, который все перевернул

В 1987 году CRISPR был обнаружен японскими учеными во главе с Ёсидзуми Исино. На тот момент они обратили внимание на необычные повторы в геноме кишечной палочки, но особо значения этому не придали. И только когда аналогичные повторы нашли у археев, которые генетически очень далеки от кишечной палочки, начали поиск аналогичных структур у других прокариот. Эти фрагменты назвали CRISPR — clustered regularly interspaced short palindromic repeats. Немного позднее обнаружили еще и специальные CRISPR-ассоциированные белки — Cas (

CRISPR as

sociated protein). Ну обнаружили и обнаружили, казалось бы. Но именно они стали началом новой биотехнологической революции.

Сейчас попробую рассказать как это работает и зачем оно бактериям. Бактерии очень хотели бы выжить. Но на них любят паразитировать вирусы. Когда тебя кто-то жрет — это неприятно и надо что-то делать. В итоге, ответом стал сложный, но крайне интересный механизм. Бактерия трепетно хранит в куске своего генома сигнатуры всех злодеев, которые пытаются ее заразить. Это и есть те самые повторяющиеся палиндромные участки — CRISPR. Работают они совместно c белками из группы Cas. Нас интересует ключевой Cas9. Как это вообще выглядит вживую, если немного упростить?

Если эта система не работает, то клетка бактерии оказывается не в состоянии отличить вирусный геном, заботливо введенный бактериофагом, от ее собственного. И не сильно умная система синтеза белка немедленно переориентируется на выпуск новых поколений фагов. Клетка гибнет.

Если CRISPR/Cas9 срабатывает, то процесс идет иначе. Бактерия использует данные, записанные в CRISPR для создания управляющей РНК. Комплекс белков начинает раскручивание ДНК с целью проверки перед «запуском». В случае, если последовательность совпадает с вирусными сигнатурами, записанными в CRISPR, Cas9 поднимает тревогу и немедленно отрезает распознанный вражеский фрагмент. То есть, даже если вирус встроился в геном бактерии на уровне «прошивки», то он будет оттуда вырезан сразу, как только его распознает встроенный антивирус.

Комментарии 10

sullen 27.01.2017 23:09

[

Материал

]

Чёрные, белые, жёлтые…и все с одной звездульки? Ну-ну…

sullen 27.01.2017 23:06

[

Материал

]

Шин, гибриды не дают потомства. А по поводу золотого микроскопа – у меня есть золотая “луковица”, вещь старинная цены немерянной. Но часовщиков в нашем роду отродясь небыло.

l7yzo 27.01.2017 14:53

[

Материал

]

Не знаю как тебе, мне бабушка говорила, что мы потомки не свиней, да и не обезьян. Скорей всего это они, потомки “деградирующие” до состояния животного человек.

kiskamau 27.01.2017 14:46

[

Материал

]

Так свинья и есть гибрид кабана с человеком.

Guest 27.01.2017 13:53

[

Материал

]

Нашли чем удивить – вон китаезы давно уже после расстрела заключенных сразу на органы пускают…

Анубис 27.01.2017 12:57

[

Материал

]

И в скором времени американский континент будут населять гомосвинтусы…

biggrin

msozzy 27.01.2017 10:31

[

Материал

]

Я не думаю что они этот гибрид создавали . Они просто выкрали в России несколько чиновников .

sullen 27.01.2017 23:00

[

Материал

]

Зачем им где-то кого-то воровать? Этот гибрид давно процветает в Америке.

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.

[

Регистрация

|

Вход

]

Веселые поросята с непростым геномом

Этой весной в новом выпуске «Nature biomedical engineering» была опубликована статья группы ученых из Университета Миннесоты о разработанном ими блестящем способе восполнить потерю мышечной массы, особенно скелетных мышц.

Травмы, например, в результате огнестрельного ранения или автомобильной аварии, могут значительно повредить мышечную ткань, и она не подлежит восстановлению. На данный момент не существует эффективных методов лечения объемной потери мышечной массы.

Поросята, прыгающие по лаборатории ученых Миннесоты, выглядели совершенно нормально. Однако их очаровательная внешность скрывала удивительный секрет: каждый поросенок нес два разных набора генов. Оба набора принадлежали к одному виду. Но, по задумке ученых, однажды один из этих наборов может оказаться человеческим, а по лаборатории будет скакать поросенок со скелетными мышцами человека, пригодными для трансплантации.

Учёные провели второй эксперимент и при помощи геномного редактирования CRISP создали эмбрион-химеру из стволовых клеток, полученных из кожи человека и несущих ген скелетных мышц, и клеток свиньи, при помощи этого же метода лишенных гена скелетных мышц. Эмбрионы были подсажены суррогатной свинье. Согласно нынешним законам и принципам биоэтики, такие клеточные химеры можно выращивать не более 20 дней. Ученые наблюдали за эмбрионами в течение этого срока и к его окончанию могли точно сделать вывод, что у химеры сформировались зачатки скелетных мышц человека.

Описание этого эксперимента вызывает очень противоречивые чувства. Немного успокаивает, что команда не обнаружила никаких признаков того, что человеческие гены проросли в клетки, которые в конечном итоге станут нейронами или другими не мышечными клетками.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

Ваш комментарий (необязательно):

Такой одинаковый внутренний мир

Схожесть свиньи с человеческим организмом выявлена в:

  • строении челюсти и зубов;
  • морфологии и физиологии почек;
  • остроте зрения и строении глаза;
  • анатомических и физиологических особенностях сердечно-сосудистой и пищеварительной систем.

Очень близка к человеческой кожа свиньи, которая также загорает на солнце.

zen.yandex.ru

Ученые определили, что не только размеры сердца у свиньи приближены к человеку. Одинаково распределяется кровоток по ее артериям и, как и у большинства людей доминирует правостороннее кровоснабжение.

Нет принципиальных отличий в ферментативном профиле пищеварительного тракта.

Одинакова у свиней и у людей форма поджелудочной железы, что позволило, наряду со схожим составом крови, производить свиной инсулин. Позже появился человеческий и полусинтетический.

zen.yandex.ru

Нобелевская премия

За создание новых технологий, позволяющих проводить с помощью CRISPR-Cas9 редактирование генома Эмманюэль Шарпантье и Дженнифер Даудна получили Нобелевскую премию по химии 2020 года. Эта технология позволила заменить более точные на тот момент, но более сложные и дорогие методы zinc fingers и нуклеазы TALEN. Прошлые методы требовали для каждого нового локуса-мишени разработку, экспрессию и проверку совершенно новой пары полипептидов. А CRISPR-Cas9 дал стандартный инструмент, при использовании в минимальном варианте достаточно получить нужную управляющую последовательность, по которой Cas9 найдет нужный для рассечения участок.

Ладно, мы разрезали ДНК человека, дрожжей или подопытной крысы. Это круто, но теперь у нас два разорванных куска и уничтоженная цепочка. Есть несколько вариантов сшивки обратно.

image

Можно попытаться сопоставить отрезанные фрагменты по методу негомологичного соединения концов. Он слева. Если упросить, то в этом варианте мы просто пытаемся состыковать двойной разрыв напрямую и сварить в единое целое. Этот механизм довольно неэффективен, в процессе «подгонки» могут выпадать отдельные концевые участки. В результате часто теряются небольшие фрагменты в зоне обрыва или наоборот возникают короткие вставки. Этот подход обычно необратимо выключает ген, делая его дефектным.

Второй вариант более интересен. Он на иллюстрации справа. Репарация путём гомологичной рекомбинации, подразумевает замену удалённой последовательности новой последовательностью, комплементарной матрице для репарации, которую создаёт сам исследователь. В итоге есть возможность не просто выключить как-то ген, а заменить мутантную последовательность нормальной.

Основная проблема метода в том, что он вероятностный. Да, в большом проценте случаев он отработает именно так, как надо. Но во многих клетках он либо не даст нужный эффект, либо что-то к чертям сломает. И хорошо, если просто единичные клетки от этого погибнут, а не станут, например, опухолевыми. Поэтому все подобные изменения надо тщательно тестировать. К счастью, относительно

свежие подходы

по улучшению специфичности путем создания кастомной Cas9 позволяют уменьшить число ошибочных разрезов почти до нуля.

Биологическая модель человека

Все вышеперечисленные факты не доказывают, что люди происходят от свиней или наоборот. Но на сегодняшний день поросенок из-за анатомо-физиологического сходства с человеком является его наиболее точной биологической моделью. Однако размеры домашней хавроньи не очень подходят для экспериментов. Другое дело – карликовые свинки, которых удобно содержать в лабораториях и использовать для различных манипуляций.

Впервые их вывели американские ученые в середине XX века. Потом эту идею подхватили генетики из Германии, Японии, России.

Лабораторные свинки обладают высоким уровнем чувствительности к большинству медикаментов и химических веществ. Они имеют перед грызунами преимущества – их ответная реакция на препараты практически аналогична человеческой.

zen.yandex.ru

Ксенотранспланты

Как я уже говорил, массовое применение подобных техник останавливает специфичность. Если наша чудная молекула просто пропустит 20% клеток — это не страшно. Это будет значить, что 80% клеток человека с врожденной мутацией исправлены и уже начнут производить корректный фермент, адекватно делиться или делать что-то другое правильно. Как правило этого более чем достаточно, чтобы человек стал клинически здоровым.

В этом разделе я бы хотел немного рассказать о том, как редактирование генома может потенциально решить проблему донорских органов. Надо сказать, что нехватка органов для трансплантации выглядит очень печально. Огромные сроки ожидания и куча этических проблем.

Количество производимых в России трансплантаций органов

в сотни раз ниже

потребности. Если ту же почку можно пересадить от подходящего родственника, то трансплантация сердца уже гарантировано означает смерть донора. Одно из ключевых направлений в поиске неограниченного источника органов — ксенотрансплантация. Это вариант пересадки тканей и органов между разными видами. Один из наиболее подходящих по строению и размерам для человека доноров — это

свинья

, как ни странно. Приматы хоть и ближе генетически, но в основном сильно меньше в размерах и очень дороги в разведении. К сожалению, первые эксперименты по пересадке свиных органов показали, что они начинают отторгаться со сверхострой реакцией в течение нескольких минут после подключения к кровотоку.

Как доработать свинью

image

Для того, чтобы трансплант не отторгался необходимо как минимум нокаутировать целевые гены отвечающие за синтез наиболее чужеродных нам белков. Первый такой белок — это фермент альфа-1,3-галактоза, который у всех приматов необратимо сломан в процессе эволюции. Именно он вызывает начало отторжения в течение

нескольких минут

. Генная коррекция позволила создать

породу свиней

с выключенным геном, отвечающим за синтез фермента — GTKO свиньи. Хотя это значительно замедлило процесс отторжения, но полностью его не остановило. Выяснилось, что проблемными являются еще N-гликолилнейраминовая кислота и β1,4 N-ацетил галактозаминилтрансфераза, которые у приматов отсутствуют. Эти гены тоже нокаутировали и получили свиней GGTA1/CMAH/β4GALNT2 KO с выключением сразу всех трех генов. Предположительно, это сможет практически нивелировать

реакцию отторжения

. В теории, если получится еще и заставить клетки свиней синтезировать поверхностный гликопротеин CD47 человека, то совместимость будет прям

совсем отличной

.

В 2018 году была очень многообещающая

публикация

по трансплантации сердца от ГМО-свиньи бабуинам. Из 5 бабуинов только у одного были проблемы, начался отек легких по хирургическим причинам и его пришлось вывести из эксперимента раньше времени. Остальные дожили до окончания своего срока эксперимента с хорошим самочувствием. Двое до трех месяцев и двое до полугода. Были некоторые проблемы из-за роста органа, так как свиное сердце крупнее бабуиньего, но для человека это не будет проблемой.

Суррогатные мамы человеческих органов

Карликовые поросята используются не только в экспериментах по изучению болезней сердца, сосудов, язвы желудка, алкоголизма, ожирения и других заболеваний.

Сейчас проводятся уникальные опыты по пересадке свиных органов тяжелобольным людям. Ученые пробуют пересаживать сердце, печень, почки, кожу. Однако преодолеть проблему отторжения пока не могут.

Много споров в научном мире вызывают попытки выращивания человеческих органов внутри свиней. Стволовые клетки из человеческого организма помещаются в яйцеклетку свиноматок. Получается некий гибрид, из которого вырастает не организм, а отдельный орган, например, сердце.

Многие видят в этом бесчеловечность по отношению к животным, опасность передачи людям от свиней заболеваний, нарушения генетического кода.

Не ждет ли нас новый ВИЧ

image
Филогенетическое дерево ВИЧ и родственных ему вирусов у шимпанзе

Казалось бы нас ждет светлое будущее, где для производства донорских органов будет пастись отдельное стадо специальных лабораторных хрюшек. Но и тут всплывает куча этических проблем. Я подозреваю, что такой метод будет неприемлем для представителей ряда религий, что автоматически делает его недоступным для большой доли населения планеты.

А еще у свиней есть ретровирусы. К ним, например, относится такой чудесный лентивирус, как вирус иммунодефицита человека и родственные ему вирусы приматов. Считается, что именно вирус примата дал начало массовой эпидемии ВИЧ в 70-х годах прошлого века. И сейчас человек не знает, что с ним делать. Свиньи же являются носителями PERVs — porcine endogenous retroviruses. И от этих вирусов нельзя избавиться аккуратным разведением и противоэпидемическими мерами, так как вирусы уже прочно встроены в геном их клеток. Было проведено

исследование

, которое должно дать возможное решение. Для начала они взяли клетки свиньи и вырастили их на одной культуре с эмбриональными клетками из человеческой почки. Самое неприятное, что они смогли выявить человеческие клетки, инфицированные свиными ретровирусами, что потенциально говорит о такой возможности при трансплантации. В качестве решения они предложили предварительную обработку клеток с помощью CRISPR-Cas9 и полного вырезания всех вирусных фрагментов из культуры клеток почечного эпителия свиньи.

Дома Илья, а в людях свинья

Если ДНК и строение органов свиньи и человека стали сравнивать в XXI веке, то находить общие черты в характере и поведении стали давно. «Ведешь себя как свинья», «Грязный как свинья», – фразы, часто употребляемые в нашем обществе.

Тесное соседство с хавроньями позволило изучить их особенности и повадки. Это отражено в русском фольклоре – пословицах и поговорках. Иногда в них можно встретить положительные черты, к примеру, «Будь здорова как вода, богата как земля, плодовита как свинья».

Но по большей части это негативные характеристики, связанные с глупостью, нечистоплотностью, невежеством, бескультурьем. Например, «Посади свинью за стол, она и ноги на стол», «Дай свинье рога – она всех забодает».

zen.yandex.ru

Правда ли, что свинья любит грязь, узнаете, прочитав статью «Чистоплотные ли свиньи животные».

Если вам понравилось, поставьте лайк.

Напишите, пожалуйста, комментарий, высказав свое мнение о схожести свиней с человеком.

Биотех и риски

К чему все это приведет, предсказать сложно. К сожалению, риски получить экзотического вирусного мутанта от подобной трансплантации вовсе не нулевой. И есть шанс, что подобная инфекция также может распространяться тихо и незаметно, прежде чем не станет очевидной, как это произошло в свое время с ВИЧ. И все же я скорее полон оптимизма. Мы неизбежно наступим на много грабель в процессе исследований, но уже сейчас у нас появились инструменты для лечения смертельных ранее заболеваний и продления жизни людей.

oug5kh6sjydt9llengsiebnp40w.png

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...