Как генетические технологии меняют наш мир

С тех пор, как Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик раскрыли молекулярную структуру ДНК, перспектива изменения строительных блоков жизни, чтобы изменить биологию и вылечить болезни, в равной степени увлекла исследователей и писателей-фантастов. За семь десятилетий с тех пор генетические технологии расширили наши научные горизонты, проложив путь к крупным прорывам в биологических науках, здравоохранении и археологии — и мы только начинаем.

Как генетические технологии меняют наш мир

Это может звучать как сюжет из романа Майкла Крайтона, но на самом деле исследователи используют генетические инструменты, чтобы попытаться вернуть определенные виды от исчезновения.

Команда из Гарварда, возглавляемая генетиком доктором Джорджем Черчем, в настоящее время работает над воскрешением шерстистого мамонта, изменяя клетки ближайшего живого родственника древнего бегемота, азиатского слона.

Учитывая, что у этих двух видов 99,96% ДНК, этот амбициозный проект действительно требует изменения всего лишь нескольких тысяч генов слонов, чтобы вернуть мамонтообразные черты. Это может быть достигнуто благодаря технологии CRISPR, в которой рибонуклеиновая кислота (РНК) используется для направления белка Cas-9 к определенному участку ДНК, где он затем разрезает две нити двойной спирали, так что новые генетические материал можно вставить.

Подобные проекты в настоящее время реализуются, чтобы попытаться вернуть вымершего странствующего голубя и тасманского тигра, хотя реальных животных пока не создано. Вместо этого исследователи просто выращивают ткани, полученные из стволовых клеток, которые обладают определенными характеристиками, присущими этим давно потерянным видам.

Например, Черч и его коллеги изменяли ДНК стволовых клеток слона, чтобы создать красные кровяные тельца, которые могут функционировать при минусовых температурах, как и у их гигантских предшественников.

Как только им удастся вырастить кровь, жир, волосы и другие ткани, которые достаточно напоминают шерстистого мамонта, команда затем попытается создать эмбрион, который может дать начало гибриду слон-мамонт. В случае успеха этот подход не только позволит нам защитить определенные виды, находящиеся под угрозой исчезновения, от вымирания, но также может сыграть роль в борьбе с изменением климата.

Действительно, реинтродукция гигантских травоядных животных, таких как шерстистый мамонт, в Арктику, вероятно, будет способствовать росту степных трав, которые отражают солнечный свет обратно в космос и, следовательно, охлаждают регион. Это, в свою очередь, могло замедлить таяние вечной мерзлоты и предотвратить выброс огромного количества углерода, заключенного в ней.

Вернемся к жизни, и в настоящее время разрабатываются многочисленные медицинские процедуры на основе CRISPR для создания лекарств от ряда заболеваний. Например, исследователи из Пенсильванского университета в настоящее время проводят клинические испытания, чтобы выяснить, можно ли использовать инструмент редактирования генов для лечения рака.

Изменяя ДНК иммунных клеток пациентов, команда надеется повысить способность этих клеток выслеживать и уничтожать раковые клетки. Как только они будут повторно введены в организм пациентов, они смогут устранить опухоли, что в будущем произведет революцию в лечении рака

Точно так же ученые надеются использовать CRISPR для лечения ВИЧ, и уже были проведены испытания, чтобы выяснить, может ли технология уничтожить вирус, повредив ген под названием CCR5, который требуется патогену для проникновения в клетки внутри тела. Первоначальные испытания показали, что процедура безопасна, и сейчас исследователи работают над повышением ее эффективности.

Генетические инструменты могут увести нас в захватывающее новое будущее, но они также могут помочь нам оглянуться назад в прошлое и раскрыть секреты нашего происхождения.

Тесты на происхождение, которые выявляют географическое происхождение, записанное в ДНК человека, стали чрезвычайно популярными в последние годы и стали возможными благодаря процессу, называемому полимеразной цепной реакцией (ПЦР).

Этот метод, который иногда называют «генетическим фотокопированием», позволяет ученым увеличивать небольшие участки ДНК, воспроизводя их миллиарды раз, чтобы обнаружить и изучить определенные гены. Процесс начинается с денатурации двойной спирали ДНК в одиночные цепи при высокой температуре, прежде чем фермент под названием Taq-полимераза соберет соответствующие нуклеотиды, чтобы перестроить каждый из них в новую двойную спираль.

Повторяя процедуру до 30 раз, можно создать огромное количество копий данного участка ДНК, что полезно для диагностики генетических заболеваний и генетического профилирования.

Известно, что этот метод был использован для изучения ДНК 42000-летнего скелета в Австралии, известного как человек Мунго, и показало, что этот древний антипод обладал определенными генетическими чертами, присущими только современным аборигенам, тем самым подтвердив их статус первых австралийцев. .

К сожалению, однако, потребовалось более десяти лет, чтобы расшифровать эти результаты, поскольку исследователи, проводившие первоначальное исследование в 2001 году, случайно заразили свой образец человека Мунго, что означает, что они невольно провели ПЦР на образце.