В начале февраля 1944 года в американском журнале The Journal of Experimental Medicine была опубликована статья Освальда Эйвери (Oswald Avery), Колина Маклеода (Colin MacLeod) и Маклина Маккарти (Maclyn McCarty) об одном из важнейших открытий в области биологии. В ходе исследований, проведенных в лаборатории Рокфеллеровского медицинского института (Нью-Йорк), ученые доказали, что носителем наследственной информации, «материалом» генов, является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Сегодня мы знаем, что молекула ДНК – носитель кода, который управляет химизмом всего живого, а двойная спираль молекулы ДНК стала одним из самых известных научных символов. МедНовости рассказывают, какие открытия в этой области были совершены за последний год.

Расширяем лексикон

Ученые из Научно-исследовательского института Скриппса (ScrippsResearchInstitute) в ходе экспериментов создали организм с расширенным генетическим кодом. Важность этого открытия заключается в том, что, несмотря на большое разнообразие форм жизни на Земле, все виды имеют одинаковый генетический код. Он состоит из четырех нуклеотидов («кирпичиков») ДНК, которые обозначаются латинскими буквами A, C, G и T. Именно последовательностью этих химических единиц определяется, какие белки производит клетка. Ученые создали два новых нуклеотида (X и Y) и добавили эту пару в бактерию E. coli (кишечную палочку). Она смогла размножаться, воспроизводя как искусственные химические единицы, так и естественные.

Авторы считают, что расширенный генетический алфавит поможет при синтезе новых видов белков. Однако пока не доказаны ни возможность существования организма с несколькими парами новых нуклеотидов (в ходе исследований ученые добавляли только одну пару X-Y), ни сроки функционирования организма с «подсаженными» нуклеотидами (в статье говорится о 24 делениях в течение 15 часов).

Стать умнее

Международная научная группа ENIGMA (Enhancing Neuro Imaging Genetics through Meta-Analysis), которая проводит генетические исследования нервной системы с помощью мета-анализа, выделила восемь ключевых участков ДНК, которые отвечают за формирование мозга. Ученые проанализировали снимки МРТ (магниторезонансной томографии) более чем 30 тысяч человек и сравнили их с данными, полученными при анализе их геномов.

Авторы работы искали совпадения между особенностями генотипа и степенью развития некоторых ключевых участков мозга. Ученые анализировали работу гиппокампа, отвечающего за память и обучение, хвостатого ядра, обеспечивающего работу двигательных и вегетативных функций, путамена, или «скорлупы», регулирующего движение и некоторые виды обучения. Стоит отметить, что в ходе исследований ученые не учитывали строение неокортекса (часть коры больших полушарий, которая отвечает за высший уровень координации работы мозга), поскольку его строение слишком индивидуально и сложно, чтобы сравнивать размеры у двух разных людей.

В результате исследователи выделили восемь генов, которые связаны со степенью развития у человека указанных областей мозга. Речь идет даже не о целых генах, а о комбинациях «букв»-нуклеотидов, составляющих каждый ген. Замена одной «буквы» в каждом из этих восьми генов может уменьшить объем мозговой ткани на 1,5%. Все эти гены активно участвуют в процессе развития мозга и могут играть важную роль в его расстройствах (таких, как шизофрения и аутизм).

Редактор генома

В статье, опубликованной в журналеPLoS ONE, научная группа под руководством Даниэль Фэнслоу (Danielle Fanslow) рассказывает о разработанной ими технологии редактирования генома без вмешательства в эмбрион. Суть нового метода заключается в том, что изменения проводятся на уровне сперматозоидов отца, а точнее, так называемых сперматогониальных клеток. Это стволовые клетки, находящиеся в мужских половых железах (семенниках), из которых в несколько этапов формируются сперматозоиды.

Ученые выделяли сперматогониальные клетки из ткани мыши, проводили необходимые изменения в генах, после чего возвращали клетки на исходные позиции. В итоге, уже из «отредактированных» клеток должны созревать сперматозоиды самца, которые будут передавать при оплодотворении исправленную генетическую информацию. Правда, в течение многолетних экспериментов на мышах ученым так и не удалось добиться производства сперматозоидов и, следовательно, получить потомство, но они уверены, что в ходе дальнейших исследований смогут разобраться в причинах и отладить механизм.

Тестостерон разберется с раком

Еще с 1940-х считалось, что сокращение уровня тестостерона и других мужских половых гормонов может замедлить рост опухоли предстательной железы. Современные методы лечения этого заболевания предполагают химическую блокаду: при помощи специальных препаратов медики подавляют выработку в организме тестостерона и связанных с ним гормонов. На тяжелых стадиях рака подобная практика эффективна, хотя и чревата побочными эффектами. Однако главная проблема заключается в том, что некоторые формы рака простаты невосприимчивы к так называемой «медикаментозной кастрации».

Недавно врач-онколог Майкл Швайзер (Michael Schweizer) из университета Вашингтона в Сиэтле и его коллеги из университета Джонса Хопкинса выяснили, что при определенных видах рака предстательной железы злокачественные клетки начинают умирать, когда в организме отмечается высокая концентрация тестостерона. Об этом говорится в их статье, опубликованной в журнале Science. Исследователи предполагают, что высокие дозы полового гормона нарушают синтез ДНК в опухолевых клетках.

Швайзер и его коллеги провели клинические тесты с участием 16 мужчин с устойчивыми к химиотерапии формами рака. Кроме того, в целом ряде случаев имелись метастазы в других органах. Пациенты проходили стандартный курс химиотерапии, но помимо этого каждые 28 дней врачи делали им инъекции тестостерона. Содержание полового гормона в каждой дозе значительно превышало средний уровень тестостерона в крови. Доктор Швайзер отмечает, что они постепенно понижали концентрацию тестостерона для того, чтобы раковые клетки не могли привыкнуть к постоянному уровню полового гормона в крови, так как именно гормональные «пики» должны повредить их. Лечение было эффективно, однако вызвало у некоторых пациентов серьезные побочные эффекты.

Вино на защите ДНК

Органическое соединение ресвератрол, содержащееся в красном вине, какао и орехах, помогает защитить организм от заболеваний, вызываемых старением. Вещество стимулирует древний механизм защиты, оберегающий живые клетки от генетических повреждений. В последние десятилетия ученых интересовал процесс воздействия ресвератрола на клеточный материал, однако только недавно исследователи из Института Скриппса описали методику работы защитных механизмов, которые активирует это вещество.

Считается, что именно употребление продуктов с высоким содержанием ресвератрола может дать объяснение так называемому «французскому парадоксу»: несмотря на обилие высококалорийных и жирных блюд в местной кухне, у жителей Франции наблюдается сравнительно низкий уровень сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний. Такая тенденция наиболее ясно прослеживается в тех районах, где развита культура употребления вина.

Исследование показало, что ресвератрол по структуре похож на аминокислоту тирозин (аминокислоты – элементарные «кирпичики», из которых состоят белки). В присоединении тирозина к белковой цепи участвует фермент TyrRS. Но у него есть и другая функция: в неблагоприятных условиях TyrRS с присоединенным тирозиномпопадает в ядро и защищает ДНК от повреждений. Ученые выяснили, что ресвератрол «маскируется» под тирозин и «заставляет» TyrRS выполнять роль протектора ДНК.

Интересно, что больше всего ресвератрола в природе содержит кожура винограда. Следовательно, в красном вине его уровень выше, чем в белом, так как на время ферментации в нем обычно оставляют кожицу. Ученые считают, что несколько бокалов красного вина в день могут обеспечить количество ресвератрола, достаточное для запуска и работы защитных механизмов. Впрочем, не стоит забывать, что вместе с ресвератролом мы получаем и спирт, который, мягко говоря, не полезен.