НАУЧНИТЕ СЪБИТИЯ В СЪВРЕМЕННАТА БИОЛОГИЯ ЗА 2017

В навечерието на всяка нова година сме свикнали да си правим равносметка и да си припомняме  онези моменти, които са ни въздействали най-силно. 

И ние, учените, всяка година като на филмова лента си припомняме най-важните научни открития и запомнящи се събития в сферата на биологичната наука.

Без съмнение 2017 година беше наситена с научни събития. 
Много трудно ще бъде да представим всички. Ще се съсредоточим върху на най-грандиозните събития в биологията и медицината през тази година.

1. CRISPR – или как една технология превзема света около нас

На първо място безспорно класираме CRISPR.

И през тази година системата CRISPR/Cas9 не слезе от първите страници на научните и научно-популярните списания.

Какво е новото?

Използвайки CRISPR, учени успяха да подобрят слуха на глухи мишки чрез генно редактиране. Те делетираха гена Tmc1, притежаващ мутация, която води до глухота и значително подобриха слуха на мишки.

В този случай бе направен и друг напредък. Най-трудната част на генната терапия е доставянето на CRISPR редактираното копие на гена до генома на клетките. Досега за тази цел се използваха вируси. Новото през 2017 е, че учените успешно доставиха CRISPR до клетките в ухото, след предварително опаковане на генно редактираното копие в липидна обвивка.   
При хората също се среща глухота, която се дължи на мутация в гена Tmc1,  затова и тези успехи на генното редактиране дават надежда за скорошно създаване на терапия на този вид глухота.

2. Рак – в търсене на лекарството

Бе поставено истинско начало в опитите на учените да преборят рака. Беше разработена успешна имунотерапия на рака.

В какво обаче се състои тази научна разработка, която дава големи надежди на онколозите?!

Чрез генни манипулации имунни клетки на пациенти се настройват така, че собствената имунна система на раково болния пациент да се бори успешно с раковите клетки. През август Агенцията за контрол на храните и лекарствата (на английски: Food and Drug Administration, FDA, USFDA) разреши използването при определени случаи на генна терапия за лечение на остра левкемия.

3. Стволови клетки – надеждата на съвременната медицина или?!

В действие е първата клетъчна терапия със стволови клетки на ембриони. Cecilia Göterström от Каролинския институт в Стокхолм, Швеция заедно със своя екип за първи път проведоха уникален опит за терапия на човешки ембриони. Те се опитват да излекуват още  в утробата фетуси със заболяването остеогенезис имперфекта или известно като заболяване на трошливите кости. Бебетата, родени с това заболяване, имат много слаби лесно чупещи се кости поради наличие на мутация в гена за колаген. 

Екипът на Göterström е получил разрешение да инжектира мезенхимни стволови клетки в зародишите на 30 бременни жени, като надеждата е тези клетки да произведат достатъчно количество нормален колаген и така да заздравят костите на бъдещите бебета.

Планира се тази операция да бъде извършена в 20-та седмица от забременяването. Ако експериментът е успешен, то това ще бъде първата клетъчно-стволова терапия върху еммбриони. 
Какво ще последва е трудно да се предскаже, но потенциалът е огромен.

доц. д-р Георги Милошев Специалности: Молекулярна биология и генетика, Епигенетика, Генотоксикология, Екогенотоксикология, Нутригеномика и Епигеномика, Генетика и Епигенетика на асистираната репродукция, Епигенетика на остаряването Дългогодишен популяризатор на науката в България.

доц. д-р Милена Георгиева Специалности:   Генетика, Епигенетика, Молекулярна биология, Нутригеномика, Нутриепигеномика, Епигенетика на заболяванията и остаряването Популяризатор на науката в България.

НАЙ-ВАЖНИТЕ НАУЧНИ ОТКРИТИЯ ЗА 2016 В ОБЛАСТТА НА БИОМЕДИЦИНАТА

И 2016 година не мина без нови и до известна степен изненадващи открития в областта на биомедицината. Някои от тях не са точно открития на миналата година, но представляват бързо приложение на наскоро направени открития. 

Това ни навежда на мисълта, че в областта на биомедицината  

БЪДЕЩЕТО НЕ Е ДАЛЕЧ – ТО ВЕЧЕ Е ТУК И СЕ СЛУЧВА!

Ето нашата подборка за най-важните и перспективни научни достижения на 2016-та:

СЪЗДАВАНЕ НА ЖИВ ОРГАНИЗЪМ С МИНИМАЛЕН БРОЙ ГЕНИ

Екипът на д-р Крейг Вентер, който участва в секвенирането на човешкия геном, успя изкуствено да създаде жив организъм, който да съдържа най-малкия възможен брой гени – 473. Екипът изкуствено синтезира само половината от гените на Mycoplasma micoides, успя да ги трансплантира в бактериална клетка и да създаде жив организъм. Това е единственият по рода си свободноживущ организъм в природата, който съдържа толкова малко на брой гени. Елиминирани са всичките останали гени, които се считат за ненужни в тези клетки. Със сигурност това е стъпка към синтетичното, изкуствено създаване на геноми и живи организми. И въпреки че това е основна задача пред синтетичната биология в бъдеще, това научно достижение е и голяма стъпка към разгадаване на човешкия геном. След приключване на проекта „Човешки геном“, който целеше неговото пълно разчитане, учените останаха изненадани от големия процент ДНК последователности в човешкия геном, които нямат строго определени функции. Наричат ги тъмната материя на човешкия геном и са безбрежна зона за научни анализи в момента.

ТРОЙНО РОДИТЕЛСТВО или т. нар. МИТОХОНДРИАЛНА ГЕННА ТЕРАПИЯ

През септември ендокринолози от репродуктивен център в Ню Йорк завладяха общественото внимание, съобщавайки за използването на така наречената „Митохондриална терапия“ и раждането на здраво дете от майка, носител на фатален генетичен дефект. Касае се за генетично заболяване, при което митохондриите на майката са засегнати и не могат да изпълняват функциите си, а имено доставка на енергия за клетките и всички жизнени процеси. Методът се основава на преместването на ядрото от яйцеклетка на  жена, чиито митохондрии са засегнати от генетичната патология, в яйцеклетка на здрава жена, в която митохондриите са наред. Впоследствие яйцеклетката се опложда със сперматозоиди на мъжа и затова методът придоби популярна известност под името „Бебе от трима родители“. Благодарение на този метод двойки с митоходриално заболяване могат да имат нормално потомство. Чрез използването на тази технология се очаква да се родят нови три бебета през 2017-та година. Така генетично модифицираните хора вече са факт, независимо че в много страни, включително  и в САЩ тази техника не е разрешена. Етичните норми и закони на тези страни не пречат обаче тези манипулации да се случват в страни от Южна Америка и Азия, и вероятно много скоро децата на трима родители ще се разхождат около нас! Нали в това е смисълът на науката – да търси и прилага нови подходи с единствената цел да помага на човечеството.

ИМУНОТЕРАПИЯ ЗА ЛЕЧЕНИЕ НА НЯКОИ ВИДОВЕ РАК

Отдавна се работи по създаването на успешна имунотерапия за лечение на рак. Едва през 2016 година международен екип от учени успя да разработи успешна имунотерапия за лечение на остра лимфобластна левкемия. Това заболяване се характеризира с висока злокачественост, лоша прогноза за пациента и резистентност към класическите терапии, прилагани при рак. Учените успяха да изолират Т клетки (клетките, отговорни за разпознаването на патогените в нашия организъм) от болните от левкемия, да модифицират тези клетки да разпознават раковите и да ги върнат обратно в кръвния ток на болния. Резултатите бяха изключителни. В 90% от случаите беше наблюдавана регресия в развитието на болестта. Разбира се, засега това е все още експериментална терапия и се прилага само на терминално болни, на които им остават само няколко месеца живот. Въпреки това, обаче, терапията показва доста обещаващи резултати и се вярва, че ще бъде революция в лечението на някои видове рак на кръвта.

МАЩАБНО ПРАКТИЧЕСКО ПРИЛОЖЕНИЕ НА ТЕХНОЛОГИЯТА ЗА РЕДАКЦИЯ НА ГЕНОМИ - CRISPR

Макар и не напълно тествана технологията за редакция на геноми CRISPR достигна такова ниво на разработка, че вече се използва за медицински цели. През октомври методът CRISPR бе приложен в Китай в опит за лечение на последна степен на белодробен рак. Дали лечението е било успешно или не ще стане ясно най-рано след година. Каквито и да са резултатите, обаче, ясно е, че тази технология навлиза стремително в най-различни практики като създаване на ядливи гъби, които не гният, редактиране на гръбначно-мозъчни клетки за лечение на сърповидно клетъчна анемия, създаване на селскостопaнски растения, устойчиви на суша. CRISPR технологията може да помогне за заличаване на цели видове насекоми и едновременно за възстановяването на изчезнали видове растения и животни, например гълъба пътник на територията на САЩ. В момента възможните приложения на CRISPR изглеждат абсолютно безбройни.

НОВО ЕПИГЕНЕТИЧНО НИВО ЗА КОНТРОЛ НА ГЕНОМА

Буквално в последните дни на 2016-та година научихме за откриването на специфичен код в РНК, който определя колко протеин ще бъде синтезиран от дадена молекула информационна РНК. Отдавна се знае, че след синтезата си информациoнните РНКи (иРНК) дават възможност за производството на различен брой копия от даден протеин, преди да се разградят. Не се знае, обаче, кой, какво и как  определя колко протеин да се синтезира. А поддържането на точното количество от даден протеин в клетката е много важно, защото се знае, че тази регулация е нарушена при повечето патологии. Например, при раковите клетки се наблюдават ненормални количества на множество протеини. Учени от Cornell University в Итака, щата Ню Йорк са открили специфичен код (метилиране на специфични места) в иРНКи, който прави точно това – регулира стабилността на съответната РНК и така определя колко протеин ще се синтезира от всяка РНК молекула. Това откритие може да даде отговор на един от най-важните въпроси в молекулярната биология, а именно, как клетката регулира точното количество на даден протеин, от което се нуждае. Ако откритието се потвърди, ще се отворят нови пътища за терапия на множество заболявания.

СТАРЕЕНЕТО КАТО ОБРАТИМ ПРОЦЕС

Всички тайничко се надяваме да намерим начин да надхитрим биологичния си часовник и да забавим, а защо не и напълно да спрем остаряването. Стареенето е сфера на изследвания в Биомедицината, където се инвестират много средства и усилия. Неслучайно едно от важните научни открития за 2016 година е свързано точно с нея. В последния месец от изминалата година екип от учени от Института Salk в Калифорния, САЩ публикуваха революционни резултати в едно най-престижните научни списания Cell, които показват, че стареенето може да бъде върнато обратно и да се стигне до подмладяване на организма. Изследванията са направени върху мишки, които имат генетична мутация, предизвикваща преждевременно стареене на техните клетки. Тези мишки са манипулирани генетично така че, когато поемат специфичен химикал с храната си, да усилват експресията на четири фактора. За тези фактори от няколко години е известно, че могат да дедиференцират клетките и от строго специализирани да ги превръщат в стволови. Мишките са третирани с този химикал в продължение на шест седмици и след това са подложени на всевъзможни проучвания, които да докажат тяхното подмладяване. И то наистина е факт. Третираните мишки показват 30% по-голяма продължителност на живота си от контролните. Физиологичното им състояние също е подобрено, митохондриите им са с по-малък процент увреждания, клетките от различни тъкани също показват подмладяване. Резултатите показват за първи път в научната история обръщане на стареенето в неговата противоположност, а именно подмладяване на организма и то само след активиране на тези четири ключови фактора. И въпреки че прилагането на такава генна терапия върху хора с цел подмладяването им да е много далечна перспектива, не трябва да забравяме, че откритието е революционно и крие голям потенциал за бъдещето.

 

доц. д-р Георги Милошев Специалности: Молекулярна биология и генетика, Епигенетика, Генотоксикология, Екогенотоксикология, Нутригеномика и Епигеномика, Генетика и Епигенетика на асистираната репродукция, Епигенетика на остаряването Дългогодишен популяризатор на науката в България.

доц. д-р Милена Георгиева Специалности:   Генетика, Епигенетика, Молекулярна биология, Нутригеномика, Нутриепигеномика, Епигенетика на заболяванията и остаряването Популяризатор на науката в България.

Е-та в храните - нов поглед

 

В броя си от септември 2014 г. Списание 8 публикува очерк със заглавие „Разрешени Е-та увреждат ДНК”. Той беше посветен на резултатите от наскоро приключило научно изследване върху влиянието на някои хранители добавки, означавани с Е номер, извършено от екипа ни (Лабораторията по молекулярна генетика към Институт по молекулярна биология към БАН) с ръководител доц. Георги Милошев.

Прилагайки иновативен метод, установихме, че 6 добавки в храните, означавани с Е, увреждат ДНК. Дори в дози, многократно по-ниски от сега разрешените, те създават риск от рак и други заболявания. 

Това са три оцветителя - еритрозин (Е127), индиго кармин (Е132) и фаст грийн (E143);  консервантът - натриев нитрит (E 250) и 4-аминоантипирин (4ААР) - с широко приложение във фармацевтичната промишленост.

Установихме, че допустимите стойности на изследваните Е-та предизвикват увреждане в ДНК. Причиняват скъсвания във веригата на ДНК – на едната или и на двете нишки. Това води до възникване на мутации в ДНК и може да повлияе негативно процесите на репликация (удвояване на ДНК) и/или транскрипция (презаписването на информация), което е опасно за организма. 
Основното следствие от уврежданията в ДНК е, че те могат да предизвикат рак.

Изследването показа, че опасността остава дори при намаляване на дозата на тестваните Е-та.

Категорични сме, че за да няма увреждане в  ДНК и съответно риск от рак, въпросните 6 Е-та трябва да са в концентрации от 10, 100 и дори 1000 пъти по-малки от сега нормативно разрешените. 

ЕПИГЕНЕТИКАТА – СИМФОНИЯ, НАПИСАНА С ИНФОРМАЦИЯТА ОТ НАШИЯ ГЕНОМ

 

Познаването на епигенетичните механизми в дълбочина е ключ към решаването на проблемите с множество заболявания, които се дължат на нарушения в начина, по който един или друг ген работи. А това е една голяма стъпка в близкото бъдеще, надяваме се, по посока на т.н. персонализирана медицина, за която дори Барак Обама говори в своята реч  при представянето на бюджета на САЩ за 2016. И въпреки че американският президент не използва точно термина „персонализирана“ медицина, той заяви, че 146 млд. долара са предвидени за изследователски програми и по-точно за развитие на т.н. „прецизна медицина“. Постижение е за биомедицинската наука и за нас учените в тази област в речта на президента на САЩ специално да се отбележи значението на тази наука за здравето на човечеството. Предвиждат се 215 млн. долара да бъдат похарчени за създаване на интегрирана медицинска база данни на 1 000 000 доброволци. В тази база данни ще бъдат депозирани данни от генетични изследвания, проведени върху тези хора, както и цялата им медицинска история. Идеята е да се създаде интегрирана платформа и да се разработи стратегия за прилагане на индивидуален подход при лечението на различни заболявания. А това е наистина сериозен поглед в бъдещето и една наистина голяма крачка в областта на съвременната медицина.

Тази мисия би била невъзможна, обаче, без познаването на епигенетиката на тези хора. Известно е, че геномът не функционира сам. Да се работи за създаване на персонализирана медицина, основавайки се само на данните от генома, е все едно да работиш в лабораторията с едната ръка, вързана отзад. Геномът на всеки един от нас работи в унисон с епигенома и само така се изпълнява генетичната програма на всеки един от нас. Това е сложен процес, който зависи и от факторите на околната среда, и от начина ни на живот. Епигеномът е над генома и точно той поема сигналите от заобикалящия ни свят, като по този начин модулира активността и работата на гените, като маркира ДНК и протеините, които я организират, по специфичен начин, който се предава в поколенията.

Неслучайно, втората крачка към персонализираната медицина беше направена вчера след публикуването в престижното научно списание Nature на първата по рода си "КАРТА НА ЧОВЕШКИЯ ЕПИГЕНОМ“. Научната публикация бележи успехите на близо десетгодишен труд на научни колективи от цял свят, които със съвместни усилия направиха задълбочен анализ и документираха някои от най-общите епигенетични модификации върху генома на 111 различни типа клетки в човешкия организъм, като специално внимание е обърнато на епигенома на стволовите клетки, на клетки от различни видове рак, на епигенома на  клетки от нервната система и др. Това е много важно, защото всички клетки в нашето тяло с много малки изключения имат напълно еднакъв геном. Въпреки това обаче те участват в изграждането на различни тъкани и органи, изпълняват различни функции. 

Ние учените вярваме, че познаването на епигенома на различните типове клетки в човешкия организъм ще създаде изключителни перспективи за манипулиране работата на геномите на тези клетки и така ще отвори нови хоризонти за справяне с човешките заболявания, които се дължат на нарушения в нормалната работа на гените. 

Така например след оповестяването на картата на човешкия епигеном се оказа, че мозъчните клетки на пациенти, починали от Алцхаймер, имат специфично метилиране на ДНК и то в участъци, в които подобно ДНК метилиране се наблюдава и в клетки от имунната ни система. Това е революционно откритие, което за първи път връзва невродегенеративно заболяване като болестта на Алцхаймер с нарушения във функционирането на имунната система. Това налага търсене на различен подход при терапията на това заболяване.

Разкриването на епигеномите на тези 111 различни типа клетки, взети от едни от най-важните органи в човешкото тяло, ще увеличи възможностите на учените да определят произхода на метастазирали тумори в човешкото тяло, защото известно е, че тези туморни клетки носят част от епигенетиката на тъканите, от които водят началото си. Познаването на произхода и епигенетиката на раковите клетки е от голямо значение за избора на правилна терапия.

Отварят се нови хоризонти пред биомедицината. Без колебание и с респект, и ние се присъединяваме към думите на изследователите, взели участие в този консорциум, които казват, че това не е краят на проекта, а по-скоро началото на ерата на Епигеномиката. Това е началото на най-висшата медицина, на която човечество ще може да се радва, медицина, която здраво стъпва върху науката за гените и тяхното функциониране. 
Една от задачите на тази наука е да изучава различни възможности за поддържане на баланс между генома и епигенома, за да бъдем здрави. 

Бъдещето е пред нас, да му се насладим!

 

д-р Милена Георгиева Специалности:   Генетика, Епигенетика, Молекулярна биология, Нутригеномика, Нутриепигеномика, Епигенетика на заболяванията и остаряването Популяризатор на науката в България.