Генетика сегодня - одно из наиболее перспективных направлений в биологии и медицине, ее называют профессией будущего. Знакомство с генетикой начинается еще в школе. Но как объяснить ребятам, зачем она нужна? Мы решили узнать у школьников, о чем они хотели бы спросить ученых, и обратились с этими вопросами к авторам нового учебного курса по генетике ГК "Просвещение".
Генетика может возродить динозавров?
Нариман Баттулин, к. б. н., заведующий лабораторией генетики развития Института цитологии и генетики СО РАН
Окаменелости динозавров представляют собой скорее камни, чем биологические ткани животного. ДНК в этих камнях нет, поэтому непосредственного доступа к геному динозавров у генетиков нет. Однако мы можем многое узнать о вымерших динозаврах, если будем изучать ныне живущих – птиц. На уровне функционирования генома динозавры юрского периода не сильно отличаются от куриц.
В целом, у ДНК есть свой срок годности. В идеальных условиях в замороженных тканях ДНК сохраняется около миллиона лет. Так что ДНК динозавров давно исчезла, но ДНК мамонтов и шерстистых носорогов, выкопанных из вечной мерзлоты тундры, вполне можно выделить и изучить. Как этим занимаются палеогенетики, можно узнать в нашем учебном пособии.
Несмотря на то, что ДНК сохраняется в замороженных тканях мамонтов, она довольно сильно деградирует. Если в живой клетке молекулы ДНК в хромосомах имеют длину до 150 000 000 нуклеотидов, то в выкопанных тканях средний размер фрагмента составляет всего 200 нуклеотидов.
Клонировать мамонтов тоже не получится – чтобы нормально развиваться, эмбрион мамонта должен иметь целые молекулы ДНК. А собрать из таких маленьких кусочков целую молекулу – это все равно, что попытаться собрать фарфоровую вазу, разбитую на 15 миллионов кусочков.
Так что живого динозавра или мамонта мы не увидим, но я надеюсь, что с помощью генной инженерии получится создать волосатого индийского слона (такой проект сейчас разрабатывается), а это уже почти мамонт.
Я смогу создать искусственного человека лет через 15, если пойду в генетики?
Вениамин Фишман, к. б. н., заведующий сектором геномных механизмов онтогенеза Института цитологии и генетики СО РАН
Важно понимать, что все живое (кроме вирусов) состоит из клеток. А клетки – из молекул. Создать даже самую простую клетку – бактериальную – из отдельных молекул ученые пытаются уже давно. Один из нашумевших экспериментов в этой области – опыт группы Крейга Вентера, опубликованный в 2010 году в журнале Science.
Ученые заменили бактериальный геном искусственно синтезированным в лаборатории и показали, что такая "химическая" ДНК может управлять жизнедеятельностью пусть и простого, но живого организма.
Но не спешите радоваться – другие компоненты клетки, особенно белки, синтезировать в лаборатории намного сложнее. ДНК бактерии в тысячу раз короче, чем у человека, и значительно проще упакована. Поэтому сделать жизнеспособную человеческую или бактериальную клетку в химической лаборатории в обозримом будущем вряд ли удастся.
Но есть и хорошая новость. Клетки животных хорошо приспособились жить друг с другом – для этого они создали системы самоорганизации и взаимного контроля. Смешав разные клетки, можно объединить их в некоторое подобие органа или ткани.
Особенно хорошо способность к самоорганизации развита у эмбриональных клеток – ведь им приходится согласовывать свои действия во время формирования эмбриона. Об этом в нашей книге есть целая глава. Ученые давно пользуются способностью эмбриональных клеток к самоорганизации, пытаясь искусственно формировать и выращивать эмбрионы. Учитывая недавний прорыв, который совершила группа Якоба Ханы, научившись выращивать мышиных зародышей в искусственной матке до 11-го дня развития, кажется, что выращивание искусственных людей – не такая уж фантастическая задача.
А вот с выращиванием отдельных органов дело обстоит сложнее, потому что взрослые клетки не так легко самоорганизуются в разные ткани и структуры. Сейчас над этой задачей бьются многие ученые – ведь никто не откажется от запасного сердца или почки, выращенной в генетической лаборатории. Именно это направление будет наиболее активно развиваться через 15 лет.
У генетиков есть какой-нибудь план на случай всемирной катастрофы?
Сергей Седых, к. б. н., научный сотрудник лаборатории ферментов репарации Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН
Давайте разберемся, что можно понимать под "всемирной катастрофой". Серьезная проблема есть в сфере продовольствия. Почти 10% жителей Земли голодают, и трудно назвать это иначе, чем катастрофой.
Обеспечить продовольствием 8 миллиардов людей "стандартными" методами селекции – скрещиванием и отбором – вряд ли получится. Сегодня десятки трансгенных генетически модифицированных сортов (с использованием технологии рекомбинантной ДНК) и полученных редактированием генома (метод CRISPR\Cas) проходят испытания в нашей стране и уже допущены к выращиванию во многих странах. Именно они позволят не допустить продовольственной катастрофы.
Другой "катастрофой" может быть появление новой болезни, которая будет поражать население. В 2020 году знания, накопленные генетиками и генными инженерами, позволили в кратчайшие сроки создать новые вакцины для профилактики новой коронавирусной инфекции. Думаю, и с другими мы справимся.
Но готовы ли генетики спасти человечество в случае всемирной катастрофы? Мы-то готовы, но лучше, чтобы человечество не доводило себя до катастрофы и прислушивалось к тому, что ему советуют ученые.
Как работает лекарство от Covid-19?
Михаил Карташов, к. б. н., старший научный сотрудник отдела молекулярной вирусологии ГНЦ вирусологии и биотехнологии "Вектор"
Вирусы, несмотря на всю кажущуюся простоту строения, достаточно коварны. В большинстве случаев лечение вирусных инфекций сводится к устранению симптомов. В отличие от тех же бактерий, против которых у врачей существует большой арсенал антибиотиков, настоящего оружия против вирусов разработано еще очень мало (зато есть над чем трудиться будущим поколениям биологов).
Но у вирусов есть одно слабое место, отличающее их от остальных организмов. Для своего размножения они обязательно должны проникать в клетки своего хозяина. Лучшее средство борьбы с ними – установление преграды на этом пути. От инфицирования вирусами нас спасает иммунная система, на страже которой находятся два грозных оружия – специальные клетки-киллеры и антитела. Кроме того, иммунная система имеет хорошую память и надолго запоминает всех чужеродных врагов в лицо.
Чтобы иммунная система смогла отразить нашествие коронавируса еще на подступах к организму, нужно предупредить ее об этом незваном госте и заранее вооружить нужным оружием. Все это достигается с помощью вакцинации.
Ученые изобрели разные типы вакцин от коронавируса. В одних представлены только небольшие кусочки от коронавируса, своего рода отдельные пазлы. В других это может быть безобидный для нашего организма вирус, но измененный таким образом, что отдельными частями напоминает коронавирусные "пазлы". В третьем типе коронавирус уже полностью убит (инактивирован). Главное, что вакцина полностью безопасна для организма, но обучает иммунную систему знать врага в лицо!
У мармеладного медведя тоже есть ДНК?
Елена Воронина, к. б. н., доцент, научный сотрудник лаборатории фармакогеномики Института химической биологии и фундаментальной медицины
Мармеладные мишки производятся на основе желатина или агара. В их состав входят также сахар, сироп глюкозы, крахмал, специи, лимонная кислота, пищевые красители.
ДНК в компонентах не указана, однако, желатин получают из хрящей животных. В хрящевой ткани присутствуют клетки, а в них есть ДНК. Так что в мармеладном мишке могут быть остатки ДНК животного, хрящи которого использовали для приготовления желатина.
Однако стоит отметить, что в процессе получения желатина из хрящей требуется длительное кипячение, которое разрушает ДНК. Поэтому даже если ДНК содержится в мармеладных мишках, то ее очень-очень мало, и она сильно разрушена.
Агар получают из водорослей, и остатки их ДНК также могут сохраняться в мармеладном мишке, но в очень незначительных количествах. Выделить ДНК из мармеладного медвежонка не удастся, так как желатин и агар сильно мешают выделению ДНК, как бы запутывая молекулы ДНК в своих молекулах.
