6 генетических инноваций, которые могут улучшить здоровье всего человечества

6 генетических инноваций, которые могут улучшить здоровье всего человечества

6 генетических инноваций, которые могут улучшить здоровье всего человечества

Всемирный день здоровья (7 апреля) не за горами, и, чтобы отметить его, мы решили перечислить шесть генетических инноваций, которые, по нашему мнению, могут улучшить здоровье всего человечества. Для тех, кто непосредственно занимается наукой, каждый день ​​раздвигая границы известного нам мира, открытия являются нормой. Приятно оглянуться и осознать, насколько глубоки на самом деле некоторые из них. Всего лишь поколение назад сегодняшние реалии из мира генетики могли быть только на страницах научно-фантастических романов!

1. Технология секвенирования ДНК

Начатый в 1990 году проект «Геном человека» потребовал 13 лет работы международного консорциума исследователей для создания первой эталонной последовательности генетического кода человека, и это стоило около 2,7 миллиарда долларов. Технологии быстро развивались, делая секвенирование генома проще, точнее, быстрее и доступнее. И вот на рынке уже есть секвенатор MinION (Oxford Nanopore Technologies, Великобритания), который представляет собой портативное устройство для секвенирования ДНК и РНК в реальном времени. Это устройство можно приобрести в Интернете за тысячу долларов, и оно способно секвенировать геном в течение пары недель. Чтобы продемонстрировать, насколько далеко зашла эта технология, MinION использовали на Международной космической станции для проведения первого секвенирования ДНК в условиях невесомости. В целом, быстрое секвенирование ДНК человека все чаще становится одним из методов диагностики заболевания.

2. Генетические исследования популяций

Точная медицина - это подход, при котором стратегия лечения основана на знании индивидуальных генетических изменений, факторов окружающей среды и образа жизни. Многие заболевания не вызваны изменением одного гена, а связаны с множеством мутаций по всему геному, а также взаимодействием с катализаторами в окружающей среде. Чтобы понять этиологию этих сложных заболеваний и сориентироваться во всех возможных смешивающихся переменных, требуются согласованные усилия, особенно с учетом того, что один только геном человека состоит из более трех миллиардов пар оснований и более двадцати шести тысяч генов. Крупные популяционные генетические исследования обеспечивают необходимые статистические данные для выявления редких мутаций наряду с малозначительными вариантами, а также для выявления связи между воздействием окружающей среды и/или биологическим воздействием, факторами образа жизни и другими переменными. Двумя прекрасными примерами крупных популяционных исследований, способствующих развитию точной медицины, являются проект «Исследование аутизма ради знаний» (SPARK), спонсируемый Инициативой исследования аутизма Фонда Саймонса (SFARI), и проект All of Us, спонсируемый Национальным институтом здравоохранения США. Цель SPARK - привлечь к исследованию 50 000 человек с аутизмом и членов их семей для улучшения понимания, диагностики и лечения расстройств аутистического спектра (РАС). В отличие от SPARK, специализирующегося только на одном заболевании, программа исследований All of Us собирает данные миллиона участников и создает национальный ресурс, содержащий информацию от тысяч исследований, связанных с изучением всех аспектов здоровья и болезней человека. Массовые исследования обладают потенциалом для полного изучения генетической причины заболевания, тем самым позволяя разрабатывать более эффективные профилактические стратегии и методы лечения, которые приводят к реальным улучшениям для пациентов и лиц, ухаживающих за ними.

3. ДНК как запоминающее устройство

У человечества есть проблема с хранением данных - не только с данными, генерируемыми в ходе научных исследований, но и с нашей революцией в цифровых технологиях. За последние несколько лет данных появилось больше, чем за все века человеческой истории, и каждые пять лет их объем увеличивается в десять раз. Это означает, что данные появляются быстрее, чем растут мощности для их хранения. Интересное решение этой проблемы - закодировать цифровые данные в синтетическую ДНК. Теоретически в одном грамме ДНК можно разместить 215 миллионов гигабайт (215 петабайт!) информации, используя для кодирования традиционной двоичной системы нулей и единиц четыре нуклеотида ДНК. Молекула ДНК не только сверхкомпактна, но и обладает невероятной прочностью, из-за чего может прослужить тысячи лет. В 2012 году Джордж Черч и его коллеги из Гарвардской медицинской школы впервые сохранили в ДНК цифровую книгу из пятидесяти двух тысяч слов. В 2017 году та же лаборатория опубликовала в журнале Nature статью об использовании технологии редактирования генов CRISPR-Cas для «записи» короткого цифрового видео в живые геномы бактерий и его успешного извлечения. Для этого исследователи выбрали черно-белый фильм 1878 года о скачущей лошади, сделанный британским фотографом Эдвардом Мейбриджем, который теперь удостоен двойной чести быть первым из когда-либо записанных фильмов, и первым видео, когда-либо сохраненным в ДНК. Этот новый подход еще не готов для широкомасштабного использования, но потенциал у него, безусловно, есть.

4. Иммунотерапия CAR Т-клетками.

Исторически доступные варианты лечения злокачественных новообразований ограничивались хирургией, химиотерапией и/или лучевой терапией - часто очень тяжелыми для пациента методами. Недавно была открыта революционная форма иммунотерапии, называемая переносом адоптивных клеток (ACT) для генетического перепрограммирования собственных иммунных клеток пациента, чтобы они распознавали и уничтожали раковые. Суть технологии - в добавлении к иммунным клеткам рецептора, который распознает антиген, обнаруживаемый только на опухолевых клетках, и, следовательно, уничтожения только раковых клеток. Самая успешная терапия ACT - это терапия Т-клетками CAR, эквивалентная, как сказал Ренье Брентдженс, доктор медицины из Мемориального онкологического центра, «даче пациентам живого лекарства». В 2017 году FDA одобрило два препарата для лечения Т-клетками CAR для лечения детей с острым лимфобластным лейкозом (ОЛЛ) и взрослых с лимфомами. CAR Т-клеточная терапия - это индивидуальный подход в медицине, поскольку генетически модифицируются собственные Т-клетки пациента. Кроме того, терапию CAR Т-клетками можно назначить пациенту только один раз, поскольку в организме модифицированные Т-клетки способны со временем размножаться, обеспечивая длительный противораковый эффект.

5. Влияние микробиома кишечника на эффективность лекарств.

В отличие от CAR T-клеточной терапии, которая служит для оживления иммунной системы, иммунотерапия с ингибированием контрольных точек снимает ограничения, которые раковые клетки накладывают на иммунитет. Хотя существует ряд клинически доступных ингибиторов контрольных точек, их эффективность все еще под вопросом. Почему один и тот же иммунотерапевтический препарат вызывает сильный ответ у одних пациентов, а у других - нет? Ранее в Science были опубликованы три статьи, которые проиллюстрировали влияние микробиома кишечника на эффективность иммунотерапевтических препаратов. Эти исследования, проведенные Томасом Гаевски из Чикагского университета, Дженнифер Варго из онкологического центра доктора Андерсона Техасского университета и Лоуренсом Зитвогелем из онкологического кампуса Густава Русси, в общем охарактеризовали виды кишечных бактерий как «хорошие» или «плохие» в зависимости от того, присутствовали ли они у пациентов, получивших такое лечение рака. Пациенты с большей долей хороших бактерий лучше реагировали на ингибирование контрольной точки и имели более длительную ремиссию, чем пациенты с большим количеством плохих бактерий. В образцах опухолей, взятых у пациентов с большим количеством хороших бактерий, было больше иммунных клеток, способных распознавать и уничтожать раковые клетки, тогда как в образцах от пациентов с большим количеством плохих бактерий было больше клеток, подавляющих иммунную систему и делающих лечение неэффективным. Кроме того, на благоприятность исхода лечения для пациентов повлияло использование антибиотиков, нарушающих естественную бактериальную флору кишечника, перед иммунотерапией.

6. Технология редактирования генов

С появлением технологии редактирования генов возможность добавлять, удалять или изменять определенные последовательности ДНК в живых клетках стала реальностью. Одним из наиболее интересных инструментов редактирования генов является CRISPR-Cas9, аббревиатура от Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats и CRISPR-Associated Protein 9. CRISPR-Cas9 был впервые использован на эукариотических клетках в начале 2013 года Фэн Чжан из Института Броуда, Массачусетского технологического института и Гарварда. Эта технология может облегчить исследования путем быстрого создания трансгенных моделей мышей, а также потенциально вылечить генетические заболевания. На самом деле, базирующаяся в Швейцарии биотехнологическая компания Crispr Therapeutics подала заявку на разрешение тестирования продукта для редактирования генов у пациентов, страдающих бета-талассемией и серповидно-клеточной анемией - наследственными заболеваниями крови. Точно так же американская компания Editis Medicine работает над продуктом для редактирования генов для лечения редкой формы врожденной слепоты. Этот инструмент редактирования генов также можно использовать в эпигенетических исследованиях, путем добавления ацетильных групп к гистонам в определенных точках генома, вызывая изменение экспрессии целевых генов, что было продемонстрировано в исследовании 2015 года Чарльзом Герсбахом и его коллегами из Университета Дьюка. В 2017 году в Nature был опубликован эксперимент по редактированию генов на эмбриональных клетках человека с использованием инструмента CRISPR-Cas9 для исправления мутации в гене MYBPC3, которая вызывает гипертрофическую кардиомиопатию и является основной причиной внезапной смерти молодых спортсменов. Совсем недавно была обнаружена новая форма системы CRISPR, которая специально нацелена на РНК с использованием фермента Cas Cas13b. Возможность редактировать гены, несомненно, может изменить весь ход развития человечества.

Оценить статью
(0)