Vi kan redan ändra vårt DNA, men låt oss göra det klokt. Hur och varför förändras en persons DNA under hela livet? Ändrar Lewis strukturen av DNA

Innan du svarar på frågan är det fortfarande nödvändigt att genomföra ett kort utbildningsprogram om genetik.

1. Alla flercelliga organismer, inklusive vi, innehåller ett komplett genom i varje cell.
2. Genomet av varje cell kan mutera under påverkan av olika faktorer.
3. Mutationer i cellulärt DNA överförs ENDAST till dotterceller
4. ENDAST mutationer i könsceller kan ärvas
5. Allt DNA består inte av gener, utan bara en relativt liten del av det.
6. De flesta mutationer gör ingenting alls.
   För en bättre förståelse av vad som händer i allmänhet skulle det vara trevligt att bryta stereotyperna lite och se på flercelliga organismer som enorma kolonier av encelliga organismer (detta är inte så långt ifrån sanningen, om så är fallet). När ett ägg befruktas börjar det dela sig. Och alla kroppens celler (vare sig det är levern, hjärnan eller näthinnan) är direkta "döttrar" till det mycket befruktade ägget, och var och en av dem, trots den yttre och funktionella skillnaden, är faktiskt dess klon i en viss generation. Vi är inte oroliga för hur differentiering sker nu, detta är ett separat och väldigt stort ämne. Det är bara viktigt att förstå det ögonblick då en cells beteende och funktion till stor del bestäms av MILJÖN i vilken den är belägen.

Men vi kan, med vissa reservationer, betrakta varje cell i kroppen som en separat organism, som är så specialiserad att den inte kan överleva utanför kolonin. Så från all denna megakoloni sticker en typ av celler ut - sex. De lever i sin penna, ganska väl isolerade från omvärlden. Dessa celler är också barn till den första cellen, uppenbarligen. De bryr sig inte om vad som händer i cellerna i tarmarna, levern, njurarna, ögonen och hårsäckarna. De vet att de delar med sig i sitt hörn och försöker fånga upp så få mutationer som möjligt. Endast mutationer i dessa celler har någon chans att ärvas (eftersom inte alla är befruktade). Men de, jag upprepar, är ganska väl isolerade från de flesta yttre påverkan.

Vidare, vad är DNA egentligen? Det är bara en enorm molekyl. Lång polymer. Han vet nästan INGENTING. Dess främsta fördel är att dess kemiska spegelkopia är fast vid varje DNA-molekyl. Därför dubbelhelixen, resp. Om vi ​​varvar ner den här molekylen och fäster en kemisk spegelkopia av den på varje matta, får vi två identiska DNA-molekyler. En imponerande apparat av proteinkomplex flyter runt DNA, som underhåller det, reparerar det, kopierar det och läser information från det. Hur detta händer, återigen, är ett separat stort ämne. Här är det viktigt att förstå att DNA bara är en enorm molekyl som kan fungera som informationsbärare, och som är lätt att kopiera. Det är ett passivt lagringsmedium.

Eftersom DNA verkligen är enormt, hos en person är det cirka 3 miljarder "bokstäver" långt, då när man kopierar det uppstår fel naturligt och oundvikligen. Jo, plus, naturligtvis, gillar vissa ämnen att reagera med DNA och bryta det också. Den mest komplexa korrekturläsningsapparaten arbetar med detta problem, men ibland tränger fortfarande fel in. Men återigen, det är inte så illa, eftersom det mesta av DNA:t inte innehåller någon användbar information. Därför påverkar de flesta mutationer ingenting alls.

Och nu det mest intressanta. Om gener.

Gener i allmänhet är inte ett välformaliserat begrepp. Som i andra saker, och mycket inom biologi, eftersom alla system i den är så komplexa och intrikat att flera undantag kan hittas från nästan varje regel. Eftersom, låt mig påminna dig, DNA är väldigt passivt, det kan bara sitta och skadas, och kroppen inte ens har några vanliga sätt att registrera i det, finns det en personal av proteinkomplex för att underhålla det. På grundval av det syntetiseras RNA, som syntetiserar proteiner (med hjälp av andra proteinkomplex).

Det finns många varianter av gener, inklusive gener som reglerar aktiviteten hos andra gener, och dessa gener regleras av vissa ämnen inuti cellen, och mängden av ämnet regleras av andra gener, vilket ... ja, ni förstår. Dessutom finns det varianter av samma gen i en population (dessa kallas alleler). Och vad varje specifik gen gör är ofta omöjligt att säga säkert, eftersom det finns dessa enorma och invecklade nätverk av ömsesidig påverkan.

Och här börjar bioinformatikerns fullständiga mardrömm. Det är inte bara svårt att ta reda på alla krångligheterna med ömsesidig påverkan, och att en gen kan påverka hundra egenskaper, och en egenskap kan påverkas av hundra gener, det finns hundratals små variationer av dessa gener, och i varje organism det finns två varianter (från pappa från mamma) och hur exakt denna samling av alleler kommer att bete sig i just detta fall är extremt svårt att säga.

Enäggstvillingar har samma uppsättning gener. Men av någon anledning kommer den ena inte ur sjukdomen, och den andra nyser aldrig. Det visar sig att vår hälsa inte bara beror på vad vi ärver från våra föräldrar, utan också på andra faktorer? Vetenskapen om epigenetik har bevisat att en person kan ändra det som är skrivet för honom, det vill säga hans DNA. På vilket sätt?

Om en person håller sig till en balanserad kost, glömmer dåliga vanor och skaffar sig goda, kommer han inte bara att kunna ändra sitt livsprogram, skrivet i sitt eget DNA, utan också föra vidare friska gener till sina ättlingar, vilket kommer att förlänga år av barn och barnbarn.

Vitlök sätter på generna

Först och främst är mat. I princip kan var och en av produkterna påverka geners arbete. Men det finns några, vars användbarhet forskare redan har bevisat 100 procent.

Bland dem finns grönt te. Grönt te innehåller katekiner (epigallocatechin-3-gallate, epicatechin, epicatechin-3-gallate, epigallocatechin), som kan undertrycka cancerframkallande gener och aktivera de gener som kan bekämpa tumörer. Att dricka 2-3 små koppar grönt te varje dag är tillräckligt för att hålla ditt DNA i beredskap mot cancer. Grönt te är särskilt användbart för kvinnor, bland vars släktingar det finns patienter med brösttumörer.

En annan produkt är vitlök. Andra föreningar fungerar i vitlök - diallylsulfid, diallyldisulfid, diallyltrisulfid. Det är nödvändigt att äta 2-3 vitlöksklyftor om dagen för att starta generna som hanterar inte bara processerna för celldöd som ger metastaser, utan också bekämpar ålderdom, förlänger livet.

Det tredje universalmedlet är soja. Soja innehåller isoflavoner (genistein, daidzein) - ett effektivt antitumörmedel mot bröstcancer, prostata, struphuvud, tjocktarm och leukemi. Forskare rekommenderar att man använder soja i kosttillskott och håller sig till den dosering som anges på förpackningarna.

Den fjärde kämpen för friska gener är druvor och produkter från det (juice och vin). Ett gäng mörka druvor (det är 120 g druvjuice eller 100 g torrt rött vin) som läggs till din dagliga meny kommer att förse kroppen med resveratrol, ett genförändrande ämne.

I en kost som tilltalar bra gener är det värt att inkludera 100 g mörkröda tomater (substans lykopen) med tillsats av olivolja. Tomater bör ätas fyra gånger mer om det finns cancerpatienter i familjen.

En annan grönsak som dina arvtagare kommer att minnas med ett vänligt ord är broccoli (substans indol-3-karbinol). 100 g broccoli - vardera, 300 g - med risk för cancer.

Se till att äta nötter, fisk, ägg och svamp – de förser kroppen med mikroelement selen och zink, som också förändrar DNA.

Den feta konstitutionen var fixerad i genomet

Generernas arbete beror på kosten. Dieten bör vara lågkalori (högst 2 tusen kcal per dag). Det fördröjer åldrandet av en person, garanterar livslängd för hans barn och barnbarn. Epigenetik förklarar också fetmaepidemin som har brutit ut idag: vi blir mer och mer mätta eftersom våra mammor äter för mycket före och under graviditeten. Detta bekräftas av experiment som utförts på djur: övermatade möss producerade varje gång ännu mer överviktiga avkommor, och en liknande konstitution fixerades i genomet.

Gener gillar när deras ägare håller sig i god fysisk form. Forskare har fastställt att regelbunden träning i 45 dagar på en vanlig motionscykel aktiverar cirka 500 gener! Och om du övar regelbundet och längre kan du ändra ännu fler gener till det bättre.

Om dåliga vanor skrivna omskrivna. Men inverkan av cigaretter, alkohol och droger direkt på gener har först nyligen bevisats. Det visar sig att mer än 150 sektioner av DNA hos kroniska alkoholister får onormal aktivitet. Resultat: alkoholisten kan inte koncentrera sig, kommer inte ihåg någonting, kan inte kontrollera sina känslor. Men det tråkigaste är att han överför sjuka gener till avkommor.

Och cirka 120 gener förblir förändrade även 10 år efter att man slutat cigaretter. Och återigen, bland dem finns de viktigaste generna som styr celldelningen. Resultatet är cancer hos rökaren. Men det finns anledning till optimism: gener kan korrigeras, och ju mindre erfarenhet av beroende, desto snabbare kan detta göras.

Gener påverkas också av känslor, både positiva och negativa, som tas emot i hemmet, i familjen, på jobbet.

Och slutligen den ekologiska situationen som en person lever i. Uppenbarligen leder även industriutsläpp, bilavgaser, nitrater i mat, förorenat vatten till nedbrytningar i generna.

Vill du leva längre? Önskar du hälsa till dina barn och barnbarn? Ta sedan hand om dina gener.

Nu vet du hur man gör?

Human genteknik verkar fortfarande för oss, vanliga människor, något utanför science fiction-området. Desto mer överraskande var rapporten från The Telegraph, som sa att det brittiska etiska rådet tillät genteknik av mänskliga embryon. Det är tydligt att det från Etikrådets rekommendationer till lagen om genetiska ingrepp finns ett ”stort avstånd”, men det första steget verkar ha tagits.

The Telegraph kontaktade professor Karen Jung, ordförande för Genome Editing and Human Reproduction Working Group, för en kommentar. Ms Professor sade att i framtiden, bland de reproduktionsteknologier kan vara införandet av ärftliga förändringar i genomet för att säkerställa vissa egenskaper hos barn. Till en början kommer naturligtvis ärftliga sjukdomar att hanteras på detta sätt, men sedan "om tekniken utvecklas framgångsrikt har den potential att bli en alternativ reproduktiv strategi tillgänglig för föräldrar för att uppnå ett bredare spektrum av mål."

På frågan om genetisk redigering kan användas för att göra barn långa, med blont hår och blå ögon (ja, om ett sådant utseende plötsligt är på modet), tillade professor Yong att hon inte heller utesluter detta ...

Men vi hade ingen etisk, utan, om jag får säga det, en teknisk fråga: kan forskare redan göra om vårt genom och ersätta blå ögon med bruna?

Vad är det mänskliga genomet (för de som hoppade över biologiklasser)

Hela vårt liv är kodat i DNA-molekyler - deoxiribonukleinsyra. Överraskande nog består alla dessa enorma molekyler av en kombination av endast fyra grundläggande element: de kvävehaltiga baserna av adenin, guanin, tymin och cytosin (de betecknas vanligtvis för korthet med de första bokstäverna - A, G, T, C). De komplexa sekvenserna av dessa element fungerar som en slags matris på vilken RNA - ribonukleinsyror syntetiseras. RNA är vår kropps "arbetshästar", var och en har sin egen specialisering. Vissa deltar i syntesen av proteiner, ställer in den korrekta sekvensen av element, andra tillför aminosyror till platsen för proteinsyntes, och andra "omformar" sina motsvarigheter genom att katalysera reaktioner som involverar RNA.

” Personligen påminner vårt genom mig om en myrstack: med DNA - en myrdrottning som oändligt lägger ägg, varifrån RNA-myror dyker upp, bland vilka det finns soldater, barnskötare, arbetare ...

Wikipedia ger detta exempel: "DNA jämförs ofta med ritningar för att göra proteiner. För att expandera på denna ingenjörs-/produktionsanalogi, om DNA är en komplett uppsättning ritningar för att tillverka proteiner som lagras i en fabrikschefs kassaskåp, så är budbärar-RNA en tillfällig arbetskopia av en ritning för en enskild del som utfärdas till en monteringsverkstad."

Välj din analogi!

DNA-molekyler finns i varje cell i vår kropp som har en kärna. Molekyler - eftersom den berömda DNA-spiralen är "hackad" i 46 "bitar" av olika storlekar, kopplade i par - dessa är 23 par av våra kromosomer.

” I varje par av kromosomer ärvde vi en från vår far och den andra från vår mamma. Det 23:e paret är ansvarigt för vårt kön, så kromosomerna i det kan skilja sig åt: "XX" för flickor, "XY" för pojkar.

I alla autosomer (icke-könade kromosomer) innehåller både kromosomen som ärvts från fadern och som ärvts från mamman liknande gener i samma regioner. Liknande - eftersom generna är vi alla, generellt sett, olika. Till exempel, i området där genen som är ansvarig för hårfärgen finns, i en kromosom av paret kommer det att finnas en blond mamma-gen, och på den andra - en brunett pappa. I det här fallet kommer en av generna att dominera, och den andra, recessiv, kommer att vänta i vingarna. Om det är han som ärvs, och om samma recessiva gen är parad med honom, så kommer han att få möjlighet att uttrycka sig.

” Denna princip om arv av genetisk information är fylld med obehagliga överraskningar. Och nu handlar vi inte alls om födelsen av en blåögd blondin i en familj av brunögda brunetter, utan om ärftliga sjukdomar. Ibland, gömda i recessiva gener, ligger de i dvala i många generationer, utan att visa sig utåt. Men så snart en sådan gen träffar sin "bror", är tragiska konsekvenser oundvikliga.

Vilken förälder som helst skulle vilja klippa ut en skadlig gen från deras DNA och ersätta den med en frisk och skydda deras avkomma. Och här återkommer vi igen till frågan: är det verkligen verkligt?

Genteknik och IVF

Svetlana Vladimirovna, genetisk analys under provrörsbefruktning, "in vitro-befruktning", är det redan en bekant sak?

” -Det har bevisats att sådan "avklämning" av celler inte leder till störningar av embryots utveckling. Denna metod är tekniskt mycket mer komplicerad och dyrare än bara en genetisk analys av fostret under graviditeten, som görs efter att man tagit fostervatten eller moderkakafragment, så den har ännu inte fått någon bred spridning.

Det vill säga, föräldrar kan bara hoppas att en dag en kombination av friska gener kommer att "falla ut" slumpmässigt. Är det möjligt att på något sätt skära bort de "dåliga" generna?

I de flesta fall är det inte nödvändigt att ta bort en gen, i själva verket tar patogena mutationer bara bort genen funktionellt. Det är nödvändigt att få en felaktig gen att fungera normalt. Antingen klipp ut överskottet från det, eller sätt in det förlorade, eller ersätt fel med rätt. Ett enklare tillvägagångssätt är att lägga till en normal kopia av genen till genomet i ett slag.

Förresten, tekniken för att "ta bort dåligt DNA och sätta in bra" har redan implementerats! Det är sant att vi inte pratar om kärn-DNA, som vi har pratat om hittills, utan om mitokondrie-DNA. Här är vad Svetlana Mikhailova säger om detta. Mitokondrier har sitt eget DNA - organeller som ansvarar för cellens "energiförsörjning". Till skillnad från andra kromosomer som finns i kärnan är mitokondrie-DNA små cirkulära molekyler, deras antal i en cell varierar från tiotals till tusentals kopior och beror på ålder. Ägget är rikt på mitokondrier, och spermiecellen innehåller bara en, vilket säkerställer rörelsen av dess "svans". Efter befruktning förstörs denna mitokondrie, så alla mänskliga mitokondriegener ärvs endast från modern. Om orsaken till sjukdomen är i mitokondriella DNA, är det möjligt att använda mitokondrierna från den "tredje föräldern". Samtidigt transplanteras kärnan av moderns äggcell, som har patogena mutationer, in i cytoplasman i kvinnans äggcell med normala mitokondrier, och sedan befruktas den med faderns spermier och implanteras enligt IVF-protokollet. I synnerhet har metoden för cytoplasmatisk ersättning framgångsrikt använts i fallet med maternell infertilitet associerad med störningar i mitokondriellt DNA. Sedan 2015 har denna metod för genetisk "modifiering" av en person varit laglig i Storbritannien, men är fortfarande förbjuden i USA. Australisk lagstiftning förbereder för innovationer när det gäller genteknik. För att kringgå befintliga förbud utförs sådana manipulationer på territoriet till länder där det inte finns någon relevant lagstiftning, till exempel i Mexiko och Ukraina. Om hur den första nyfödda med DNA från tre personer föddes, läs i vår publikation " ».

Human DNA-modifieringsteknik

– Men hur kan man "operera" en gen, handlar det verkligen om riktiga teknologier?

Det finns många sätt att skära DNA-molekylen. Folk lånade verktyg för detta av bakterier. Kämpar för en plats under solen (eller omvänt i skuggan), bakterier syntetiserar proteiner eller komplex av proteiner och RNA som skär DNA från andra typer av bakterier och virus, men är ofarliga för värdinnans och hennes ättlingars DNA . Dessa molekyler är fästa vid specifika DNA-sekvenser (en specifik fras från "bokstäverna" A, C, T och G), som uppenbarligen inte finns i värdens genom. Så att "nypa av" är inget problem, det viktigaste är att sy tillbaka den skurna molekylen korrekt. Om detta inte görs, kommer det att bli en paus i kromosomen och en kränkning av funktionerna på platsen där pausen är belägen.

” - Nu är det mest lovande verktyget för en gentekniker det bakteriella CRISPR/Cas9-systemet - en del av den bakteriella immuniteten, vars modifikationer används aktivt för att redigera genomen av eukaryoter (levande organismer vars celler innehåller kärnor - ed.). Bakterier "håller i reserv" i deras genom DNA-fragment av virus som de har stött på tidigare. Dessa fragment gör att bakterien snabbt kan bygga konstruktioner bestående av RNA och proteiner som specifikt skär DNA från virus. I det här fallet fungerar Cas9-proteinet som en molekylär sax, och det så kallade gRNA, som delvis innehåller virusets genetiska sekvens, är ett GPS-navigeringssystem som styr "saxen" till en specifik DNA-region. Bakterier bekämpar generna från virus, men ett sådant biotekniskt verktyg kan riktas mot en godtycklig del av DNA från vilken organism som helst.

För att en cell vars DNA klippts ut på detta sätt ska kunna återhämta sig, injiceras DNA med önskad sekvens i den parallellt. Cellen startar sina egna DNA-reparationsmekanismer och använder tillsatt DNA som mall för att reparera den resulterande skadan. Det är alltså möjligt att ändra en genetisk sekvens mot en annan!

– Var får de de "rätta" generna?

Nästan vilken mänsklig gen som helst kan infogas i en bakteries arvsmassa, bakterien kan tvingas att aktivt dela sig, och sedan kan det önskade fragmentet isoleras igen i stora mängder. Komplexa animaliska proteiner har alltså inte isolerats från djurens organ på länge, utan produceras med hjälp av gener inbyggda i bakterier (till exempel insulin).

Kan genteknik ge hälsa och bruna ögon

– Det vill säga att genteknik är möjlig – fast i ordningen för ett laboratorieexperiment?

Ju mer komplex kroppen är, desto svårare är det att göra. För att få fram genetiskt modifierade laboratorieorganismer har sådana tillvägagångssätt använts under lång tid. Omfattningen av dessa metoder är genetisk modifiering av grödor, husdjur, men särskilt bakterier.

Det är dock omöjligt att direkt överföra de metoder som utvecklats för experimentella organismer till människor. Metoderna som fungerar på djur och växter är inte tillräckligt specifika. Vissa av de erhållna organismerna är inte livsdugliga, vissa har "fel" tecken, de kasseras helt enkelt. Ett exempel är gyllene ris. Det härleddes genom genetisk modifiering, och lade till två gener från andra organismer till risgenomet, vilket bidrog till ackumuleringen av betakaroten i dess frön. Visserligen erhölls ris med de önskade egenskaperna, men dess utbyte minskade. Det antas att orsaken till detta är olyckliga insättningsställen för nya gener.

Med människor är kostnaden för fel för hög, så mänskliga experiment är mycket begränsade. Eventuella genetiska förändringar - risken för celldegeneration till cancer eller dess död. Naturligtvis är det möjligt att bearbeta en cellkultur eller till exempel en bakteriekoloni, men i slutändan försöker man bara välja ut de celler som har vissa egenskaper som är ett tecken på att modifieringen av deras arvsmassa verkligen har skett.

” – Om man behandlar en flercellig organism så kan vissa av cellerna genomgå modifiering, men vissa inte. Det är omöjligt att förutsäga vilken av cellerna som senare kommer att bli föregångare till specifika vävnader i kroppen, så effekten av en sådan modifiering är nu oförutsägbar. Relativt sett kommer cellen där den brunögda genen sätts in att hamna i hälen.

– Är det möjligt att förändra hela arvsmassan hos en vuxen?

Nej, det är nu omöjligt att arbeta med alla celler hos en vuxen, och det är inte nödvändigt. En organism som har en allvarlig genetisk störning som påverkar funktionen hos varje cell dör helt enkelt prenatalt. Genetiska störningar som är förenliga med livet manifesteras huvudsakligen i något särskilt organ eller organsystem. Det är de som kommer att bli måltavlor för gentekniker. Om du vill ha bruna ögon är det inte nödvändigt att modifiera hälarnas DNA. Det finns inga väletablerade metoder för sådana manipulationer med ett stabilt förutsägbart resultat på människor, men gentekniken utvecklas väldigt snabbt, så vi väntar!

– Har du redan de första experimenten med användning av genteknik vid behandling av genetiska sjukdomar?

Litteraturen beskriver den framgångsrika erfarenheten av genterapi för epidermolysis bullosa ( en sällsynt kronisk ärftlig sjukdom, som ett resultat av vilken sår kontinuerligt bildas på huden och slemhinnorna - ca. ed.). Stamceller från patientens hud behandlades med virusliknande partiklar innehållande den normala sekvensen av en gen som var inaktiverad av mutationer. De resulterande cellerna placerades i de skadade områdena på barnets hud och huden återställdes!

Det gjordes också försök att påverka en vuxens kropp. För att göra detta packades det nödvändiga genetiska materialet i skalet av en adenoviral partikel och patienternas andningsvägar behandlades med en aerosol. Viruspartiklar fästes till epitelceller och injicerades i cellerna med DNA från den "önskade" genen. Experiment genomfördes också på behandling av virusliknande partiklar med de "rätta" generna i patientens blodkroppar.

” - I dessa experiment var resultaten också, men instabila. Detta beror på det faktum att de förändrade cellerna, även om de producerade de nödvändiga proteinerna, inte förökade sig. Gradvis dog de "korrekta" cellerna, och symtomen på sjukdomen återkom. Ett annat problem med denna metod är kroppens immunsvar mot dessa virusliknande partiklar. Många parametrar kan inte kontrolleras med detta tillvägagångssätt, det finns ett hot om skada på det normala genetiska materialet i celler.

Därför är nu den mest lovande riktningen modifieringen av en persons egna stamceller och lanserar dem tillbaka in i kroppen. Det finns redan tekniker för att ta fibroblaster från huden, omvandla dem tillbaka till ett stamcellstillstånd och omprogrammera dem till några andra celltyper. Detta är nu faktiskt vetenskapens framkant, mycket ansträngning och finansiering har lagts på detta (även om det inte är i vårt land). Genetiskt "korrigerade" celler odlade på detta sätt kan hjälpa en person att övervinna AIDS och vissa typer av cancer.

Transplantation av egna mitokondrier har nyligen använts hos nyfödda med kardiovaskulära patologier i USA. Istället för ett dåligt fungerande eget hjärta, med mitokondrier förstörda av syresvält, satte de inte en donator; mitokondrier erhållna från muskelvävnaden hos barn injicerades i det skadade området av hjärtmuskeln. Hjärtcellerna tog över mitokondrierna och började fungera normalt. Som ett resultat behövde åtta av 11 sjuka barn ingen hjärttransplantation! Även om en sådan manipulation inte kan kallas genetiskt modifierad, skapar den en reserv för behandling av patienter, inklusive "främmande" mitokondrier.

Generellt sett ställs inom medicinen många förhoppningar just till användningen av deras egna lätt modifierade celler och det är i samband med detta tror jag att lagstiftningen på området genmodifiering i förhållande till människor kommer att ses över.

Intervjuad av Irina Ilyina

Den första operationen för att ändra DNA i människokroppen och det mänskliga embryot, den mest exakta genredigeringstekniken baserad på CRISPR och högprofilerade historier om att bota svåra ärftliga sjukdomar. Om de viktigaste senaste upptäckterna inom genetik - i materialet "Futurist"

Den viktigaste bedriften inom medicinsk genetik är den ökande användningen av mänskliga genomredigeringsteknologier både för att studera de genetiska mekanismerna som kontrollerar de tidiga stadierna av embryonal utveckling, patogenesen av ärftliga sjukdomar och för att korrigera genetiska defekter. Från experiment på cellinjer och djur förra året övergick de till kliniska prövningar av genomredigering för behandling av ärftliga sjukdomar hos människor, säger Vera Izhevskaya, Doktor i medicinska vetenskaper, biträdande forskningsdirektör vid Ryska vetenskapsakademins medicinska genetiska forskningscentrum.

USA godkänner human genterapi

I augusti godkände US Food and Drug Administration (FDA) en CAR-T-genterapi mot barnleukemi. Denna metod består i genetisk modifiering av patientens egna blodkroppar. Läkare samlar först in patientens T-lymfocyter och omprogrammerar dem sedan i laboratoriet. Cellerna placeras sedan tillbaka in i kroppen, där de börjar aktivt förstöra cancerceller. Bara två månader senare godkände myndigheten ytterligare en CAR-T-terapi, denna gång för behandling av aggressivt non-Hodgkins lymfom hos vuxna.

Och slutligen, i december, beviljades godkännande för användning av Luxturna, en terapi som syftar till att modifiera en specifik gen direkt i patientens kropp. Denna metod används vid behandling av en sällsynt form av ärftlig blindhet - Lebers medfödda amauros. Detta tillstånd orsakas av en mutation i RPE65-genen. En injektion ges i varje öga hos patienten, som levererar den korrekta kopian av RPE65-genen direkt till retinala celler. Denna behandling är dock mycket kostsam: analytiker misstänker att en procedur kan kosta upp till 1 miljon dollar. Liknande förfaranden utfördes på experimentbasis i Storbritannien redan 2008. Ändå är godkännandet av metoden på statlig nivå en betydande händelse.

Genterapi återställer huden på en sjuårig pojke

Huden på ett barn med epidermolysis bullosa

I november meddelade italienska forskare att en kombination av genterapi och stamcellsbehandling nästan helt hade återställt huden på en sjuårig pojke som lider av en sällsynt ärftlig sjukdom, epidermolysis bullosa. Det orsakas av mutationer i generna LAMA3, LAMB3 och LAMC2, som är ansvariga för bildandet av laminin-332-proteinet. I detta tillstånd blir huden och slemhinnorna smärtsamt blåsor och känsliga för mindre mekanisk skada.

Forskarna tog friska hudceller från en patient och odlade hudkulturer som injicerades med en frisk kopia av LAMA3-genen med hjälp av retrovirus. I det här fallet hamnade den modifierade genen på en godtycklig plats, men detta störde inte andra geners arbete. Den transgena huden ympades sedan in i barnets exponerade områden av dermis. Inom 21 månader hade cirka 80 % av hans hud återhämtat sig.

Enligt författarna till studien var Hassans prognos mycket dålig: han förlorade nästan hela epidermis, var utmärglad och behövde ständigt morfin. I ett år innan experimentet började matades han genom en sond, och det tog stor ansträngning att hålla honom vid liv. De försökte transplantera hans fars hud och använda konstgjorda analoger, men de slog inte rot. Nu är pojken 9 år, han går i skolan och mår bra. Denna prestation visar möjligheten att behandla genetiska sjukdomar som ansågs obotliga.

"Gensaxar" har blivit mycket mer exakta

CRISPR-teknologi kallas ofta för "gen sax" för dess förmåga att klippa och klistra in de nödvändiga DNA-fragmenten lättare än någonsin tidigare. Ett av de största hindren för dess användning för behandling av mänskliga sjukdomar är dock de så kallade off-target-effekterna - oavsiktliga förändringar i genomet efter redigering av målplatsen. Och ändå förbättras denna teknik stadigt. 2017 meddelade forskare att de nu kunde göra ändringar i RNA med CRISPR, som kräver Cas13-proteinet.

Dessutom blev det i år allmänt känt om tekniken som kan göra punktförändringar i DNA och RNA, istället för att skära och ersätta hela fragment. Det mänskliga genomet innehåller sex miljarder kemiska baser - A (adenin), C (cytosin), G (guanin) och T (tymin). Dessa bokstäver är kopplade i par (A med T och C med G), och bildar en dubbelspiral av DNA. Standardgenomredigeringstekniker, inklusive CRISPR-Cas9, gör dubbelsträngsbrott i DNA. Detta är dock en alltför grov lösning på problemet, särskilt i de fall en punktmutation behöver korrigeras. Basic Editing (ABE)-teknologi erbjuder ett effektivare och renare alternativ: den låter dig ersätta en bokstav punkt-till-punkt i par med en annan. Cas-proteinet, som skär DNA-strängar i CRISPR-teknik, fäster nu helt enkelt på rätt plats i kedjan och för med sig ytterligare ett protein som ändrar en genetisk bokstav till en annan. ABE ersätter inte CRISPR-tekniken, utan är ett alternativt alternativ i fall mer subtila förändringar av arvsmassan krävs.

DNA redigerat direkt i människokroppen

Brian Mado med sin fästmö innan operationen

I november, amerikanska forskare för första gången DNA direkt i patientens kropp. Som regel baseras behandlingar som påverkar patientens genetik på manipulationer utanför människokroppen. Men den här gången användes en IV som levererade miljarder kopior av den korrigerande genen till patientens kropp, tillsammans med ett genetiskt verktyg som skär DNA:t på rätt plats och ger plats åt den nya genen.

44-årige Brian Mado lider av Hunters syndrom, en metabol sjukdom där kolhydrater ansamlas i kroppen på grund av brist på vissa enzymer. Inför detta experiment hade mannen redan genomgått 26 operationer. Resultaten av proceduren kommer att vara kända om några månader: om den lyckas kommer hans kropp att kunna producera det nödvändiga enzymet på egen hand, och han kommer inte att behöva genomgå veckoterapi.

"Efter det började bioteknikföretaget Sangamo Therapeutics rekrytera deltagare i kliniska prövningar av denna metod med hemofili B, Hurlers syndrom och Hunters syndrom. Vid framgångsrika kliniska prövningar finns det hopp om uppkomsten av effektiva behandlingar för ärftliga sjukdomar som tidigare var anses obotlig", kommenterar Vera Izhevskaya.

De första operationerna för att förändra ett mänskligt embryos DNA

I september utförde Kina världens första genomredigeringsoperation på ett mänskligt embryo. Forskarna använde DNA-basredigeringstekniken som nämns ovan för att behandla beta-talassemi, en sjukdom som stör hemoglobinsyntesen. Operationen utfördes på embryon som syntetiserats i laboratoriet. Lite senare talade svenska forskare om experiment med att redigera embryots genom.

"Ett av de mest imponerande arbetena med modifiering av mänskligt genom är en studie av ett internationellt team av forskare i USA, ledd av Shukhrat Mitalipov, som rapporterade den framgångsrika korrigeringen av MYBPC3-genmutationen som ledde till hypertrofisk kardiomyopati genom att redigera genen hos människan embryon", kommenterar Vera Izhevskaya.

Tidigare experiment utfördes på embryon från möss. Denna studie kastade ljus över en potentiell lösning på problemet med mosaicism - närvaron av genetiskt olika celler i vävnader. Om ett embryo har två olika kopior av samma gen, och sedan vissa celler får en normal version, och vissa får en mutant version, vilket leder till olika sjukdomar. Experiment har visat att om CRISPR/Cas-editorn introduceras nästan samtidigt med befruktning, så kan detta undvikas.

Genetisk testning

En av höjdpunkterna under det utgående året var historien om en biohacker Sergej Fage , som hävdade att han kontrollerade sitt tillstånd baserat på resultaten av genetiska tester. Denna teknik är dock mycket kontroversiell. Studiet av det mänskliga genomet för att bestämma dess ursprung, benägenhet till en viss sport, etc., hänvisar till den så kallade rekreationsgenetiken. Deras genomförande kräver ingen speciell medicinsk licens, som regel utförs de av kommersiella företag. Däremot erbjuds ofta genetiska tester på marknaden för att bekräfta en ärftlig sjukdom hos en patient, identifiera mutationer som kan orsaka en ärftlig sjukdom hos försökspersonen eller hans barn och testa anlag för olika sjukdomar.

"Här bör man komma ihåg att nuvarande genomanalystekniker är effektiva i de två första fallen, när det gäller mutationer som orsakar sällsynta ärftliga sjukdomar. När det gäller att testa predisposition för vanliga sjukdomar (hjärt- och kärlsjukdomar, diabetes, etc.) har de lågt prognostiskt värde och deras resultat åtföljs ofta av allmänna rekommendationer om behovet av att leda en hälsosam livsstil.I alla fall bör genetiska tester för medicinska ändamål ordineras av en läkare, innan det bör patienten förklaras för genetikern vad han kan få som ett resultat av testning, slutsats ger också en genetiker.Därav följer att institutionen som utför sådana tester måste ha en medicinsk licens inom specialiteterna "genetik" och "laboratoriegenetik" och lämplig personal av kvalificerade specialister, "förklarar Vera Izhevskaya.

Vad patienten ska göra med denna dyra information är inte alltid klart.

Nervsystemets arbete utförs med hjälp av elektromagnetiska impulser. På ett ungefär, det betyder att hela vår hjärna arbetar på magnetism, som en datorprocessor, och tankar har ett samband med elektricitet, och spelar in information på cellnivå på ungefär samma sätt som huvudet på en kassettbandspelare gör. Och eftersom en person formar sina tankar till ord, kodar vi också vår verklighet med språket. Vi ska prata om detta senare.

Naturligtvis hörde inte författarna till denna studie om. Desto bättre. Deras uppgifter bekräftar hans ord utan att leta efter bevis för att han har rätt. DNA är en bioakustisk antenn som inte bara bär information, utan också tar emot den utifrån. Precis som tankar kan förändra generna hos en enskild person, kan en hel civilisations allmänna tankar förändra hela dess verklighet!

Det är vetenskapligt bevisat att träning av hjärnan och stimulering av vissa delar av den kan ha en gynnsam effekt på hälsan. Forskare har försökt förstå exakt hur dessa metoder påverkar vår kropp.

En ny studie av forskare i Wisconsin, Spanien och Frankrike ger det första beviset på specifika molekylära förändringar i kroppen som inträffar efter intensiv mindfulness-meditation.

Studien undersökte resultaten av att använda clear mind-meditation i en grupp erfarna meditatorer och jämförde effekten med en grupp otränade försökspersoner som var engagerade i en tyst, icke-meditativ aktivitet. Efter 8 timmars meditation med klart sinne visade sig meditatorerna ha genetiska och molekylära förändringar, inklusive förändrade nivåer av genreglering och minskade nivåer av pro-inflammatoriska gener som är ansvariga för fysisk återhämtning från stress.

"Såvitt vi vet visar det här arbetet för första gången snabba förändringar i genuttryck bland försökspersoner som utövar meditation med klart sinne." säger studieförfattaren Richard J. Davidson, grundare av Healthy Mind Research Center och professor i psykologi och psykiatri vid University of Wisconsin-Madison.

"Det mest intressanta är att förändringarna observeras i de gener som för närvarande riktas mot antiinflammatoriska läkemedel och smärtstillande medel." säger Perla Kaliman, första författare till uppsatsen och forskare vid Institutet för biomedicinsk forskning (IIBB-CSIC-IDIBAPS) i Barcelona, ​​där den molekylära analysen utfördes.

Clear mind-meditation har visat sig ha en positiv effekt på inflammatoriska sjukdomar och godkänns av American Heart Association som en förebyggande intervention. Nya forskningsresultat kan visa den biologiska mekanismen för dess terapeutiska effekt.

Genaktivitet kan förändras beroende på uppfattning

Enligt Dr Bruce Lipton kan genens aktivitet förändras baserat på daglig träning. Om din uppfattning återspeglas i kemin i din kropp och ditt nervsystem läser och tolkar din omgivning och sedan styr din blodkemi, kan du bokstavligen förändra dina cellers öde genom att ändra dina tankar.

Faktum är att Dr Liptons forskning visar tydligt att genom att ändra din uppfattning kan hjärnan förändra geners aktivitet och skapa mer än trettio tusen varianter av produkter från varje gen. Forskaren hävdar också att genprogrammen finns i cellens kärna, och du kan skriva om dessa genetiska program genom att ändra blodkemin.

Enkelt uttryckt betyder detta detför cancerbehandling måste vi först förändra vårt sätt att tänka.

"Vårt sinnes funktion är att harmonisera våra övertygelser och verkliga upplevelser" säger Dr Lipton. "Detta betyder att din hjärna kommer att reglera din kroppsbiologi och ditt beteende i enlighet med din tro. Om du fick veta att du skulle dö inom sex månader och din hjärna trodde på det, är chansen stor att du faktiskt kommer att dö inom den tiden. Detta kallas "noceboeffekten", resultatet av negativa tankar, motsatsen till placeboeffekten.

Nocebo-effekten indikerar ett tredelat system. Här spelar den del av dig som svär att den inte vill dö (medvetandet) den del som tror att den kommer att dö (läkarens förutsägelse, medierad av det undermedvetna), sedan uppstår en kemisk reaktion (omtolkad av hjärnkemi) som är tänkt att att bevisa att kroppen överensstämmer med den dominerande tron

Neurologi har insett att 95 procent av våra liv styrs av det undermedvetna.

Låt oss nu återgå till den del som inte vill dö, det vill säga till medvetandet. Påverkar det inte kroppens kemi? Dr. Lipton sa att allt beror på att det undermedvetna, som innehåller våra djupaste övertygelser, har programmerats. I slutändan är det dessa föreställningar som har företräde.

"Det är en svår situation" säger Dr Lipton. "Människor är programmerade att tro att de är offer och att de inte har någon kontroll över situationen. De är programmerade från första början av sina föräldrars tro. Så, till exempel, när vi är sjuka säger våra föräldrar till oss att gå till läkaren, eftersom läkaren är den myndighet som bryr sig om vår hälsa. Vi får beskedet från våra föräldrar redan som barn att läkare är ansvariga för vår hälsa och att vi är offer för yttre krafter som vi inte själva kan kontrollera. Det är lustigt hur folk blir bättre på vägen till doktorn. Det är då den medfödda förmågan att läka sig själv slår in, ett annat exempel på placeboeffekten."

Clear Mind Meditation påverkar regulatoriska vägar

Resultaten av Davidsons forskning visar nedregleringen av gener involverade i inflammation. Påverkade gener inkluderar de pro-inflammatoriska generna RIPK2 och COX2, samt histondeacetylas (HDAC), som epigenetiskt reglerar aktiviteten hos andra gener. Dessutom var en minskning av uttrycket av dessa gener associerad med en snabbare fysisk återhämtning av kroppen efter frisättningen av hormonet kortisol i en situation av social stress.

I flera år har biologer misstänkt att något som epigenetiskt arv pågår på cellnivå. De olika typerna av celler i vår kropp bekräftar detta exempel. Hudens och hjärnans celler är utrustade med olika former och funktioner, även om deras DNA är identiskt. Så det måste finnas andra mekanismer än DNA för att bevisa att hudceller förblir hudceller när de delar sig.

Här är vad som är fantastiskt: Enligt forskare fanns det inga skillnader i generna för var och en av de studerade grupperna före övningarna. Ovanstående effekter noterades endast i meditationsgruppen med klart sinne.

Eftersom flera andra DNA-modifierade gener inte visade någon skillnad mellan grupperna, antas det att utövandet av clear mind-meditation endast påverkar ett fåtal specifika regleringsvägar.

Ett nyckelfynd av forskningen var att en grupp klarsinniga meditatorer upplevde genetiska förändringar som inte hittades i den andra gruppen, även om de också ägnade sig åt tysta aktiviteter. Resultatet av undersökningen bevisar principen: meditationsövningar för tydligt sinne kan leda till epigenetiska förändringar i genomet.

Tidigare studier på gnagare och människor har visat ett snabbt (inom några timmar) epigenetiskt svar på stimuli som stress, diet eller träning.

"Våra gener är ganska dynamiska i sitt uttryck, och dessa resultat tyder på att lugnet i våra sinnen kan påverka deras uttryck." säger Davidson.

”De erhållna resultaten kan ligga till grund för att studera möjligheten att använda meditativa metoder vid behandling av kroniska inflammatoriska sjukdomar. » säger Kaliman.

Omedvetna föreställningar är nyckeln

Många utövare av positivt tänkande vet att goda tankar och ständiga upprepningar av affirmationer inte alltid ger den effekt som böcker om detta ämne lovar. Denna synpunkt ifrågasätts inte av Dr. Lipton, som hävdar att positiva tankar kommer från medvetandet, medan negativa tankar vanligtvis programmeras av ett starkare undermedvetet.

"Det största problemet är att människor är medvetna om sina medvetna övertygelser och beteenden och inte är medvetna om sina omedvetna budskap och beteenden. Många människor inser inte ens att allt styrs av det undermedvetna, en miljon gånger kraftfullare sfär än medvetandet. Från 95 till 99 procent av våra liv styrs av undermedvetna program.

"Dina undermedvetna övertygelser fungerar för dig eller mot dig, men sanningen är att du inte har kontroll över ditt liv eftersom det undermedvetna tar platsen för medveten kontroll. Så när du försöker läka genom att upprepa positiva affirmationer, är det möjligt att ett osynligt undermedvetet program kommer i vägen."

Det undermedvetnas kraft är tydligt synlig hos människor som lider av en splittrad personlighet. Till exempel, när "vid rodret" är en av personligheterna, kan en person lida av en allvarlig allergi mot jordgubbar. Samtidigt är det värt att förändra personligheten - och samma person kan äta jordgubbar utan några konsekvenser.

Vi läser i ämnet:

TEMATISKA AVSNITT:
|