На 18–19 септември в Москва се проведе конференцията „Постгеномни технологии“, посветена на 100-годишнината от рождението на акад. Г.К. Скрябин. Събитието беше организирано от Руската академия на науките, Научния съвет по биотехнологии на Руската академия на науките, Федералния изследователски център „Фундаментални основи на биотехнологията“ на Руската академия на науките, Института по биохимия и физиология на микроорганизмите. Г.К. Скрябин RAS.
Академик В.А. Тутелян, главен научен сътрудник на Федералната държавна бюджетна институция „Федерален изследователски център по хранене и биотехнологии” направи доклад на тема „Съвременни биотехнологии в производството на храни: проблемът за биобезопасността”. V.A. Тутелян припомни на присъстващите, че страната ни някога е стояла в основата на индустриалната биотехнология и е била световен лидер в тази област. В областта на медицината това направление се ръководи от акад. A.A. Покровски, в областта на земеделието и животновъдството - акад. Л.К. Ернст, в областта на производството и създаването на производствени мощности - акад. V.A. Биков. И акад. Г.К. Скрябин успя да обедини всички усилия и да създаде колосален пробив в развитието на индустриалната биотехнология в Съветския съюз.
„В Института по хранене, където работя почти цял живот, по указание на акад. Скрябин беше създадена специална лаборатория, която обедини около 70 души“, каза В.А. Тутелян. „Това беше много мащабен проект, сравним, не се страхувам да кажа, с ядрения проект, защото повече от 70 изследователски института от всички отдели се обединиха, за да решат този проблем, а Георги Константинович Скрябин ръководеше цялата тази работа.
В периода от 1964 до 1990 г. се наблюдава интензивно развитие на индустриалната биотехнология. Имаше 11 фабрики, които произвеждаха 1,5 милиона тона фуражни протеини. Това осигурява 100% от нуждите, предимно от домашни птици и добитък. Производството на аминокиселини, витамини и други съставки също осигурява 100% от нуждите на Съветския съюз. В същото време въпросите за безопасността винаги са били на преден план, така че всички медицински изследователски институти са работили в тази посока, включително Институтът по хранене.
„Сега е трудно да се каже колко проучвания са проведени“, каза V.A. Тутелян, - колко животни и хора са участвали в работата по доказване на безопасност. Един от тях съм аз, когато, като аспирант, с удоволствие се преместих от сградата на института от другата страна, където тогава имаше столова (сега я няма) и бяхме хранени шест месеца с продукти на микробиологичен синтез, трансформирани чрез животни - пилета, прасета и т. н. По-нататък. В същото време бяхме проучени в детайли, изследвахме биохимични и всички други параметри, за да докажем абсолютна безопасност. Засега, както виждате, той е жив.
Рейк упражнение. Трето влизане
Но в началото на 90-те, според говорителя, стъпихме на гребло за втори път. Първият път - през 1948 г., когато генетиката беше обявена за псевдонаука, вторият път - през 1994 г., когато нейната собствена биотехнология беше унищожена. „До какво стигнахме в близко бъдеще? – припомни академикът. - Фуражният протеин е нулев и цялото птицевъдство веднага падна и ние започнахме да купуваме "бутови крака". Производството на витамини напълно спря и сега не произвеждаме нито грам от нашите вещества. Това е престъпление! Няма аминокиселини - купуваме ги изцяло в Китай и Япония. Какво е? Това е преди всичко парентерално хранене, което е необходимо в случай на бедствия, военни конфликти - без това просто не можем да оцелеем. Необходимо е само да блокираме тези доставки със санкции или други мерки и ще останем без всички тези жизненоважни продукти.
Въпреки това, сега, според академик V.A. Тутелян, ние преживяваме Ренесанса. Създадена е комисията по генно инженерство на РАН. Създадена е законодателна и регулаторна рамка, приети са редица закони, които позволяват провеждане на изследвания и опити за настигане на чуждестранни лидери. „Групите автори, които взеха активно участие в разработването на тези закони, са последователи и ученици на Г.К. Скрябин", В.А. Тутелян.
Много технологии днес изглеждат като научна фантастика. И така, започват интензивни изследвания върху създаването на ГМ животни, птици, риби с желани полезни свойства. Институтът по генна биология отглежда ГМ кози, които произвеждат човешки лактоферин, а Институтът по животновъдство създава животински хибриди, които могат да предотвратят много човешки заболявания. В същото време оценката на биологичната безопасност на ГМО животно е на първо място по важност.
„Има риск със забрана на подобни разработки да стъпим на същата гребла за трети път“, обобщи В.А. Тутелян. - Необходимо ли е да го направя? Ние работим активно на ниво Държавна дума, там има много здравомислещи хора, които разбират, че ако изостанем сега, тогава ще изостанем завинаги и това ще бъде престъпление срещу народа. Развитието на съвременното земеделие, животновъдство, медицина без използването на биотехнологии е безполезно. Това са много крачки назад и не бива да ги правим."
Яжте, за да оцелеете
Академик В.А. Биков направи доклад на тема "Метаболомика и липидомика в постгеномната биотехнология". Валерий Алексеевич напомни на публиката, че биотехнологиите в целия цивилизован свят са приоритетна област на научния и технологичния прогрес, използвайки биообекти и биопроцеси за целенасочено въздействие върху околната среда и получаване на продукти, полезни за хората, както и за осигуряване на контрол на качеството и оценка на тяхната безопасност .
„Основните показатели за качеството на живот включват не само храненето, но и въздуха, водата и храната като цяло нашето здраве и местообитание“, обясни академикът. „Биотехнологиите участват във формирането на целия комплекс от тези проблеми, насочени към подобряване на качеството и продължителността на човешкия живот, повишаване на репродуктивния и трудовия потенциал.
XXазвек белязан от забележителни събития, свързани с развитието на биотехнологиите. Последната вълна на революция тук започва през 2000 г., когато президентът Клинтън стартира инициатива за създаване на нанотехнологии, които включват манипулация на атомно и молекулярно ниво.
А за нас всичко започна през 60-те години на миналия век, когато възникна въпросът как да се развиваме, за да осигурим храна на хората? В крайна сметка човечеството навлиза в 20-ти век с население от около милиард, а в 21-ви век - 7,5, въпреки че всъщност е някъде около 8. В същото време всички основни ресурси на земното кълбо са запазени. „Какво казва това? - зададе въпроса V.A. Биков. „Фактът, че сме на прага на нов технологичен ред, без който очевидно няма да бъде възможно да се реши проблемът с комфортното човешко съществуване.
За по-голяма яснота ораторът представи слайд: ако вземем за основа 500 килограма тегло на кравата, което дава около 500 грама протеин на ден, тогава същото количество дрожди на ден вече произвежда 50 тона микробен протеин. Това е ръст от порядък. Ето защо биотехнологията, базирана на микроорганизмите като средство за производство, е възможност за преход към нов технологичен ред за човечеството.
Живеем в море от микроорганизми
Член-кореспондент А.М. Боронин припомни как Институтът по биохимия и физиология на микроорганизмите в Пущино, днес на името на Г.К. Скрябин. Процесът беше ръководен от самия акад. Скрябин и спомените за него като учен, ръководител и човек, всички служители имаха най-ярките и положителни спомени. Лекторът припомни, че като учен акад. Скрябин е бил преди всичко микробиолог и в това отношение основната му заслуга е развитието на микробиологията у нас. „В тази връзка искам да ви напомня, че ние буквално живеем в океан от микроорганизми“, каза А.М. Боронин. - Безброй микроорганизми ни заобикалят, намирайки се във водата, в моретата, на сушата, в растенията, животните. В един хектар почва има до 5 тона биомаса от микроорганизми. Общата биомаса на микроорганизмите на нашата планета надвишава биомасата на растения, насекоми и животни, взети заедно.
Биоразнообразието на микроорганизмите е огромно и невероятно. Следователно една от задачите на микробиологичната наука е систематизирането на този свят. За да направят това, те се опитаха да използват различни системи, но всички те се оказаха не особено удобни. През 1977 г. се появява работата на Carl Woese: той предлага филогенетична система за класификация, базирана на сравняване на рибозоми чрез сравняване на структурата на 16S rRNA, която в много отношения може да се разглежда като вид хронометър на еволюцията, включително жив микроорганизъм. Това отвори възможности за изучаване и систематизиране на света на микроорганизмите и по-специално за откриването на суперцарството на археите, които живеят в голямо разнообразие от екосистеми, вариращи от дълбоките морета и термалните извори. С помощта на биоинформационни методи са открити локиархи, в които са открити цитоскелет и други признаци на фагоцитоза.
По-нататъшният напредък в технологиите позволи на тези изследвания да се разширят, което доведе до значителни промени в нашето разбиране за еволюционното дърво в последно време.
„Вероятно ни очакват още много изненади и някои учени казват, че не е изключена появата на нови домейни в дървото на живота, свързани с намирането на други организми“, подчерта А.М. Боронин. „Тези проучвания осигуряват храна за опити да се разберат еволюционните процеси, които са се случили и все още се случват, често точно пред очите ни.
Микробиологията в челните редици на науката
Всичко това има не само огромни фундаментални, но и приложни ползи. Един такъв пример е изследването на причината за появата на мултирезистентни микроорганизми, които са безсилни срещу най-модерните антибиотици. Това е огромен медицински проблем, който все още не е решен. Именно микробиолозите са в челните редици на работата по дешифрирането на механизмите на подобни проблеми и намирането на начини за тяхното преодоляване.
Друг пример за работата на микробиолозите е добре познатата история за Хеликобактер пилори, за което е присъдена Нобелова награда през 2005 г. В резултат на тази работа беше показано, че този микроорганизъм е отговорен за появата на стомашни язви при хората. По-нататъшни проучвания потвърдиха това предположение и освен това показаха, че тази бактерия е отговорна не само за язви, но и за развитието на рак на стомаха. Ето защо днес лекарите препоръчват почти всички пациенти с проблеми на стомашно-чревния тракт да се подложат на подходящ анализ: ранното откриване на „враждебна“ бактерия може успешно да предотврати най-сериозните последици.
В същото време обаче последните проучвания показват, че наличието на Хеликобактер пилоринамалява риска от астма. А липсата му води до повишен риск от гастроезофагеален рефлукс и аденокарцином. Тоест виждаме сложността на поведението и разнообразието от свойства на микроорганизмите.
Ето защо днес стои въпросът за по-нататъшно изследване на човешкия микробиом, за да се изяснят всички негови функции и да се определи ролята на отделните микроорганизми, които влияят на човешкия живот.
„Всички знаем, че микроорганизмите допринасят за храносмилането на храната, отделят определени витамини и участват във формирането, развитието и поддържането на имунната система“, припомни А.М. Боронин. „Те до известна степен се опитват да ни предпазят от болести, като се борят с патогени или чрез проста конкуренция. Това е сложен свят, много по-стар и може би по-разнообразен от нашия и нашата задача е да се опитаме да го разберем, така че въз основа на научни доказателства да можем да преминем към ново поколение пробиотици, които помагат за стабилизирането на микробиома или коригирането му, когато е в дисбаланс.под влияние на същите антибиотици. Не е тайна, че голям брой използвани антибиотици и прекомерната им употреба причиняват редица сериозни нарушения в храносмилателния тракт. Можете да си представите колко стресиран е нашият микробиом и какви могат да бъдат последствията. И последствията могат да бъдат ужасни. Например, един от видовете пластиди може да се появи в дебелото черво, което води до заболяване, което може да завърши със смърт.
Според оратора ние подценяваме влиянието на света на микроорганизмите върху нас. Напоследък има доказателства, че микробиологията засяга не само физическото ни здраве, но и поведението, и психиката, и дори религиозността на човек. Следователно изучаването на биологията на микроорганизмите е ключът към разбирането на природата на глобалната екосистема, подчерта А.М. Боронин.
Публиката си спомни и Г.К. Скрябин, неговият безценен принос за развитието на домашната биологична наука, дългогодишна служба като главен научен секретар на Академията на науките, невероятна работоспособност, дружелюбие и неизчерпаема жизненост, които притежаваше. Според всички присъстващи именно хора като Г.К. Скрябин, направете историята на страната, увеличете нейното научно и човешко наследство. Според председателя на конференцията акад. М.П. Кирпичникова, Г.К. Скрябин беше не само изключителен учен, но и изключителен гражданин на страната си. Именно тези хора правят страната си наистина велика.
Наталия Лескова
Марс отдавна е престанал да бъде просто червена точка на звездното небе. Днес до него летят сонди, събират почвени проби и си правят селфита. Американският инженер Илон Мъск, ръководител на Space X, се заема сериозно с организирането на първия пилотиран полет и основаването на човешка колония. Въпреки че това е малко вероятно да се случи през следващите 10 години, биотехнологиите са готови да улеснят живота на космическите пътници сега.
Основната задача е да се осигури нормално дишане. Марс не е курорт и делът на кислорода на Червената планета е само 0,2%. Сто пъти по-малко, отколкото на Земята. Биотехнолозите предложиха собствен проект като решение - филтърни маски, които могат да преобразуват въглеродния диоксид в кислород. Такива технологии вече съществуват - остава да ги напомним, за да генерираме веществото в необходимия обем.
Основата за маската ще бъдат полимери, което ще я направи необичайно лека - не повече от 100 грама. В същото време ще бъде осигурена защита от слънчева светлина, аерозоли и жесток марсиански ветрове. Животът на планетата ще изисква астронавтите да се движат много, така че такава маска ще се превърне в необходимост. Да срещнеш всеки нов "сол" (марсиански ден) на открито.
изкуствен лекар
Но засега обратно на Земята. Пилотирани полети до Марс все още трябва да живеят, а при съвременната екология и комплекс от болести това се превръща в проблем. Това отчасти е наша вина. Тревожността възниква само когато болестта се е настанила в тялото и методично го унищожава. Въпреки че би си струвало да върнете времето назад и да диагностицирате проблема навреме. Как? Чрез създаване на диагностична програма на базата на "изкуствен мозък".
Системата е изградена на принципа на изкуствените невронни мрежи. Това е груб модел на мозъка, в който вместо нервни клетки има прости процесори. Те си взаимодействат по математически модели и са лишени от човешка емоционалност. И това е основното им предимство. С голяма точност те са в състояние да предскажат бъдещото състояние на всеки обект, включително човек. Без съмнителни диагнози и фатални лекарски грешки.
Системата е проектирана по следния начин: системата попълва биометрични данни за пациента, ЕКГ резултати, ръст, тегло, възраст. Програмата ги анализира и дава резултат: вероятността от развитие на заболяването, условията и сроковете на обострянето му, препоръки.
Основното предимство е, че такива невронни мрежи се самообучават. Това не е просто компютър, работещ по един алгоритъм. Мрежите събират информация, анализират големи данни, напредват, взимат решения. И в бъдеще - сменяйте лекарите. Може би с тяхна помощ ще бъде възможно да се предскаже развитието на основната болест на века - рак - след 5-10 години.
Диагностика по пижами
Биотехнолозите предлагат в бъдеще диагностиката да бъде практически „носима“. Въпросът е да се разработи универсален скенер за наблюдение на състоянието на тялото.
Идеята е реализирана под формата на костюм с много сензори. За мъжете това е пижами на райета, за жените - домашно изработени гащеризони на точки. Събирането на информация от „умните“ дрехи ще бъде сървър, също направен с вкус: голяма розова топка се търкаля из стаята без разрешение и радва окото. Невъзможно е да загубите или забравите такава джаджа.
Това обаче не е просто аматьорски дизайнерски авангард, а високотехнологична диагностична система. Представете си, че вашата пижама ще сканира живи тъкани с разделителна способност от 1-2 микрона по време на сън, което ще ви позволи да изследвате всяка клетка. Дълбочина на сканиране - 25 см, това ще ви позволи да видите тялото "през".
Резултатът от проекта ще бъде 3D модел на човешкото тяло. Домашният сървър ще анализира хиляди гени, милиони протеини във всяка от трилионите клетки. Никаква патология не може да бъде скрита от такова наблюдение.
Но това не е всичко. Системата включва и детектор на организма. Това е кръгъл душ с нанографенови дюзи по периметъра на кабината. С помощта на хидродинамични инжекции те доставят необходимите протеини през кожата на дълбочина до 30 см. В резултат на това възстановяването на отделните клетки ще стане не по-трудно от закуската.
Твърде смело, за да е истина? Но прототипът на пижамата вече е създаден: обаче досега само с двадесет сензора и достъп до горните слоеве на кожата. Това е само първата стъпка, но до десетата може би целият проект ще стане реалност.
Вечно млад, вечно нов
Следва ерата на регенеративната медицина. Учените вече са открили какво да направят органи от използването на основните генетични хамелеони – стволови клетки. Намерено е решение за реализиране на това: разработени са технологии за 3D биопринтиране. Остава да обединим знанията и да влезем в ерата на новата трансплантация.
Младите учени разбраха как да допринесат за този процес. Биотехнолозите предложиха идеята за услуга за наноплазмени влакна. Това устройство е в състояние да определи всяко вещество в наномащаб. Ако чужди молекули се загубят във вода, кръв или някакво техническо решение, устройството ще ги намери, идентифицира и преброи.
Такива способности ще бъдат полезни при диагностиката, но още повече при 3D биопринтирането. Не е достатъчно да се „отпечата“ ново сърце, необходимо е да се проучи неговото състояние и състав в динамика на ниво отделни клетки. Засега само един наноплазмен сензор е способен на това.
Устройството се състои от оптично влакно, покрито със слой от златни наночастици, лазер и спектрометър. При преминаването на светлинни кванти се наблюдават спадове, чийто характер зависи от състоянието на околната среда. Използвайки рекордната чувствителност на сензора, е възможно значително да се повиши безопасността на изкуствените органи. И пациентите ще бъдат сигурни, че заместващото сърце ще бъде билет за нов живот, а не за следващия свят.
Чип в тялото
Очевидно е, че навлизането на информационните технологии в медицината е станало тотално. Безконтактни диагностични методи, компютърни модели на патологии, моделиране на реакции към лекарства - това не е пълен списък на това, което човечеството чака. Живите тъкани и електрониката ще се превърнат в едно цяло, а контролът върху тялото ще стане въпрос на технология.
Ще бъде възможно да се „изключи“ болката, да се регулира сърцето, да се преговаря с мозъка и да се поправят органи онлайн. Или дори буквално да подобрим хората. Ембриолозите са се научили как да редактират генома в най-ранните етапи на развитие, което в бъдеще ще спаси човечеството от вредни мутации и редица наследствени заболявания. Ако, разбира се, обществото може да приеме такава еволюция на човечеството.
Междувременно биотехнолозите мислят за по-належащи проблеми. Предлага се максимално използване на чип технологии и джаджи в медицинската практика. И то не отвън, а отвътре – чрез имплантиране директно в таргетните органи и тъкани.
Биоелектрониката ще стане картбланш за глобалното подобряване на населението. Приспособленията ще бъдат толкова малки, че могат лесно да пътуват през тялото ни. Сърцето, белите дробове или стомаха ще бъдат оборудвани с безжични сензори, които ще изпращат данни за състоянието на тялото 24 часа в денонощието. Такива технологии ще улеснят живота на пациентите и най-важното, те ще могат незабавно да открият първопричините за сложни патологии.
Вече не е фантазия
Тези проекти могат да се възприемат като поредното смело изобретение на биотехнолозите. Преди половин век обаче само футуристите вярваха в безжичните телефони, изкуствения интелект и самоуправляващите се автомобили. И днес тези технологии са част от нашия живот. Затова вярвате ли в колонизацията на Марс, пижамните скенери и заместващите сърца? Отговорът е прост – нека бъдем футуристи.
Новият брой на списанието "Наука от първа ръка" излезе "по стъпките" на Всеруската конференция с международно участие "Биотехнология - медицина на бъдещето", проведена в Новосибирския Академгородок през юли 2017 г. Сред организаторите на научен форум са Институтът по химическа биология и фундаментална медицина и Институтът по цитология и генетици на Сибирския клон на Руската академия на науките, както и Новосибирският национален изследователски държавен университет, където се извършват биомедицински изследвания в рамките на стратегическо академично звено "Синтетична биология", което обединява редица руски и чуждестранни участници, предимно институти на Сибирския клон на Руската академия на науките от биологичния профил. В първата, уводна статия на броя, авторите му дават преглед на най-актуалните области и обещаващи резултати от изследвания, свързани с разработването и внедряването на нови генно инженерство, клетъчни, тъканни, имунобиологични и дигитални технологии в практическата медицина, някои от които са представени подробно в други статии на броя.
|
Валентин Викторович Власов- Академик на Руската академия на науките, научен директор на Института по химическа биология и фундаментална медицина на Сибирския клон на Руската академия на науките (ICBFM SB RAS, Новосибирск), ръководител на катедрата по молекулярна биология и биотехнология на Новосибирска държава Университет. Лауреат на Държавната награда на Руската федерация (1999 г.). Автор и съавтор на повече от 520 научни труда и 30 патента. |
|
Дмитрий Владимирович Пишни- член-кореспондент на Руската академия на науките, доктор на химическите науки, директор и ръководител на лаборатория по биомедицинска химия, ICBFM SB RAS (Новосибирск). Автор и съавтор на повече от 160 научни труда и 15 патента. |
|
Павел Евгениевич Воробьов- Кандидат на химическите науки, изследовател в Лабораторията по биомедицинска химия, ICBFM SB RAS (Новосибирск), доцент в катедрата по молекулярна биология и биотехнология, Новосибирски държавен университет. Автор и съавтор на 25 научни труда. |
Бързото развитие на биологичната наука, дължащо се на появата на високопроизводителни устройства и създаването на методи за манипулиране на информационни биополимери и клетки, подготви основата за развитието на медицината на бъдещето. В резултат на изследвания през последните години бяха разработени ефективни диагностични методи, появиха се възможности за рационално проектиране на антивирусни, антибактериални и противотуморни лекарства, генна терапия и редактиране на генома. Съвременните биомедицински технологии започват все повече да влияят върху икономиката и да определят качеството на живот на хората.
Към днешна дата структурата и функциите на основните биологични молекули са подробно проучени и са разработени методи за синтез на протеини и нуклеинови киселини. Тези биополимери са "интелигентни" материали по своето естество, тъй като са в състояние да "разпознават" и да действат върху определени биологични цели по много специфичен начин. Чрез целенасочено "програмиране" на такива макромолекули е възможно да се създадат рецепторни молекулярни конструкции за аналитични системи, както и лекарства, които селективно влияят върху специфични генетични програми или протеини.
„Умните лекарства“, създадени по методи на синтетична биология, разкриват възможности за насочени(насочена) терапия на автоимунни, онкологични, наследствени и инфекциозни заболявания. Това дава основание да се говори за въвеждането в медицинската практика на персонализирани медицински подходи, фокусирани върху лечението на конкретно лице.
С помощта на съвременните медицински технологии и фармацевтични продукти днес е възможно да се излекуват много заболявания, които са били огромен медицински проблем в миналото. Но с развитието на практическата медицина и увеличаването на продължителността на живота задачата на здравеопазването в истинския смисъл на думата става все по-неотложна: не просто да се бори с болестите, но и да поддържа съществуващото здраве, така че човек да може да води активен начин на живот и остават пълноправен член на обществото до дълбока старост.
Този проблем може да бъде решен чрез осигуряване на постоянен ефективен контрол върху състоянието на тялото, което би позволило да се избегне действието на неблагоприятни фактори и да се предотврати развитието на заболяването, да се разкрие патологичният процес на най-ранен етап и да се елиминира самата причина за заболяването. заболяване.
В този смисъл основната задача на медицината на бъдещето може да се формулира като „управление на здравето”. Съвсем реалистично е да направите това, ако имате пълна информация за наследствеността на дадено лице и наблюдавате ключови показатели за състоянието на тялото.
"Умна" диагностика
За управление на здравето е необходимо да има ефективни и прости минимално инвазивни методи за ранна диагностика на заболяванията и определяне на индивидуалната чувствителност към терапевтични лекарства, както и към факторите на околната среда. Например, такива задачи като създаването на системи за генна диагностика и откриване на патогени на човешки инфекциозни заболявания, разработване на методи за количествено определяне на протеини и нуклеинови киселини - маркери на заболявания - трябва да бъдат решени (и вече се решават) .
Отделно си струва да се подчертае създаването на методи за ранна неинвазивна диагностика ( течна биопсия) туморни заболявания на базата на анализ на извънклетъчна ДНК и РНК. Източникът на такива нуклеинови киселини са както мъртвите, така и живите клетки. Обикновено концентрацията им е относително ниска, но обикновено се увеличава при стрес и развитие на патологични процеси. Когато се появи злокачествен тумор, нуклеиновите киселини, секретирани от раковите клетки, навлизат в кръвния поток и такива характерни циркулиращи РНК и ДНК могат да служат като маркери на заболяването.
Наздраве!
Съвременните методи за секвениране на генома са широко въведени в медицината и в близко бъдеще всички пациенти ще имат генетични паспорти. Информацията за наследствените характеристики на пациента е в основата на прогнозната персонализирана медицина. Предупреден, както знаете, въоръжени. Човек, който е наясно с възможните рискове, може да организира живота си по такъв начин, че да предотврати развитието на болестта. Това се отнася и за начина на живот, както и за избора на храна и терапевтични лекарства.
При условие на постоянно наблюдение на набор от маркери, които сигнализират за отклонения в работата на тялото, е възможно да се коригират навреме. Вече има много методи за наблюдение на състоянието на тялото: например с помощта на сензори, които наблюдават функционирането на сърдечно-съдовата система и качеството на съня, или устройства, които анализират газообразни продукти във въздуха, издишван от човек. Огромни възможности се отварят във връзка с развитието на минимално инвазивни технологии за течна биопсия и технологии за анализ на протеини и пептиди, циркулиращи в кръвния поток. В ранните етапи на заболяването в много случаи е възможно да се коригира състоянието на тялото чрез „меки“ методи: промяна на естеството на храненето, използване на допълнителни микроелементи, витамини и пробиотици. Напоследък се обръща специално внимание на възможностите за коригиране на отклоненията в състава на чревната микрофлора на човека, които са свързани с развитието на голям брой патологични състояния.
Сега на базата на такива маркери се разработват подходи за ранна диагностика на рак, методи за прогнозиране на риска от неговото развитие, както и оценка на тежестта на хода на заболяването и ефективността на терапията. Например, в Института по химическа биология и фундаментална медицина на Сибирския клон на Руската академия на науките беше показано, че степента на метилиранеспецифични участъци от ДНК. Разработен е метод за изолиране на циркулираща ДНК от кръвни проби и анализиране на естеството на нейното метилиране. Този метод може да стане основа за точна неинвазивна диагностика на рак на простатата, каквато днес не съществува.
Важен източник на информация за здравословното състояние може да бъде т.нар некодираща РНКт.е. тези РНК, които не са шаблон за протеинов синтез. През последните години се установи, че в клетките се образуват много различни некодиращи РНК, които участват в регулирането на различни процеси на ниво клетки и целия организъм. Изследването на спектъра на микроРНК и дългите некодиращи РНК при различни състояния открива широки възможности за бърза и ефективна диагностика. Институтът по молекулярна и клетъчна биология SB RAS (IMKB SB RAS, Новосибирск) и ICBFM SB RAS са идентифицирали редица miRNAs - обещаващи маркери за туморни заболявания.
С помощта на съвременни технологии за секвениране на РНК и ДНК може да се създаде платформа за диагностика и прогнозиране на човешки онкологични заболявания въз основа на анализ на съдържанието на микроРНК и генотипиране, т.е. установяване на специфични генетични варианти на конкретен ген, както и определяне профили изразяване(дейности) на гените. Този подход предполага възможност за бързо и едновременно провеждане на множество анализи с помощта на съвременни устройства - биологични микрочипове.
Биочиповете са миниатюрни устройства за паралелен анализ на специфични биологични макромолекули. Идеята за създаване на такива устройства се ражда в Института по молекулярна биология. V. A. Engelhardt от Руската академия на науките (Москва) още в края на 80-те години. За кратко време технологиите за биочип се очертаха като независима област на анализ с огромен спектър от практически приложения, от изучаването на фундаментални проблеми на молекулярната биология и молекулярната еволюция до идентифицирането на резистентни към лекарства бактериални щамове.
Днес IMB RAS произвежда и използва в медицинската практика оригинални тест-системи за идентифициране на патогени на редица социално значими инфекции, включително туберкулоза, с едновременно откриване на тяхната резистентност към антимикробни лекарства; тестови системи за оценка на индивидуалната поносимост на цитостатици и много други.
Развитието на биоаналитичните диагностични методи изисква непрекъснато усъвършенстване чувствителност- способност за подаване на надежден сигнал при регистриране на малки количества от откриваемо вещество. Биосензорие ново поколение апарати, които позволяват специфичен анализ на съдържанието на различни болестни маркери в проби със сложен състав, което е особено важно при диагностиката на заболяванията.
ICBFM SB RAS в сътрудничество с Новосибирския институт по физика на полупроводниците SB RAS разработва микробиосензори, базирани на полеви транзистори, които са сред най-чувствителните аналитични устройства. Такъв биосензор дава възможност да се следи взаимодействието на биомолекулите в реално време. Неговата съставна част е една от такива взаимодействащи молекули, която играе ролята на молекулярна сонда. Сондата улавя молекулярна цел от анализирания разтвор, чието присъствие може да се използва за преценка на специфичните характеристики на здравето на пациента.
"Допълнителна" медицина
Дешифрирането на човешки геноми и патогени на различни инфекции отвори пътя за разработване на радикални подходи за лечение на болести чрез насочване към тяхната първопричина – генетичните програми, отговорни за развитието на патологични процеси. Дълбокото разбиране на механизма на възникване на заболяването, в който участват нуклеиновите киселини, дава възможност за проектиране на терапевтични нуклеинови киселини, които заместват загубената функция или блокират възникналата патология.
Такова въздействие може да се извърши с помощта на фрагменти от нуклеинови киселини - синтетични олигонуклеотиди, способни селективно да взаимодействат с определени нуклеотидни последователности в състава на целевите гени съгласно принципа допълване. Самата идея за използване на олигонуклеотиди за насочване към гени е представена за първи път в Лабораторията на естествените полимери (по-късно Катедрата по биохимия) на Новосибирския институт по биоорганична химия, Сибирски клон на Руската академия на науките (сега Институт по химия). Биология и фундаментална медицина, Сибирски клон на Руската академия на науките). Първите препарати са създадени в Новосибирск генно насочено действиеза селективно инактивиране на вирусна и част от клетъчната РНК.
Понастоящем активно се разработват подобни генно насочени терапевтични лекарства на базата на нуклеинови киселини, техните аналози и конюгати (антисенс олигонуклеотиди, интерферираща РНК, аптамери, системи за геномно редактиране). Последните проучвания показват, че въз основа на антисенс олигонуклеотидивъзможно е да се получи широк спектър от биологично активни вещества, които действат върху различни генетични структури и задействат процеси, които водят до временно "изключване" на гените или промяна в генетичните програми - появата мутации. Доказано е, че с помощта на такива съединения е възможно да се потисне функционирането на определени информационна РНКживи клетки, като повлияват протеиновия синтез и предпазват клетките от вирусна инфекция.
Днес антисенс олигонуклеотидите и РНК, които потискат функциите на иРНК и вирусната РНК, се използват не само в биологични изследвания. Тестват се редица антивирусни и противовъзпалителни лекарства на базата на изкуствени аналози на олигонуклеотиди, като някои от тях вече започват да се въвеждат в клиничната практика.
Лабораторията по биомедицинска химия на ICBFM SB RAS, работеща в тази посока, е създадена през 2013 г. благодарение на научен мегагрант от правителството на Руската федерация. Тя беше организирана от професора от Йейлския университет, нобеловия лауреат С. Алтман. В лабораторията се провеждат изследвания върху физикохимичните и биологичните свойства на нови перспективни изкуствени олигонуклеотиди, на базата на които се разработват РНК-насочени антибактериални и антивирусни лекарства.
В рамките на проекта, ръководен от С. Алтман, беше проведено мащабно систематично изследване на въздействието на различни изкуствени аналози на олигонуклеотиди върху патогенни микроорганизми: Pseudomonas aeruginosa, Salmonella, Staphylococcus aureus и грипен вирус. Идентифицирани са целеви гени, които могат най-ефективно да потискат тези патогени; се оценяват технологичните и терапевтичните характеристики на най-активните олигонуклеотидни аналози, включително тези с антибактериална и антивирусна активност.
В ICBFM SB RAS за първи път в света са синтезирани фосфорилгуанидинолигонуклеотидни производни. Тези нови съединения са електрически неутрални, стабилни в биологични среди и се свързват силно с РНК и ДНК мишени при широк спектър от условия. Поради набора от уникални свойства, те са обещаващи за използване като терапевтични агенти, а също така могат да се използват за подобряване на ефективността на диагностичните инструменти, базирани на биочип технологии.
"Антисенс" ефектите върху информационните РНК не се ограничават до просто блокиране снаждане(процесът на "узряване" на РНК) или протеинов синтез. По-ефективно е ензимното разрязване на иРНК, провокирано от свързването на терапевтичния олигонуклеотид към мишената. В този случай олигонуклеотидът - индукторът на разцепването - може впоследствие да се свърже с друга молекула РНК и да повтори действието си. ICBFM SB RAS изследва ефекта на олигонуклеотиди, които образуват комплекси при свързване с иРНК, които могат да служат като субстрати за ензима РНКаза P. Самият този ензим е РНК с каталитични свойства ( рибозим).
Не само антисенс нуклеотиди, но и двуверижни РНК, действащи по механизма РНК интерференция. Същността на това явление е, че при влизане в клетката дългите dsRNA се нарязват на къси фрагменти (т.нар. малки интерфериращи РНК, siRNA) комплементарни към специфичен регион на информационната РНК. Свързвайки се с такава иРНК, siPNA задействат действието на ензимен механизъм, който разрушава целевата молекула.
Използването на този механизъм открива нови възможности за създаване на широка гама от високоефективни нетоксични лекарства за потискане на експресията на почти всеки ген, включително вирусни гени. Обещаващи противоракови лекарства, базирани на малки интерфериращи РНК, са проектирани в ICBFM SB RAS, които показват добри резултати в експерименти с животни. Едно от интересните открития е двуверижната РНК с оригиналната структура, която стимулира производството на интерферонкоито ефективно потискат процеса на туморни метастази. Доброто проникване на лекарството в клетките се осигурява от носители - нови катиони липозоми(липидни везикули), разработен съвместно със специалисти от Московския държавен университет за фини химически технологии „Ломоносов“.
Нови роли на нуклеиновите киселини
Развитието на метода на полимеразна верижна реакция, който дава възможност за размножаване на нуклеинови киселини - ДНК и РНК в неограничени количества, и появата на технологии за молекулярна селекция на нуклеинови киселини направи възможно създаването на изкуствени РНК и ДНК с желани свойства. Молекулите нуклеинова киселина, които селективно свързват определени вещества, се наричат аптамери. Въз основа на тях могат да се получат лекарства, които блокират функциите на всякакви протеини: ензими, рецептори или регулатори на генната активност. В момента вече са получени хиляди различни аптамери, които намират широко приложение в медицината и технологиите.
Един от световните лидери в тази област е американска компания Soma Logic Inc.. - създава т.нар somemers, които са селективно избрани от библиотеки с химически модифицирани нуклеинови киселини според нивото на афинитет към определени мишени. Модификациите на азотната основа дават на такива аптамери допълнителна "протеиноподобна" функционалност, която осигурява висока стабилност на техните комплекси с мишени. В допълнение, това увеличава вероятността за успешен подбор на сомери за онези съединения, за които не е било възможно да се изберат конвенционални аптамери.
Сред аптамерите с афинитет към клинично значими цели в момента има кандидати за терапевтични лекарства, които са достигнали третата, ключова фаза на клиничните изпитвания. Един от тях - Macugen- вече използвани в клиничната практика за лечение на заболявания на ретината; лекарство за лечение на свързана с възрастта макулна дегенерация на ретината Фовистауспешно завършва теста. И има много такива лекарства в процес на подготовка.
Но терапията не е единствената цел на аптамерите: те представляват голям интерес за биоаналитиците като разпознаващи молекули при създаването аптамерни биосензори.
В ICBFM съвместно с Института по биофизика на Сибирския клон на Руската академия на науките (Красноярск) се разработват биолуминесцентни аптасензори с превключваща се структура. Получени са аптамери, които играят ролята на репортерски блок на сензора към Ca 2+ -активиран фотопротеин. обелин, което е удобен биолуминесцентен етикет. Този сензор е в състояние да "улови" молекулите само на определени протеини, които трябва да бъдат открити в пробата. В момента по тази схема се конструират превключващи се биосензори за модифицирани кръвни протеини, служещи като маркери за диабет.
Самата информационна (информационна) РНК е нов обект сред терапевтичните нуклеинови киселини. Компания Moderna Therapeutics(САЩ) в момента провежда мащабни клинични проучвания на иРНК. Когато навлизат в клетката, иРНК действат в нея като свои собствени. В резултат на това клетката е в състояние да произвежда протеини, които могат да предотвратят или спрат развитието на болестта. Повечето от тези потенциални терапевтични лекарства са насочени срещу инфекциозни (вирус на грип, вирус Зика, цитомегаловирус и др.) и онкологични заболявания.
Протеинът като лекарство
Огромният напредък в синтетичната биология през последните години е отразен и в разработването на технологии за производство на терапевтични протеини, които вече се използват широко в клиниката. На първо място, това се отнася за антитуморните антитела, с помощта на които стана възможна ефективна терапия за редица онкологични заболявания.
Сега има все повече и повече нови противотуморни протеинови лекарства. Пример е наркотик лактаптин, създаден в ICBFM SB RAS на базата на фрагмент от един от основните протеини на човешкото мляко. Изследователите открили, че този пептид индуцира апоптоза("самоубийствени") клетки от стандартна туморна клетъчна култура - човешки аденокарцином на гърдата. С използването на методи на генно инженерство са получени редица структурни аналози на лактаптин, от които е избран най-ефективният.
Тестовете върху лабораторни животни потвърждават безопасността на лекарството и неговата антитуморна и антиметастатична активност срещу редица човешки тумори. Вече е разработена технологията за получаване на лактаптин в субстанция и дозирана форма и са произведени първите експериментални партиди от лекарството.
Терапевтичните антитела все по-често се използват за лечение на вирусни инфекции. Специалисти от ICBFM SB RAS успяха да създадат хуманизирано антитяло срещу вируса на кърлежовия енцефалит чрез методи на генно инженерство. Лекарството е преминало всички предклинични изпитвания, доказвайки високата му ефективност. Оказа се, че защитните свойства на изкуственото антитяло са сто пъти по-високи от тези на търговски препарат за антитяло, получен от донорски серум.
Инвазия на наследствеността
Откритията от последните години разшириха възможностите на генната терапия, която доскоро изглеждаше като научна фантастика. технология геномно редактиране, базирани на използването на CRISPR/Cas РНК-протеиновата система, са в състояние да разпознават определени ДНК последователности и да въвеждат прекъсвания в тях. По време на "ремонта" репарации) на такива нарушения е възможно да се коригират мутациите, отговорни за заболяванията, или да се въведат нови генетични елементи за терапевтични цели.
Редактирането на гени отваря перспективата за радикално решение на проблема с генетичните заболявания чрез модифициране на генома чрез ин витро оплождане. Фундаменталната възможност за насочени промени в гените на човешкия ембрион вече е експериментално доказана, а създаването на технология, която гарантира раждането на деца без наследствени заболявания, е задача за близко бъдеще.
Геномното редактиране може не само да "поправи" гени: този подход може да се използва за борба с вирусни инфекции, които не се поддават на конвенционална терапия. Говорим за вируси, които интегрират генома си в клетъчните структури на тялото, където той е недостъпен за съвременните антивирусни лекарства. Такива вируси включват ХИВ-1, вируси на хепатит В, папиломавируси, полиомавируси и редица други. Системите за геномно редактиране могат да инактивират вирусната ДНК вътре в клетката, като я нарязват на безвредни фрагменти или въвеждат в нея инактивиращи мутации.
Очевидно използването на системата CRISPR/Cas като средство за коригиране на човешки мутации ще стане възможно едва след нейното подобряване, за да се осигури високо ниво на специфичност и да се проведе широк спектър от тестове. Освен това, за успешна борба с опасни вирусни инфекции, е необходимо да се реши проблемът с ефективното доставяне на терапевтични агенти до целевите клетки.
Първо имаше стволова клетка
Една от най-бързо развиващите се области в медицината е клетъчна терапия. Водещите страни вече са подложени на клинични изпитания на клетъчни технологии, разработени за лечение на автоимунни, алергични, онкологични и хронични вирусни заболявания.
В Русия пионерска работа по създаването на терапевтични средства на базата стволови клеткии клетъчни ваксини бяха извършени в Института по фундаментална и клинична имунология SB RAS (Новосибирск). В резултат на изследванията са разработени методи за лечение на онкологични заболявания, хепатит В и автоимунни заболявания, които вече започнаха да се прилагат в клиниката в експериментален режим.
Проектите за създаване на банки от клетъчни култури на пациенти с наследствени и онкологични заболявания за тестване на фармакологични препарати станаха изключително актуални днес. В Новосибирския научен център подобен проект вече се изпълнява от междуинституционален екип, ръководен от проф. С. М. Закиян. Новосибирските специалисти са разработили технологии за въвеждане на мутации в култивирани човешки клетки, което води до клетъчни модели на такива заболявания като латерална амиотрофична склероза, болест на Алцхаймер, спинална мускулна атрофия, синдром на удължен QT и хипертрофична кардиомиопатия.
Разработване на методи за получаване от конвенционални соматични клетки плурипотентно стъбло, способен да се трансформира във всяка клетка на възрастен организъм, доведе до появата на клетъчно инженерство, което прави възможно възстановяването на засегнатите структури на тялото. Изненадващо бързо развиващи се технологии за получаване на триизмерни структури за клетъчно и тъканно инженерство на базата на биоразградими полимери: съдови протези, триизмерни матрици за отглеждане на хрущял и конструиране на изкуствени органи.
Така специалистите от ICBFM SB RAS и Националния медицински изследователски център. Е. Н. Мешалкина (Новосибирск) разработи технология за създаване на протези на кръвоносни съдове и сърдечни клапи по метода електропредене. С помощта на тази технология е възможно да се получат влакна с дебелина от десетки нанометра до няколко микрона от полимерен разтвор. В резултат на поредица от експерименти беше възможно да се изберат продукти с изключителни физически характеристики, които сега са успешно подложени на предклинични изпитвания. Поради високата био- и хемосъвместимост, такива протези в крайна сметка се заменят от собствените тъкани на тялото.
Микробиома като обект и предмет на терапия
Към днешна дата геномите на много микроорганизми, които заразяват хората, са добре проучени и дешифрирани. Провеждат се и изследвания върху сложни микробиологични общности, които са постоянно свързани с хората - микробиоми.
Местни учени също имат значителен принос в тази област на изследване. Така специалистите от SSC VB "Vector" (Колцово, Новосибирска област) за първи път в света дешифрират геномите на вирусите Марбург и едра шарка, а учените от ICBFM SB РАН - геномите на кърлежите. вирус на енцефалит, причинителите на кърлежовата борелиоза, разпространена на територията на Руската федерация. Изследвани са и микробни общности, свързани с различни видове опасни за хората кърлежи.
В развитите страни днес се извършва активно работа, насочена към създаване на средства за регулиране на микробиома на човешкото тяло, преди всичко на храносмилателния му тракт. Както се оказа, здравословното състояние зависи до голяма степен от състава на чревния микробиом. Вече съществуват методи за въздействие върху микробиома: например обогатяването му с нови терапевтични бактерии, като се пробиотицикоито благоприятстват размножаването на полезни бактерии, както и приема на бактериофаги (бактериални вируси), които селективно убиват „вредните“ микроорганизми.
Напоследък работата по създаването на терапевтични средства на базата на бактериофаги се засили по целия свят във връзка с проблема с разпространението на устойчиви на лекарства бактерии. Русия е една от малкото страни, където е разрешено използването на бактериофаги в медицината. В Руската федерация има промишлено производство на препарати, разработени още в съветската епоха, и за да се получат по-ефективни бактериофаги, е необходимо да се подобрят и този проблем може да бъде решен чрез методи на синтетичната биология.
Той се решава в редица изследователски организации на Руската федерация, включително ICBFM SB RAS. Институтът характеризира фагови препарати, произвеждани в търговската мрежа в Руската федерация, дешифрира геномите на редица бактериофаги и създава колекция от тях, която включва уникални вируси, обещаващи за употреба в медицината. Клиниката на института разработва механизми за предоставяне на персонализирани грижи за пациенти, страдащи от бактериални инфекции, причинени от резистентни на лекарства микроорганизми. Последните се появяват при лечението на диабетно стъпало, както и в резултат на рани под налягане или следоперативни усложнения. Разработват се и методи за коригиране на нарушенията в състава на човешкия микробиом.
Откриват се напълно нови възможности за използване на вируси във връзка със създаването на технологии за получаване на интелигентни системи със силно избирателен ефект върху определени клетки. ние говорим за онколитични вирусиспособни да атакуват само туморни клетки. В експериментален режим няколко от тези вируси вече се използват в Китай и Съединените щати. Работата в тази област се извършва и в Русия, с участието на специалисти от Москва и Новосибирск изследователски организации: IMB RAS, SSC VB "Vector", Новосибирски държавен университет и ICBFM SB RAS.
Бързото развитие на синтетичната биология дава основание да се очакват през следващите години важни открития и появата на нови биомедицински технологии, които ще избавят човечеството от много проблеми и ще ви позволят наистина да управлявате здравето, а не само да лекувате наследствени и „придобити“ заболявания.
Областта на изследване в тази област е изключително широка. Вече наличните джаджи не са просто играчки, а наистина полезни устройства, които ежедневно предоставят на човек информацията, необходима за контрол и поддържане на здравето. Новите технологии за бързо задълбочено изследване дават възможност за прогнозиране или навременно откриване на развитието на заболяването, а персонализираните лекарства на базата на „умни“ информационни биополимери радикално ще решат проблемите на борбата с инфекциозните и генетични заболявания в много близко бъдеще.
литература
1.
Бризгунова О. Е., Лактионов П. П. Извънклетъчни нуклеинови киселини на урината: източници, състав, използване в диагностиката // Acta Naturae. 2015. Т. 7. No 3(26). стр. 54–60.
2.
Власов В.В., още две фамилни имена и т.н. Допълващи здравето. Минало, настояще и бъдеще на антисенс технологиите // Наука от първа ръка. 2014. Т. 55. No 1. С. 38–49.
3.
Власов В. В., Воробьов П. Е., Пишни Д. В. и др. Истината за фаговата терапия или напомняне за лекаря и пациента // Наука от първа ръка. 2016. Т. 70. № 4. С. 58–65.
4.
Власов В. В., Закиян С. М., Медведев С. П. „Редактори на генома“. От „цинкови пръсти“ до CRISPR // Наука от първа ръка. 2014. Т. 56. № 2. С. 44–53.
5.
Lifshits G. I., Slepukhina A. A., Subbotovskaya A. I. и др. Измерване на параметрите на хемостазата: инструментална база и перспективи за развитие // Медицинска технология. 2016. Т. 298. № 4. С. 48–52.
6.
Рихтер В. А. Женското мляко - източник на потенциално лекарство за рак // Наука от първа ръка. 2013. Т. 52. № 4. С. 26–31.
7.
Купрюшкин M. S., Pyshnyi D. V., Stetsenko D. A. Фосфорил гуанидини: нов тип аналози на нуклеинови киселини // Acta Naturae. 2014. Т. 6. No 4(23). С. 116–118.
8.
Наседкина Т. В., Гусева Н. А., Гра О. А. и др. Диагностични микрочипове в хематологичната онкология: приложения на масиви с висока и ниска плътност // Mol. Диаг. те 2009. Т. 13. N. 2. С. 91–102.
9.
Ponomaryova A. A., Morozkin E. S., Rykova E. Y. et al. Динамични промени в нивата на циркулиращата miRNA в отговор на антитуморна терапия на рак на белия дроб // Експериментални белодробни изследвания. 2016. Т. 42. N. 2. С. 95–102.
10.
Воробьева М., Воробьев П. и Веняминова А. Многовалентни аптамери: универсални инструменти за диагностични и терапевтични приложения // Молекули. 2016. Т. 21. N. 12. С. 1612–1633.
Биотехнологиите - медицината на бъдещето
Новият брой на списанието "НАУКА от първа ръка" излезе "по стъпките" на Всеруската конференция с международно участие "Биотехнология - медицина на бъдещето", проведена в Новосибирск Академгородок през юли 2017 г. Сред организаторите на научното форум са Институтът по химическа биология и фундаментална медицина и Институтът по цитология и генетици на Сибирския клон на Руската академия на науките, както и Новосибирският национален изследователски държавен университет, където се извършват биомедицински изследвания в рамките на стратегическото академично звено "Синтетична биология", което обединява редица руски и чуждестранни участници, предимно институти на Сибирския клон на Руската академия на науките от биологичния профил. В първата, уводна статия на броя, авторите му дават преглед на най-актуалните области и обещаващи резултати от изследвания, свързани с разработването и внедряването на нови генно инженерство, клетъчни, тъканни, имунобиологични и дигитални технологии в практическата медицина, някои от които са представени подробно в други статии на броя.
Бързото развитие на биологичната наука, дължащо се на появата на високопроизводителни устройства и създаването на методи за манипулиране на информационни биополимери и клетки, подготви основата за развитието на медицината на бъдещето. В резултат на изследвания през последните години бяха разработени ефективни диагностични методи, появиха се възможности за рационално проектиране на антивирусни, антибактериални и противотуморни лекарства, генна терапия и редактиране на генома. Съвременните биомедицински технологии започват все повече да влияят върху икономиката и да определят качеството на живот на хората.
Към днешна дата структурата и функциите на основните биологични молекули са подробно проучени и са разработени методи за синтез на протеини и нуклеинови киселини. Тези биополимери са "интелигентни" материали по своето естество, тъй като са в състояние да "разпознават" и да действат върху определени биологични цели по много специфичен начин. Чрез целенасочено "програмиране" на такива макромолекули е възможно да се създадат рецепторни молекулярни конструкции за аналитични системи, както и лекарства, които селективно влияят върху специфични генетични програми или протеини.
„Умните лекарства“, създадени по методи на синтетична биология, разкриват възможности за насочени(насочена) терапия на автоимунни, онкологични, наследствени и инфекциозни заболявания. Това дава основание да се говори за въвеждането в медицинската практика на персонализирани медицински подходи, фокусирани върху лечението на конкретно лице.
С помощта на съвременните медицински технологии и фармацевтични продукти днес е възможно да се излекуват много заболявания, които са били огромен медицински проблем в миналото. Но с развитието на практическата медицина и увеличаването на продължителността на живота задачата на здравеопазването в истинския смисъл на думата става все по-неотложна: не просто да се бори с болестите, но и да поддържа съществуващото здраве, така че човек да може да води активен начин на живот и остават пълноправен член на обществото до дълбока старост.
НАЗДРАВЕ! Съвременните методи за секвениране на генома са широко въведени в медицината и в близко бъдеще всички пациенти ще имат генетични паспорти. Информацията за наследствените характеристики на пациента е в основата на прогнозната персонализирана медицина. Предупреден, както знаете, въоръжени. Човек, който е наясно с възможните рискове, може да организира живота си по такъв начин, че да предотврати развитието на болестта. Това се отнася и за начина на живот, както и за избора на храна и терапевтични лекарства.При условие на постоянно наблюдение на набор от маркери, които сигнализират за отклонения в работата на тялото, е възможно да се коригират навреме. Вече има много методи за наблюдение на състоянието на тялото: например с помощта на сензори, които наблюдават функционирането на сърдечно-съдовата система и качеството на съня, или устройства, които анализират газообразни продукти във въздуха, издишван от човек. Огромни възможности се отварят във връзка с развитието на минимално инвазивни технологии за течна биопсия и технологии за анализ на протеини и пептиди, циркулиращи в кръвния поток. В ранните етапи на заболяването в много случаи е възможно да се коригира състоянието на тялото чрез „меки“ методи: промяна на естеството на храненето, използване на допълнителни микроелементи, витамини и пробиотици. Напоследък се обръща специално внимание на възможностите за коригиране на отклоненията в състава на чревната микрофлора на човека, които са свързани с развитието на голям брой патологични състояния.
Този проблем може да бъде решен чрез осигуряване на постоянен ефективен контрол върху състоянието на тялото, което би позволило да се избегне действието на неблагоприятни фактори и да се предотврати развитието на заболяването, да се разкрие патологичният процес на най-ранен етап и да се елиминира самата причина за заболяването. заболяване.
В този смисъл основната задача на медицината на бъдещето може да се формулира като „управление на здравето”. Съвсем реалистично е да направите това, ако имате пълна информация за наследствеността на дадено лице и наблюдавате ключови показатели за състоянието на тялото.
"Умна" диагностика
За управление на здравето е необходимо да има ефективни и прости минимално инвазивни методи за ранна диагностика на заболяванията и определяне на индивидуалната чувствителност към терапевтични лекарства, както и към факторите на околната среда. Например, трябва да бъдат решени (и вече се решават) такива задачи като създаването на системи за генна диагностика и откриване на патогени на човешки инфекциозни заболявания, разработването на методи за количествено определяне на протеини и нуклеинови киселини - маркери на заболяването. .
Отделно си струва да се подчертае създаването на методи за ранна неинвазивна диагностика ( течна биопсия) туморни заболявания на базата на анализ на извънклетъчна ДНК и РНК. Източникът на такива нуклеинови киселини са както мъртвите, така и живите клетки. Обикновено концентрацията им е относително ниска, но обикновено се увеличава при стрес и развитие на патологични процеси. Когато се появи злокачествен тумор, нуклеиновите киселини, секретирани от раковите клетки, навлизат в кръвния поток и такива характерни циркулиращи РНК и ДНК могат да служат като маркери на заболяването.
Сега на базата на такива маркери се разработват подходи за ранна диагностика на рак, методи за прогнозиране на риска от неговото развитие, както и оценка на тежестта на хода на заболяването и ефективността на терапията. Например, в Института по химическа биология и фундаментална медицина на Сибирския клон на Руската академия на науките беше показано, че степента на метилиранеспецифични участъци от ДНК. Разработен е метод за изолиране на циркулираща ДНК от кръвни проби и анализиране на естеството на нейното метилиране. Този метод може да стане основа за точна неинвазивна диагностика на рак на простатата, каквато днес не съществува.
Важен източник на информация за здравословното състояние може да бъде т.нар некодираща РНКт.е. тези РНК, които не са шаблон за протеинов синтез. През последните години се установи, че в клетките се образуват много различни некодиращи РНК, които участват в регулирането на различни процеси на ниво клетки и целия организъм. Изследването на спектъра на микроРНК и дългите некодиращи РНК при различни състояния открива широки възможности за бърза и ефективна диагностика. В Института по молекулярна и клетъчна биология SB RAS (IMKB SB RAS, Новосибирск) и ICBFM SB RAS са идентифицирани редица miRNAs, обещаващи маркери за туморни заболявания.
РАЗПОЗНАЕТЕ ВРАГА В ЛИЦЕТО Съвременните технологии, използващи биологични микрочипове, позволяват бързо и ефективно идентифициране на патогени на редица заболявания (туберкулоза, СПИН, хепатит В и С, антракс, неонатални инфекции), откриване на наличието на определени биотоксини, определяне на хромозомни транслокации при левкемия, регистриране на протеин маркери на рак, определят генетично предразположение към заболяването и индивидуалната чувствителност към определени видове терапия. Технологиите могат да се използват и за генетична идентификация на човек при съдебно-генетични експертизи и формиране на ДНК бази данни.ICBPM SB RAS участва в изпълнението на два големи международни проекта за разработване на олигонуклеотидни микрочипове, финансирани от Американската програма за сътрудничество в областта на биотехнологиите на Министерството на здравеопазването на САЩ ( Програма за ангажиране на биотехнологиите, Министерство на здравеопазването и човешките услуги на САЩ, BTEP/DHHS). Като част от първия проект с участието на специалисти от IMB. V. A. Engelhardt създаде микрочипове, които ви позволяват да идентифицирате точно различни щамове на едра шарка и херпесни вируси. Бяха разработени две версии на дизайна на микрочипа (на стъклен субстрат и с гел петна), както и преносим флуоресцентен детектор за техния анализ. В рамките на втория проект беше създаден универсален микрочип за типизиране на грипния вирус А, който позволява надеждно разграничаване на 30 подтипа на този вирус въз основа на определянето на два повърхностни протеина на вируса, хемаглутинин и невраминидаза.
С помощта на съвременни технологии за секвениране на РНК и ДНК може да се създаде платформа за диагностика и прогнозиране на човешки онкологични заболявания въз основа на анализ на съдържанието на микроРНК и генотипиране, т.е. установяване на специфични генетични варианти на конкретен ген, както и определяне профили изразяване(дейности) на гените. Този подход предполага възможността за бързо и едновременно провеждане на множество анализи с помощта на съвременни устройства. биологични микрочипове.
Биочиповете са миниатюрни устройства за паралелен анализ на специфични биологични макромолекули. Идеята за създаване на такива устройства се ражда в Института по молекулярна биология. V. A. Engelhardt от Руската академия на науките (Москва) още в края на 80-те години. За кратко време технологиите за биочип се очертаха като независима област на анализ с огромен спектър от практически приложения, от изучаването на фундаментални проблеми на молекулярната биология и молекулярната еволюция до идентифицирането на резистентни към лекарства бактериални щамове.
Днес IMB RAS произвежда и използва в медицинската практика оригинални тест-системи за идентифициране на патогени на редица социално значими инфекции, включително туберкулоза, с едновременно откриване на тяхната резистентност към антимикробни лекарства; тестови системи за оценка на индивидуалната поносимост на цитостатици и много други.
Световният лидер в "изграждането на биочипове" е американска компания Affymetrix Inc.. – произвежда биочипове с висока плътност на молекулярните сонди, базирани на фотолитографски технологии, използвани за получаване на полупроводникови микросхеми. На един такъв чип, на площ под 2 cm2, могат да има милиони петна с размери няколко микрона. Всяка такава точка съдържа няколко милиона идентични олигонуклеотиди, ковалентно свързани с повърхността на микрочипа.Развитието на биоаналитичните диагностични методи изисква непрекъснато усъвършенстване чувствителност– способност за подаване на надежден сигнал при откриване на малки количества от откриваемо вещество. Биосензорие ново поколение апарати, които позволяват специфичен анализ на съдържанието на различни болестни маркери в проби със сложен състав, което е особено важно при диагностиката на заболяванията.
ICBFM SB RAS в сътрудничество с Новосибирския институт по физика на полупроводниците SB RAS разработва микробиосензори, базирани на полеви транзистори, които са сред най-чувствителните аналитични устройства. Такъв биосензор дава възможност да се следи взаимодействието на биомолекулите в реално време. Неговата съставна част е една от такива взаимодействащи молекули, която играе ролята на молекулярна сонда. Сондата улавя молекулярна цел от анализирания разтвор, чието присъствие може да се използва за преценка на специфичните характеристики на здравето на пациента.
"Допълнителна" медицина
Дешифрирането на човешки геноми и патогени на различни инфекции отвори пътя за разработване на радикални подходи за лечение на болести чрез насочване към тяхната първопричина – генетичните програми, отговорни за развитието на патологични процеси. Дълбокото разбиране на механизма на възникване на заболяването, в който участват нуклеиновите киселини, дава възможност за проектиране на терапевтични нуклеинови киселини, които заместват загубената функция или блокират възникналата патология.
Такова въздействие може да се извърши с помощта на фрагменти от нуклеинови киселини - синтетични олигонуклеотиди, способни селективно да взаимодействат с определени нуклеотидни последователности в състава на целевите гени съгласно принципа допълване. Самата идея за използване на олигонуклеотиди за насочване към гени е представена за първи път в Лабораторията на естествените полимери (по-късно Катедрата по биохимия) на Новосибирския институт по биоорганична химия, Сибирски клон на Руската академия на науките (сега Институт по химия). Биология и фундаментална медицина, Сибирски клон на Руската академия на науките). Първите препарати са създадени в Новосибирск генно насочено действиеза селективно инактивиране на вирусна и част от клетъчната РНК.
Понастоящем активно се разработват подобни генно насочени терапевтични лекарства на базата на нуклеинови киселини, техните аналози и конюгати (антисенс олигонуклеотиди, интерферираща РНК, аптамери, системи за геномно редактиране). Последните проучвания показват, че въз основа на антисенс олигонуклеотидивъзможно е да се получи широк спектър от биологично активни вещества, които действат върху различни генетични структури и задействат процеси, които водят до временно "изключване" на гените или промяна в генетичните програми - външен вид мутации. Доказано е, че с помощта на такива съединения е възможно да се потисне функционирането на определени информационна РНКживи клетки, като повлияват протеиновия синтез и предпазват клетките от вирусна инфекция.
Днес антисенс олигонуклеотидите и РНК, които потискат функциите на иРНК и вирусната РНК, се използват не само в биологични изследвания. Тестват се редица антивирусни и противовъзпалителни лекарства на базата на изкуствени аналози на олигонуклеотиди, като някои от тях вече започват да се въвеждат в клиничната практика.
Лабораторията по биомедицинска химия на ICBFM SB RAS, работеща в тази посока, е създадена през 2013 г. благодарение на научен мегагрант от правителството на Руската федерация. Тя беше организирана от професора от Йейлския университет, нобеловия лауреат С. Алтман. В лабораторията се провеждат изследвания върху физикохимичните и биологичните свойства на нови перспективни изкуствени олигонуклеотиди, на базата на които се разработват РНК-насочени антибактериални и антивирусни лекарства.
В рамките на проекта, ръководен от С. Алтман, беше проведено мащабно систематично изследване на въздействието на различни изкуствени аналози на олигонуклеотиди върху патогенни микроорганизми: Pseudomonas aeruginosa, Salmonella, Staphylococcus aureus и грипен вирус. Идентифицирани са целеви гени, които могат най-ефективно да потискат тези патогени; се оценяват технологичните и терапевтичните характеристики на най-активните олигонуклеотидни аналози, включително тези с антибактериална и антивирусна активност.
В ICBFM SB RAS за първи път в света са синтезирани фосфорилгуанидинолигонуклеотидни производни. Тези нови съединения са електрически неутрални, стабилни в биологични среди и се свързват силно с РНК и ДНК мишени при широк спектър от условия. Поради набора от уникални свойства, те са обещаващи за използване като терапевтични агенти, а също така могат да се използват за подобряване на ефективността на диагностичните инструменти, базирани на биочип технологии.
Сред търговските фирми лидер в създаването на терапевтични нуклеинови киселини е американската компания Ionis Pharmaceuticals Inc.. (САЩ). След много години клинични изследвания, антисенс лекарствата бяха въведени в медицинската практика: Кинамро- понижаване нивото на "лошия" холестерол, Аликафорсен- за лечение на улцерозен колит и Спинразаза лечение на дистрофия на Дюшен. Препарати Йониссрещу редица други заболявания са подложени на клинични изпитвания. Лидер в разработването на терапевтични интерфериращи РНК - компания Alnylam Pharmaceuticals– също така провежда клинични изпитвания на цяла серия лекарства за лечение на сериозни заболявания (като наследствена амилоидоза, тежки форми на хиперхолестеролемия, хемофилия), за които в момента няма ефективни методи за лечение"Антисенс" ефектите върху информационните РНК не се ограничават до просто блокиране снаждане(процесът на "узряване" на РНК) или протеинов синтез. По-ефективно е ензимното разрязване на иРНК, провокирано от свързването на терапевтичния олигонуклеотид към мишената. В този случай олигонуклеотидът индуктор на разцепване може впоследствие да се свърже с друга молекула РНК и да повтори действието си. ICBPM SB RAS изследва ефекта на олигонуклеотиди, които образуват комплекси при свързване с иРНК, които могат да служат като субстрати за ензима РНКаза P. Самият този ензим е РНК с каталитични свойства ( рибозим).
Не само антисенс нуклеотиди, но и двуверижни РНК, действащи по механизма РНК интерференция. Същността на това явление е, че при влизане в клетката дългите dsRNA се нарязват на къси фрагменти (т.нар. малки интерфериращи РНК, siRNA) комплементарни към специфичен регион на информационната РНК. Свързвайки се с такава иРНК, siPNA задействат действието на ензимен механизъм, който разрушава целевата молекула.
Използването на този механизъм открива нови възможности за създаване на широка гама от високоефективни нетоксични лекарства за потискане на експресията на почти всеки ген, включително вирусни гени. Обещаващи противоракови лекарства, базирани на малки интерфериращи РНК, са проектирани в ICBFM SB RAS, които показват добри резултати в експерименти с животни. Едно от интересните открития е двуверижната РНК с оригиналната структура, която стимулира производството на интерферонкоито ефективно потискат процеса на туморни метастази. Доброто проникване на лекарството в клетките се осигурява от носители - нови катиони липозоми(липидни везикули), разработени съвместно със специалисти от Московския държавен университет за фини химически технологии на името на М. В. Ломоносов.
Нови роли на нуклеиновите киселини
Развитието на метода на полимеразна верижна реакция, който дава възможност за размножаване на нуклеинови киселини - ДНК и РНК в неограничени количества, и появата на технологии за молекулярна селекция на нуклеинови киселини направи възможно създаването на изкуствени РНК и ДНК с желани свойства. Молекулите нуклеинова киселина, които селективно свързват определени вещества, се наричат аптамери. Въз основа на тях могат да се получат лекарства, които блокират функциите на всякакви протеини: ензими, рецептори или регулатори на генната активност. В момента вече са получени хиляди различни аптамери, които намират широко приложение в медицината и технологиите.
Един от световните лидери в тази област е американска компания Soma Logic Inc.. - създава т.нар somemers, които са селективно избрани от библиотеки с химически модифицирани нуклеинови киселини според нивото на афинитет към определени мишени. Модификациите на азотната основа дават на такива аптамери допълнителна "протеиноподобна" функционалност, която осигурява висока стабилност на техните комплекси с мишени. В допълнение, това увеличава вероятността за успешен подбор на сомери за онези съединения, за които не е било възможно да се изберат конвенционални аптамери.
Пример за развитието на микрочип технология може да служи като американска компания LCSciencesи немски Febit GmbH. Реактор за производство на биочип LCSciencesизползването на стандартни реагенти за синтез на олигонуклеотиди ви позволява едновременно да синтезирате 4-8 хиляди различни олигонуклеотиди. фирма за микрочип реактор Febit GmbHсе състои от 8 независими фрагмента, всеки от които едновременно синтезира до 15 хиляди различни олигонуклеотиди. По този начин на ден могат да бъдат получени до половин милион олигонуклеотиди, градивните елементи на бъдещите гени.
Сред аптамерите с афинитет към клинично значими цели в момента има кандидати за терапевтични лекарства, които са достигнали третата, ключова фаза на клиничните изпитвания. Един от тях- Macugen– използвани вече в клиничната практика за лечение на заболявания на ретината; лекарство за лечение на свързана с възрастта макулна дегенерация на ретината Фовистауспешно завършва теста. И има много такива лекарства в процес на подготовка.
Но терапията не е единствената цел на аптамерите: те представляват голям интерес за биоаналитиците като разпознаващи молекули при създаването аптамерни биосензори.
В ICBFM съвместно с Института по биофизика на Сибирския клон на Руската академия на науките (Красноярск) се разработват биолуминесцентни аптасензори с превключваща се структура. Получени са аптамери, които играят ролята на репортерски блок на сензора към Ca 2+ -активиран фотопротеин. обелин, което е удобен биолуминесцентен етикет. Този сензор е в състояние да "улови" молекулите само на определени протеини, които трябва да бъдат открити в пробата. В момента по тази схема се конструират превключващи се биосензори за модифицирани кръвни протеини, служещи като маркери за диабет.
Самата информационна (информационна) РНК е нов обект сред терапевтичните нуклеинови киселини. Компания Moderna Therapeutics(САЩ) в момента провежда мащабни клинични проучвания на иРНК. Когато навлизат в клетката, иРНК действат в нея като свои собствени. В резултат на това клетката е в състояние да произвежда протеини, които могат да предотвратят или спрат развитието на болестта. Повечето от тези потенциални терапевтични лекарства са насочени срещу инфекциозни (вирус на грип, вирус Зика, цитомегаловирус и др.) и онкологични заболявания.
Протеинът като лекарство
Огромният напредък в синтетичната биология през последните години е отразен и в разработването на технологии за производство на терапевтични протеини, които вече се използват широко в клиниката. На първо място, това се отнася за антитуморните антитела, с помощта на които стана възможна ефективна терапия за редица онкологични заболявания.
Сега има все повече и повече нови противотуморни протеинови лекарства. Пример е наркотик лактаптин, създаден в ICBFM SB RAS на базата на фрагмент от един от основните протеини на човешкото мляко. Изследователите открили, че този пептид индуцира апоптоза("самоубийствени") клетки от стандартна туморна клетъчна култура - човешки аденокарцином на гърдата. С използването на методи на генно инженерство са получени редица структурни аналози на лактаптин, от които е избран най-ефективният.
Тестовете върху лабораторни животни потвърждават безопасността на лекарството и неговата антитуморна и антиметастатична активност срещу редица човешки тумори. Вече е разработена технологията за получаване на лактаптин в субстанция и дозирана форма и са произведени първите експериментални партиди от лекарството.
Терапевтичните антитела все по-често се използват за лечение на вирусни инфекции. Специалисти от ICBFM SB RAS успяха да създадат хуманизирано антитяло срещу вируса на кърлежовия енцефалит чрез методи на генно инженерство. Лекарството е преминало всички предклинични изпитвания, доказвайки високата му ефективност. Оказа се, че защитните свойства на изкуственото антитяло са сто пъти по-високи от тези на търговски препарат за антитяло, получен от донорски серум.
Инвазия на наследствеността
Откритията от последните години разшириха възможностите на генната терапия, която доскоро изглеждаше като научна фантастика. технология геномно редактиране, базирани на използването на CRISPR/Cas РНК-протеиновата система, са в състояние да разпознават определени ДНК последователности и да въвеждат прекъсвания в тях. По време на "ремонта" репарации) на такива нарушения е възможно да се коригират мутациите, отговорни за заболяванията, или да се въведат нови генетични елементи за терапевтични цели.
Редактирането на гени отваря перспективата за радикално решение на проблема с генетичните заболявания чрез модифициране на генома чрез ин витро оплождане. Фундаменталната възможност за насочени промени в гените на човешкия ембрион вече е експериментално доказана, а създаването на технология, която гарантира раждането на деца без наследствени заболявания, е задача за близко бъдеще.
Геномното редактиране може не само да "поправи" гени: този подход може да се използва за борба с вирусни инфекции, които не се поддават на конвенционална терапия. Говорим за вируси, които интегрират генома си в клетъчните структури на тялото, където той е недостъпен за съвременните антивирусни лекарства. Такива вируси включват ХИВ-1, вируси на хепатит В, папиломавируси, полиомавируси и редица други. Системите за геномно редактиране могат да инактивират вирусната ДНК вътре в клетката, като я нарязват на безвредни фрагменти или въвеждат в нея инактивиращи мутации.
Очевидно използването на системата CRISPR/Cas като средство за коригиране на човешки мутации ще стане възможно едва след нейното подобряване, за да се осигури високо ниво на специфичност и да се проведе широк спектър от тестове. Освен това, за успешна борба с опасни вирусни инфекции, е необходимо да се реши проблемът с ефективното доставяне на терапевтични агенти до целевите клетки.
Първо имаше стволова клетка
Една от най-бързо развиващите се области в медицината е клетъчна терапия. Водещите страни вече са подложени на клинични изпитания на клетъчни технологии, разработени за лечение на автоимунни, алергични, онкологични и хронични вирусни заболявания.
В Русия пионерска работа по създаването на терапевтични средства на базата стволови клеткии клетъчни ваксини бяха извършени в Института по фундаментална и клинична имунология SB RAS (Новосибирск). В резултат на изследванията са разработени методи за лечение на онкологични заболявания, хепатит В и автоимунни заболявания, които вече започнаха да се прилагат в клиниката в експериментален режим.
Проектите за създаване на банки от клетъчни култури на пациенти с наследствени и онкологични заболявания за тестване на фармакологични препарати станаха изключително актуални днес. В Новосибирския научен център подобен проект вече се изпълнява от междуинституционален екип, ръководен от проф. С. М. Закияна. Новосибирските специалисти са разработили технологии за въвеждане на мутации в култивирани човешки клетки, което води до клетъчни модели на такива заболявания като латерална амиотрофична склероза, болест на Алцхаймер, спинална мускулна атрофия, синдром на удължен QT и хипертрофична кардиомиопатия.
Разработване на методи за получаване от конвенционални соматични клетки плурипотентно стъбло, способен да се трансформира във всяка клетка на възрастен организъм, доведе до появата на клетъчно инженерство, което прави възможно възстановяването на засегнатите структури на тялото. Изненадващо бързо развиващи се технологии за получаване на триизмерни структури за клетъчно и тъканно инженерство на базата на биоразградими полимери: съдови протези, триизмерни матрици за отглеждане на хрущял и конструиране на изкуствени органи.
Така специалистите от ICBFM SB RAS и Националния медицински изследователски център. Е. Н. Мешалкина (Новосибирск) разработи технология за създаване на протези на кръвоносни съдове и сърдечни клапи по метода електропредене. С помощта на тази технология е възможно да се получат влакна с дебелина от десетки нанометра до няколко микрона от полимерен разтвор. В резултат на поредица от експерименти беше възможно да се изберат продукти с изключителни физически характеристики, които сега са успешно подложени на предклинични изпитвания. Поради високата био- и хемосъвместимост, такива протези в крайна сметка се заменят от собствените тъкани на тялото.
Микробиома като обект и предмет на терапия
Към днешна дата геномите на много микроорганизми, които заразяват хората, са добре проучени и дешифрирани. Провеждат се и изследвания върху сложни микробиологични общности, които са постоянно свързани с хората - микробиоми.
Местни учени също имат значителен принос в тази област на изследване. Така специалистите от SRC VB "Vector" (Колцово, Новосибирска област) за първи път в света дешифрират геномите на вирусите на Марбург и едра шарка, а учените от ICBFM SB RAS - геномите на кърлежовия енцефалит вирус, причинителите на кърлежовата борелиоза, разпространена на територията на Руската федерация. Изследвани са и микробни общности, свързани с различни видове опасни за хората кърлежи.
В развитите страни днес се извършва активно работа, насочена към създаване на средства за регулиране на микробиома на човешкото тяло, преди всичко на храносмилателния му тракт. Както се оказа, здравословното състояние зависи до голяма степен от състава на чревния микробиом. Вече съществуват методи за въздействие върху микробиома: например обогатяването му с нови терапевтични бактерии, като се пробиотицикоито благоприятстват размножаването на полезни бактерии, както и приема на бактериофаги (бактериални вируси), които селективно убиват „вредните“ микроорганизми.
Напоследък работата по създаването на терапевтични средства на базата на бактериофаги се засили по целия свят във връзка с проблема с разпространението на устойчиви на лекарства бактерии. Русия е една от малкото страни, където е разрешено използването на бактериофаги в медицината. В Руската федерация има промишлено производство на препарати, разработени още в съветската епоха, и за да се получат по-ефективни бактериофаги, е необходимо да се подобрят и този проблем може да бъде решен чрез методи на синтетичната биология.
Той се решава в редица изследователски организации на Руската федерация, включително ICBFM SB RAS. Институтът характеризира фагови препарати, произвеждани в търговската мрежа в Руската федерация, дешифрира геномите на редица бактериофаги и създава колекция от тях, която включва уникални вируси, обещаващи за употреба в медицината. Клиниката на института разработва механизми за предоставяне на персонализирани грижи за пациенти, страдащи от бактериални инфекции, причинени от резистентни на лекарства микроорганизми. Последните се появяват при лечението на диабетно стъпало, както и в резултат на рани под налягане или следоперативни усложнения. Разработват се и методи за коригиране на нарушенията в състава на човешкия микробиом.
Откриват се напълно нови възможности за използване на вируси във връзка със създаването на технологии за получаване на интелигентни системи със силно избирателен ефект върху определени клетки. ние говорим за онколитични вирусиспособни да атакуват само туморни клетки. В експериментален режим няколко от тези вируси вече се използват в Китай и Съединените щати. Работата в тази област се извършва и в Русия, с участието на специалисти от Москва и Новосибирск изследователски организации: IMB RAS, SSC VB "Vector", Новосибирски държавен университет и ICBFM SB RAS.
Бързото развитие на синтетичната биология дава основание да се очакват през следващите години важни открития и появата на нови биомедицински технологии, които ще избавят човечеството от много проблеми и ще ви позволят наистина да управлявате здравето, а не само да лекувате наследствени и „придобити“ заболявания.
Областта на изследване в тази област е изключително широка. Вече наличните джаджи не са просто играчки, а наистина полезни устройства, които ежедневно предоставят на човек информацията, необходима за контрол и поддържане на здравето. Новите технологии за бързо задълбочено изследване дават възможност за прогнозиране или навременно откриване на развитието на заболяването, а персонализираните лекарства на базата на „умни“ информационни биополимери радикално ще решат проблемите на борбата с инфекциозните и генетични заболявания в много близко бъдеще.
литература
Бризгунова О.Е., Лактионов П.П. Извънклетъчни нуклеинови киселини на урината: източници, състав, използване в диагностиката // Acta Naturae. 2015. Т. 7. No 3(26). с. 54-60.
Власов В.В., още две фамилни имена и т.н. Допълващи здравето. Минало, настояще и бъдеще на антисенс технологиите // НАУКА от първа ръка. 2014. Т. 55. № 1. С. 38-49.
Власов В. В., Воробьов П. Е., Пишни Д. В. и др. Истината за фаговата терапия или бележка за лекаря и пациента // НАУКА от първа ръка. 2016. Т. 70. № 4. С. 58-65.
Власов В. В., Закиян С. М., Медведев С. П. "Редактори на генома". От „цинкови пръсти“ до CRISPR // НАУКА от първа ръка. 2014. Т. 56. № 2. С. 44-53.
Lifshitz G. I., Slepukhina A. A., Subbotovskaya A. I. и др. Измерване на параметрите на хемостазата: инструментална база и перспективи за развитие // Медицинска техника. 2016. Т. 298. № 4. С. 48-52.
Рихтер V. A. Женското мляко - източник на потенциално лекарство за рак // НАУКА от първа ръка. 2013. Т. 52. No 4. С. 26-31.
Купрюшкин M. S., Pyshnyi D. V., Stetsenko D. A. Фосфорил гуанидини: нов тип аналози на нуклеинови киселини // Acta Naturae. 2014. Т. 6. No 4(23). С. 116-118.
Наседкина Т. В., Гусева Н. А., Гра О. А. и др. Диагностични микрочипове в хематологичната онкология: приложения на масиви с висока и ниска плътност // Mol Diagn Ther. 2009. Т. 13. N. 2. С. 91-102.
Пономарьова А. А., Морозкин Е. С., Рикова Е. Ю. и др. Динамични промени в циркулиращите нива на miRNA в отговор на антитуморна терапия на рак на белия дроб // Експериментални изследвания на белите дробове. 2016. Т. 42 N. 2. С. 95-102.
Воробьева М., Воробьев П. и Веняминова А. Многовалентни аптамери: универсални инструменти за диагностични и терапевтични приложения // Молекули. 2016. V. 21 N. 12. P. 1612-1633.
Опитвайки се да отговорим на въпросите „Кои сме ние? откъде сме? Накъде отиваме?”, учените излагат различни хипотези. На първо място, учените се интересуват от процеса на възникване на Вселената, включително появата на планетата Земя и човечеството. Мистерията за произхода на Вселената обаче не е разгадана досега. Всички съществуващи на...(Човекът и обществото)
Бъдещето на човечеството
Русия в променящ се святНачалото на третото хилядолетие се характеризира с дълбока криза на идеологическите основи на западноевропейската култура. Екологичните, демографските и други глобални проблеми, пред които е изправено човечеството, потвърждават факта, че западната цивилизация е изчерпала своето...(Философия)
Феноменът на глобализацията и бъдещето на човечеството
В социалните и хуманитарните науки идеята, че съвременното общество живее в епоха на глобализация, се утвърди. Необходимо е да се прави разлика между глобализацията като обективен процес, който се обуславя от изискванията на развитието на човечеството като цяло, както и от действията на субекти, действащи лица, които, водени от различия...(Основи на философията)
БЪДЕЩЕТО НА ЧОВЕЧЕСТВОТО
Ролята на науката и технологиите в живота на съвременното общество трудно може да бъде надценена. Научната и технологичната революция рязко повиши благосъстоянието на народите, които се възползваха предимно от нейните резултати (главно в развитите страни). В тези страни детската смъртност е значително намалена и в същото време...(Философия)
Биотехнология.
Биотехнологиите включват: биогазови технологии; производство на етанол, бутанол, изо-бутанол; производство на биодизелови горива, мастни киселини, растителни въглеводороди; производство на биоводород, получаване на топлинна енергия. Биогаз технологии. Биогазът е смес от метан и въглероден диоксид, продукт на метан...(Биоенергия в съвременното и бъдещо земеделско производство. Продоволствена сигурност)
Медицинска биотехнология
Медицинските биотехнологии се делят на диагностични и терапевтични. Диагностични медицински биотехнологииот своя страна те се делят на химични (определяне на диагностични вещества и параметри на техния метаболизъм) и физически (определяне на характеристиките на физическите процеси на организма). Химически...Селскостопански и екологични биотехнологии
През XX век. настъпва „зелена революция“ – чрез използването на минерални торове, пестициди и инсектициди се постига рязко повишаване на продуктивността на културите. Но сега са ясни и негативните му последици, например насищането на храната с нитрати и пестициди. Основен...(Концепции на съвременната естествена наука)