Międzynarodowej grupie naukowców pod kierownictwem Hiszpana Juana Balmonte, znanego z pracy w dziedzinie komórek macierzystych, udało się stworzyć zarodki chimer ludzkich i świńskich, które w przyszłości mogą stać się źródłem narządów dawców. Inny zespół naukowców wykorzystał wirusy do leczenia wrodzonej głuchoty u myszy. „Lenta.ru” opowiada o sukcesie inżynierii genetycznej związanej z medycyną.
Stworzenie organizmów zmodyfikowanych genetycznie nie jest jedynym sposobem, w jaki inżynieria genetyczna może zadowolić ludzkość. Biotechnologia umożliwia nie tylko zmianę genów w celu ulepszenia roślin i zwierząt rolniczych, ale także leczenie nieuleczalnych wcześniej chorób. Jak na ironię, naukowcy wykorzystują do tego odwiecznych wrogów człowieka - wirusy. Te ostatnie służą do tworzenia wektorów dostarczających DNA do wybranych komórek. Innym kierunkiem, który może przestraszyć ludzi niezbyt obeznanych z nauką, jest tworzenie embrionów chimery, które łączą komórki ludzi i innych organizmów. Jednak to, co na początku wydaje się złowrogie, w rzeczywistości okaże się wygodnym sposobem tworzenia narządów.
Nerki lub płuca pozyskane z hodowli chimerycznych embrionów będą odpowiednie do przeszczepu potrzebującym. Obawiający się zmutowanego powstania powinni pomyśleć, że rzeczywiste korzyści płynące z tej technologii przeważają nad niejasnymi obawami pesymistycznych pisarzy science fiction.
Od lewej do prawej: normalna mysz, mysz z klatkami dla szczurów, szczur z klatkami dla myszy, normalny szczur
Zdjęcie: Nakauchi i in. / Uniwersytet Tokijski
Aby rozwiać obawy, musisz zrozumieć, co i jak robią naukowcy tworzący chimery. Głównym materiałem, z którym pracują naukowcy, są komórki macierzyste, które mają pluripotencję - zdolność do przekształcania się w inne komórki organizmu (nerwy, tłuszcz, mięśnie itd.) Z wyjątkiem łożyska i woreczka żółtkowego. Są wprowadzane do zarodków innych organizmów, po czym zarodek dalej się rozwija.
Film promocyjny:
Pigmen
W ten sposób międzynarodowy zespół naukowców ze Stanów Zjednoczonych, Hiszpanii i Japonii zdołał stworzyć chimery świnia, mysz-szczur i krowa. Poinformowali o tym w artykule opublikowanym w czasopiśmie Cell, który stał się pierwszym dokumentem potwierdzającym udaną „chimeryzację” gatunków pokrewnych.
Główny problem polega na tym, że nie wystarczy wprowadzić pluripotencjalnych komórek do zarodka i czekać, aż wyjdzie coś dobrego. Zamiast tego może skończyć się organizmem z katastrofalnymi zaburzeniami rozwojowymi, w tym powstawaniem potworniaków. Konieczne jest wyłączenie genów w zarodkach biorców, aby nie mogły tworzyć określonych tkanek. W tym przypadku wszczepione komórki macierzyste przejmują zadanie wyhodowania brakującego narządu.
Najpierw naukowcy wstrzyknęli szczurze komórki macierzyste do zarodków myszy na etapie blastocysty, kiedy płód jest kulką złożoną z kilkudziesięciu komórek. Ta metoda nazywa się komplementacją zarodków. Celem eksperymentu było ustalenie, które czynniki odgrywają wiodącą rolę w chimeryzmie międzygatunkowym. Zarodki zostały przeniesione do ciała samic myszy, po czym rozwinęły się w żywe chimery, z których jedna przetrwała do drugiego roku życia.
Geny w embrionach zostały wyłączone przy użyciu technologii CRISPR / Cas9, która powoduje pęknięcia w określonych regionach DNA. Na przykład badacze testując swoje podejście zablokowali aktywność genu, który odgrywa ważną rolę w tworzeniu trzustki. W rezultacie urodzone myszy zmarły, ale brakujący narząd rozwinął się, gdy pluripotencjalne komórki szczura zostały wprowadzone do zarodków. Naukowcy wyłączyli także gen Nkx2,5, bez którego zarodki cierpiały na poważne wady serca i okazały się niedorozwinięte. Chimeryzacja pomogła zarodkom osiągnąć normalny wzrost, jednak nie uzyskano żadnych żywych chimer.
Zdjęcie: Juan Carlos Izpisua Belmonte / Salk Institute for Biological Studies
Badanie uzyskanych myszy szczurów wykazało, że różne tkanki myszy zawierały różne proporcje komórek szczurzych. Kiedy naukowcy próbowali wstrzyknąć komórki szczura do blastocyst świń, a następnie przeprowadzili analizę genetyczną czterotygodniowych embrionów, nie znaleźli DNA gryzoni. Sugeruje to, że nie wszystkie zwierzęta nadają się do chimeryzacji między sobą, a pomyślne przeszczepienie komórek macierzystych z niektórych embrionów do innych może zależeć od czynników genetycznych, morfologicznych lub anatomicznych.
Głównym celem naukowców było stworzenie chimery człowieka i świni, aby prześledzić, w jaki sposób ludzkie tkanki będą rozwijać się w zarodku innego niż przeżuwacz parzystokopytnego. Użyli świńskich blastocyst i za pomocą wiązki lasera wykonali mikroskopijne otwory do późniejszego wstrzyknięcia różnych grup pluripotencjalnych komórek, które hodowano w różnych warunkach. Następnie zarodki przenoszono do macior, gdzie pomyślnie się rozwijały. Śledzenie dynamiki materiału ludzkiego przeprowadzono za pomocą białka fluorescencyjnego, do produkcji którego zaprogramowano ludzkie komórki macierzyste.
W efekcie w zarodku świni powstały komórki, które są prekursorami różnych typów tkanek, w tym serca, wątroby i układu nerwowego. Mieszańcom świnia / człowiek pozwolono rozwijać się przez trzy do czterech tygodni, po czym zostały zniszczone z powodów etycznych.
Głuche myszy
Amerykańskim naukowcom z Bostonu udało się niedawno przywrócić słuch myszom cierpiącym na rzadkie genetyczne zaburzenie funkcji ucha wewnętrznego. W tym celu wykorzystali biologiczny system dostarczania genów (wektor) oparty na zneutralizowanych wirusach. Naukowcy zmodyfikowali wirusa związanego z adenowirusem, który infekuje ludzi, ale nie wywołuje choroby.
Czynnik zakaźny ma zdolność penetracji komórek rzęsatych - receptorów układu słuchowego i aparatu przedsionkowego u zwierząt. Biotechnolodzy wykorzystali ten wektor do naprawy wadliwego genu Ush1c w komórkach nowo narodzonych żywych myszy. Ta mutacja powoduje głuchotę, ślepotę i brak równowagi. W efekcie poprawił się słuch zwierząt, co pozwoliło im rozróżnić nawet ciche dźwięki.
Dlatego inżynieria genetyczna nie jest sposobem na tworzenie mutantów zagrażających ludzkości. Jest to stale doskonalony zestaw metod i środków służących poprawie życia i zdrowia ludzi, zwłaszcza tych, którzy tego bardzo potrzebują. Ponieważ tworzenie chimer i terapii genowej nie jest tak łatwe do wdrożenia i czasem wymaga pomysłowych rozwiązań, rozwój biotechnologii nie następuje tak szybko, jak byśmy tego chcieli. Jednak corocznie publikowane są dziesiątki artykułów naukowych, które pogłębiają i wzbogacają naszą wiedzę i umiejętności.
Alexander Enikeev