Как распечатать геном

На заседании Ученого совета ЮФУ академик РАН, доктор химических наук, профессор, научный руководитель Южного федерального университета Владимир Минкин познакомил сотрудников ЮФУ с главными достижениями в мировой науке в 2018 году. Доклад оказался настолько ошеломляющим, что «Живой Ростов» решил познакомить с этими достижениями своих читателей.

Достижения прежних лет

О главных прорывах в науке миру, как правило, сообщает в своих итоговых публикациях главный научный журнал планеты Science. Владимир Исаакович для начала напомнил о достижениях прошлых лет.
2012 год — открыт бозон (элементарная частица) Хиггса; 2013 год — впервые заговорили про иммунотерапию рака; 2014 год — на комете Чугримова-Герасименко (считается, что ее изучение поможет в изучении рождения и эволюции Солнечной системы) отправленная в космос аппаратура обнаружила воду и органические вещества; 2015 год — создана технология редактирования генома человека; 2016 год — фиксация гравитационных волн (результат столкновения «черных дыр»); 2017 год — наблюдение слияния двух нейтронных звезд, приведшее к выбросу, в том числе, тяжелых металлов — и золота в том числе. Его стоимость оценивается в 10 в 19 степени долларов.

Казалось бы, для чего все эти исследования в космосе? С точки зрения сиюминутной выгоды — ничего, но наличие всех этих исследований позволяет быть уверенными в том, что созданная учеными картина мира верна.

Главный прорыв-2018

Сочетание нескольких технологий позволили обнаружить, как в отдельных клетках работает геном, подавая сигналы при выполнении им отдельных функций. Таким образом появляется возможность проследить во времени, как клетка за клеткой идет развитие отдельных органов. Sceince признает этот результат многолетнего труда химиков, биологов, физиков и других специалистов в области естественных наук прорывом 2018 года.

Нейтрино

22 сентября 2017 года приемником нейтрино научного центра на Южном полюсе в Антарктиде зафиксирован мощный поток нейтрино. Фиксировать эту частицу, практически не имеющей веса, очень трудно: лишь некоторые из них добираются до ядра атома, выбивая из нейтрона электрон, что и фиксирует прибор. В июле 2018 года гамма-лучевой телескоп NASA обнаружил источник этого излучения — блазар TXS 0506+056 (блазары — центры «черных дыр»). Он находится в созвездии Ориона на расстоянии от Земли в 4 млрд световых лет.

Криоэлектронная микроскопия

О важности сведений о строении веществ говорить не надо: исследователь должен точно знать, с какими структурами он имеет дело. Есть способы ее определения — с помощью рентгеновской дифракции или того же ядерно-магнитного резонанса. Суть нового метода — криоэлектронной микроскопии — состоит в замораживании объекта с образованием двухмерных кристаллов. Далее идет облучение вещества электронами: все это позволяет получить представление о строении сложных объектов, что раньше делать не удавалось. А в 2018 году кристалл удалось перевести в трехмерное состояние, что дало возможность с помощью компьютерной томографии получить точную картину строения вещества. При этом измерение идет в течение двух-трех минут и удается получить информацию о веществе даже в том случае, когда оно находится в смеси с другими.

Астероид

Изучение особенностей рельефа Гренландии привело к обнаружению кратера, который образовался от удара о Землю астероида около 13 тыс. лет назад.

Кратер по данным радарных аэросъемок — почти круглой формы с диаметром 31 км имеет глубину около 320 метров. Сверху на нем покоится слой льда толщиной около 930 метров.

По расчетам ученых, такой кратер мог быть сформирован в результате падения на Землю астероида диаметром около полутора километров, летящего со скоростью 20 км/с и имеющего плотность 8 т/м3.

Взрыв, который он произвел, был в 47 млн раз мощнее взрыва бомбы, сброшенной на Хиросиму. Такая катастрофа не могла пройти бесследно для нашей планеты. Напомним версию, согласно которой динозавры вымерли из-за столкновения Земли с астероидом, изменившим климат планеты.

Новый вид человека

Еще в 2010 году в Денисовской пещере на Алтае (100 км от Бийска) шведская экспедиции обнаружила останки нового вида человека, отличающегося от неандертальца и кроманьонца (человека уже разумного). Двухсантиметровая косточка, сохранившаяся ДНК которой была исследована, принадлежала девочке (рост 106 см), которая получила имя — Люси.

Самое интересное, что родители девочки происходили из разных мест. Если отец был тем самым «денисовским» человеком, гены которого обладают иной, чем было известно до сих пор, структурой), то мать была неандерталкой и пришла из тех мест, где сегодня расположена Хорватия.

В исследованиях, посвященных «денисовскому» человеку, приняли участие российские генетики и антропологи.

Возраст живых существ на Земле увеличился

Самые древние живые существа жили на земле гораздо раньше, чем предполагалось со времен Дарвина. «Эдиокарская» биота (комплекс ископаемых живых организмов, населявших Землю около 635–542 млн лет назад (неопротерозойская эра), могла быть предшественницей образования новых форм жизни, которые идентифицированы позже в Кембрийском периоде (500 млн лет назад). В Австралии и на Кольском полуострове найдены остатки растений, которые датируются последним периодом неопротерозойской эры.

Насильники грантов не дождутся

Прорыв-2018 с сугубо американским акцентом. Харрасмент (приставание к женщинам сексуального характера) получил широкий резонанс в богемной среде. В США был создан сайт, где предложено женщинам из научной и студенческой среды рассказать о том же явлении, если оно касалось их лично. Оказалось, что около половины девушек-студенток подверглось приставаниям, чуть меньше это касалось женщин-ученых.

Информация получила широкий резонанс. Национальная академия инженерных наук и медицины США пообещала изучить все заявленные случаи, и выявленных насильников исключить из своих рядов. Об этом же заявила и Американская Ассоциация продвинутых наук, издающая Science, а Институт здоровья, раздающий гранты, объявил, что оставит насильников без средств на исследования.

Прорыв в судебной медицине

Стало возможным идентифицировать людей по анонимной ДНК. Серийный убийца, лишивших жизней 12 человек и совершивший более 50 изнасилований, как ни старался замести следы, но кое-какие отпечатки на местах преступлений оставил. Злодеяния длились более 12 лет. И наконец-то судебные медики решили привлечь базы данных ДНК частных организаций. В частности, у такой организации, как GEDmatch в свободном доступе хранились более 1 млн данных ДНК жителей США. Таким образом удалось выйти на кузин преступника, определить личность его самого, мног лет скрывавшегося от правосудия, было уже «делом техники».

Когда в одной базе будут сосредоточены данные о ДНК более трех млн людей, идентифицировать можно будет любого преступника, считают ученые.

Победить болезни

Нынешний год показал, что «центр тяжести» научных исследований смещается в область наук о живых организмов. Показано, что в цитоплазме (то, что окружает ядро клетки), есть белки, которые лишены ДНК и при низкой концентрации другой важной кислоты — РНК, образуя твердые агрегаты, вызывают болезни. Обнаружено (в этом и состоит достижение ученых), что при высокой концентрации РНК такие твердые агрегаты исключены в принципе.

Силы организма — против онкологии

Управление по контролю за продуктами и лекарствами США одобрило первый препарат, способный прервать процесс перевода генетических конструкций в белки (без ДНК — см. выше). Препарат уже можно заказать в Интернете, недельное лечение обойдется в 450 тыс.$.

Именно за открытие этого принципа и была вручена Нобелевская премия в биологии и медицине 2006 года. А в 2018 году Джеймс Аллисон и Тасуки Хондзо создали лекарство, действующее по принципу имуннотерапии, получив Нобелевскую премию-2018.

Из научных новостей-2019: В Китае из человеческого эмбриона, взятого из организма женщины, были убраны гены, вызывающие болезнь иммунодефицита. Эмбрион был имплантирован обратно, в итоге родились две здоровые девочки, получившие имена Нана и Лулу. Это стало возможным, так как в Поднебесной не запрещена работа с человеческими эмбрионами. Этот запрет действует сегодня во многих странах.