Первый человек в анабиозе и успехи CRISPR-терапии. Главное на QWERTY №105
[музыка] Всем привет! Вы смотрите научно-популярный канал QWERTY, а меня зовут Владимир. Мы после двухнедельного перерыва, связанного с моей поездкой в Венгрии на финал Всемирной робототехнической олимпиады, где сборная России заняла первое место в общекомандном зачете, вновь представляем вам выпуск самых лучших новостей науки прошедшей неделе.
В этом ролике: подтвержденная эффективность КРИСПР-арт-терапии против генетических заболеваний, настоящие солнечные батареи, погружение человека в анабиоз, новый вид антибиотиков из нематод и многое другое. Все подробности будут по ссылкам в описании.
Лучшей новостью прошлого выпуска вы признали новость про очищение ядерных отходов при помощи микророботов. Самодвижущаяся микромашина на базе металл-органических каркасов с двигателями на каталитической реакции улавливает радиоактивные элементы из жидкости, а ученые затем извлекают их из очищенной среды при помощи магнита. На симуляции эффективность достигала 96 процентов.
Все отлично, но в комментариях наши подписчики указали, что эти микромашины ни в коем случае не роботы, и мы с ними согласны. Потому что для этого гордого звания им как минимум не хватает механизмов анализа окружающей среды и соответствующего изменения поведения. Но название "микро-робот" упоминалось в статье о разработке. Не будем винить авторов за это: со словом "робот" вообще обращаются слишком вольно в наше время. Чаще всего микро- или даже нано-роботы на слуху благодаря достижениям медицины.
Запуская микро-роботов в кровоток, можно добиться у многих полезных эффектов. Вот лишь некоторые из них: они могут быть идентифицированы в глубине организма без облучения, если применять магниторезонансную визуализацию, например. И это нам — а робота из водорослей и магнетита. Они могут самостоятельно идентифицировать раковые клетки и разворачивать специальную сетку, вызывая образование тромбов в сосуде, питающем раковые опухоли.
Они могут захватывать патогенные бактерии и токсины и выводить их из организма. И это микро-роботы из частичек золота и органической мембраны. Они могут доставлять в нужную область организма лекарственные вещества или даже целые живые клетки и выпускать их по сигналу оператора или самостоятельно. Просто медицина, как всегда, на острие науки, и вполне ожидаемо, что при накоплении определенных достижений при разработке медицинских наноботов их начинают применять и в других отраслях, таких как атомная энергетика. Или, как знать, в будущем — развлечения.
Идеальная новость, так которая заставляет возвращаться к ней снова. То есть с апдейтом: в феврале этого года мы рассказывали о том, что метод генетического редактирования КРИСПР был впервые в истории западной медицины применен для лечения человека, а точнее — двух человек. До этого только Китай позволял себе наносить пользу таким образом на терминальных стадиях рака.
Теперь же компания, которая проводила экспериментальное лечение, заявила, что пришла к успеху. Одна из пациенток, болевшая бета-телеемией, более не нуждается в постоянных переливаниях крови, а вторая, страдавшая от серповидно-клеточной анемии, более не подвержена постоянной закупорке сосудов. Про нюансы этих заболеваний можно узнать, щелкнув по подсказке здесь — ссылка на февральский ролик.
Вкратце: у пациентов проблемы генетические с гемоглобином и эритроцитами, что приводит к анемии и нарушению транспорта кислорода по организму и застреванию красных кровяных клеток в сосудах из-за просто дикой формы эритроцитов. Лечение заключалось в том, что при помощи генетического редактирования у пациентов активировали работу фетального гемоглобина.
Это гемоглобин, который работает на седьмой неделе жизни плода и некоторое время после рождения. Затем его заменяет обычный взрослый гемоглобин, который у наших пациенток дефектный. При успехе лечения происходит все наоборот: взрослый гемоглобин заменяется детальным, то есть отключается ген, тормозящий его производство. То есть пациентки немножко Бенджамин Баттон.
А как это выглядит технически? У них отбирают их собственные стволовые клетки, модифицируют их ДНК и возвращают назад в организм на их законное место, где они должны начать производить клетки крови с фетальным гемоглобином. А дефектные эритроциты уничтожают при помощи химиотерапевтического препарата.
По итогам терапии получается, что пациентки с бета-телеемией в течение девяти месяцев не требовалось переливание крови, хотя до этого процедуру проводили 17 раз в год. Почти сто процентов и эритроцитов производят фетальный гемоглобин, а пациентка с серповидно-клеточной анемией ни разу не получила закупорку сосудов, хотя раньше семь раз в год эритроциты устраивали пробки. 47 процентов гемоглобина в крови — фетальный.
Не все радужно, конечно, есть и побочные эффекты, например, пневмония или ишемия печени, но говорят, что это результат химиотерапии, а не КРИСПР. А вслед за этими двумя пациентками стоят в очереди еще 45 человек, а в двадцатом году мы узнаем о последствиях экспериментов над онкологическими заболеваниями.
Новых классов антибиотиков против грамотрицательных бактерий не появлялось уже более пятидесяти лет. А точнее — с 68 года. Хинолоны — говорит ли вам это о чем-нибудь? Они проникают сквозь плотную двойную мембрану грамотрицательных бактерий и саботируют процесс репликации их ДНК. Но бактерии мутируют и приобретают устойчивость.
Именно поэтому великие опасения, что когда-нибудь у человечества закончатся средства против супербактерий, резистентных к широкому спектру антибиотиков. Несколько раз мы рассказывали об открытиях новых типов веществ, которые могут претендовать на роль новых антибиотиков, но клинические испытания — вещь долгая, и до сих пор нет ни окончательных решений, ни тем более запуска лекарства в производство.
Что уж расскажем еще раз: часто источник вдохновения для ученых — это природа. Ведь именно там ведутся ожесточенные войны между бактериями с применением настоящего антибактериального оружия. Объектом нового исследования стал один из видов нематод, паразитирующих в насекомых, а точнее — бактерии Photorhabdus, которые для нематодов являются симбионтами.
Эти смертельные попутчики нематоды выбрасывают внутрь насекомого, и они при помощи смертельного токсина насекомые убивают, а затем размягчают при помощи специальных ферментов. Но микрофлора насекомого содержит свои собственные бактерии, которые захватчиков и не жалят. По идее, бактерии нематоды должны с ними бороться.
И далеко не в рукопашной. Из среды этих бактерий было выделено новое вещество — ДаРобакцин. Этот пептид из семи аминокислот останавливает рост грамотрицательных бактерий. Он синтезируется на рибосомах, как обычные белки, но вот только в отличие от киналонов он слишком крупный, чтобы проникать сквозь мембрану бактерий, и не обладает клеточной токсичностью.
Но тогда как же он работает? После экспериментов со специально выведенными линиями кишечных палочек, устойчивыми к дарбактинам, выяснилось, что это вещество нацелено на активацию одного из белков внешней мембраны бактерий, жизненно необходимого для ее роста и обновления. Без нормально функционирующей мембраны бактерия погибает.
Круто то, что это уязвимое место бактерии ранее неизвестно. Оно находится снаружи, и до него легко добраться. Потенциально ДаРобакцин — это основа для нового антибиотика, работающего против ряда резистентных грамотрицательных бактерий.
Говорят, чтобы обеспечить весь мир электричеством, достаточно покрыть солнечными батареями площадь, примерно равную площади Испании. Плюс-минус. Зеленой энергетикой — вещь хорошая, но когда наступает ночь, карета превращается в тыкву. Точнее, энергия перестает вырабатываться, так как солнечные батареи, вопреки своему названию, не накапливают энергию, а всего лишь производят электричество с помощью фотоэлектрического эффекта.
Но недавно ученые представили новый вариант солнечных батарей, и теперь они могут носить это гордое название. Новое устройство не только поглощает и трансформирует энергию, но и запасает. Устройство состоит из нескольких слоев: наверху — не отражающее стекло, которое улавливает энергию солнечных лучей, следующий слой — так называемое молекулярное хранилище, состоящее из двух изомеров полициклических углеводов, морборнодейона и квадрициклона.
Оно удерживает нормальную энергию, оставаясь при этом стабильным после многих циклов перезарядки. При поглощении солнечного света вещество переходит из одной формы в другую, а при переходе обратно тепло наоборот выделяется. Третий слой — это аэрогель на основе диоксида кремния. Он служит для поддержания необходимой разницы температур между слоями, и четвертое, локализованное вещество с фазовым переходом — она необходима для поглощения скрытой теплоты.
Кажется, что от нового вида батареи сплошные плюсы. Заявляют, что эффективность поглощения энергии от 70 до 90 процентов, потому что поглощается весь спектр излучения солнца, а эффективность выделения собранной энергии достаточно высока. В темное время суток она достигает целых 80 процентов, днем — еще больше.
Новые солнечные батареи потенциально решают сразу несколько задач: сокращение потерь при транспортировке, производство энергии в темное время суток или в пасмурные дни, создание нового вида бесперебойного источника питания. Вроде бы все хорошо. Осталось только решить вопросы с законодательством и понять, сколько это стоит.
Потому что иначе стандартная связка солнечных батарей с аккумуляторами и трансформаторами может оказаться гораздо выгоднее. В научно-фантастических произведениях люди покоряют космос в состоянии анабиоза. Однако на земле анабиоз нужен там, где требуется срочно остановить время — то есть в медицине.
Когда пациенты поступают в больницу с большой потерей крови в результате ножевых или огнестрельных ранений, у врачей есть буквально несколько минут, чтобы спасти их. Выживаемость в таких случаях часто менее 5 процентов. Однако при погружении человека в анабиоз, гибернацию или спячку — как хотите, шансы на выживание резко повышаются, при условии что удастся выбраться из этого состояния.
Медики впервые открыли и решились на подобный эксперимент. Они называют этот метод экстренной консервации и реанимацией "Эклер". Чтобы ввести пациента в анабиоз, медики быстро охлаждают тело человека до 10-15 градусов Цельсия, заменяя кровь на специальный раствор. В результате деятельность в клетках практически полностью останавливается, и для работы им требуется гораздо меньше кислорода.
Мозг и другие органы просто "включаются". Если в обычных условиях, при температуре 36,6, клетки и мозг начинают отмирать примерно через 5 минут после прекращения подачи кислорода, то в состоянии анабиоза у человека есть, ну как минимум, пара часов запаса. Затем медики отключают систему охлаждения и проводят операцию.
После операции пациента возвращают к жизни. В идеале сначала такой эксперимент поставили на свиньях и выяснили, что хрюшки способны пробудить в состоянии анабиоза три часа и затем вернуться к полноценной жизни. А теперь медики перешли к экспериментам на людях и уже опробовали этот метод на одном пациенте. Правда, они не сказали, выжил ли он в итоге. Причем медики получили разрешение использовать Эклер без согласия пациента или родных.
Логично, потому что в экстренных ситуациях думать некогда, да и пациент, как правило, согласиться или отказаться уже не может. Всего медики собираются проверить Эклер на 10 пациентов контрольной группы — станут другие 10 пациентов, которые поступят в больницу во время дежурства другой бригады. О результатах успеха или провала эксперимента мы узнаем только в конце двадцатого года, когда команда медиков представит окончательные результаты.
Ну и да, пока что анабиоз — это совсем не про полеты на Saturн. Ну что ж, а на этом сегодня все! Большое спасибо вам за просмотр, оставляйте свое мнение в комментариях, ставьте лайки этому видео и делитесь им со своими друзьями. Проголосовать за самую интересную новость выпуска можно в подсказках, они находятся наверху. Не забывайте подписываться на канал здесь, на YouTube, в Instagram и Telegram. И до скорых встреч! Пока! [музыка] А вот [музыка]