Неизвестные бактерии из космоса, эмбрионы из пробирки, плачущие органоиды. БиоНовости на QWERTY №164
Из этого ролика вы узнаете, как вырастить эмбрион в пробирке до середины положенного срока, что представляют собой неизвестные науке бактерии из космоса, кому помогут плачущие органоиды и как заглянуть внутрь сосудов мозга ультразвуком.
Всем привет! Вы смотрите научно-популярный канал QWERTY. Меня зовут Владимир. Но прежде чем мы начнем рассказывать о самых интересных новостях науки предыдущей недели, предлагаем вам обратить внимание на самый свежий ролик пулковского астронома Кирилла Масленникова.
Во-первых, из него вы узнаете, как вихрь на Юпитере разгоняется до полутора тысяч километров в час, что впечатляет. Это одна из самых крутых астрономических новостей за предыдущую неделю. А во-вторых, в нем Кирилл озвучил опасения по недавно принятым поправкам в закон, касающихся просветительской деятельности, учитывая крайне расплывчатое понятие "просветительская деятельность". Под нее, а соответственно и под возможные запреты, лицензирования или ограничения, может попасть очень многое, вплоть до роликов на YouTube, а может даже и до воспитания детей. И очень надеюсь, что здесь я все же утрирую.
И напоминаю, что как всегда, все подробности к текущим новостям вы можете узнать по ссылкам в описании.
В своем далеком детстве я зачитывался романом "Штамм Андромеда", который написал Майкл Крайтон, автор, подарившей миру "Парк юрского периода". Микроорганизм, попавший на Землю вместе с упавшим спутником, оказался чрезвычайно вирулентным и почти абсолютно смертельным. Чтобы взять ситуацию под контроль, были задействованы особые военные протоколы и исследовательские группы. Но в итоге даже видимость контроля оказывается ложной. Тем интереснее мне было прочитать новость о том, что с МКС привезли ранее неизвестные науке виды бактерий.
Интересное сходство: образцы были выделены еще в 2015 году, так что здесь первое расхождение с романом. Программа "Лесной пожар" уже не актуальна. Второе расхождение: на этот раз пробы брались с внутренних поверхностей, не с обшивки. Это был обеденный стол, стеллаж для экспериментов, технический модуль и воздушный фильтр. Его, правда, еще в 2011 году вернули на Землю и законсервировали до пятнадцатого года. С них выделили четыре штамма. После секвенирования генома бактерий оказалось, что все они принадлежат к одному роду – метилабактерам, и одному семейству. Но три штамма из четырех ранее не были каталогизированы, то есть это новые виды бактерий, причем близкие родственники друг другу.
Вот как записали эти штаммы и их ближайшие известные родственники. Это бактерии виды "винтику". Все это грамотрицательные, красновато-розовые бактерии, представляющие собой палочки, умеющие разлагать перекись водорода и вообще способные получать энергию из метана и метанола. Для их нормальной жизнедеятельности необходим pH от шести до восьми. И тут у нас наконец-то два сходства с романом, потому что штамму андромеду нужна была повышенная кислотность крови людей. pH аж ниже 7,3 считается повышенной кислотностью.
Интересно, что новые бактерии обладают генами, способными помочь сельскому хозяйству, например, производству растительных гормонов и витамина B12, в том числе в условиях МКС или даже на Марсе. Собственно говоря, исследования только начинаются, но судя по всему, эти бактерии не опасны. Как они попали на МКС? Предлагаю вам написать в комментариях. Но самая логичная версия - что они туда попали вместе с удобрениями, растениями и либо грунтом, которые использовались в экспериментах по выращиванию растений в условиях микрогравитации.
Заглянуть в мозг человека можно множеством способов, хотя бы вот посетив выставку "Body Worlds". А наши предки в основном осмотр содержимого черепной коробки производили достаточно инвазивными способами: от дубинки и топора до вот таких инструментов. Сложности начинаются, когда нужно исследовать систему кровеносных сосудов и при этом сохранить пациенту жизнь. Технологии не стоят на месте и широко сейчас используется компьютерная томографическая ангиография, магнитно-резонансная ангиография. Но все эти виды исследования сосудов не дают динамики и не могут увидеть мелкие капилляры.
Тем интереснее новый метод, который лишен этих недостатков, не использует ионизацию и вроде бы даже недорог. Речь идет о сверхбыстрых сцанографах. Из названия ясно, что здесь используется ультразвук, но только со скоростью, дающей 1000 кадров в секунду. Зонт фиксируется у виска пациента, и он начинает определять положение миллионов пузырьков специального газа, который в качестве контрастного вещества заранее пустили в кровеносную систему. К сожалению, метод не работает так же, как обычная процедура УЗИ, потому что движение в мозге сильно мешает определить положение микропузырьков.
К тому же сложности добавляют кости черепа, искажающие ультразвуковые волны. Поэтому применялись компьютерные алгоритмы корректировки движения изображений, учитывающие размер исследуемых пузырьков и характеристики костных структур. Исследователи говорят, что в итоге пузырьки представляют собой изолированные объекты и даже если они чрезвычайно размыты, то их положение есть центр размытого пятна.
Сама по себе технология не так уж и нова, и испытывались на лабораторных животных в 2015 году. На человеке опробовали вот только сейчас, после доработок алгоритмов. Одним из следствий применения этой методики на человеке уже стало беспрецедентное разрешение видео, показывающего кровоток в мозге 79-летнего пациента в области аневризмы. А в целом это может стать крепким подспорьем в диагностике инсультов, нейродегенеративных и сосудистых заболеваний.
Думается, что для выращивания детей в закрытых бункерах из замороженных эмбрионов или создания армии клонов делать это нужно условно в пробирках, биореакторах, искусственных мотках - явно вне тела. Но то же самое можно делать и для изучения эмбрионов на поздних стадиях развития, для понимания, как комочек одинаковых клеток формирует сердце, нервы и желудок. Если мы хотим, чтобы эти процессы не были скрыты за завесой матки, человеческие эмбрионы ученые умеют доращивать до 14 дней. Далее это запрещено по этическим причинам.
Мышиные эмбрионы в биореакторах со специально подготовленной средой ранее ученые наращивали до стадии, когда их пара имплантирует в стенку матки (это четвертый день). Но дальше начинаются сложности, нарушаются процессы и появляются аномалии развития, потому что сложно дать эмбрионам механизм питания и дыхания, аналогичный тому, который происходит через плаценту.
И сейчас мы расскажем о в некотором роде прорыве в этой области. Для начала за семь лет трудов ученые отточили способ выращивать извлеченные из матки мышиные эмбрионы в пробирке с 5 по 6 день, всего около двухсот пятидесяти десятичных клеток. Это этап гаструляции, когда эмбрион разделяется на три слоя. Для этого использовалась статичная культивация в биореакторе с условиями, несколько отличными от общепринятых. Это помогло 97 процентов эмбрионов преодолеть эту стадию успешно, не отличаясь от собратьев в матке.
А на втором этапе извлеченные из матки эмбрионы выращивали во вращающемся биореакторе с седьмого по одиннадцатый день. В реакторе была доработанная система подачи газовой смеси для дыхания и система контроля давления, потому что давление влияет на развитие клеток. Иной состав питательной среды, включающий в себя сыворотку из человеческой плаценты. За эти четыре дня 77 процентов эмбрионов смогли дойти до стадии органогенеза и нормально развиваться. У них начали формироваться нижние конечности, а рост достигает 5,5 миллиметров.
И уже после этого оба этапа объединили в одну схему. И целых 55 процентов извлеченных из матки эмбрионов прошли этот процесс успешно с 5 по 11 день. А мы помним, что до 4 дня выращивание не представляет проблем. Но такое объединение трех этапов будет сделано позднее. В целом в пробирке смогли дорастить эмбрионы до одиннадцатого дня из 20 дней полноценной машины беременности. Причем развитие проверочных эмбрионов не отличалось от развития эмбрионов внутри матки. Это было доказано анализом экспрессии гена и визуальным сравнением.
Еще более крышесносное стало возможность воздействовать на развитие, например, ученые добавляли гены, которые окрашивали растущие органы эмбрионов в флюоресцентные цвета, чтобы еще лучше подсвечивать процессы, происходящие при дифференциации клеток и развитии органов. Без добавления человеческих клеток и создании химерных эмбрионов тоже не обошлось. Не забавы ради, естественно, для изучения процессов, протекающих в человеческих органах.
Но на этом достижения биологии в рамках этого ролика не заканчиваются. Ученые вырастили органоиды слезных желез из взрослых стволовых клеток человека и мыши и безжалостно заставили их плакать. Напомним, что органоиды – это крошечные трёхмерные структуры из клеток, которые выращиваются в геле с добавлением питательной среды и коктейлей из факторов роста. Они воспроизводят функцию какого-либо органа. Самые известные – это органоиды, или менее мозги. Слезные железы производят тонкий слой жидкости, который покрывает роговицу и смазывает поверхность глаза при каждом моргании, обеспечивая питание и защищая его от внешних воздействий и инфекций.
Существует ряд заболеваний, связанных с нарушением продукции слезы, такие как синдром сухого глаза или аутоиммунное заболевание – синдром Шегрена, и все они могут в той или иной степени приводить к инфекциям, воспалениям, повреждениям поверхности глаза, а в тяжелых случаях – и к слепоте. Варианты лечения пациентов с заболеваниями слезной железы ограничены отчасти из-за отсутствия понимания биологии. Выращенные учеными крошечные реплики слезных желез стали первой моделью для их изучения.
Чтобы заставить сформировавшиеся железы плакать, их подвергли воздействию нейромедиатора норадреналина. Но так как у созданных желез нет протоков, отверстий, через которые обычно текут слезы, они просто набухали, как воздушный шар, что и служило индикатором слезотечения. Далее ученые взялись за изучение генов, заставляющих работать слезные железы взрослых мышей. Без одного из генов Pax 6, отвечающего за развитие глаз и других органов чувств, в органоидах поломалась продукция и секреция слез, а также метаболизм ретинола, способствующего заживлению и дифференцировке роговицы.
Учёные предполагали, что дефицит Pax 6 – это возможная причина синдрома Шегрена. Поэтому органоиды станут моделью для проверки новых методов лечения. Кроме того, команда ученых транспортировала человеческие органоиды слезные железы мыши. Спустя две недели клетки прижились, интегрировались в железу, образуя те самые протоки и структуры, содержащие белки, характерные для слез и умеющие выводить жидкость. Особенностью этих органоидов было то, что они не экспрессировали маркеры ационарных клеток, а лишь протоки. Эти два разных типа клеток производят два разных компонента слезы, и поэтому следующей задачей для исследователей будет создание органоидов, состоящих сразу из двух типов слезных клеток.
На такими темпами скоро не останется органов, в которых не получилось бы воспроизвести в миниатюре. Лучшая новость прошлого ролика — это новость про открытие мегасайенс проекта на Байкале, российского нейтронного телескопа "Байкал". Щелкните по подсказке, чтобы освежить свою память. Рассказывать дополнительно про него можно бесконечно, поэтому оставляю ссылку на сайт проекта и на короткую статью на Хабре в описании.
А сейчас добавлю только одно: нейтринные телескопы работают в тесной связке с оптическими и радиотелескопами, интерферометрами и телескопом горизонта событий, потому что критически важно связывать нейтринные события сверхвысоких энергий с квазарами и вспышками, связанными с активными ядрами галактик, чтобы больше понимать об устройстве космических ускорителей частиц самой Вселенной.
Ну что ж, а на этом сегодня все. Большое спасибо вам за просмотр! Оставляйте ваше мнение в комментариях, голосуйте за самую интересную новость выпусков, на нашем телеграм-канале. Подпишитесь на QWERTY здесь, на YouTube, в Instagram и Telegram. Щелкните по колокольчику, чтобы не пропускать новых видео, и до скорых встреч. Пока! [музыка]