ДНК і генетика в 6 віхах: як наука змінила сьогодення і майбутнє людства

Його назва - дезоксирибонуклеїнова кислота, але вона більш відома як ДНК. Непомітна для людського ока ця речовина відповідає за те, що ми є тим, якими ми є. Він присутній практично у всьому і визначає кожну його характеристику. Наука, яка вивчає і працює з ним, - генетика. Саме тому в День ДНК Infobae розмовляла з чотирма фахівцями про віхи, які відзначили історію людства завдяки їх «партнерству».

Минуло менше 100 років з тих пір, як 25 квітня 1953 року біолог Джеймс Уотсон та фізик Френсіс Крік опублікували статтю, де вони представили подвійну спіраль ДНК, завдяки експериментам, проведеним хіміком Розаліндом Елсі Франкліном . Однак підведення підсумків цих майже 70 років може бути примхливим, оскільки ця наука через кілька років довела, що зможе змінити сьогодення і майбутнє людства.

1- Знахідка, яка змінила б історію людства, хоча і з деякими суперечками

Першимкроком в «науці ДНК» було описати її структуру: два ланцюги, які меандр навколо один одного. В даний час називають «подвійною спіраллю». «Більше 50 років тому Уотсон і Крік описали ланцюг ДНК і через нього змогли пояснити, в основному, з чого складаються люди та інші види живих істот », -Пабло Кальфаян, медичний фахівець з медичної клініки та медичної генетики (MN 122,754) та член Національного раку Програма, повідомила сім'я Infobae , Національний інститут раку, Міністерство охорони здоров'я нації Аргентини

«У 1952 році Розалінд Франклін вперше фотографує ДНК-волокно. Потім Уотсон і Крік публікують подвійну спіраль. Але історія цієї жінки, яка багато працювала, була заплямована, тому що деякі кажуть, що її кредит був вкрадений. Деякі кажуть, що вона показала їм фотографію в коридорі, і, оскільки це було над чим вони працювали, вони знайшли логіку цього», - сказав доктор Соледад Клеппе, лікар, що спеціалізується на генетиці та метаболічних захворюваннях Медичного інституту високої складності італійської лікарні. «Протягом десятиліть його намагалися з'ясувати, і цього не було досягнуто, але після цієї публікації були відомі пірамідальні основи генетики», - додав він.

У 1962 році Джеймс Уотсон, Френсіс Крік і Моріс Вілкінс, керівник лабораторії, де працював Розалінд Франклін, отримали Нобелівську премію з медицини. Жінка за рентгенівським знімком, що показала подвійну спіраль, не була визнана, оскільки в той час ці призи не були нагороджені посмертно.

2-З Доллі почалися зміни, які сьогодні зараховуються десятками

Для «простих смертних», які не знали світу ДНК, клонування було ближче до науково-фантастичного фільму, ніж доконаний факт. Однак Доллі показала, що це не тільки можливо, але й те, що це шлях, який багато попереду мене. 5липня 1996 року ця маленька вівця привітала світ і позиціонувала себе як перше ссавець, клонований з дорослої клітини.

Його«творцями» були Ян Вілмут та Кіт Кемпбелл з Інституту Росліна в Единбурзі (Шотландія), які вирішили зробити своє існування відомим через 7 місяців після їх народження. Вона була матір'ю 6 молодих і через 7 років після її народження, її приносили в жертву за прогресуюче захворювання легенів. Хоча її життя можна вважати швидкоплинною, Доллі почала подорож, яка б змінила світ. Прикладом цього є проект під керівництвом дослідника CONICET Андреса Гамбіні, у виробництві перших клонів зебр(деяким видам загрожує загроза) з використанням кобилих яєць (виду, що належить до однієї родини).

«Ця технологія дозволила генерувати ембріони, вагітності та народження, від овець Доллі в 1996 році до наших днів клоновано понад 20 видів ссавців», - сказавГамбініInfobae, який також є членом кафедри тваринництва факультету агрономії АПУ (FAUBA) і фахівець в цій технічній сфері. «Клонування організмів - це штучна форма безстатевого розмноження, де виробляються генетично ідентичні особини і в яких немає запліднення, тобто сперматозоїди не беруть участі в процесі генерації генетичних копій», - сказав він.

За словами експерта, ця методика має кілька ліній застосування, одна з яких спрямована на збереження вимираючих видів. «Клонування шляхом перенесення ДНК з клітин - це біотехнологія з великим потенціалом, оскільки дозволяє підтримувати біорізноманіття шляхом відновлення видів, ядерного перепрограмування для виробництва стовбурових клітин та дослідження, пов'язаного з ембріональним розвитком», - сказав експерт.

Тим часом Ернан Допазо, кандидат біологічних наук, незалежний дослідник CONICET та науковий директор біокодиків, сказав: «Сьогодні те, що ми робимо з клонуванням, і всі можливості, які виходять від нього «приходять» від Доллі. Стовбурові клітини, дедиференціація будь-якої клітини і вироблення клітин - це частина всього шляху, який пройшов по ній».

«Доллі був першим клонуванням ссавців, але до цього дрібні організми, такі як бактерії, були клоновані. Доллі виготовляли не з ембріональних клітин, а з ДНК, яка вже була диференційована, хоча і з усією інформацією. У цьому випадку функції розробки були доступні, і цей код був використаний повторно. Іншими словами, ДНК знову працювала «з нуля», і вони створили живу істоту з тією ж інформацією», - резюмував Клеппе.

3-ПЛР: методика, яка змінила діагнози

Пандемія поставила абревіатуру ПЛР у рот сотень мільйонів людей. Однак мало хто знає про його походження або про те, наскільки генетика мала відношення до його еволюції. Його справжня назва - «Полімеразна ланцюгова реакція», і це діагностичний метод, який дозволяє виявити фрагмент генетичного матеріалу збудника.

«Сьогодні, практично, ми не могли нічого зробити без ПЛР, що дозволяє ДНК розмножуватися завдяки виявленим ферментів і які є полімеразами. Це велике відкриття, але очевидно, що це також фундаментальний інструмент для біології, лабораторій та медицини загалом», - сказав Допазо. «ПЛР дозволяє виявити генетичне захворювання, таке як хвороби Менделя (NDer: відомі під цією назвою, оскільки вони успадковані потомству за законами Грегора Менделя, цього класу налічується близько 6000», - додав він.

У зв'язку з цим вчений пояснив, що в даний час «пари аналізуються, щоб з'ясувати, чи не дасть поєднання між ними дітям із захворюваннями, які можна генетично запобігти. Для виявлення ембріона, який не має цих захворювань, застосовують ПЛР і (Фредерік) метод Сангера». У той же час Клеппе додав: «Це посилення певних конкретних областей. У вас є цілий ланцюжок ДНК, і за допомогою ПЛР ви вказуєте, звідки і як далеко він повинен бути посилений. ПЛР знаходить розділ і робить багато копій тієї ДНК, яку дуже мало і важко знайти».

4-Проект геному людини: десятиліття, майбутнє з новим горизонтом

Що ми? Що визначає нас як людей? Чому кожна особина має певну характеристику? На ці питання та багато інших відповіли завдяки проекту Геному людини (HGP). Ініційованав жовтні 1990 року, ця спільна міжнародна дослідницька програма спрямована на створення карти та досягнення повного розуміння всіх генів людини. Всього за 13 років людству вдалося дізнатися більше 90% геному і кілька днів тому він досяг 100%.

«Проект генома людини був завершений у 2003 році, хоча деякі «прийнятні» помилки залишилися. Було 6 міжнародних груп, які працювали разом над проектом, який коштував 3 мільярди доларів, і вони виявили таку ж кількість букв у геномі. Це прогрес, який триватиме все життя, і це було ще не все, тому що одним з найбільш релевантних моментів є просування технології, яка прийшла рука об руку з цим проектом», - пояснив Допазо. На думку експерта, аналізуючи обидва аспекти, людству вдалося досягти прогресу в цьому питанні. «Сьогодні виготовлення геному коштує вам тисячу доларів», - сказав він.

Дослідник CONICET також підкреслив, що «через 20 років відбулася зміна всіх технологій, і це було одним із пунктів проектів, адже коли вони мають такий розмір, вони в кінцевому підсумку є технологічними проектами. Ми перейшли від виконання послідовностей вручну і навіть вручну, до послідовностей 500 геномів за тиждень, для чого нам потрібна мультиобробка, мініатюризація, паралелізм та масивний аналіз даних: усі досягнення, породжені Проектом Генома людини». Він уточнив: «У 2004 році лише 8% геному пропали безвісти, і вони були дуже важкими та короткими регіонами. У 2022 році він був завершений».

«Цей прогрес і відкриття, які слідували за ним, і виявлення різних генів дозволили шукати причину багатьох захворювань, які можуть виникнути в сім'ях; дати їм номенклатуру, ім'я чи асоціацію. Його можна визначити, коли ДНК «погано працює», збільшуючи ризик таких захворювань, як рак та інші неракові захворювання. Коротше кажучи, завдяки генетичним дослідженням та знанням геному ми знаходимо генетичні зміни, які можна запідозрити, але які підтверджені цими технологіями. І що, навіть, їх можна вивчати і аналізувати як у пацієнта, так і в їх сімейній групі», - сказав Калфаян.

Зі свого боку, Клеппе пояснив: «ДНК шаблону була взята з групи нібито здорових людей, і робота була розділена так, щоб 6 центрів з різних куточків світу могли її проаналізувати. Черезшість років після його створення вчені, які працюють над проектом Геном людини, погодилися, що інформація повинна бути вільно доступною для того, щоб зробити дані доступними для всіх, хто хоче просунути ці дослідження. У 2003 році перша частина проекту Генома людини була завершена, раніше, ніж вважалося, якому було 15 років».

«Приблизно до 2000 року це був постійний і цікавий ріст виявлення генів. Але між 2000 і 2010 роками стався вибух; ці досягнення справді переважні та експоненціальні. У 2022 році був офіційно опублікований перший повний геном людини, хоча від 1% до 2% геному має різні структури, з різних сторін. Майбутнє величезне, тому що через те, що ми знаємо, ми можемо передбачити, а не просто говорити про сімейну історію», - додав експерт з італійської лікарні.

5-Від пологів «а-ля карт» та профілактики спадкових захворювань до лікування

З2000 року по сьогоднішній день запліднення зіткнулося з декількома досягненнями. Від першої дитини, названої як «а-ля карт» до сьогоднішнього дня, з технікою під назвою «син трьох батьків», досягнення в цьому питанні були метеоричними. Але це ще не все, також було відкрито цілий ряд діагнозів та методів лікування , а також стратегії запобігання виникненню та навіть розвитку деяких захворювань.

«У пренатальній медицині оцінюються можливі зміни вагітності та оцінюються компоненти на рівні управління, а патології можуть бути діагностовані та усунені протягом цього ж періоду часу. Деякі специфічні синдроми також можуть бути виявлені, і ці аспекти можна проаналізувати як у ранньому, так і в другому дитинстві», - пояснив Калфаян. Але це ще не все, на думку експерта, після пологів, «можна оцінити різні патології у дітей і оцінити ступінь або ризик рецидиву, для майбутньої вагітності».

Зі свого боку, Допазо додав: «Під часгенетичного скринінгу ми аналізуємо ембріони, щоб з'ясувати, які з них можна перенести, і таким чином уникнути цих захворювань у дорослому віці. Завдяки HPG був досягнутий прогрес у знанні хвороб і в прогнозі ризиків. Навіть, зараз ці патології можна передбачити, як тільки людина народиться. Знання того, який ембріон перенести або які ризики розвитку захворювання змінює всю картину і, навіть, через кілька років, деякі захворювання можуть бути усунені».

«Він не використовується для вибору фізичних рис або характеристик. Якщо не з важким ризиком захворювання. Перш ніж їм довелося продовжувати народжувати дітей та з низьким рівнем виживання або більше дітей, але за допомогою цієї методики лікування проводиться in vitro, і ембріон діагностується до його імплантації. Імплантуються лише ембріони, які не мають ризику захворювання. В Аргентині його використовують багато, і правда полягає в тому, що він дозволяє людям мати сім'ю, яка інакше не могла», - додав Клеппе.

Нарешті, Калфаян зупинився на діагностичних методиках: «Моя спеціальність - онкологічна генетика, і завдяки новим технологіям, які дозволяють людям та їхнім сім'ям оцінити, шанси на розвиток раку можна проаналізувати. У1994 році був виявлений перший ген, пов'язаний з раком молочної залози, потім був знайдений інший (BRCA1 і BRCA2). Тепер ми знаємо, що коли ми виявляємо ці мутовані гени, ризик розвитку раку зростає, хоча це не означає, що він насправді розвинеться».

Ця методика відноситься до онкологічних захворювань, але може застосовуватися і при інших неонкологічних патологіях. Наслідкицих досягнень величезні, крім виявлення змін та визначення більш ефективних методів лікування відповідно до його ДНК або мутації, яку вона представляє, і медицина вже точна, оскільки вона націлена на ці патології та гени, які представляють конкретні мутації», - додав експерт з італійської лікарні.

6-CRISPR: техніка, нове майбутнє

Остання віха цього огляду походить від рук двох вчених, які також були удостоєні Нобелівської премії з хімії 2020 року. Це Еммануель Шарпентьє і Дженніфер Дудна, які були нагороджені «за розробку методу редагування геному». Ця методика називається «генетичними ножицями CRISPR/Cas9 », «зробила революційний вплив на науки, сприяє новим терапіям раку і може зробити мрію про лікування спадкових захворювань реальністю», як зазначає Королівська Шведська академія наук.

«Ця технологія дозволяє нам вирізати ДНК у певному положенні, щоб ми могли редагувати на основі та в певних положеннях, щоб вилікувати хвороби менделі та інші недуги», - пояснив Допазо. У зв'язку з цим він уточнив, що за допомогою цієї методики «неможливо працювати над повним органом, хоча хоча б виправити деякі аспекти. CRISPR збирається все змінити. Тепер ми можемо діагностувати, змінювати, спостерігати, читати та редагувати. Немислимо, що можна зробити відтепер, воно має багато країв», - додав він.

У той час як Клеппе додав: «CRISPR - це методика редагування генетичної інформації. Раніше ви давали вірусу ген, щоб потрапити всередину ДНК, але він потрапив куди завгодно і міг зламати його і викликати генетичне захворювання. Ця методика походить від бактерій і використовується для того, щоб мати можливість вводити генетичну інформацію в конкретному місці, тому шансів на помилку дуже мало».

ПРОДОВЖУЙТЕЧИТАТИ