baner2jpg1% podatku

      Najbardziej niesłychane nowinki naukowe    

Najnowsze doniesienia ze świata nauki     

FAMELAB 2018 - FINAY CENTRUM NAUKI KOPERNIK

autor: Paulina Mozolewska dr nauk biologicznych

Tytuł: Nowa metoda edycji genomu – czy zastąpi CRISPR-Cas9?


wdongxv-W6MGOy0QRjs-unsplashjpg

Nowa metoda edycji genomu o nazwie „prime editing” bardzo szybko została w mediach okrzyknięta lepszą wersją techniki CRISPR-Cas9. Badacze z Broad Institute w Masethuset 21 października opublikowali w prestiżowym czasopiśmie „Nature” pracę na ten temat. Autorzy zaznaczają, że przedstawiony sposób zmieniania zapisu DNA jest bardziej wydajny, dokładny oraz obarczony niższym ryzykiem niechcianych mutacji niż wcześniejsza metoda.

Klasyczna technika CRISPR-Cas9 została opisana w 2012 roku. Jednocześnie dalsze badania nad jej zastosowaniem przebiegają w zawrotnym tempie. Ambicje naukowców oraz ogromna presja jak najszybszego poskromienia tej metody spowodowała, że za szybkim jej rozwojem nie nadążają inne regulacje. Wciąż brakuje zgodności co do etycznych wytycznych opisujących granicę stosowania techniki. Dotychczasowe wskazania są niewystarczające i niejednoznaczne. Doprowadziło to do wykorzystania tych luk. W zeszłym roku w Chinach urodziły się pierwsze genetycznie zmodyfikowane dzieci, u których zmieniono gen CCR5 na etapie rozwoju embrionalnego. Ta modyfikacja miała uodpornić dwie dziewczynki na zakażenie wirusem HIV, którego posiadał ich ojciec. Po ujawnieniu szczegółów procedury opinia publiczna nie skrywała swojego oburzenia. Większość świata naukowego skrytykowała działania chińskiego zespołu tłumacząc, że było to skrajnie nieodpowiedzialne i mogło stanowić zagrożenie dla zdrowia i życia dzieci.

W przypadku klasycznej metody CRISPR-Cas9 cząsteczka RNA, czyli mniej stabilny kuzyn DNA wskazuje miejsce, w którym enzym Cas9 przecina podwójną nić DNA.  W tym miejscu możliwa jest modyfikacja np. wprowadzenie dodatkowego fragmentu DNA. Podczas tego działania mogą wkraść się niechciane pomyłki w łączeniu nici.

W przypadku nowej metody edycja przebiega na nici RNA, a przecięcie DNA powstaje jedynie w jednej z dwóch nici. Oprócz białka Cas9 ważną rolę w tym układzie odgrywa inny enzym - odwrotna transkryptaza. Białko to kopiuje zmienioną informację z nici RNA do wybranej lokalizacji na nici DNA.

Mechanizm działania tej metody poza niższym ryzykiem niechcianych zmian w DNA nakłada również pewne ograniczenia. Najlepsze efekty obserwuje się przy krótkich fragmentach genomu, przy dłuższych specyficzność techniki obniża się. Badacze wskazali, że punktem granicznym jest wstawienie w miejscu cięcia 44 par zasad albo usunięcie 80. Badania opublikowane w „Nature” przedstawiały eksperymenty ponad 175 różnych edycji genomu w mysich oraz ludzkich komórkach. Teraz czas, aby inne ośrodki badawcze zweryfikowały wyniki autorów omawianej pracy.

Nie można więc powiedzieć, aby w przyszłości prime editing całkowicie wyparł klasyczną technikę CRISPR-Cas9. Nowa metoda stanowi pewną alternatywę, która w ustalonych warunkach może okazać się bardziej skuteczna w edycji genów. Wydaje mi się, że doniesienia niektórych mediów, jakoby praca ta była rewolucją w drodze do leczenia chorób genetycznych, są jednak sporo przesadzone.






Tytuł: Japońscy naukowcy rozpoczną badania nad mysimi i szczurzymi zarodkami zawierającymi ludzkie komórki.


ricky-kharawala-adK3Vu70DEQ-unsplashjpg



26 lipca na stronie prestiżowego czasopisma Nature ukazała się informacja zapowiadająca przeprowadzenie pierwszych japońskich eksperymentów dotyczących zwierzęcych embrionów zawierających ludzkie komórki. Zespół badawczy pod kierownictwem Profesora Hiromitsu Nakauchi oczekuje już tylko na ostateczne potwierdzenie zgody na prowadzenie tego typu badań. Naukowcy planują hodować ludzkie komórki w embrionach myszy i szczurów. To jednak nie koniec sensacji, ponieważ dalsze etapy prac obejmują wczepianie takich zarodków do macicy dorosłych zwierząt. Do marca tego roku obowiązywał zakaz takiej procedury, a utworzone chimery nie mogły być hodowane dłużej niż przez 14 dni ani przenoszone do organizmu samic. Nowe wytyczne pozwolą na przeniesienie zarodków do macicy zwierzęcia i utrzymywanie ich niemal do końca ciąży.

Takie badania nie są dla świata naukowego całkowitą nowością. W Stanach Zjednoczonych przepisy umożliwiają tworzenie zarodków zwierzęcych zawierających ludzkie komórki, jednak nigdy nie doszło do narodzin. Ponadto doświadczenia w tym zakresie mogą być finansowane jedynie ze środków prywatnych, ponieważ Narodowy Instytut Zdrowia od 2015 roku nie może finansować takich badań.

Nakauchi zapowiada, że planuje spokojny i powolny rozwój swoich planów i nie zamierza pośpieszać postępu badań. Pierwsze zarodki będą hodowane w macicy dorosłego osobnika do 14 dnia rozwoju, czyli momentu, w którym organy wewnętrzne myszy są już w dużym stopniu uformowane. W przypadku szczurów będzie to 15 dzień ciąży. Kolejne etapy będą obejmowały starania o rządową zgodzę na prowadzenie podobnych badań na większych zwierzętach np. świniach, w których zarodki miałby się rozwijać do 70 dnia od umieszczenia zarodka w ciele innego zwierzęcia. Plany badań wzbudzają oczywiste obawy etyczne. Niektórzy badacze obawiają się, że ludzkie komórki obecne w zarodku mogłyby potencjalnie przeniknąć do innych organów np. mózgu i wpłynąć na świadomość zwierzęcia. Szef zespołu twierdzi jednak, że w trakcie projektowania badań wzięto pod uwagę takie okoliczności i stworzono mechanizmy zapobiegające komórkowej migracji. Ostatecznym celem tych badań jest umożliwienie produkowania narządów zbudowanych z ludzkich komórek przez zwierzęta w celu wykonywania przeszczepów takich organów. Pierwszym obiektem zainteresowań badaczy jest produkcja trzustki.

By móc myśleć o takich eksperymentach, badacze muszą najpierw zahamować rozwój tego organu poprzez zablokowanie genu warunkującego jego powstanie. Kolejnym krokiem ma być wstrzyknięcie pluripotencjalnych komórek macierzystych (iPS) do zarodka zwierzęcia. Komórki te mogą dać początek niemal wszystkim typom komórek. Uważa się, że w trakcie rozwoju zarodka, trzustka uformowałaby się właśnie z nich, tworząc ludzki organ. Dwa lata temu pojawiła się już praca, w której wspomniany zespół badaczy wstrzyknął mysie komórki iPS do zarodka szczura, który nie mógł wytworzyć własnej trzustki. Powstały narząd był całkowicie zbudowany z mysich komórek. Po jego przeszczepieniu, do innej myszy chorującej na cukrzycę, kontrolował on poprawnie poziom cukru we krwi, co pozwoliło uwolnić zwierzę od choroby.








Tytuł: Jak zamieszkujące nasze ciała bakterie wpływają na efekty przyjmowanych leków?

Ciało ludzkie składa się zarówno z naszych komórek, jak i komórek bakteryjnych zamieszkujących różne rejony organizmu. Do całkiem niedawna w większości materiałów popularnonaukowych krążyła informacja, jakoby bakteryjnych komórek było w nas aż 10 razy więcej niż ludzkich. Po przeanalizowaniu badań naukowych z ostatnich 40 lat zespół naukowców z Izraela oszacował, że stosunek liczby komórek bakteryjnych do ludzkich oscyluje mniej więcej na poziomi 1 do 1,3. Oznacza to, że na ok. 30 bilionów ludzkich komórek budujących ciało osoby dwudziestoparoletniej o wzroście 170 cm i wadze 70 kg, przypada 39 bilionów komórek bakteryjnych. Warto zapamiętać, że szacowany przelicznik może ulec zmianie np. po wypróżnieniu. Dla uproszczenia możemy więc przyjąć, z zachowaniem marginesu na niewielki błąd, że w naszym ciele mamy tyle samo komórek bakteryjnych, co swoich własnych.  

Zespół mikroorganizmów, które zamieszkują zarówno powierzchnie, jak i wnętrze naszych ciał nazywa się w literaturze mikrobiomem. Mimo że kojarzą się one głównie z zagrożeniem chorobowym, wiele z nich jest nam potrzebnych do normalnego funkcjonowania. Każdy człowiek charakteryzuje się swoim wyjątkowym mikrobiomem, więc można powiedzieć, że to cecha zróżnicowana osobniczo. Nie trudno zgadnąć, że największym skupiskiem bakterii jest ludzka okrężnica. Jelita człowieka zamieszkują mikroorganizmy wspomagające wiele procesów w organizmie. Stąd wzięło się powiedzenie, że to w brzuchu znajduje się centrum odporności człowieka.

W zeszłym tygodniu badacze z Uniwersytetu Yale opublikowane na łamach pisma „Nature” opublikowali badania sugerujące, że skład i zróżnicowanie ludzkiego mikrobiomu może mieć znaczenie w sposobie metabolizowaniu leków. Pewnie zdarzyło Wam się spotkać z sytuacją, kiedy ten sam składnik aktywny leku np. ibuprofen jednej osobie przynosi natychmiastową ulgę w bólu, a innej nie pomoże nawet podwójna dawka. Pomysł, aby zbadać jaką rolę w tych różnicach odgrywają zamieszkujące nas bakterie, okazał się strzałem w dziesiątkę! Do tej pory uważano, że to głównie wewnętrzne narządy takie jak wątroba odpowiadają za metabolizowanie przyjmowanych specyfików. Opublikowane dane wskazują jednak, że niektóre bakterie jelitowe wchodzą w interakcje z zażywanymi doustnie farmaceutykami.

Badania objęły 271 leków doustnych różnego rodzaju np. leki hormonalne czy przeciwwirusowe. 76 rodzajów bakterii z ludzkiego przewodu pokarmowego inkubowano w obecności tych substancji przez 12 godzin i sprawdzano, czy doszło do jakichkolwiek modyfikacji w ich strukturze. Rezultaty wskazały, że prawie dwie trzecie badanych związków było metabolizowanych przez przynajmniej jeden gatunek badanych mikroorganizmów. Metabolizowanie leków przez bakterie zamieszkujące nasze jelita mogłoby zmienić ich działanie.

Uczeni postanowili sprawdzić, które geny bakteryjne odpowiedzialne są za zaobserwowane zjawiska. W tym celu badacze „wycieli” fragmenty DNA mikroorganizmów o największej skłonności do metabolizowania badanych substancji i przenieśli je do tych, które nie wywierały wpływu na lek. Kolejnym krokiem było powtórzenie całego eksperymentu. Dzięki temu udało się opisać ok. 30 genów, które odpowiadały za metabolizowanie 20 różnych specyfików. Ponieważ obserwowanie zjawiska  na szalce Pietriego poza organizmem nie musi być tożsame z rzeczywistym obrazem, kolejne etapy badań obejmują badania nad zwierzętami, którą podawano leki.












Tytuł: Wyzwania i nadzieje związane z chorobami neurodegeneracyjnymi.


W ogólnym pojęciu utarło się przekonanie, że komórki nerwowe (neurony) po osiągnięciu dojrzałości zaprzestają podziałów komórkowych oraz nie podlegają odbudowie. Dziś wiemy, że niektóre neurony dzielą się przez cały okres życia człowieka. Ponadto uszkodzone komórki, zamiast obumierać, mogą się skutecznie regenerować (badania przeprowadzone na muszkach owocowych).

Neurogeneza, czyli powstawanie komórek nerwowych jest więc procesem ciągłym, ale jego tempo reguluje bardzo dużo czynników. Regularna aktywność fizyczna, zbilansowana dieta, czy wystarczająca ilość snu to tylko niektóre z aspektów, które mogą pozytywnie odbić się na kondycji naszego mózgu. Regulacja procesów związanych z powstawaniem komórek nerwowych pozostaje jednak wciąż słabo zbadanym obszarem nauki.

Zgodnie z założeniami prognozy demograficznej Głównego Urzędu Statystycznego, obejmującej okres do 2050 r., w Polsce znacząco wzrośnie liczba i udział osób starszych na tle całego społeczeństwa. Podobne przewidywania obejmują większość krajów rozwiniętych. Obserwowane starzenie się społeczeństwa w wielu rejonach świata spowoduje, że choroby związane z wiekiem staną się już nie tylko palącym problemem zdrowotnym, ale również wyzwaniem ekonomicznym.

Jednym z typów chorób, na które narażone są osoby w podeszłym wieku, są choroby neurodegeneracyjne. Jest to zespół schorzeń, w których dochodzi do nadmiernej i postępującej utraty neuronów w mózgu. Łatwo się domyślić, że jakiekolwiek zmiany w budowie najbardziej skomplikowanego organu, muszą wywrzeć efekt na całym organizmie. Niektóre z tych zaburzeń są uwarunkowane genetyczne (choroba Huntingtona), inne mają wciąż jeszcze nierozpoznane przyczyny (choroba Alzheimera).

Na początku choroby może dochodzić do degeneracji neuronów bezobjawowo. Dopiero utrata pewnej krytycznej masy komórek będzie powodowała wystąpienie symptomów. Z tego powodu chorzy często są diagnozowani już na późniejszych etapach choroby. Rodzaj objawów uzależniony jest od konkretnego obszaru mózgu objętego zmianami. Dodatkową trudnością związaną z diagnostyką tych schorzeń jest niespecyficzny obraz kliniczny. Zmiany nastroju czy problemy z pamięcią charakterystyczne dla tych zaburzeń przypominają przecież naturalne procesy starzenia.

Uważny czytelnik zapewne chciałby zapytać, co bezpośrednio powoduję utratę neuronów. Wspólnym mianownikiem tej grupy chorób jest nadmierne magazynowanie nieprawidłowo zbudowanych białek w komórce. Te cząsteczki pełnią najważniejsze funkcje wykonawcze w całym organizmie, dlatego jakiekolwiek pomyłki w ich budowie bądź zaburzenia w ilości mają ogromne znaczenie dla funkcjonowania całego systemu.

Zazwyczaj białka o zmienionej strukturze są usuwane przez specjalny system kontrolny. Jednak w przypadku procesów związanych z neurodegeneracją nieprawidłowo zbudowane elementy gromadzą się w komórce. Takie nieprawidłowo zbudowane cząsteczki mogą nabrać nowych, niepożądanych cech, lub przestają wykonywać dotychczasowe zadania. Obecnie uważa się, że najprawdopodobniej kumulacja źle zbudowanych białek jest przyczyną występowania chorób neurodegeneracyjnych. Dokładny mechanizm wiążący agregaty ze stratą komórek nerwowych i występowaniem objawów nie jest jednak jeszcze dokładnie poznany. Choroby neurodegeneracyjne pozostają nieuleczalne, stosuje się jedynie leczenie polegające na minimalizowaniu uporczywych objawów.

Ostatnio rozbłysło światełko nadziei dla pacjentów obarczonych chorobą Huntingtona, u których obserwuje się zaburzenia psychiczne, poznawcze oraz problemy ruchowe. Za wystąpienie tej jednostki chorobowej odpowiada mutacja genetyczna, czyli pomyłka w budowie DNA, która bezpośrednio odpowiada za wytwarzanie nieprawidłowej formy białka huntingtyny. Niestety chorzy umierają po około 15 – 20 latach od wystąpienia pierwszych objawów.












Tytuł: Drugi pacjent wyleczony z wirusa HIV. Czy to oznacza, że lek znajduje się w naszym zasięgu?

Dwa miesiące temu świat obiegła informacja o drugim pacjencie wyleczonym z zakażania wirusem HIV (ludzki wirus niedoboru odporności). Dosłownie chwilę później media raportowały możliwy trzeci taki przypadek. Pierwszą osobą, która w 2007 roku zwalczyła HIV jest Timothy Ray Brown. Jak to możliwe, że na przestrzeni ok. 12 lat udało się wyleczyć zakażenie u jedynie kilku osób z ponad 35 milionów zakażonych na całym świecie?

Aby odpowiedzieć na to pytanie, przypomnijmy sobie historię pierwszego pacjenta zwanego „berlińskim pacjentem”. Zakażenie wirusem wykryto u niego w 1995 roku (od tego momentu rozpoczął przyjmowanie terapii anty wirusowej), a dokładnie 10 lat później zachorował jeszcze na nowotwór krwi – ostrą białaczkę szpikową. Po nieskutecznej chemioterapii jedyną nadzieją na wyleczenie nowotworu pozostawał przeszczep komórek macierzystych szpiku kostnego. Lekarz prowadzący, Gero Hütter, na dawcę wybrał osobę, która jednocześnie posiadała niezwykle rzadką mutację w genie CCR5 chroniącą przez wirusem HIV.

W każdej komórce ciała występuje podwójny zestaw alleli genów. Jeden dziedziczymy po mamie drugi po tacie. Aby osoba mogła być odporna na zakażenie wirusa, wspomniana mutacja musi występować na obu kopiach tego genu, a to jest niezwykle rzadkie. Wspomnianą mutację jednej kopii genu ma ok. 10% populacji europejskiej, a w obu jedynie 1%. Mimo trudności udało się znaleźć pasującą osobę, która spełnia to kryterium i postanowiła oddać swój szpik, by pomóc choremu.

Berliński pacjent zaprzestał przyjmowania terapii antywirusowej już w trakcie pierwszego z dwóch przeprowadzonych przeszczepów. Już po kilku tygodniach po operacji nie wykryto obecności przeciwciał skierowanych przeciwko wirusowi w jego krwi, a wielokrotne biopsje nie wykazywały obecności wirusa. Do dziś uważa się, że to pierwszy całkowicie wyleczony pacjent, chociaż sceptycy nie wykluczają możliwości nawrotu choroby. Do dziś Timothy pozostaje również w remisji choroby nowotworowej, więc z jego przypadku można mówić o podwójnym sukcesie. Cała terapia była jednak niezwykle wycieńczająca i ryzykowna, a pacjent był narażony na bezpośrednią utratę życia. Od tego czasu badacze próbowali powtórzyć ten sukces u innych chorych, u których oprócz wirusa diagnozowano nowotwór krwi, jednak nigdy nie udało się powtórzyć wcześniejszego zwycięstwa nad oboma chorobami.

W marcu 2019 roku w czasopiśmie Nature, naukowcy z londyńskiego University College poinformowali, że najprawdopodobniej udało się im wyleczyć drugą osobę. Londyński pacjent pragnie pozostać anonimowy. U tej osoby zdiagnozowano zakażenie wirusem i, podobnie jak u Timothiego, wykryto również nowotwór krwi-chłoniaka Hodgkina (ziarnicę złośliwą). W jego przypadku podczas całej procedury zastosowano łagodniejszą terapię lekami immunosupresyjnymi, dostosowaną do obecnych standardów opieki nad pacjentami po przeszczepach. Londyński pacjent przyjmował leki przeciwwirusowe przez ponad rok po operacji, a po ich odstawieniu, już od 18 miesięcy (do maca 2019 r.) nie widać śladu po wirusie. Co prawda wciąż wykrywalne są przeciwciała przeciwko skierowane przeciwko wirusowi, ale ich ilość spada i badacze mają nadzieję na ich całkowite wyeliminowanie. Pacjent pozostaje również w remisji choroby nowotworowej, więc obecnie uznaje się go za drugiego pacjenta wyleczonego z zakażenia wirusem HIV. Nie można jednak wykluczyć, że wirus powróci w kolejnych miesiącach bądź latach.

Naukowcy komentują, że powtórzenie tego spektakularnego sukcesu pozwala stwierdzić, że zastosowana metoda terapii jest skuteczna w takich szczególnych przypadkach. Podczas Konferencji dotyczącej Retrowirusów i Infekcji Oportunistycznych w Seattle, na której przedstawiono przypadek londyńskiego pacjenta, inny zespół naukowy z Uniwersytetu w Utrechcie poinformował, że możliwy jest trzeci przypadek podobnego wyleczenie. U tej osoby, zwanej „pacjentem z Düsseldorfu” po trzech miesiącach od momentu odstawienia leków antywirusowych, badacze nie wykryli obecności wirusa w przeprowadzonych biopsjach jelit oraz węzłów chłonnych. Trzy miesiące to na razie bardzo krótki czas, dlatego w tym przypadku niepewność dotycząca przyszłości tego pacjenta jest jeszcze silniejsza.

Mimo ogromnych nadziei, jakie ostatnie doniesienia mogą przynieść pacjentom zakażonym wirusem HIV, muszę podkreślić, że opisane przypadki nie mogą stanowić schematu terapii skierowanej przeciwko wirusowi dla wszystkich chorych. Wykonanie przeszczepu komórek macierzystych szpiku kostnego jest niezwykle niebezpiecznym, bezpośrednio zagrażającym życiu zabiegiem. Ponadto jest to niezwykle kosztowne przedsięwzięcie z dużym ryzykiem niepowodzenia. Należy również pamiętać o tym, że znalezienie odpowiedniej osoby, która zechce podarować swój szpik kostny do przeszczepu jest bardzo trudne nawet w normalnej sytuacji, a znalezienie osoby jednoczenie posiadającej wymaganą mutację w genie CCR5 graniczy z cudem.







Naukowcy przywrócili niektóre funkcje komórkowe mózgów zabitych świń. Czy należy zmienić definicję śmierci?

W prestiżowym czasopiśmie naukowym Nature ukazała się praca, której wyniki dają miejsce do polemiki nad dotychczasową definicją śmierci. Zespół naukowców z Yale School of Medicine zaobserwował pewne oznaki aktywności komórkowej w mózgach świń w kilka godzin po ich śmierci. Podczas konferencji prasowej sami autorzy badania podkreślili, że w ujęciu klinicznym mózgi te wciąż pozostały martwe, jednak były to komórkowo aktywne narządy. Opublikowane rezultaty otwierają drogę do dyskusji nad wieloma aspektami etycznymi związanymi z eksperymentem.

Mózg jest niezwykle czuły na brak tlenu i w wyniku zatrzymania krążenia bardzo szybko obumiera, przynajmniej tak do tej pory uważaliśmy. Możliwe jest jednak pośmiertne pobranie żywych komórek z mózgu, które bez przeszkód da się hodować w warunkach laboratoryjnych. Wspomniany zespół badawczy postanowił sprawdzić, czy istnieje możliwość badania tych komórek po śmierci w sposób, który pozwoli zachować trójwymiarową strukturę. Pierwsze sukcesy opublikowali już rok temu, kiedy to po raz pierwszy opisana została zasada działania systemu o nazwie BrainEx.

Tym razem badania przeprowadzono z wykorzystaniem mózgów 32 martwych świń pochodzących z lokalnych rzeźni. Od razu chciałabym zaznaczyć, że świńskie mózgi różnią się od ludzkich i wyników tych badań nie można przekładać na ludzi w skali 1 do 1.
Część z narządów na cztery godziny po śmierci zwierzęcia podłączono do wspomnianego urządzenia. BrainEx do wybranych naczyń krwionośnych pompował syntetyczny płyn, który w składzie przypominał krew. Oprócz tlenu i substancji odżywczych roztwór zawierał również substancję przeznaczoną do blokowania sygnałów nerwowych. Pozostałe mózgi pozostawiono bez wsparcia systemu jako grupę kontrolną badania.

Po sześciu godzinach podawania substytutu krwi naukowcy zaobserwowali, że mózgi zachowywały strukturę tkanek i komórek. Ponadto przywrócono niektóre funkcje molekularne i komórkowe. Badacze zaobserwowali również, że naczynia krwionośne w leczonych narządach reagują na lek, który powoduje rozszerzenie naczyń. Badając sztuczną krew przed wpompowaniem jej do mózgu, jak i po przejściu przez jego strukturę, naukowcy odkryli dowody na to, że komórki absorbowały glukozę i tlen we krwi oraz wytwarzały dwutlenek węgla. Mózgi nie wykazywały jednak aktywności elektrycznej, co jest dowodem na to, że nie odzyskały świadomości. Autorzy badania podkreślają, że używając nomenklatury medycznej, narządów tych nie można nazwać żywymi. Mózgi niepodłączone do systemu wykazywały postępującą degradację.

Naukowcy na konferencji prasowej poświęconej tym eksperymentom tłumaczyli, że ich intencją nie było dążenie do uzyskania świadomości badanych mózgów, a badania prowadzone w tym kierunku wydają się etycznie wątpliwe. Zespół z Yale był jednak przygotowany na taką ewentualność. Gdyby zaobserwowano aktywność elektryczną mózgów, badacze użyliby znieczulenia i niskich temperatur, aby przerwać eksperyment.

Autorzy badania mają nadzieję, że opisany system może w przyszłości stać się nowym narzędziem w badaniu udarów mózgu czy innych schorzeń takich jak choroba Alzheimera. Być może pomoże on również w dokładnym analizowaniu mechanizmu działania niektórych leków. Jednak aby móc myśleć o wykorzystaniu opisanej techniki jako narzędzia badawczego, zespół planuje sprawdzić, czy możliwe jest utrzymanie powyższych aktywności przez okres dłuższy niż wspomniane 6 godzin.


Źródła:

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1099-1

https://www.technologyreview.com/s/611007/researchers-are-keeping-pig-brains-alive-outside-the-body/

 










Mitochondrialne DNA możemy dziedziczyć również od ojców. Czy potrzebna jest wymiana podręczników szkolnych?

 

Pod koniec zeszłego roku w sieci pojawiło się wiele komentarzy sugerujących konieczność wymiany szkolnych podręczników do biologii, ponieważ pewna ugruntowana teoria naukowa okazała się nie całkiem zgodna ze stanem faktycznym. Brzmi to dość przerażająco, pozwala na chwilowe odczucie dyskomfortu oraz zachwiania wiary w sens formułowania naukowych teorii, jednak sprawa nie jest aż tak dramatyczna.

W świetle reflektorów postawimy dziś mitochondria, czyli elementy komórkowe (organella), które w pierwszej kolejności kojarzą się z produkcją energii. Naukowcy lubią nazywać je centrami energetycznymi komórki. W przestrzeni pojedynczej komórki znajdziemy je w wielu kopiach, a liczba ta będzie zależna od jej rodzaju. Cechą charakterystyczną tych organelli jest to, że zawierają swoje własne, mitochondrialne DNA (mtDNA). Ma ono długość niespełna 17 tysięcy par zasad i jest niewystarczające do ich samodzielnego funkcjonowania. Nic więc dziwnego, że odpowiednia koordynacja między jądrem komórkowym zawierającym pozostałe DNA a mitochondriami jest niezwykle istotna.

Mitochondrialne DNA (mtDNA) zamknięte jest w postaci kolistej cząsteczki, a w każdym mitochondrium znajduje się kilka kopii tego genomu. Do tej pory w książkach do biologii znajdziecie informację, że u ludzi (ale nie tylko) mtDNA dziedziczone jest tylko od matki. Dlaczego? Jest kilka teorii na ten temat, ale przyjmuje się, że związane jest to z samą liczbą kopii mtDNA. W oocycie, czyli komórce rozrodczej matki mtDNA znajduje się w setkach tysięcy kopii, natomiast w plemniku, tylko kilku i zazwyczaj ulegają one rozpadowi na wczesnym etapie rozwoju embrionalnego. Dokładny mechanizm tego zjawiska nie został jednak jeszcze szczegółowo opisany.

W związku z takim systemem dziedziczenia łatwo wysnuć konkluzję, że jeśli w mtDNA matki powstanie mutacja (a zdarzyć się to może statystycznie częściej niż w jądrowym genomie) to istnieje ryzyko przeniesienia choroby na potomka. Jeżeli mutacja pojawi się w mtDNA ojca nie zostanie ona przekazana kolejnym pokoleniem.

Mogłoby się wydawać, że tzw. choroby mitochondrialne (wywołane pomyłką w genach zaangażowanych w prawidłowe funkcjonowanie mitochondriów) będą dzięki temu schematowi nieco łatwiejsze w diagnostyce. Niestety jest wręcz odwrotnie. Po pierwsze dlatego, że kopii mtDNA w komórce jest wiele i nie wszystkie muszą być identyczne, a na tym etapie nauki nie jesteśmy w stanie przewidzieć, która z cząsteczek zostanie przekazana potomkowi, prawidłowa czy nieprawidłowa. Druga sprawa to, że choroby mitochondrialne mogą być wywoływane również przez pomyłki w genomie jądrowym i tym samym przekazywane przez ojca.

Pod koniec listopada 2018 roku w prestiżowym czasopiśmie PNAS ukazał się artykuł, w którym autorzy opisali 17 przypadków dziedziczenia mtDNA od obojga rodziców w 3 różnych rodzinach.

Takie odkrycie wydało się na tyle nieprawdopodobne, że szef zespołu, w którym go dokonano, nie od razu uwierzył w jego prawdziwość. Aż 17 przypadków w 3 rodzinach to wyjątkowo dużo biorąc pod uwagę, że wcześniej nikt tego nie brał pod uwagę. Mimo stosowania przez zespół niezawodnych metod taka obserwacja wydawała się wysoce nieprawdopodobna. W związku z tym zestaw analizowanych prób wysłano do innych ośrodków badawczych. Te niezależne analizy potwierdziły zaskakujące doniesienia.

Takich rewelacji nie można było pozostawić samym sobie i przekazano światu. Nie mogę jednak nie zaznaczyć, że to nie do końca prawda, aby nikt wcześniej nie zaobserwował czegoś podobnego. W 2002 roku opisano jeden jedyny przypadek dziedziczenia mtDNA od obojga rodziców, jednak mimo potwierdzenia tych doniesień przez niezależne ośrodki wielu badaczy uważało te wyniki za bubel naukowy. W sumie takie nad wyraz krytyczne podejście może nie dziwić, w końcu nikomu przez kolejnych 16 lat nie udało się powtórzyć takiej obserwacji. A tu proszę, w 2018 roku aż 17 przypadków. W związku z tymi doniesieniami niektóre media ogłosiły pilną potrzebę napisania nowej historii ludzkiego pochodzenia. Dlaczego?


Źródła:

https://www.pnas.org/content/115/51/13039

https://www.pbs.org/wgbh/nova/article/dads-mitochondrial-dna/

https://www.sciencenews.org/article/dads-not-just-moms-can-pass-along-mitochondrial-dna

https://www.nejm.org/doi/10.1056/NEJMoa020350?url_ver=Z39.88-2003&rfr_id=ori%3Arid%3Acrossref.org&rfr_dat=cr_pub%3Dwww.ncbi.nlm.nih.gov

zdjęcie: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2d/Mitochondria_in_living_HeLa_cells.jpg

 

 




probowkapng


walter-otto-PT70CT6mATQ-unsplashjpg


Badacze stawiają śmiałe tezy i przewidują, że zastosowanie tej metody może pomóc w wyeliminowaniu nawet 90% mutacji powodujących choroby genetyczne takie jak mukowiscydoza, czy anemia sierpowata. Myślę jednak, że warto ostudzić takie dalekosiężne przewidywania. Metoda ta ma jednak ogromną szansę na szybkie wykorzystanie w obszarze poznawania funkcji określonych genów oraz opracowania modeli, które mógłby posłużyć do badań nad wieloma jednostkami chorobowymi.

Minie jeszcze wiele lat, zanim metody edycji genomu zaczną być rutynowo stosowane w leczeniu pacjentów z różnymi schorzeniami. Najpierw naukowcy muszą skupić się na osiągnięciu większej precyzji wprowadzania zaplanowanych zmian oraz ograniczeniu niechcianych efektów. Wciąż najważniejszym pozostaje ocena bezpieczeństwa opisanych metod. Kolejnym bardzo ważnym aspektem powinna być edukacja społeczeństwa. Bez „odczarowania” inżynierii genetycznej oraz akceptacji społeczeństwa trudno będzie wprowadzać jej metody do codziennego użytku. Zeszłoroczny falstart badacza z Chin z jednej strony pokazał, jak bardzo potrzebne są konkretne regulacje w stosowaniu metod edycji genomu, z drugiej pogłębił niechęć społeczeństwa do inżynierii genetycznej. Miejmy nadzieje, że dalsze działania naukowców oraz popularyzatorów wiedzy na ten temat, będą w stanie zmienić to negatywne nastawienie.


Źródło:

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1711-4

            Dodatkowe materiały:

http://naukowka.pl/index.php/2018/02/28/edytowanie-dna-metoda-crispr-cas9-o-co-chodzi-czesc-1/

http://naukowka.pl/index.php/2018/11/13/crispr-cas9-czesc-2/

http://naukowka.pl/index.php/2019/10/24/pierwsze-genetycznie-zmodyfikowane-dzieci-cala-prawda/

 







bonnie-kittle-XtRVivoKXfs-unsplashjpg

 jaron-nix-bdSflgYILFM-unsplashjpg


Uzyskanie ludzkich organów w organizmach zwierząt będzie jednak dużo trudniejszym zadaniem. W 2018 roku zespół Nakauchi próbował umieścić ludzkie komórki iPS w owczych embrionach, które nie produkowały własnej trzustki. Wyniki były jednak niezadowalające. Komórek ludzkich było mało i nie utworzyły one organu. Prawdopodobną przyczyną są ogromne różnice genetyczne pomiędzy nami a owcami. W takim ujęciu przedstawione badania nie mają większej możliwości powodzenia, jednak pozwolą one na dokładne zbadanie mechanizmów powodujących usuwanie ludzkich komórek z organizmów innych zwierząt. Dzięki temu możliwe stanie się zaprojektowanie strategii, która pozwoli na ominięcie tej przeszkody.

Przed badaczami jeszcze bardzo dużo pracy nad tym skomplikowanym projektem, dlatego ciężko jeszcze mówić o przewidywanych efektach końcowych eksperymentów. Poza poruszeniem ważnych kwestii etycznych możemy oczekiwać poznania mechanizmów związanych z przyjmowaniem lub odrzucaniem komórek jednego gatunku podczas rozwoju innego. Te informacje mogą w przyszłości stać się istotne dla wielu dziedzin badawczych, nie tylko tych, związanych z transplantologią. Warto więc zachować daleko idącą ostrożność w interpretacji tych informacji.

 

Źródła:

https://www.nature.com/articles/d41586-019-02275-3?fbclid=IwAR0DDSugk-FlA3uasPJkD9RmSJrkSEMYMlxwj4qYZgPcin-_ZJz_sS6EFFg








65024282_3327735557252436_6853820789897035776_njpg


64627111_538746806660605_7387041117134389248_njpg


58616508_409113662974726_4443606222804877312_njpg

Te rezultaty otwierają drzwi do wdrożenia spersonalizowanego podejścia w dobieraniu najbardziej optymalnych terapeutyków. Może to mieć ogromne znaczeni nie tylko dla komfortu i bezpieczeństwa pacjenta, ale również czynników ekonomicznych związanych z leczeniem. Lepiej dobrane leki to szybsze leczenie, czy krótsze pobyty w szpitalu. Być może przeanalizowanie indywidualnego mikrobiomu pacjentów obarczonych chronicznymi stanami pozwoliłoby wreszcie znaleźć sposób na poprawę ich stanu zdrowia. Podobne podejście można wykorzystać w badaniach wpływu indywidualnego mikrobiomu na przyswajanie składników odżywczych w diecie czy reagowanie na czynniki środowiskowe.

Źródła:

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1291-3

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/036103v1

 











alex-harvey-44062-unsplashjpg

Fotolia_123432266_XSjpg                    

Nadzieję wzbudza terapia opierająca się na wyciszeniu wadliwego genu. Zablokowanie takie miałoby prowadzić do obniżenia poziomu agregatów białkowych w komórkach mózgu i tym samym spowalniać proces neurodegeneracji. Obecnie wachlarz możliwości w osiągnięciu tego celu wydaje się większy niż kiedykolwiek, jednak to metoda związana z zastosowaniem oligonukleotydów antysensownych wysuwa się na czoło stawki. Oligonukleotydy antysensowne (w skrócie ASO) są cząsteczkami DNA wytworzonymi w laboratorium. Mogą one wnikać do komórki i niszczyć instrukcję budowy konkretnego białka, a w konsekwencji hamować produkcję nieprawidłowych cząsteczek i spowalniać neurodegenerację.

Testowanie tego podejścia terapeutycznego rozpoczęto już w 2000 roku na modelach komórkowych i zwierzęcych. Obiecujące wyniki pozwoliły na rozpoczęcie badań klinicznych na ludziach. Choroby neurodegeneracyjne obejmują głównie mózg, dlatego ważne, aby proponowany lek bezpośrednio trafił do miejsca swojego przeznaczenia. W przypadku tej potencjalnej terapii cząsteczki aktywne podaje się poprzez nakłucie lędźwiowe, które pozwala na wprowadzenie specyfiku bezpośrednio do płynu mózgowo-rdzeniowego.

Nadrzędnym celem każdego badania klinicznego jest ocena bezpieczeństwa proponowanej terapii. W tym wypadku wyniki wskazały na brak znaczących działań niepożądanych. Ponadto, co wydaje się bardziej ekscytujące, raport z pierwszego etapu badań wskazał, że u osób otrzymujących ASO, zaobserwowano zależne od dawki obniżanie poziomu nieprawidłowego białka. To bardzo optymistyczne wieści, jednak pamiętajmy, że początkowe etapy badań prowadzi się na niewielkiej grupie badanej i przez krótki czas.

Niedawno świat obiegła kolejna pozytywna wiadomość opisująca postęp badań klinicznych. Do tej pory pacjenci byli poddawani nakłuciu raz na miesiąc lub raz na dwa miesiące. Wyniki wskazują, że rzadsze iniekcje nie wpływają na efekt obniżenia poziomu zmutowanego białka. Prowadzący badania chcą teraz rozszerzyć grupę pacjentów o takich, u których nakłucia będą wykonywane raz na 4 miesiące.

Na koniec chciałabym jeszcze podkreślić, że wciąż brakuje bezpośrednich dowodów potwierdzających, że obniżanie poziomu nieprawidłowego białka w mózgu będzie wpływać na spowolnienie przebiegu choroby u ludzi. Dotychczasowe dane sugerujące taki związek zostały wykonane jedynie na zwierzętach. Informacje warto przyjąć z ostrożnym optymizmem. Miejmy nadzieję, że na przestrzeni najbliższego roku firma prowadząca badanie opublikuje nowy, optymistyczny raport.

Źródła:

https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(13)00767-5

https://en.hdbuzz.net/272








HIV-budding-Color1jpg

zdjęcie z Centers for Disease Control and Prevention's Public Health Image Library.


arvin-chingcuangco-1337417-unsplash1jpg



marcelo-leal-525139-unsplash1jpg

Dlaczego więc prowadzone są powyższe badania? W pierwszej kolejności, aby ratować życie osób, które poprzez chorobę nowotworową i wyczerpanie dostępnych możliwości terapeutycznych znajdują się w sytuacji bez wyjścia. Przeszczep szpiku w pierwszej kolejności ma służyć walce z nowotworem. Drugim aspektem jest zgłębienie wiedzy o wirusie i zaplanowanie nowych strategii walki z nim, które mogłyby być dostępne dla większej liczby pacjentów. Największą nadzieję pokłada się w zastosowaniu terapii genowej. Dzięki zastosowaniu, chociażby systemu CRISR-Cas9, czyli jednej z bardziej ekscytujących metod edycji genomu, możliwe wydaje się zmodyfikowanie genu CCR5 w limfocytach osób zakażonych w taki sposób, aby uodporniły się na wirusa. Na chwile obecną są to jednak tylko teoretyczne rozważania, a przed światem naukowym jeszcze bardzo dużo pracy, aby pomysł taki skutecznie wcielić w życie.

Sytuacja zakażonych wirusem HIV jest obecnie dużo bardziej obiecująca niż jeszcze nie tak dawno temu. Przez ostatnie lata nauka poczyniła ogromne postępy w poszukiwaniu sposobu na trzymanie w ryzach zakażenia. W 2017 roku 59% zakażonych na świecie przyjmowała leki antywirusowe. W dużym uogólnieniu można przyjąć, że pacjenci, którzy zaczęli przyjmować terapię zaraz po zakażeniu, mają przybliżony czas życia co zdrowe osoby. Największym wyzwaniem jest jednak nieświadomość zakażenia. Szacuje się, że nawet ok. 50% zainfekowanych Polaków może nie wiedzieć o swoim stanie. W Polsce od początku prowadzenia badań (1985 r.) do końca 2018 roku zdiagnozowano prawie 24 tysiące osób zakażonych, z których niecałe 1500 osób zmarło z powodów związanych z zakażeniem.

Źródła:

https://www.nature.com/articles/d41586-019-00798-3

https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa0802905

https://www.newscientist.com/article/2195780-a-third-person-may-have-become-hiv-free-after-a-bone-marrow-transplant/










mozgjpg




swinkijpg




swinkajpg


Powyższe badania prowadzą do wielu etycznych pytań, których wcześniej nie było potrzeby zadawać. Pierwsze z nich dotyczą wizji dalszego prowadzenia takich eksperymentów, które w końcu mogą doprowadzić do zaistnienia świadomości mózgu po śmierci i poza organizmem. Brak jest jakichkolwiek ustaleń na temat tego, jak w ujęciu etycznym traktować tak nieprawdopodobny przypadek. Inne aspekty dotyczą pytań o dobrostan zwierząt wykorzystanych w badaniu. Zwierzęta martwe nie są objęte regulacjami, ponieważ nie są zdolne do odczuwania np. bólu. Brakuje etycznych wskazówek jak traktować je po ewentualnym odzyskaniu pewnych funkcji metabolicznych. Kolejne obawy dotyczą samej definicji śmierci. Powyższe badania mogą wskazywać, że przynajmniej niektóre procesy towarzyszące śmierci można sztucznie odwrócić. Możemy się jedynie zastanawiać, jak wpłynęłoby to na decyzje rodzin o pośmiertnym pobraniu organów.

Podsumowując, otrzymane wyniki wskazują, że śmierć być może jest jednak procesem stopniowym, nie gwałtownym, a komórki mózgowe mogą być odporne na brak przepływu krwi i dostarczania tlenu w sposób silniejszy, niż do tej pory uważano. Opisany system ma predyspozycję do zaoferowania nowych metod badania mózgu w laboratorium. Dzięki temu możliwe będzie znalezienie odpowiedzi na pytania, na które obecnie nie potrafimy odpowiedzieć. Technika ta może poszerzyć zakres badań nad uszkodzeniem mózgu i naprawą komórek, a także nad wpływem leków na mózg. Badacze złożyli już wniosek patentowy na swój system.








       


 mitochjpg


eea-ikeda-492666-unsplash1jpg


steven-van-loy-27355-unsplash1jpg


Tu musimy poświęcić moment na przypomnienie sobie kilku faktów związanych z mitochondrialnym DNA. W DNA może dochodzić do pomyłek, czyli tzw. mutacji. Z powodu specyficznej budowy i umiejscowienia genomu mitochondrialnego, jest on na takie mutacje bardziej narażony niż DNA w jądrze komórkowym. Mutacje takie zachodzą jednak całkowicie przypadkowo i z takim samym prawdopodobieństwem. Założenie, że mogą one być przekazywane kolejnym pokoleniom tylko poprzez matkę, pozwalało na wykorzystanie genomu mitochondrialnego do badania pokrewieństwa oraz analizy pochodzenia człowieka.

Dzięki temu udało się oszacować kiedy żyła kobieta, od której pochodzą mitochondria wszystkich obecnie żyjących ludzi na świecie. Nazwano ją mitochondrialną Ewą. Jednak od razu należy dodać, że nie była to ani pierwsza, ani jedyna kobieta żyjąca w tamtym czasie na ziemi. Wielu sceptyków uważa, że w świetle opublikowania tych danych, ta teoria powinna zostać zweryfikowana. Jednak sami autorzy badania sugerują, że znalezione przez nich przypadki dziedziczenia mitochondrialnego DNA również od ojca to raczej niewielki wyjątek od reguły, a dziedziczenie mtDNA od matki jest dominujących schematem. Naukowcy utrzymują, że taki schemat w ogólnym rozrachunku jest dla ludzi bezpieczniejszy i pozwala na ewolucyjny usuwanie niebezpiecznych mutacji. Na chwilę obecną uważa się, że rzadkie przypadki dziedziczenia mtDNA od ojca nie powinny zaburzyć dotychczas sformułowanych założeń ewolucyjnych dotyczących mtDNA.

Jedno jest pewne, to odkrycie zmobilizuje środowisko naukowe do rozszerzenia badań w tym kontekście. Jeśli w ich wyniku okaże się, że zjawisko dziedziczenia mtDNA od ojca jest jednak częstsze, być może przyda się spojrzeć na obecny zegar molekularny odświeżonym okiem.