Иллюстрация: https://ru.freepik.com/. Недавно стало известно, что исследователи из Казанского Института органической и физической химии им. А.Е. Арбузова провели разработку соединения, которое способно инициировать процесс самоуничтожения раковых клеток. Причем, предлагаемый подход действует избирательно, не касаясь здоровых клеток организма. По сравнению с высокой токсичностью противоопухолевых препаратов, которые сейчас используют в медицинской практике, токсичность предложенного соединения на порядок ниже. Результаты проведенных исследований были представлены в журнале Bioorganic Chemistry. Нужно отметить, что основным недостатком лекарственных средств, которые сейчас используют при проведении химиотерапии, когда осуществляют подавление раковых клеток и метастазов, то есть вторичных очагов,
в организм человека курсами вводят специальные медицинские препараты, является высокая токсичность и низкая избирательность. Они воздействуют не только на больные клетки, но и на здоровые, что часто приводит к сильным побочным эффектам — например, ослаблению иммунной системы, выпадению волос, потере аппетита, повреждениям слизистой оболочки рта и горла.
Химики из Петербурга и Казани предложили соединения с избирательной токсичностью — каликсарены с пиразольными фрагментами (вещества, способные связываться с ДНК). Это «многорукие» чашеобразные платформы из макромолекул, которые точечно воздействуют на раковые клетки.
«Мы синтезировали девять таких соединений, затем обработали ими шесть линий клеток — четыре раковые и две здоровые. Полученные результаты сравнивали с эффектом от широко применяемого в медицине противоопухолевого препарата доксорубицина. Три соединения-лидера существенно подавляли активность клеточной линии карциномы (злокачественная опухоль) шейки матки. Здоровые же клетки, среди которых были и чувствительные к химиотерапии клетки печени, сохранили свою жизнеспособность. Нас вдохновил этот результат, ведь он указывает на низкую токсичность. Далее мы убедились при экспериментах с кровью, что эритроциты не разрушаются в присутствии каликсаренов», – рассказывает Антон Муравьев, главный автор исследования, научный сотрудник научно-образовательного центра инфохимии ИТМО.
Дополнительное подтверждение низкой токсичности ученые получили благодаря исследованиям in vivo. Летальная доза каликсаренов на мышах оказалась в несколько раз выше, чем у используемых сегодня аналогов — до 80 мг на 1 кг массы тела. При этом на раковых клетках эффект обратный: в карциноме шейки матки при взаимодействии с соединениями запускался апоптоз — программируемая клеточная смерть.
«Раковые клетки подобны сорняку, который постепенно вытесняет другие растения. И не факт, что, вырвав сорняк, вы полностью от него избавитесь — он мог уже успеть пустить корни глубже или “раскидать” семена вокруг. Так же и с опухолью. Если здоровая клетка, “отжив” свое, умирает и на смену ей приходит новая, то раковые клетки сопротивляются смерти, неконтролируемо размножаются, не давая развиваться здоровым. Это и приводит к появлению опухолей. Как раз таки наши платформы возвращают раковые клетки в “нормальное состояние”, “заставляя” их самоуничтожаться. Этого удалось достичь во многом благодаря правильно подобранной геометрии соединений с “замещенными” пиразольными фрагментами. Кроме того, мы определили в клетках молекулу-мишень, которая связывается с нашим препаратом, — ей оказалась ДНК», – поясняет Антон Муравьев.
По словам авторов проекта, исследование началось еще в 2016 году в сотрудничестве с коллегами из Великобритании. За последние несколько лет ученые несколько раз воспроизводили синтез целевых соединений и каждый раз получали один и тот же эффект на линиях клеток, что доказывает надежность результата. Теперь они планируют проверить соединения-лидеры на мутагенность (способность вызывать генетические мутации в клетках), а также выяснить, как именно платформы взаимодействуют с ДНК раковых клеток. Проект поможет в разработке новых перспективных лекарств для борьбы с раком.
Исследование поддержано Российским научным фондом (проект № 21-73-10185).
Справка:
Генетическое программирование еще каких-то пару лет назад считалось очень абстрактным и футуристичным. Казалось, что клетка ДНК человека находится в недосягаемой плоскости от программного кода. Но время летит, технологии меняются. И уже многие понимают, что в обозримом будущем генетическое программирование клеток более чем возможно. Клеткам живых существ можно будет присвоить любые необходимые характеристики. Как бы странно или, скорее всего, непонятно это ни звучало, совсем скоро человек сможет запрограммировать человека. И можно будет создавать гениальных музыкантов, программистов, врачей, учителей, военных и т.д. Хорошо это или плохо? Сейчас трудно судить, оттого что много неопределенности и непонятно, кто это будет контролировать. Ведь если подумать, подобные разработки могут принести очень много вреда.
«Скоро» — это не значит, что через год-два, должно пройти чуть больше времени. «Скоро» — это значит, что все произойдет уже при нашей жизни. Тем более что в науке уже определенные наработки есть. Об этом мы чуть ниже расскажем.
Что такое генетическое программирование?
Генетическое программирование — это возможность применять технологические методы воздействия на клетки ДНК и РНК живых организмов. Если простым языком — это возможность вносить «корректировки» непосредственно в код клетки. А это, в свою очередь, дает возможность манипулировать генами, вводить одни гены в другие организмы, выращивать новые организмы и т.д.
Генетическое программирование может послужить «механизмом» приобретения желаемых качеств у генно-модифицированного организма. Подобные эксперименты над растениями проводятся уже давно.
Возможности генетического программирования
Генетическое программирование и биоинженерия в целом в последнее время вышли на совершенно новый уровень. Раньше все ограничивалось только воздействием на растения. Если вспомнить, то пресловутое «ГМО» — это как раз об этом. Технология на растениях отработана, и уже сейчас можно скрещивать нескрещиваемое, добавлять необычные признаки привычным овощам, фруктам и растениям. Но так как воздействие таких продуктов на организм человека не изучено, люди стараются сторониться этих продуктов. Все незнакомое нам чуждо. Даже притом, что, возможно, в будущем мы и пересмотрим свои взгляды.
Достаточно долгое время считалось, что осуществить ДНК-программирование живого организма невозможно. Тем более невозможно это сделать уже в течение жизни организма. На стадии «зачатия» вариант воздействия еще рассматривался.
Однако череда вирусных заболеваний последнего десятилетия дала человечеству подсказку и подтолкнула к прорыву в генетическом программировании. Оказалось, что привычные нам природные вирусы легко «переписывают» информацию в ДНК живого организма. Делают они это просто: вся заложенная информация в вирусе хранится в молекуле РНК (у других организмов — в ДНК). А в состав вирусных РНК входит специальный фермент, который способен «внести» и закрепить свой признак в молекуле ДНК живого организма. Тут ученые и задумались: если это может сделать вирус, то почему это нельзя сделать самостоятельно? И, к примеру, вносить благоприятные признаки в ДНК организма, получая более «крепкий» желаемый организм. Это как минимум существенно бы облегчило борьбу с генетическими и неизлечимыми болезнями человечества.
Если вы помните еще из школьных курсов, то в ДНК и РНК человека содержится запись всей жизнедеятельности человеческого организма, его физические данные и свойства. На самые неблагоприятные признаки как раз и можно было бы воздействовать. Но нужно понимать, что в результате такого воздействия человеческий дух и его душа не меняются, также не меняется его образ жизни, мышление, сознание и подсознание, память и понимание всего происходящего вокруг.
Однако все это пока на уровне предположений, потому что по факту генетическое программирование находится на стадии своего зачатия и впереди еще очень много всего нужно изучать. Элементарно сама молекула ДНК человека не изучена до конца, о каком тогда генетическом программировании может идти речь? Ведь управлять неизведанной системой будет очень сложно.
Попытка генетического программирования живого организма
Массачусетский Технологический Институт в составе небольшой группы ученых первым провел попытку генетического программирования живого организма. Для этого даже была разработана специальная технология программного кода «Cello». Данная технология дает возможность прописать в клетке настоящей бактерии любой набор признаков и создать в ней собственную биологическую схему с необходимыми параметрами.
Технология «Cello» построена на одной простой идее, что все процессы, происходящие внутри клеток, самостоятельно программируются методами, очень похожими на методы вычисления алгоритмов современных компьютерных систем. Используя эту идею, энтузиасты МТИ создали абсолютно новый язык программирования, который способен запрограммировать элементы, состоящие из нуклеиновой кислоты.
Технология «Cello» и новый генетический язык программирования существуют не только в теории. Уже проведен практический эксперимент, где удалось доказать возможность программирования ДНК. Да, пока это была бактерия, но это уже дает огромные перспективы для дальнейшего изучения и развития. К примеру, ученым удалось воссоздать 60 биологических схем, которые успешно были внедрены в подопытный организм. В финале работоспособность показало 95% внедренных биологических схем.
Принцип работы генетического языка программирования
Суть работы генетического языка программирования сводится к следующему: любая текстовая задача, прописанная на этом языке, компилируется на язык нуклеиновых кислот. То есть текст компилируется в нужную последовательность ДНК в виде «языка» нуклеиновой кислоты и внедряется в состав клетки настоящего организма.
Возможности генетического языка программирования
Теперь только представьте грандиозность и потенциал этого проекта. Насколько широкие проблемы сможет решать программирование ДНК.
Одна из ближайших намеченных целей этой разработки — это оздоровить человечество. В планах — создать некую биологическую схему и внедрить ее внутрь клетки ДНК. Принцип работы этой «схемы» будет заключаться в самостоятельном обнаружении, идентификации, локализации и устранении очага заболевания организма при помощи выработки необходимого лекарственного компонента. Ближайшая болезнь, на которую нацелена эта разработка, — это раковая опухоль.
Технология «Cello» не нацелена только на медицинскую сторону реализации. Также ее применение ожидается и в сельском хозяйстве, и в продуктовой промышленности. В с/х, например, ожидается возможность обрабатывать зеленые насаждения специальными живыми бактериями, целью которых будет вырабатывать нужные инсектициды при обнаружении насекомых-вредителей.
Возможные проблемы в ДНК-программировании
Любая новая разработка невозможна без наличия каких-то проблем, так и в ДНК-программировании есть ряд видимых проблем, с которыми придется бороться ученым уже на стадии старта технологий:
- Манипулирование клетками ДНК сказывается на генетическом контроле нормальной клетки.
- Невозможно предвидеть место встраиваемого элемента, так как нельзя контролировать сам процесс встраивания.
- Есть высокая вероятность образования опасных веществ в результате вмешательства в клетку ДНК.
- Не изучено, как смогут влиять запрограммированные клетки на другие клетки живого организма.
- Мало изучена сама клетка ДНК, а это, в свою очередь, дает возможность только предполагать, а не утверждать ее поведение.
На самом деле, моментов и недостатков очень много, их сложно перечислить в одной статье. Но разве трудности когда-нибудь останавливали развитие человечества? Если бы это было так, то мы до сих пор были бы еще в каменном веке с каменными орудиями.
Безусловно, мы находимся на заре генетического программирования клетки ДНК. О необходимости или вреде этой технологии споры только начинаются вестись. В ход идут и полезные перспективы, и возможные негативные моменты, и страхи, и даже Библия. Трудно сейчас однозначно сказать, хорошо это или плохо. Вероятно, нам остается только подождать, к чему приведет развитие генетического программирования, и принять его неизбежность.
Автор основной части: Наталья Сафронова
Источники: https://scientificrussia.ru/, https://codernet.ru/
