Както и през всяка предишна година, и през изминаващата 2015-та година бяха постигнати редица сериозни постижения във всички сфери на науката и техниката.

Биологията не прави изключение и в този материал възнамерявам да ви припомня най-значимите открития от може би "най-естествената" сред естествените науки - науката за живота.

Пробив в синтетичната биология - дрожди ще произвеждат лекарства

В едно от най-големите постижения на синтетичната биология досега, тази година учени успяха да добавят различни гени в клетките на дрожди, които им позволяват да синтезират различни опиатни молекули и техни прекурсори (суровини). Много хора изразиха притеснението си, че откритието може да позволи производството в домашни условия на синтетичен хероин и други наркотични вещества, но други виждат огромен потенциал на метода при производството на нови медикаменти или по-ефективното производство на вече доказани такива.

Нов прародител на човека беше открит в пещера в Южна Африка

В дълбините на пещера в Южна Африка, учени откриха изумително добре запазените останки на евентуален нов прародител на хората - Homo neledi. Макар откритието да предизвика много противоречия в научните среди, датирането и потвърждаването на първоначалните заключения може да ни осигури допълнителна информация за това как е протекла еволюцията на човека и какви паралелни човешки видове са съществували.

Сравнение на характеристиките на черепите на Homo naledi и други видове прахора. Илюстрация: Chris Stringer

Постижения в борбата с болестта на Алцхаймер

Значителни постижения и разкриване на нови механизми при протичането на едно от най-честите заболявания при застаряващото население - болестта на Алцхаймер - бяха постигнати през изминаващата 2015 г. Беше установен нов ген, който предразполага носителите му към развитие на заболяването, както и нови методи за ранното му диагностициране (1, 2). Беше открит предполагаем механизъм за отдавна известната връзка между заболяването и влошеното качество на съня, при който се предполага, че болестта поразява меланопсиновите ретинални ганглийни клетки в окото, които участват в регулацията на циркадните цикли.

Наскоро пък, австралийски учени разкриха механизма, по-който се разрушават синапсите на невроните в мозъка в ранните етапи на Алцхаймер, още преди първите видими прояви. Това може да позволи по-ранна диагностика и вероятно по-навременно начало на лечението при пациентите със заболяването. Установени бяха редица кандидат-медикаменти, които могат да се използват при лечението на болестта, като бяха открити неочаквани положителни резултати при вече прилагани лекарства (включително при лекарство срещу астма).

За съжаление през март месец тази година, след дълга битка със заболяването на Алцхаймер ни напусна един от любимите писатели на цяло поколение - британецът сър Тери Пратчет. Това показва ясно, че ни предстои още много работа преди да разрешим проблема с това коварно заболяване, особено предвид тенденцията за застаряване на глобалната човешка популация (очаква се броят на засегнатите да скочи три пъти до 2050 г.).

Борбата с рака

2015 г. беше силна и за туморната биология. Бяха открити редица нови методи за ограничаване или лечение на ракови заболявания, както и за ранната им диагностика.

Например, датски учени неочаквано се натъкнаха на потенциално ефективен метод за борба с голяма част от раковите заболявания, при изследване на ваксина срещу малария. Учените са установили, че въглехидрат, с помощта на който маларийният паразит се прикрепя за плацентата при бременни жени, се открива също и при ракови клетки. Комбинацията от маларийния протеин и токсина открива раковите клетки, свързва се с тях, след което бива погълнат. Във вътрешността на раковата клетка токсинът се освобождава и я убива. Учените смятат, че модифицираният малариен протеин може да атакува повече от 90% от всички типове тумори и възнамеряват да започнат клинични изпитвания с хора до 4 години.

Американски учени пък твърдят, че са открили антитяло, което може да стимулира раковите левкемични клетки да се превръщат в естествени клетки убийци - тип бели кръвни клетки, специализирани в откриването и унищожаването на туморни клетки в тялото. Ако е успешно, това би могло не само да се понижи броя на раковите клетки в пациентите с кръвни ракови заболявания, но и да се елиминират напълно.

Модифицирани генетично малки водорасли пък могат да убиват до 90% от раковите клетки в лабораторни условия, като при това здравите клетки са останали незасегнати. Терапията с тях е демонстрирала ефективност при лечение на тумори в мишки, без поражения в други части от тялото. 

В скорошно изследване, учени са демонстрирали, че наночастици, наричани от тях нанотерминатори, могат да се използват като метод за насочено доставяне на медикаменти към ракови клетки. От повече десетилетие се изследват обещаващите качества на металните наночастици като средство за борба с раковите заболявания, но проблемът при тях винаги е бил факта, че тези вещества се акумулират от организма и могат да причинят сериозни странични ефекти. При това изследване учените твърдят, че получените от тях наночастици, съставени от специална сплав от галий и индий, са биоразградими и се толерират по-лесно от тялото.

Първата успешна ваксина против ебола постигна 100% ефективност

Тази година бе постигнато изключително значимо постижение в областта на ваксинологията и епидемиологията - първата успешна ваксина срещу ебола. Тествана в Гвинея (една от 3-те най-засегнати държави от епидемията през 2014 г.) в клинично изпитване, ваксината реално осигурила 100% защита от заразяване с вируса при ваксинираните хора. Това дава надежди, че ще можем по-лесно да се справим с евентуалните бъдещи епидемии на болестта.

Значителни притеснения буди и факта, че сред много от излекуваните пациенти се наблюдават сериозни усложнения след прекараната ебола, така че може да се окаже, че опасността за хилядите оцелели след епидемията в Западна Африка съвсем не е отминала. Добитият опит при координираните усилия в целия свят свързани с разработването, производството и тестването на ваксината ще бъдат от полза за Световната здравна организация, която вероятно ще бъде по-подготвена да действа при възникване на подобни неочаквани пандемии причинени и от други патогени в бъдеще.

Беше открита неизвестна до сега лимфна система в мозъка

Не е много често явление откриването на нови анатомични особености в тялото на човека, което е било мащабно проучено и картирано още в средата на 19-ти и началото на 20-ти век. За огромна изненада обаче, тази година неврофизиолози за пръв път откриха доказателства за наличието на непозната досега лимфна система в мозъка. Системата е съставена от мрежа от тънки лимфни съдове, които помагат за прочистване на отпадъчни вещества и за транспортирането на важни имунни клетки. Това откритие може представлява важна връзка между имунологията и неврофизиологията, като освен това може да разкрие нови механизми за развитието на различни неврологични заболявания, а добитите познания за нея могат да се използват при разработването на нови лечения за някои от тях.

Генетичното чудо - методът за генно редактиране CRISPR

Въпреки че е бил открит преди няколко години, през 2015 г. методът за генна редакция CRISPR трансформира науката и разпали активен обществен дебат по темата. CRISPR позволява прецизно редaктиране на генетичния материал. Само тази година методът е позволил създаването на т.нар gene drive - противоречив метод за разпространение на определен ген в популацията на насекоми и някои други животни. Акцента на изследванията с gene drive е ограничаването на разпространението на заболявания, чиито вектор са насекоми (на този етап, основно срещу малария). CRISPR също така позволява целевото изменяне на генома на човешки ембриони, макар официално да е извършван само един научен опит за това, който веднага беше подложен на сериозни критики и възбуди активни обществени дебати по отношение на етичните опасения свързани с използването на метода. Наскоро бе демонстрирано, че CRISPR технологията може да се използва и за разрешаване на проблема с недостига за органи за трансплантация чрез въвеждане на генетични модификации в животни, като например прасета, което да прави органите им по-подходящи за трансплантация в човек.

Методът бе отличен с наградата "Breaktrough of the Year" на авторитетното научно списание Science. А на Дженифър Дудна (Jennifer Doudna) и Еманюел Шарпантие (Emmanuelle Charpentier), разработили метода, бе присъдена престижната международна награда на принцесата на Астурия за "научни и технически изследвания". Мнозина очакват в следващите година-две на революционния метод да бъде присъдена и Нобелова награда.

Снимка: DAVIDE BONAZZI/@SALZMANART

Всичко започва с изненадващото откритие че бактериите могат да помнят вируси. Изучавайки определен механизъм, учените открили останки от гени от предишни вирусни инфекции, опаковани между странни повторени последователности от бактериална ДНК - или клъстерирани равномерно разпръснати палиндромни повтори ("clustered regularly interspaced short palindromic repeats”), което и дава името на метода CRISPR. Тези нуклеинови отломки служат като "банка с памет" за предишните вирусни инфекции. От тях бактерии, могат да си правят специални РНК молекули които да търсят и откриват активна вирусна ДНК, която след това да нарежат с помощта на нуклеази. Така от разкриването на древен механизъм за защита от вируси при бактерии бил получен изключително сполучлив метод за насочена генна редакция.

Кога ще можем избирателно да коригираме собствените си гени и колко близко сме до времето на "бебетата по поръчка" предстои да видим. Различни източници твърдят, че редактирането на човешкия геном с помощта на CRISPR метода може да започне още през 2017 г., като много специалисти смятат, че още преди 2030-та година той може да стане рутинен и лесно достъпен за голяма част от населението. Това би могло да разреши проблемът с много нелечими към момента наследствени и вродени заболявания.

Ако сте го пропуснали или сте го позабравили, може да прочетете изключителното интервю по темата с Джордж Чърч, един от пионерите в сферата на генното редактиране.

Още по темата

04/12/2015

Медицина

Първо проучване за лечение на хемофилия B чрез генно редактиране

11/11/2015

Животът

Редактирането на човешкият геном ще започне през 2017 г.

23/09/2015

Животът

Пионер на генното инженерство: Не ме е страх от бебета по поръчка, въпросът е как ще изпълним поръчката

16/09/2015

Човекът

Находката на нов прародител на човека в Южна Африка е съмнителна