Научные открытия этого лета
Пока все наслаждались солнечными деньками, ученые не спешили покидать лаборатории. Собрали научные открытия из мира генетики, которые были опубликованы этим летом. Узнаем, получится ли у людей жить дольше, кто заставляет мать кормить ребенка и как спасти забытую в холодильнике дыню.
«Землекоп, землекоп! Сколько мне жить осталось?»
Люди давно пытаются раскрыть секрет долголетия. Но если эликсир бессмертия алхимики так и не придумали, то у современных исследователей шансов на это больше. Недавно ученые из университета Рочестер опубликовали результаты десятилетнего эксперимента с мышами и землекопами.
Голый землекоп — небольшой грызун из Восточной Африки, который живет под землей. У него нет шерсти, а еще зверек не чувствует боли и практически не стареет. Привычные нам мыши живут 2-3 года, а голый землекоп — до 40 лет. Он не болеет раком, диабетом или заболеваниями сердца, а размножаться может до самой смерти.
В 2010-х годах ученые основательно взялись за изучение землекопа и его генома. Они обнаружили, что в фибробластах (клетках соединительной ткани) животного гиалуроновой кислоты в пять раз больше, чем у человека.
Гиалуроновая кислота (ГК) есть в организме всех позвоночных. Без нее суставы не были бы подвижными, кожа — увлажненной и прочной, а хрящи — упругими. Обычно она находится между клетками, окутывая их, как «слизь». За ее производство отвечает ген Has2.
Оказалось, что у землекопа подавлены гиалуронидазы — ферменты, которые разрушают гиалуроновую кислоту, и активно работают гиалуросинтазы, отвечающие за ее синтез. У них велико не только количество молекул ГК, но и масса большая. У человека цепочки этого полимера весят до миллиона дальтон (1 дальтон — это единица измерения, которую используют для оценки массы атомов и молекул, она равна 1/12 массы атома углерода), а у голого землекопа — до пяти. Молекулы с высокой массой отвечают за противовоспалительные и антиоксидантные свойства, а вот с низкой, наоборот, вызывают воспаления, повреждения тканей и рак. Тогда исследователи предположили, что именно гиалуроновая кислота помогает грызунам жить дольше и избегать раковых опухолей.
Десять лет назад ученые начали долгий эксперимент. В первом этапе они проверяли связь между действием гиалуроновой кислоты и раком кожи. Во втором — вырастили генно-модифицированную мышь с генами землекопа.
Иллюстратор: Виктор Чен
Но связана ли ГК только с раком кожи или ее действие распространяется на весь организм? Чтобы проверить это, исследователи взяли две сотни мышей. Половину оставили без изменений, а в хромосомы второй половины встроили ген Has2: стали изучать, от чего животные умирали.
От спонтанных лимфом погибли 70 % мышей в первой, неизмененной группе, и 57 % мышей с геном Has2. Среди мышей старше 27 месяцев заболеваемость раком была у 83 % обычных и у 49 % генно-модифицированных. Даже когда ученые специально действовали на животных канцерогенными ядами, у контрольной группы рак возникал чаще, чем у экспериментальной.
У трансгенных мышей молекулы ГК нашли в коже, мышцах, сердце и почках. Интересно, что эффект от высокого содержания ГК был даже в тех органах и клетках, где полимер не образовался. Ученые предположили, что ГК принимает участие в сигнальных системах организма, передавая информацию между клетками, например, между клетками иммунной системы.
Но как это связано со старением? Существует теория, что оно вызывается хроническим возрастным воспалением клеток. У мышей с геном Has2 этот процесс оказался сниженным. Еще они жили на 10–20 % дольше, чем обычные мыши. Нельзя сказать, что один ген поможет нам улучшить и качество, и продолжительность жизни. Но, возможно, в будущем ученые изобретут единый рецепт здорового долголетия, и землекопы им в этом помогут.
Братья наши меньшие
Эмбрионам млекопитающих надо есть. Их маме надо беречь свои силы. Чтобы плод был сыт, а организм матери не истощился, нужен механизм, который будет регулировать эти семейные отношения. Ученые из Кембриджского университета изучили эмбрионы мышей и нашли ген, который усиливает перенос питательных веществ через плаценту.
Этот ген Igf2 кодирует инсулиноподобный фактор роста-2, который стимулирует рост костей и других тканей плода. Во время беременности его производят клетки плаценты, которая формируется из тканей мамы и эмбриона. Затем из него синтезируется белок, который действует на гормоны матери. Они влияют на работу материнской печени и поджелудочной железы, а также требуют от ее организма все больше глюкозы, жиров и других веществ.
Источник: freepik.com
Интересно, что ген Igf2 — импринтированный, то есть передающийся только от одного родителя, потому что у второго заранее «отключен» (в яйцеклетках или сперматозоидах). Ученые выяснили, что именно отцовская версия гена заставляет маму идти на компромисс и подкармливать эмбрион. При этом со стороны матери есть механизм, который, напротив, контролирует плод, чтобы он не слишком переедал.
Чтобы проверить это, исследователи скрещивали мышей с разными фенотипами. В экспериментальной группе у отцов специально «выключили» ген Igf2, поэтому эмбрионам он не передался. В результате плод в утробе не получал достаточно глюкозы и останавливался в росте. Еще у потомства с подавленным геном нарушался обмен веществ: повышался риск ожирения и сахарного диабета.
Просто исправь ген!
Представьте, что вы купили в магазине вкусную дыню... И забыли про нее. Достав ее через две недели, вы с грустью заметили, что дыня испортилась: стала мягкой, неаппетитной и забродившей. Чтобы избежать таких ситуаций и продлить срок хранения дыни, японские ученые из Университета Цукубы создали генно-модифицированный плод.
Источник: unsplash.com
В зависимости от способа созревания плоды делятся на климактерические и неклимактерические. Первые, к которым относится дыня, контролируются фитогормоном этиленом. Для его выработки нужно задействовать множество веществ и ферментов. Чтобы он образовался, фермент АЦК-оксидаза должен окислить 1-аминоциклопропанкарбоновую кислоту (АЦК). Не путайте этилен с этанолом: спирты в плодах выделяют дрожжи, которые полакомились глюкозой и фруктозой.
Фермент АЦК-оксидазу кодирует несколько вариантов гена CmACO. Исследователей заинтересовал ген CmACO1, который участвует в синтезе этилена уже собранных плодов. С помощью технологии геномного редактирования CRISPR/Cas9 ученые точечно внесли мутации — они снизили активность АЦК-оксидазы. В результате синтез этилена уменьшился на 90 %, и уже собранные дыни стали портиться медленнее. Даже через две недели они оставались упругими, вкусными и без запахов брожения.
Такая технология позволит снизить потери и отходы при транспортировке плодов. В будущем ее хотят применять не только на дынях, но и на других фруктах. Надеюсь, до кабачков тоже дойдет очередь.
Фото на обложке: unsplash.com
Еще почитать по теме
