Вчені збирають геномний «Ноїв ковчег». Це грандіозна колекція видів

18 Вересня 2018
наука тварини

Вчені оголосили про запуск амбітного міжнародного проекту «Геноми хребетних», завданням якого є зібрати геноми всіх 66 тис. видів хребетних на планеті.

Американські біологи Девід Хасслер, Олівер Райдер і Стівен О’Браєн заснували проект Genome 10К. Початковою метою було зібрати 10 тис. геномів (тобто спадкових матеріалів) хребетних за допомогою 55 вчених із великих зоопарків, дослідницьких центрів та музеїв. Тепер же команда дослідників заявила про більш амбітні плани – запуск проекту «Геноми хребетних», метою якого буде зібрати матеріали 66 тис. видів хребетних тварин чоловічої та жіночої статі.

Відтепер під їхнім керівництвом збирати геноми хребетних будуть близько 150 вчених із 12 країн. За словами одного з творців проекту Олівера Райдера, колекціонуючи геноми таким чином, дослідники зможуть зрозуміти причини вимирання і генетичних мутацій видів. А у разі дійсно високоякісної, майже безпомилкової та повної збірки всіх 66 тис. видів можуть вирішуватися фундаментальні задачі в області біології, хвороб і виживання.

Все почалося зі збору геномів 15 видів: в тому числі канадської рисі, качкодзьоба, недавно виявленого виду черепах у Мексиці, дволикої цецилії, птиці капапо, зяблика, колібрі Каліпта Анни та двох видів кажанів.

Цю та всю іншу інформацію, яку планують зібрати дослідники, опублікують у відкритому доступі, в базі даних «Геномний Ноїв ковчег».

18 Вересня 10:07
наука тварини
Найцiкавiше на сайтi

Звіра надія і любов: як тварини вчаться говорити з людьми і доводять свій розум

АвторМикита Богданов
10 Серпня 2017

В зоопарку Атланти у віці 39 років помер орангутан Чантек. Він прославився тим, що вивчив мову жестів і мав цілий ряд інших інтелектуальних здібностей. Чантек ходив до коледжу і любив бургери, а його ім’ям назвали проект, що ставить за мету узаконити існування особистості у всіх людиноподібних мавп. Platfor.ma розповідає історію мавпи, яка вміла спілкуватися, і з’ясовує, чи готове людство поділитися частиною прав зі співмешканцями.

Чантек народився у 1977 році в дослідницькому центрі в США. Перші дев’ять років життя він провів у Теннессі з антропологом Лін Майлз. Лін досліджувала  навчання мавп мові – дуже поширений експеримент в Америці впродовж ХХ століття. За цей час орангутан усвідомив необхідність прибирати за собою в кімнаті, навчився використовувати і комбінувати підручні засоби у повсякденні, а також запам’ятав дорогу з кампусу до найближчої закусочної, яку міг навіть показати водієві. Однак найголовнішим його досягненням стало оволодіння американською мовою жестів – Чантек мав словник у 150 символів, – а також розуміння розмовної англійської. Після Чантека у світі лишилося тільки дві мавпи, що вміли користуватися людськими жестами: горила Коко і шимпанзе Уошо. Коко померла 19 червня 2018 року.

Чантек навіть відвідував заняття у місцевому університеті (про це зняли документальний фільм від Animal Planet та PBS: «Мавпа, що ходила до коледжу») та був улюбленцем академічної спільноти. Однак врешті адміністрація, яка побоювалася інцидентів і можливих судових позовів, наполягла, щоб вже дорослого Чантека відправили назад до зоопарку. Наступні 11 років він провів у тісній клітині, де страждав від депресії і зайвої ваги.

Одного разу колишні друзі-науковці завітали до нього. Чантек дуже розхвилювався, жестами показав ключі від автівки і попросив забрати його додому. Врешті в 1997 році зоопарк Атланти запропонував для розумного орангутана зону природного проживання, де він і залишився до кінця життя.

Чантек – гібрид двох єдиних існуючих на планеті видів орангутанів: борнейського і суматранського, а з місцевих мов його ім’я перекладається як «прекрасний». Це дуже розумні тварини, яким зараз загрожує зникнення. Разом з шимпанзе і горилами вони належать до родини гомінідів – де також є люди і наші викопні предки. Орангутанів, шимпанзе і горил відносять до людиноподібних мавп – тварин настільки фізіологічно і розумово близьких до людей, що деякі вчені домагаються визнання в них особисті і надання розширених прав.

Так, наприклад, у 1983 році була написана книга «Розум мавпи», автори якої, Девід та Анна Премаки, стверджували, що людиноподібних мавп можливо навчити мові. Вони писали: «Ми знаємо, що той, хто розуміє мовлення, повинен знати мову, навіть якщо він або вона не здатні відтворити її самостійно».

В 50-х роках ХХ століття проводився експеримент з шимпанзе Вікі, де її розумові здібності порівнювалися з дитячими. За рівнем логіки вона цілком могла конкурувати з дітьми – людиноподібні мавпи користуються метафорами та вміють узагальнювати, використовуючи знайомі слова для описання нових: «запальничка – це пляшка і сірник». Але мовлення при цьому стало нездоланною перешкодою: вважається, що на заваді стоїть будова голосового апарату та можлива відсутність у мозку певних структур, пов’язаних з вимовою.

Натомість шимпанзе довели свою здатність до повноцінного спілкування, успішно освоївши мови жестів, символів та лексиграм – несхожих на позначувані предмети умовних знаків, які вигадали спеціально для навчання людиноподібних мавп. В більшості випадках вони могли переносити властивості символів на схожі предмети: наприклад, якщо синій трикутник позначав червоне яблуко, то шимпанзе могли використати цей символ для позначення вишні, яка здавалася їм схожою.

«Наш мозок – наркоман і лінтюх»: науковиця про секс і кохання

Що таке кохання з хімічної точки зору? Чим самозадоволення відрізняється від партнерського сексу? Чому порно – це супердоза наркоманії? Ці та інші питання обговорювали під час конференції «Пристрасть. Відверто про науку та секс», яку організувала платформа NaukRoom. Спеціально для проекту «Тойво» ми записали найцікавіші думки біологині Ольги Маслової.

Наш мозок – наркоман і лінтюх. Він шукає задоволення найкоротшим шляхом, і щойно його знаходить, намагається повторювати – більше, частіше, жорсткіше, з підвищенням інтенсивності. За це відповідає купа речовин у нашому тілі: це і дофамін, і адреналін, норадреналін і багато всього іншого.

Схема виникнення кохання у людей зазвичай включає такі етапи, як пристрасть, тяжіння, магнетизм один до одного, далі – звикання, а потім такий затишний етап. Проте все не завжди лінійно. Інколи навпаки може спершу з’явитися дружнє притяжіння, яке потім переросте у щось інше. Інколи навпаки спершу з’являється тяжіння сексуальне, потім спадає, потім знову поновлюється. Все це може виникати у різних комбінаціях.

Чому ми так часто акцентуємо увагу на тому, що кохання дуже схоже на дію якихось речовин? Тому що дійсно, якщо відірватися від романтики і сердечок, ми побачимо, що закохана людина поводить себе, як людина, яка звикла використовувати певні стимулятори – кофеїн, наприклад. На це вказують певні фізіологічні ознаки: розширені зіниці, спітніння, серце починає битись частіше. Найбільша схожість у тому, що і після кохання, і після вживання чогось є так званий період відміни, ломка і тому подібні речі. Романтично це називають тугою за коханим чи якимись такими речами, але фізіологічно те ж це саме.

За кохання відповідає в тому числі й малесенька молекула фенілетиламіну, яка є складовою багатьох інших речовин, в тому числі й амфетаміну. А ще – шоколаду. Саме з нею пов’язане відчуття ейфорії.

Ольга Маслова, кандидатка біологічних наук, співзасновниця проектів Nobilitet и Needorium

Була одна наукова робота, яка пов’язувала усі процеси, що відбуваються під дією наркотичних речовин, із тими процесами, які ми переживаємо у стані закоханості. Ця робота на повному серйозі порівнювала такі речі: трошки збочений стан контролю, коли ми не здатні себе контролювати, якщо залежні від якоїсь речовини й так само залежні від кохання, а також вплив на соціальний стан. Погодьтесь, коли ми закохані, ми хочемо більше часу проводити із коханою людиною, аніж із іншими – батьками, друзями.

Також звернули увагу на ризиковане вживання. У випадку із наркотичними речовинами люди зазвичай розуміють, що потрібно бути обережним. Про любов – ні, інформації, що це некорисно, немає. Навпаки, вважається, що це класно. За цією ознакою дві теми у порівнянні нібито не збігаються. У відповідь на цю роботу навіть з’явилась інша, в якій йшлося про те, що ідея порівнювати стани закоханості та залежності від наркотичних засобів – негативна, адже це може спотворити саму ідею кохання, відчуття близькості з коханою людиною, деромантизувати думки про кохання.

Геній генів: як наука навчилась творити суперлюдей і чому це лякає саму науку

CRISPR Cas9 — це складна назва простої та дешевої технології редагування геному, яка кардинально змінила можливості молекулярної біології. Ця система дозволила вченим серйозно говорити про перемогу над раком, ВІЛ та вірусом Зіка, спадковими генетичними захворюваннями та малярією. Завдяки CRISPR Cas9 можна здійснити аграрну революцію або «запрограмувати» собі ідеальну дитину. Фактично ця технологія кинула людству виклик на наукових, етичних, соціальних та політичних фронтах. Platfor.ma спробувала розібратися, чого в ній більше: корисного чи небезпечного.

Ланцюг ДНК — як намисто, де структурні елементи, нуклеотиди, зібрані в унікальній послідовності. Це намисто пасує саме вам і визначає ваше життя. Коли в послідовності всі намистини складені правильно, організм працює добре. Але коли туди втручаються віруси або мутації, гармонійна послідовність руйнується і людина хворіє. Вчені з’ясували, що організмові боротися з вірусами допомагає dream-team: CRISPR та білки Cas9. Ці круті хлопці в парі можуть «вирізати» з геному частинки вірусу, зупинивши зовнішнє вторгнення в клітину.

CRISPR — це імунна система багатьох одноклітинних, яка рятує мікроорганізми від вірусів. Розшифровується як Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (короткі паліндромні повтори, регулярно розташовані групами). Це необхідно знати, тому що між повторами містяться важливі частини — спейсери (проміжки). Вони несуть інформацію про чужорідні елементи, які колись проникали в клітину або в її пращурів.

Тобто CRISPR — це такий собі колекціонер, в якого є знімки усіх вторгнень в клітину. Він також турбується про оновлення своєї колекції. А Cas9 — це вже справжній ювелір, який за допомогою знімків вишукує на 100% ідентичні послідовності та вирізає їх із ланцюга ДНК. Потім ланцюг відновлюється і заповнюється правильними комбінаціями нуклеотидів.

Емануель Шарпентьє

У 2012-му науковці Емануель Шарпентьє та Дженіфер Дудна запропонували самостійно програмувати РНК для колекції, щоб Cas9 впізнавав і видаляв саме ті ділянки гену, які потрібно науковцям. Приблизно тоді ж інші дослідники встановили, що така технологія може спрацювати не лише в бактеріях, а й у людському організмі. Коли ж стало відомо, що цей відносно недорогий та ефективний спосіб редагування геному дійсно працює, учені по всьому світові розпочали найрізноманітніші дослідження.

Редагуй як бог: технологія зміни геному CRISPR-Cas9

За цю технологію ведуться патентні війни між корпорацією ІМТ і Каліфорнійським університетом. Білл Гейтс інвестує у стартап, який допоможе завдяки їй змінити людство. Дженіфер Лопес продюсує кримінальний серіал про її розвиток. Знайомтеся: у спецтемі «Ідеї» – CRISPR-Cas9, високоточна система редагування геному.

Передісторія. Уявімо кишкову паличку. У різних штамів цієї бактерії є різна кількість генів, але переважно їх 4200 – зовсім небагато. І з усім цим щастям паличка повинна вижити сама і ще й розмножитися. Зрозуміло, що вона ставиться до свого геному економно й абищо там не триматиме. Але у 1980-х роках під час розшифровування її геному вчені раптом знайшли, здавалося б, беззмістовну послідовність: мало того, що вона складалася з фрагментів ДНК, що повторювалися багато разів, так ще й нічого не кодувала.

Ці послідовності назвали CRISPR – Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (короткі паліндромні повтори, регулярно розташовані групами). У різних штамів бактерій ці послідовності відрізнялися. Що вони роблять, ніхто до кінця не розумів, але їх почали застосовувати як маркери: наприклад, компанія з виробництва ензимів і біопродуктів Danisco, щоб запобігти «крадіжці» цінних штамів молочнокислих бактерій для виготовлення закваски.

Прийшли 2000-і і вчені вирішили порівняти CRISPR-послідовності та вже наявні послідовності в ДНК-базах. Виявилося, що CRISPR схожі на геноми вірусів. Відкриття описали у кількох низькорангових журналах і ним ніхто не зацікавився. Тоді ж поруч з CRISPR-послідовностями виявили Cas-гени (Cas – CRISPR associated protein, або CRISPR-асоційований білок).

Група вчених зробила припущення, що білки групи Cas розпізнають вірус завдяки наборам CRISPR-спейсерів (унікальних послідовностей): як тільки РНК з CRISPR збігається з генним матеріалом вірусу, запускається «імунна реакція». Ба більше, у вже згадуваній компанії Danisco провели експеримент: у геном бактерії вбудували нову CRISPR – і вона стала стійкою до вірусу, геном якого повторювала ця CRISPR. Результати опублікували вже не абиде, а в журналі Science.

Проблема. Уся інформація про те, як функціонує наш організм, записана в генах. Літерами A, G, T, C позначають нуклеотиди, з яких складається ДНК. 6,4 млрд нуклеотидів – і навіть однієї помилки достатньо, щоб спричинити генетичне захворювання. Це і синдром Дауна, і серповидноклітинна анемія, і гемофілія, і рак, і ще дуже багато не таких відомих хвороб, спричинених мутаціями, які руйнують життя неймовірній кількості людей.

Ідея. У вчених виникла думка: чому б не боротися з генетичними хворобами, зігравши на випередження – змінюючи ДНК людини ще до народження? Серед групи білків Cas найбільш універсальним виявився Cas9. Для досягнення мети вирішили використати саме поєднання CRISPR і Cas9. І технологія не підвела.

Рішення. Експерименти з CRISPRCas9 успішно проводили на бактеріях та в умовах in vitro («у пробірці»), а у 2013 році технологія вийшла на новий рівень – CRISPRCas9 запрацював у клітинах еукаріотів (організмів, у чиїх клітинах є ядро – як у людей). А ще через два роки сталося те, що здавалося неможливим: китайські вчені опублікували статтю, де описали свій успішний експеримент з редагування геному людського ембріона. Їм вдалося виправити ген, який відповідав за бета-таласемію (синтез аномального гемоглобіну, що спричиняє анемію).

Якби ембріон вирішили розвивати далі, цілком могла б народитися здорова дитина. При цьому точність редагування була дуже низькою, наукова спільнота відреагувала неоднозначно. Але у 2016 році вчені з США звели вірогідність помилки редагування до нуля і всі визнали – тепер ми можемо змінювати геном людини. Це стало найбільшим науковим відкриттям останніх десятиліть. (Ми вже писали про те, які етичні проблеми ставить перед людством це відкриття.)

Технологія. Як працює CRISPRCas9? У живу клітину система потрапляє завдяки «упаковці» з нешкідливих вірусів, що дозволяють проходити крізь мембрани. ДНК людини – дволанцюгова спіраль, що складається нуклеотидів. РНК, що є в CRISPRCas9, називають «гідом» – місце, де має відбутися розрив (усього 20-30 нуклеотидів) вона впізнає завдяки комплементарності. Комплементарність – це здатність одних нуклеотидів (A, G) «впізнавати» інші (T, C) й утворювати з ними специфічні стійкі пари, що не дають «розплутатися» спіралі з двох ланцюгів ДНК.

За допомогою ферменту Cas9 зв’язки «розрізаються» і непотрібний фрагмент вилучається. Розрив відновлюється за рахунок природних процесів репарації ДНК під час поділу клітини (при диплоїдному наборі хромосом, коли в кожної є пара, яка підставить дружнє хромосомне плече допомоги) або ж правильний фрагмент ДНК вносять разом з системою CRISPRCas9 (при гаплоїдному наборі, коли кожна хромосома є тільки в одному екземплярі).

Що далі? Зараз різні системи CRISPRCas9 використовують у найрізноманітніших цілях: для затримки розвитку бокового аміотрофічного склерозу (хвороба, на яку страждав Стівен Хокінг), для лікування міодистрофії Дюшенна, раку, анемії та «очищення» від ВІЛу (елімінація – усунення вірусу з клітини). А завдяки CRISPR-Cas13 (з іншим білком групи Cas) учені навчилися «вимикати» гени.

За допомогою CRISPRCas9 відтворюють фільми, внутрішні органи свиней роблять придатними для трансплантації людині, диференційовані клітини перетворюють на стовбурові. Під дією технології «відредаговані» томати не потребують запилення для розмноження, а мурахи перестають реагувати на інших членів колонії, натомість обираючи самітне існування. Хоча до самого методу є багато запитань з етичної точки зору і називати його панацеєю ще рано, ми точно стали на поріг медичної революції та маємо шанс пересмислити усе людське існування.