Конструирование жизни

Автор: Mega
Просмотров: 3332
Комментариев: 0
Категория: Знаете ли Вы?
Дата: 11-11-2011, 09:13
Конструирование жизни
Конструирование жизни Желание поместить огромный мир в поле зрения микроскопа и увидеть в чем-то очень маленьком большие возможности —не просто любопытство. Стволовые клетки, гены и наночастицы —их можно назвать тремя микрокитами современной науки.
Сегодня человечество может с гордостью рапортовать: «молодильные яблочки», волшебная мечта людей всех времен, наконец найдены. Имя им —стволовые клетки.
Конструирование жизни
Желание поместить огромный мир в поле зрения микроскопа и увидеть в чем-то очень маленьком большие возможности —не просто любопытство. Стволовые клетки, гены и наночастицы —их можно назвать тремя микрокитами современной науки.

Лечебный оборотень
Сегодня человечество может с гордостью рапортовать: «молодильные яблочки», волшебная мечта людей всех времен, наконец найдены. Имя им —стволовые клетки. Удивительные творения природы, способные не просто делиться и создавать себе подобных, но и превращаться в нечто совсем иное —клетки других тканей. Эта загадочная алхимия живых материй вот уже более века будоражит умы. Еще бы! Возможность научиться производить целые органы из одной клетки —это ли не первая ступень к вечной молодости и бессмертию?

Стволовые клетки —это особые клетки человеческого организма, способные асимметрично делиться, образуя клетку, подобную материнской, а также новую клетку, которая может превращаться во все что угодно —кожную, нервную, костную и многие другие ткани. То, чем именно предстоит стать дочерней клетке, зависит оттого, какие клетки оказываются рядом с ней. Если, например, она подсажена в сустав, то станет хондроцитом —клеткой хрящевой ткани —и вылечит кого-то от артроза.

Впервые термин «стволовая клетка» прозвучал в 1909 году, когда русский биолог Александр Максимов выступил в Берлине на заседании Общества гематологов.

Медики горячо восприняли информацию о таких клетках. Изначально считалось, что в изобилии стволовые клетки содержатся лишь в эмбриональных тканях —ведь новая жизнь в чреве матери зарождается из одной - единственной яйцеклетки, которая активно делится и дифференцируется во множество тканей. Но вскоре выяснилось, что подобные структуры, правда в меньших количествах, есть и во взрослом организме. Это умерило накал этического возмущения, связанного с получением медицинского материала из погибших эмбрионов. Стволовые клетки стали извлекать из костного мозга, жировой ткани, суставов, крови, кожи, нервов, мышц и даже из корней волос.

Трансплантация стволовых клеток прочно вошла в обиход прикладной медицины. Первая в мире такая операция была успешно проведена в 1988 году. Француз скую девочку, стремительно угасающую из-за тяжелого гематологического заболевания, спасла пуповинная кровь ее новорожденного брата. Сейчас счет проводящихся в мире операций, основанных на пересадке стволовых клеток, идет на тысячи. С нетерпением ждут прихода стволовых клеток в клиническую практику кардиологи и неврологи.

Однако чтобы стволовые клетки стали полноправными лидерами в здравоохранении, медикам предстоит решить три непростые проблемы. Первая состоит в том, что трансплантация стволовых клеток нередко приводит к развитию злокачественных опухолей —так как клетки могут начать делиться хаотично. А значит, следует научиться «программировать» стволовые клетки, блокируя в них гены, определяющие предрасположенность к раку. Вторая проблема заключается в необходимости пересадки «родственных» стволовых клеток —лучше всего, если донором станет брат или сестра, ведь в ином случае клетка может быть отторгнута организмом. В связи с этим еще в конце прошлого века появились гемабанки —организации, куда можно после родов сдать на хранение пуповинную кровь «на всякий пожарный случай». Ну и третий неприятный нюанс —высокая стоимость клеточной терапии. И все же хочется верить, что со временем эти сложности будут преодолены.

И грянул гром
Впрочем, не только стволовые клетки готовы на великие дела. На многое способна и самая обычная клетка —достаточно лишь грамотно распорядиться ее генетическим содержимым.

Гены —первооснова, информационная база организма, обеспечивающая хранение и передачу из поколения в поколение генетической программы развития живых организмов. ДНК была открыта швейцарским физиологом Иоганном Мишером еще в 1869 году, но ее роль в передаче наследственной информации была доказана лишь в 1952 году —благодаря экспериментам американских ученых Альфреда Херши и Марты Чейз.

Постепенно исследователи пришли к выводу, что участки ДНК, гены, и определяют рост, развитие и функционирование организма. Совокупность всех генов называется геномом. В 1990 году стартовал международный научно-исследовательский проект по расшифровке генома человека. Цель формулировалась четко: «Знание человеческого генома так же необходимо для прогресса медицины и других наук о здоровье, как знание анатомии было необходимо для достижения нынешнего состояния медицинской науки». После десяти лет кропотливой работы был получен «черновик» структуры генома, а в 2003 году объявили о его полной расшифровке. «Официальная» версия генома была обнародована в интернете. Правда, вскоре выяснилось: рапортовать об окончательных итогах ученые поторопились. Оказалось, что, во-первых, генный код человека состоит не из 100 тысяч, как считалось ранее, а всего из 20-25 тысяч генов. А во-вторых, по мнению ряда исследователей, необходимо провести дополнительный анализ участков некоторых хромосом.

Принято считать, что генная инженерия родилась в 1972 году, когда биологи Стенли Коэн и Херберт Бойер, опираясь на работы биохимика Пола Берга, создали первую рекомбинантную ДНК, в которую перенесли фрагменты ДНК другого организма. С тех пор молодая наука двигалась семимильными шагами. Крупные университеты, фармацевтические холдинги и медицинские центры стали создавать коммерческие структуры для работы над генной модификацией организмов.

В 1988 году виртуозное мастерство гарвардских исследователей подарило миру первую мышь, наследственный материал которой был сконструирован инженерным путем. Грянул гром! Человечество научилось собственными руками проектировать новую жизнь. Общественность обеспокоилась: может, не за горами и создание генетически модифицированного человека? Впрочем, ученым гораздо интереснее выращивать новых гомункулов по частям —на благо здоровья самых обычных людей.

Попробуем разобраться, как же технологии производства наследственности в пробирке могут лечить. Сегодня известно, что большинство недугов связаны с «поломкой» тех или иных участков ДНК. Значит, достаточно убрать из цепочки «нехороший» ген и заменить его на здоровый. Заманчивая перспектива! Выдержав многолетнюю атаку общественности, в начале 90 - х годов молекулярные инженеры открыли новую эру в медицине —эру генетической терапии.
Одно из значительных достижений генетики —лабораторное получение рекомбинантного интерферона человека, белка, выделяющегося в ответ на вирусную инфекцию и помогающего организму бороться с ней. Благодаря этому открытию лечить вирусные заболевания человека, в частности гепатиты, стало заметно проще. Эта находка отменила необходимость выделять интерферон из донорской крови —теперь достаточно распознать участок ДНК, ответственный за синтез этого белка, вырезать его, встроить в генетический материал бактерии и дождаться, пока начнет вырабатываться интерферон. После чего извлечь его, очистить и облечь в готовую лекарственную форму —например, ампулу с раствором для инъекций.

Использование рекомбинантных белков стало привычным делом в клинической практике. При больших кровопотерях «прописывают» трансгенный человеческий сывороточный альбумин. Против тромботических заболеваний крови одобрен препарат на основе белка из молока трансгенных коз. Всего —около двух десятков лекарственных наименований.

Следующая глобальная задача, которую ставят перед собой генетики, —сделать доступным лечение людей методами генной терапии. Что мешает внедрить «лечебные» гены в ДНК пациентов, страдающих от рака, иммунодефицитов, болезни Паркинсона, слепоты и многих других болезней? Антибиотики, изнурительная химиотерапия, влекущие за собой неотвратимое ухудшение качества жизни, могут уйти в прошлое. Осталось разобраться лишь с одним нюансом. Человек прибирает к рукам то, что долгое время считалось прерогативой божественных сил, казалось неподвластным ничьему влиянию. Что же будет дальше? В амбициозных планах науки —пренатальная терапия, когда, выявив предрасположенность к тем или иным заболеваниям, эмбриону будут внедрять «правильные» гены в утробе матери.

Между тем в разгадывании генетических тайн скрыта еще одна возможность создания сверхчеловека. Ряд ученых придерживается мнения, что более половины цепочек нашей ДНК находится в спящем состоянии. Когда настанет нужный момент, природа сама «разбудит» спящие участки и ДНК заработает в полную силу. И тогда человек выйдет на качественно новый уровень развития —физического и интеллектуального.

Мал да дорог
И эксперименты со стволовыми клетками, и перспективы генной инженерии внушают не только надежду, но и страхи. В последнее время к ним добавилось недоверие к нанотехнологиям.

Расхожее выражение «все гениальное просто с поправкой на современную действительность должно быть перефразировано. Просто и миниатюрно —два критерия гениальных решений. Как было бы здорово сконструировать крошечные, невидимые глазу инструменты, которые могли бы манипулировать клетками, молекулами и делать с ними то, что нам хочется, —ловко и целенаправленно уничтожить бактерию или залатать поврежденную болезнью клеточную стенку. И сегодня уже испытываются особые микрокапсулы для доставки инсулина при диабете. Поры в этих капсулах размером порядка 6 нанометров позволят регулировать поступление гормона в организм.

Наночастицы могут помогать работать целым системам органов. Так,учеными предложена модель крошечного респироцита —искусственного носителя кислорода, значительно превосходящего по своим возможностям эритроциты крови.

Медики продолжают перечень идей. Оказывается, наноматериалы обладают свойствами капилляров и могут буквально втягивать внутрь себя вещество. И разумеется, сохранять в целости и сохранности. Дело за малым —закачать в трубку молекулы лекарства и запустить в путешествие по кровеносным сосудам больного человека. Нанотрубки соберутся в определенном месте и будут распакованы специальным механизмом. Осталось изобрести такой механизм —крошечного наноробота, который, пройдя по кровяному руслу, сам себя соберет, закрепится в нужной части организма и начнет свою трудовую деятельность во благо здоровья хозяина.

Российские специалисты наноотрасли не отстают от зарубежных коллег в непростой технологической гонке. В 1990 - е в стенах Санкт-Петербургского
технологического института был разработан нанопористый углерод, который теперь применяется в качестве активного материала в суперконденсаторах —ионисторах. Перспективы ионисторов вдохновляют —возможно, именно благодаря им будет создан суперэнергоемкий электромобиль, который решит главную проблему этого вида транспорта. Сегодня Россия занимает третье —после США и Евросоюза —место по объему инвестиций в перспективную отрасль. Разработки продолжаются. Недавно «копилка» отечественных открытий пополнилась и детонационными наноалмазами, разработанными в недрах корпорации РОСНАНО.

Миру сулят грандиозное нанобудущее —однако большинство устройств и материалов с приставкой «нано» еще не вышли из стен лабораторий. Необходимо искать практические пути их внедрения в макросистемы —повседневную жизнь, а это дело весьма затратное. Одержимые идеей «макроразвития» микросистем, ученые из Стэнфордского университета разработали сеть из микропроводов и микроузлов, которая способна, не напрягаясь, то есть сохраняя малое напряжение материала, расширяться по площади от нескольких квадратных сантиметров до квадратного метра. Система позволяет растягивать себя в двух измерениях на 25 000%. Хитроумный замысел американцев состоит в том, чтобы собрать наносистему на очень малой площади, а потом, растянув сеть, моментально распределить микроустройства по большой площади. В каждый микроузел этой миниатюрной сети можно поместить крошечные датчики или иные механизмы. Идея проста и заманчива: эта технология позволит создавать невероятно компактное электронное оборудование —дисплеи толщиной с лист бумаги, «умные» электронные ткани и многое другое.

А теперь заглянем в будущее. Что стоит за исследованиями нанотехнологов? Некоторые ученые с усмешкой говорят, что нам не хватит фантазии, чтобы представить, что ждет нас через 30-50 лет —в эпоху расцвета нанотехнологий. Схемы крошечных нанороботов, готовых, словно волшебные лекари, внедриться в наши клетки и собрать из молекул все, что нам нужно для крепкого здоровья, существуют пока лишь в научных трудах. Но они ждут финансовых инвестиций, чтобы сойти со страниц в реальность. Источники колоссальной энергии на основе наночастиц позволят перестать расходовать недра земли для энергетических нужд человечества. «Наноскатерть - самобранка» —специальная печь, которая сумеет сконструировать из микрочастиц любое блюдо, решит проблему голода и избавит домохозяек от изнурительного стояния у плиты. А там и «шапка - невидимка» поспеет, тем более что уже есть «плащи - невидимки», при производстве которых используется материал, отражающий свет и делающий покрываемый объект практически невидимым. Нанотехнологий в буквальном смысле способны превратить сказку в быль.

И тем не менее для воплощения таких проектов требуется немало времени. Главное —не потратить это время попусту и не довести энтузиазм, связанный с наночастицами, до массовой истерии. В этом плане социум разбился на два лагеря. Первый столь воодушевился удивительными свойствами крошек - наночастиц, что готов подставить приставку «нано» ко всему, что нужно продать подороже. Нанокосметика, нанообувь, на - номойки для автомобилей, нанопластырь и многое другое, активно предлагающееся обществу, как правило, не что иное, как рекламный ход. Частице недостаточно быть просто маленькой, чтобы она считалась наночастицей, —она должна обладать определенными свойствами, что, между прочим, могут частицы далеко не каждого вещества.

Вторая категория людей, не совсем адекватно относящихся к наночастицам, говорит о них иначе, рисуя в своем воображении жуткие перспективы. Журналы и газеты пестрят фантастическими сценариями наноапокалипсиса. Вселенная, порабощенная незримыми глазу роботами, которые с бездушным цинизмом уничтожают все живое, самособираются, саморазмножаются и саморазбираются, —впечатляющая сказка для любителей посетовать на то, что наука слишком многое себе позволяет. Что мы знаем о микромире, чтобы смело прогнозировать его поведение? Ровным счетом ничего. И кто знает, не создаем ли мы своего монстра Франкенштейна, отважно манипулируя микровселенной? Хочется думать, что, раз природа дала нам такую возможность, она верит в наши силы.

Научно-популярное онлайн издание "Меганаука"