Продолжение рассказа о некоторых открытиях 2015 года, которые показались нам самыми интересными.
Найденный Сервантес
© Wikimedia Commons
В Мадриде в этом году завершились долгие поиски останков Мигеля Сервантеса. Его могила была потеряна в XVII веке, когда в монастыре Босоногих Тринитарианок, где он был похоронен в 1616 году, делись масштабные перестройки. В ходе раскопок старых захоронений под полом монастырской часовни археологи нашли остатки деревянного гроба с буквами M. C. Из шляпок гвоздей, что было объяснено как инициалы писателя (Miguel de Cervantes). С тех пор, как мы рассказали об этом, антропологи нашли подтверждение, что фрагменты скелета, оказавшиеся рядом, действительно могут принадлежать Сервантесу, по крайней мере, на них были обнаружены следы ранений, соответствующих тем, которые писатель получил на войне. 11 июня останки были торжественно захоронены все в том же монастыре. Правда, в этом случае пока ничего не слышно о проведении генетического исследования, хотя возможность для него есть. Ведь известно место захоронения родной сестры писателя – Луизы де Сервантес.
Когда пришли первые американцы
Чопперы, найденные в Монте-Верде
© Tom Dillehay
Дважды за этот год появлялись сообщения об археологических находках, опровергающих широко принятую теорию, что древнейшими жителями Америки были представители археологической культуры Кловис, возникшей не ранее 11500 лет назад. Сначала на востоке штата Орегон нашли каменный скребок. Так как он покрыт слоем вулканического пепла, скребок оказалось возможным достаточно определенно датировать, и возраст его составил около 15800 лет. Затем при раскопках в в Монте-Верде (Чили) были найдены орудия, возраст которых составляет, по оценке исследователей, около 18500 лет. Похоже, придется признать, что люди смогли обогнуть по побережью мешавшие проходу на североамериканский континент ледниковые щиты и распространились по Америке раньше, чем через открывшийся в ледниках коридор туда пришли представители культуры Кловис.
Вместе с человеком через века
Благодаря все более доступным технологиям секвенирования геномов ученые могут изучить генетическую историю различных видов. В некоторых случаях это позволяет рассмотреть и историю человечества, если эти виды с человеком тесно связаны. В январе 2015 года большой международный коллектив ученых опубликовал исследование генетической истории возбудителя туберкулеза – Mycobacterium tuberculosis, и, в особенности, группы штаммов «Пекин». Ученые, проанализировав почти пять тысяч образцов из 99 стран, обнаружили, что данный штамм возник на Дальнем Востоке 6600 лет назад и распространялся из Китая по миру несколькими волнами. Они были связаны с торговлей по Великому шелковому пути, затем с последствиями крупных восстаний мусульман в Китае XIX века, в результате которых китайские мусульмане вынуждены были эмигрировать, в частности, на территорию современных Киргизии, Казахстана и Узбекистана. Наконец, распространению штаммов способствовало происходившее примерно тогда же расселение китайцев по островам в Тихом Океане и по тихоокеанскому побережью. Также было обнаружено три периода увеличения численности этой бактерии за последние 200 лет, которые соответствуют промышленной революции и урбанизации, первой мировой войне и периоду распространения вируса ВИЧ. А совсем недавно ученые установили, что соотношение генетически разных групп микроскопических угревых клещей, живущих на коже людей, зависит от происхождения их хозяев.
Древняя ДНК
© PLOS ONE
Еще один пример впечатляющего развития генетических технологий – успехи в извлечении древней ДНК из костных останков. С каждым годом возможности ученых в этом деле растут. Для 2015 года мы лишь кратко перечислим результаты некоторых исследований, где был использован этот метод. В Великобритании ученые смогли извлечь из костей человека, жившего на территории Эссекса около 1500 лет назад, генетический материал бактерии, вызывающей проказу, и определить ее конкретный штамм. Таким образом был открыт древнейший известный случай заболевания проказой на острове и определено, что занесена она была из Скандинавии. ДНК из нижней челюсти кроманьонца, найденной в пещере Пештера-ку-Оасе в Румынии и жившего 40 тысяч лет назад, показала, что от 5 до 11 % его генома принадлежит неандертальцу, в том числе довольно крупные фрагменты нескольких хромосом. Это означает, что неандерталец был среди предков этого человека в четвертом – шестом поколении.
Наследование микрофлоры
Важным направлением в биологии в последние годы стало исследование взаимоотношений организма и живущих в и на нем бактерий. В 2008 году был начат масштабный международный проект «Микробиом человека», проводятся и другие исследования, определяющие взаимосвязь между состоянием здоровья человека и видовым составом его бактерий. В некоторых случаях обнаруженные закономерности уже применяются для лечения. Теперь же выяснилось, что бактериальные сообщества играют роль не только в жизни организма, но и в наследовании отдельных признаков. Как показали исследования на мышах, высокий или низкий уровень иммуноглобулина A в кишечнике определяется составом кишечной микрофлоры. Так как живущих в кишечнике бактерий мышонок получает от матери в первые дни своей жизни, то и уровень иммуноглобулина А наследуется таким же образом. Следовательно, можно сказать, что характеристики организма определяются не только генотипом и эпигенетическими механизмами, но и наследованием микрофлоры.
Умный инсулин
© Matthew Webber
В этом году был разработан модифицированный инсулин, меняющий свою активность в зависимости от концентрации глюкозы в крови. Сложность лечения диабета первого типа состоит в том, что для организма опасен как высокий, так и низкий уровень глюкозы. Поэтому пациенты должны получать инсулин регулярно и не могут принять его «про запас» – инсулин при невысоком уровне глюкозы вызовет гипогликемическую кому. Научить методами генной инженерии клетки продуцировать инсулин – дело в наше время не такое сложное, но как сделать, чтобы инсулин вырабатывался только, когда это необходимо. Для этого авторы исследования модифицировали молекулу инсулина так, чтобы вещество становилось неактивным, когда глюкозы мало, и активизировалось, когда ее концентрация повышается.
Прочесть обугленные свитки
© Brent Seales/University of Kentucky
Папирусные свитки, которые никто не читал с тех пор, как они обуглились во время извержения Везувия в 79 году, смогли прочесть при помощи рентгеновской фазоконтрастной томографии. Свиток остается свернутым, но томограф на основе изменений в преломлении рентгеновских лучей определяет, где на его поверхности были написанные чернилами буквы. Процесс медленный, на момент публикации смогли прочитать лишь несколько отдельных слов на свитке из Виллы Папирусов в окрестностях Геркуланума. Но уже по этим данным специалисты идентифицировали почерк писца, известный по другим, уцелевшим от огня свиткам, а также определить, что свиток содержал письма философа-эпикурейца Филодема Гадарского. Несколько позднее та же технология позволила прочитать обгоревший пергаменный свиток VI века нашей эры, найденный еще в 1970-х годах в Израиле.
Лимфатические сосуды в мозговых оболочках
Открытия в области анатомии сейчас вещь довольно редкая, но было в 2015 году и такое. Ученые из Университета Виргинии обнаружили ранее неизвестную сеть лимфатических сосудов в оболочках мозга. Пока эта анатомическая структура найдена у лабораторных мышей, но исследователи полагают, что она имеется и у людей. Сосуды ответвляются от шейных лимфатических узлов и, проникая в оболочки головного и спинного мозга, соединяют лимфатическую систему со спинномозговой жидкостью. Предполагается, что это открытие поможет объяснить ранее остававшиеся неясными случаи связи заболеваний нервной системы с состоянием других органов.
Выращенные голосовые связки
В лабораторных условиях из клеточных образцов удалось вырастить ткань голосовых связок, причем при испытании связки оказались способными вибрировать и генерировать звук. Чтобы клеточная культура приняла при росте нужную форму органа, были использованы объемные матрицы из коллагена. Испытание на лабораторных мышах показали, что такие связки не отторгаются иммунной системой, а значит их можно пересаживать пациентам, потерявшим способность говорить после операции на гортани или в результате врожденной патологии.
Посвящение шекспировских сонетов
Убедительную версию ответа на давнюю загадку предложил американский исследователь Джеффри Кавени. Как известно, в первом издании сонетов Шекспира 1609 года стояло посвящение: «Тому единственному, кому обязаны эти сонеты своим появлением, господину W. H., счастья и вечной жизни, которую обещал ему наш бессмертный поэт, желает тот, кто рискнул выпустить их в свет. Т. Т.» (Перевод А. А. Аникста). Т. Т. – это инициалы издателя Томаса Торпа, а вот по поводу того, кто кроется за буквами W. H. шекспироведы успели выдвинуть массу предположений. Кавени с полным основанием присоединился к тем исследователям, которые считали, что этот загадочный персонаж был связан не с Шекспиром, а с Торпом, так как выход книги Шекспиром лично не контролировался. И Кавени сумел найти подходящего человека. Им оказался умерший в 1607 году издатель Уильям Холм, с которым Торп был знаком. Кавени выдвинул кажущиеся убедительными доводы, что Торп унаследовал от Холма права на издание ряда книг, так что вполне мог испытывать по отношению к нему чувство признательности.
Знакомство с жителями Джеймстауна
Ученые смогли установить личности четырех человек, погребения который были найдены при раскопках Джеймстауна – одного из ранних поселений англичан в Северной Америке. Основан Джеймстаун был в 1607 году. Четверо поселенцев были похоронены в местной церкви с 1608 по 1610 годы. Благодаря анализу изотопного состава костей, другим антропологическим признакам и найденным в захоронениях предметам, удалось узнать имена всех четверых. Особенно интересно, что один из погребенных, капитан Габриэль Арчер, оказался тайным католиком.
CRISPR/Cas9
Это странное название стоит запомнить, потому что оно обещает стать самым мощным методом редактирования геномов. Система CRISPR у бактерий была открыта в 2000-х годах, а опробована в качестве способа редактирования геномов в 2013 году. Нынешний год дал столько громких примеров ее использования, что просто необходимо упомянуть хотя бы некоторые. Бактерии используют эту систему как аналог иммунитета, направленного против вирусов. Когда вирус в первый раз проник в бактерию, она вырезает фрагмент его ДНК и «оставляет на хранение» в особой зоне собственного генома. Теперь бактерия может синтезировать РНК с данного фрагмента. Если тот же вирус снова попадет в бактериальную клетку, эта РНК определяет вирусную ДНК – они ведь комплиметарны. Теперь вирус попался, так как специальный бактериальный фермент Cas9 умеет разрезать такие взаимодействующие структуры. Этот механизм теперь используют в генной инженерии, удаляя нежелательные гены и заменяя их нужными вариантами. Можно синтезировать РНК, комплементарные тому месту, куда хочется внести разрез, и похожие на РНК из системы CRISPR/Cas9 и ввести их в клетки вместе с белком CAS9. Внесение разрыва в двухцепочечную геномную ДНК сильно повышает вероятность гомологической рекомбинации – процесса, при котором гомологичные хромосомы могут обмениваться гомологичными фрагментами. Если ввести в клетку донорную ДНК, несущую нужный вариант гена, а затем с помощью системы CRISPR/Cas9 ввести разрыв в нужное место, то с определенной довольной высокой вероятностью образуется хромосома с нормальным геном.
Итак, в 2015 году при помощи системы CRISPR/Cas9, например, редактировать геном Т-лимфоцитов (это важно для борьбы с вирусом ВИЧ, которые эти клетки поражает), получили малярийных комаров, которые неспособны переносить малярию, создали собак и свиней с удвоенной мышечной массой, отключив у них ген, кодирующий белок миостатин. Также ученые сумели усовершенствовать систему CRISPR/Cas9, найдя вариант белка Cas9, который легче доставить в клетки, чем использовавшиеся ранее варианты, а также уточнили, как работает механизм различения «свой/чужой» в системе CRISPR.
Источник: Максим Руссо polit.ru
