Биотехнологии

Одним из наиболее удивительных открытий в биологии XX века стала расшифровка генетического кода, причём особенно трудно было понять, что такой код существует. Пожалуй, самым поразительным свойством этого «языка» является его универсальность — за исключением некоторых «диалектов», он одинаков для всех доменов жизни на Земле. В начале XXI века учёные сумели «перепрошить» генетический код, добавляя к стандартным аминокислотам неприродное звено, кодируемое стоп-кодоном в матричной РНК и считываемое при участии «ортогональных» тРНК. (Правда, при этом в белкé может быть только одно нестандартное звено.) Теперь дело поворачивается в сторону полностью «настраиваемых» белков: английским исследователям удалось создать рибосому, считывающую за раз не три, а четыре нуклеотида, что потенциально позволяет использовать для дизайна биополимеров более 250 неприродных аминокислот.

Геном вируса гриппа A (в том числе, свиного происхождения) кодирует не более 11 белков, вследствие чего вирус активно использует клеточные механизмы заражённого организма в своих целях. В результате полногеномного сканирования с помощью РНК-интерференции установлен список из почти 300 человеческих генов, которые нужны вирусу для ранних стадий жизненного цикла. Среди белков-«предателей» — вакуолярная АТФаза, коатомеры комплекса Гольджи, рецептор фактора роста фибробластов, кальмодулин-зависимая протеинкиназа и многие другие. Эта информация будет использована для создания новых поколений антивирусных препаратов — ингибиторов определённых человеческих белков.

Механизм фолдинга белкá — процесса сворачивания цепочки аминокислот в уникальную пространственную структуру — занимает умы множества биофизиков во всем мире, но до окончательного понимания этого вопроса ещё очень далеко. Известно, что равновесие между свёрнутой и денатурированной формами белкá можно сдвинуть, введя в молекулу точечные мутации, а строго определённый их набор может даже привести к появлению новой функции и изменить мотив упаковки полипептидной цепи в пространстве. Мы уже писали об эксперименте, в котором посредством многочисленных мутаций удалось последовательности двух изначально негомологичных белков сделать практически идентичными (88% остатков совпадали), сохранив при этом первоначальную структуру и функции. Теперь те же учёные довели эту пару до «совершенства»: различие в последовательности между двумя разными по строению и функциям белками составило всего один аминокислотный остаток.

За последнее десятилетие на волне повсеместного развития нанотехнологий исследователи создали массу прототипов «нанороботов» — это наноскопические моторы и шестерни, регуляторы и переключатели, работающие пока что в искусственно созданных условиях. Одним из перспективных материалов, пригодных для изготовления наномашин, является... ДНК. Индийские учёные использовали эту молекулу для создания сенсора кислотности среды, меняющего цвет флуоресценции в зависимости от pH раствора. Наиболее примечательным в разработке является то, что это первый пример автономной работы наноустройства не в искусственной среде, а внутри живой клетки.

Сочетание рибосомного профилирования и параллельного высокопроизводительного секвенирования нового поколения породило метод, с помощью которого учёные могут наблюдать трансляцию тысяч мРНК одновременно.

Современная биомолекулярная наука, подпитываемая информационными технологиями и мощными экспериментальными методиками, всё больше тяготеет к идеологии, основанной на базах данных, — по принципу «изучить всё, что можно изучить „на потоке“, про запас». Одним из первенцев этой идеологии стал проект «геном человека», сделав общедоступной информацию, в которой будет разбираться ещё не одно поколение учёных. Примерно в то же время стартовала другая инициатива, ещё далёкая от своего завершения, — структурная геномика, целями которой (как целого направления, так и конкретных проектов в его рамках) является определение пространственного строения максимального числа «ключевых» белков.

Стволовые клетки (СК) в последнее десятилетие стали притчей во языцех, источником, от которого ожидают вечной молодости и спасения от всех бед. Ожидания эти, скорее всего, немного преувеличены, но отнюдь не беспочвенны: где ещё увидишь такое чудо, чтобы из одной-единственной живой клетки получился полноценный орган, готовый для трансплантации донору! Во взрослом организме стволовых клеток в тысячи раз меньше, чем в эмбрионах, и с этим связан особый интерес к последним как к источнику «вечной молодости». К счастью, этическая проблема, связанная с неизбежным при «добыче» СК из эмбрионов разрушением только что зародившейся жизни, постепенно остаётся в прошлом: учёным удаётся всё более уверенно «перепрограммировать» соматические клетки в состояние, практически не отличимое от «стволового».

Почти половина генома человека состоит из мобильных элементов. На сегодняшний день существует множество результатов, демонстрирующих важность мобильной ДНК в эволюции человека и других видов, а также в поддержании жизнеспособности клеток. Однако известно очень мало о том, как эти элементы передвигаются и размножаются в геноме. Нам удалось пролить свет на этот вопрос, выяснив структурную организацию ретротранспозона LINE-1 — самого распространённого мобильного элемента в геноме человека.