Биотехнологии

«Бурить ради нефти? Вы имеете в виду бурить землю, чтобы найти нефть? Вы псих», – когда Эдвин Л. Дрейк попытался привлечь средства для своего проекта по бурению нефти в 1859.

«Теория микробов Луи Пастера – смехотворная фантастика», – Пьер Паше, профессор физиологии в Тулузе, 1872 год.

«У этого ‘телефона’ слишком много недостатков, чтобы серьёзно рассматривать его как средство коммуникации. Устройство бесполезно для нас», – Western Union, 1876 год.

«Летательные аппараты тяжелее воздуха невозможны», – лорд Кельвин, 1895. В 1903 году состоялся первый полёт братьев Райт.

Но, возможно, в XX веке люди стали намного умнее и осторожнее в своих оценках? Как бы не так!

«Человек никогда не сможет использовать энергию атома», – Роберт Милликен, Нобелевская премия по физике, 1923. Ядерное оружие впервые было испытано 16 июля 1945 года в США на полигоне «Тринити» (штат Нью-Мексико). 27 июня 1954 года в СССР была запущена первая в мире АЭС.

«Я думаю, что на весь мировой рынок, нужно примерно пять компьютеров», – Томас Уотсон, глава IBM, 1943.

«Компьютеры в будущем могут весить не более 1,5 тонн», – Популярная Механика, 1949 год. Ну, по крайней мере они не ошиблись в верхней оценке!

«Космические путешествия – чушь», – сэр Гарольд Спенсер Джонс, Королевский Астроном Британии, 1957. Через две недели СССР запустил первый Спутник.

«Человек никогда не достигнет Луны, независимо от всех будущих научных достижений», – Ли Де Форест, изобретатель и отец радио, 1957 год. В 1969 году американский астронавт Нил Армстронг впервые ступил на Луну.

Многие существа, обитающие на Земле, обладают теми или иными зрительными особенностями, обусловленными их повадками и средой обитания: кошачьи хорошо видят в темноте, хищные птицы отлично видят быстрые движения, а у раков-богомолов 16 типов фоторецепторов (у нас их всего два: колбочки и палочки), что позволяет им видеть даже инфракрасный и ультрафиолетовый цвет. На фоне всего этого разнообразия «суперсил» зрение человека кажется весьма скудным. Однако, где не справляется эволюция, человек применяет технологии, в частности и для лечения проблем со зрением. Ученые из Бристольского университета (Великобритания) изучили зрение осьминога, который отличается своей способностью обнаруживать поляризованный свет. Этот труд позволил разработать устройство ранней диагностики макулодистрофии глаза человека, когда нарушается структура сетчатки и возникают проблемы с центральным зрением. Как именно видят осьминоги, какие открытия помогли в создании устройства диагностики, и как оно работает? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых. Поехали.

источник изображения

В молодости Клаус Шультен воображал, что станет танцором, и будет жить не полагаясь ни на что, кроме собственного разума и тела. "Но танцор из меня вышел никудышный, – вспоминает он. – Итак, следующим вариантом жизненного пути для меня была теоретическая физика. Только я, карандаш, бумага, ну и ластик, разумеется."

Строго говоря, эта мечта тоже сорвалась. Но сегодня Шультен полагается на самое мощное и дорогое вычислительное оборудование в мире для применения вычислительной физики к моделированию биологических систем. Его последняя работа включала молекулярное моделирование целой органеллы, которая преобразует энергию света в химическую энергию внутри фотосинтезирующей бактерии.

В 2020 у нас появился новый повод гордиться Россией — вакцина от коронавируса, разработанная центром имени Н.Ф. Гамалеи.

Я расскажу о событиях 135-летней давности. О приключениях молодого доктора Гамалеи в Париже и о том, как в мире победили вирус бешенства.

Победили — это конечно громко сказано. Вирус до сих пор смертелен. Если не ввести вакцину, или ввести поздно, когда уже проявились симптомы — человек гарантированно умрёт в страшных мучениях. Посмотрите на ютубе ролик из московской больницы про заболевшего бешенством мужчину — запомните на всю жизнь. И перестанете легкомысленно относиться к возможному заражению.

Если вас укусила подозрительная собака (или милый уличный котёнок) — обратитесь в травмпункт. В детстве нас пугали 40 уколами в живот, но современные вакцины требуют 3-6 уколов в плечо, пережить можно. Можете конечно ничего не делать, ведь не от каждого укуса получают заражение (вероятность 30% в случае собак). Но это как играть в русскую рулетку с двумя патронами в револьвере — оно вам надо?

Карикатура 1826 года: бешеный пес на улицах Лондона. Покусанная женщина скорее всего уже не жилец:

Сегодняшний пост (что не вполне обычно для моего блога) не претендует на научную достоверность и во многом является попыткой резюмировать мысли на тему, обозначенную в заголовке. Основным материалом, побудившим меня к написанию этого поста, стал текст уважаемого Дмитрия Тюлина «Старение и бессмертие: взгляд биолога», а также дискуссия под ним. Также меня заинтересовала статья Николая Мушкамбарова о биологии мейоза, на которую ссылается Дмитрий Тюлин. Этот материал натолкнул меня на две линии размышлений и выводов, которыми я хочу здесь поделиться.

Проблемы аграриев взялись решать биотехнологи

Благодаря биотехнологиям, всё больше процессов в агросфере выстраивается так, чтобы быть эффективными и прибыльными, не нанося вред природе. От специалистов-биотехнологов зависит, будем ли мы выращивать овощи и фрукты на городских мини-фермах и будет ли мясо производиться в пробирке из одной клетки или печататься на 3D-принтере и многое другое. 

Существенную долю рынка мировых биотехнологий, - 51 %, составляют сельское хозяйство, пищевая промышленность и химпром. По прогнозам экспертов, до 2028 года рост рынка биотехнологий в год составит в среднем 15 %.

источник изображения

В 1992 году Клаус Шультен столкнулся с большой дилеммой, за которую был бы благодарен любой ученый. Как лучше потратить полмиллиона долларов на оборудование?

Похоже, человечество делает успехи не только в плане освоения космоса. Люди с каждым годом все больше узнают о самих себе, используя это знание в разного рода практических проектах. Один из них — подключение мозга к вычислительным системам.

Всего через несколько месяцев после того, как Илон Маск продемонстрировал рабочий прототип чипа Neuralink, имплантированный сначала в мозг свиньи, а затем — обезьяны, компания BrainGate смогла достичь еще большего. Ученым и инженерам удалось установить беспроводную связь между человеческим мозгом и машиной. В эксперименте согласились принять участие два добровольца — парализованные из-за повреждений спинного мозга мужчины 35 и 63 лет.

В кино, литературе и видеоиграх можно часто встретить вариации на тему криогенной заморозки, особенно, если сюжет разворачивается вокруг длительного межпланетного путешествия. Концепция заморозить что-то или кого-то до лучших времен не нова, но за последние годы она стала намного популярнее. Сейчас даже существуют специализированные учреждения, которые могут заморозить человека с неизлечимой болезнью, а потом разморозить его, когда будет изобретено лекарство. Правда, по законам живых людей замораживать нельзя. Успешно разморозить человека, который фактически переступил черту между жизнью и смертью, а потом еще и вылечить его недуг — задача для ученых будущего. Криоконсервация может использоваться не только для людей, но и для других организмов.

Плодовые мушки являются важным модельным организмом во многих отраслях науки, посему ученые из Миннесотского университета (США) разработали методику криоконсервации, позволяющую замораживать эмбрионы дрозофилы. Как работает данная методика, с какими трудностями ученым пришлось столкнуться, и насколько успешна созданная разработка? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых. Поехали.

Когда я обучался в магистратуре, нам читал лекции профессор Валерий Степанович Тырнов, исследователь старения. Натура увлечённая, он рассказывал немало удивительного. Например, о том, что обнаружил на сыре штамм плесени, способный расти при отрицательных температурах, который содержит в морозилке, несмотря на протест жены. Профессор надеялся принять с этим штаммом участие в экспериментах, изучающих возможности терраформирования Марса. Ещё он рассуждал о внедрении в геном человека генов, отвечающих за фотосинтез, с целью получения «зелёных человечков», питающихся солнечным светом. Когда я сдавал экзамен профессору, у него уже отказывало зрение. В следующем семестре Валерий Степанович умер. Он пытался успеть победить старение, но не успел. Рассуждая вслух, Валерий Степанович говорил, что первый заметный признак старения у человека проявляется очень рано, зачастую – в подростковом возрасте. Это – кариес постоянных зубов.

Нет, это уже не кариес, это полость, сформированная алмазным бором, когда все поражённые ткани удалены

Кариес нельзя вылечить, можно только приостановить. С учётом что от 93 до 99 % взрослого населения страдает кариесом — это пандемия.

Есть куча заболеваний, после которых организм не выздоравливает. Не обязательно так сильно не выздоравливает, как после бешенства, но точно не приходит в исходное состояние. Врачи называют это «субституция» — частичное восстановление. Разница в том, что ожог от борща на языке часто восстанавливается бесследно, это полная реституция. А вот после падения на гвоздь на коже навсегда остаётся шрам — это как раз вариант «залатали, как смогли».

С зубами всё хуже. Они не могут полноценно регенерировать, как это делает, например, кожа после травмы, так как живые клетки находятся у них внутри, и зарастить дефект твёрдых тканей они не в состоянии. Если кариес начался, то сам он никогда не вылечится, если не считать самой первой стадии пятна, когда это только начавшаяся деминерализация. И вот тут задача врача не залепить его как попало, а полноценно восстановить функцию. Сейчас расскажу, почему не все пломбы одинаково полезны, что надо делать в плане профилактики дома, а что у врача.

И ещё — почему у, например, домашних животных кариес есть, а у диких почти никогда нет.

Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (USFDA) требует, чтобы все новые медикаменты тестировались на животных перед продажей людям. Свиньи — одни из лучших подопытных. Они даже лучше мышей, потому что со свиньями у человека гораздо больше общего. Например, размер, физиологические особенности и генетический состав. 

Команда исследователей из Государственного университета штата Айова разработала способ сделать свиней еще более «похожими» на людей. Они уже успешно передали часть компонентов иммунной системы человека свиньям. Это открытие может значительно ускорить исследования в разных областях медицины, включая разработки вакцины против различных видов вирусов, лекарства от рака и методов лечения с помощью стволовых клеток.

Планету Земля часто называют колыбелью жизни, и в этом титуле совсем мало преувеличений. Жизнь можно найти и в вечнозеленых тропиках, и в знойных пустынях, и на бескрайних ледяных просторах, и даже в жерлах подводных вулканов. Как сказал Ян Малкольм в фильме «Парк Юрского периода»: «life finds a way». Ученые из Хьюстонского университета провели исследование любопытных бактерий, проживающих в шахтах Бразилии и способных преобразовывать ионы сульфата меди (CuSO₄) в одноатомную нуль-валентную медь (Cu⁰). Чем столь интересен это процесс, и как его можно применить в мире людей? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых. Поехали.

Минимальный вариант протезирования, позволяющий жевать стейк лет этак в 75.

Взрослые дети часто не знают, что у пожилых родителей есть проблемы с зубами. Родители могут не поделиться по разным причинам и по нашему опыту нередко пытаются решить что-то своими силами, когда уже поздно и неэффективно. А зубы очень сильно влияют на качество жизни пожилого человека и его самоощущение. Когда можно спокойно жевать пищу, не испытывать неудобство в разговоре (чтобы зубы не выпадали) — это уже хорошо. Но многие привыкли хранить зубы в стаканчике, даже не зная, что давно уже можно сделать всё гораздо лучше и удобнее. Правда, конечно, не в рамках ОМС. То есть часто сами они позволить себе такое не могут, а обременять детей не хотят. Детям же надо знать, что стоматологическое здоровье влияет на здоровье всего организма, и снижение воспалительной нагрузки сильно облегчит прогнозы многих заболеваний.

Мы привыкли к хорошему, что надо регулярно посещать врача, и как-то уже приняли необходимость заниматься спортом и поддерживать своё здоровье. К сожалению, это часто сложно объяснить старшим родственникам. В итоге всё это приводит к типичному печальному образу пожилого россиянина, который наши зарубежные коллеги называют «русским прикусом»: зубы в жевательном отделе практически отсутствуют, передний отдел деформировался и разошелся характерным веером. Важность гигиены вроде как признают, но по факту часто получается, что пожилые пациенты не всегда умеют правильно ухаживать за полостью рта. А к профессионалам они часто не обращаются. Для них это сложная и не очень нужная история. Ну и традиционные зубы в стакане с водой, хотя так их хранить категорически нельзя.

Я хочу рассказать про относительно малоинвазивные методики имплантации для пожилых, которые принципиально меняют качество жизни. И вообще про то, что вам как детям нужно знать про зубы своих родителей.

Всем hello в этом чате! Сначала думал пописать про любимое своё сразу просто, но потом понял, что надо таки в одном agilean-предложении представиться, пытаясь не слишком хвалиться. Я врач-реабилитолог, кандидат меднаук, преподаю с 1999-го года, более 50 предметов, написал много научных и всяких публикаций и 5 книжек, немножко сайтов и приложений, работаю сейчас почти только патентоведом для коллег из Life Science, ну и член ВОИР, люблю все *nixы, бег, траву и био-геофилию.

Очень меня лет 20 радует, что все люди сразу после младенчества выгодно отличаются от друзей наших меньших (кроме обезьян) и от растюх (кроме Грута) умением говорить, рисовать и читать или, как говорят мои коллеги-физиологи – так называемой «второй сигнальной системой», передачей символов и изобретённых своих мыслей в пространстве и во времени. Но, чтобы быть максимально здоровым и даже если просто овощем с помощью только родной вегетативной системы, нужно намного больше сигнальных средств – это все остальные шесть (точнее, семь) органов чувств. Все знают пять, но в сенсорной физиологии их больше. Потом мы к ним вернёмся. И про вегетатику расскажу непременно самое прикольное и эффективное.

Для меня в сенсологии до сих пор крайне удивителен тот факт, что огромное количество информации, которая приходит извне на все наши органические датчики и телесные рецепторы, мы совсем не замечаем. Люди жалуются на избыток знаний, но в реальности мы не осознаём 95-99,99% поступающих в наш мозг бит. И ещё изнутри от наших органов и тканей в ЦНС (центральную нервную систему, вдруг кто забыл сокращение) поступает примерно ещё в миллион раз больше информации. Хотя, вот уже где-то 5-6 тысяч лет можно вообще научиться ничего почти не брать в голову, научившись медитировать, концентрироваться и упражняться. Вся эта йога, каббала и цигун давно дают этот шанс всем во всём мире, лет 100 теперь уже. И лет 25 примерно, благодаря именно развитию ИТ, не медицины, не психологии, не религии, не философии, это искусство управлять собой стало возможным так широко, что шире уже почти некуда. Я говорю про лечебные игры на компьютере. Иначе их называют игровые тренинги биологической обратной связи (БОС, Biofeedback). Выглядит это прикольно – человек увлечённо рубится в симулятор, шутер или иную вещь на ПК и лечится и развивается крайне сильно этим. Для среднестатистического обывателя звучит странно – где геймерство и где здоровье, да? Но это факт - используя  зрительные, слуховые, тактильные и другие сигналы для обратной связи через весь интерфейс игры, с помощью специальной микропроцессорной и компьютерной техники, пациент или просто человек видит и/или слышит, как в геймплее отображается его состояние тех или иных родных физиологических процессов и как через собственное умение или навык внутренней саморегуляции и психотехники происходит их изменение усилием воли и желания. Все мы видели не раз, как меняется в динамике пульс во время каких-то тренировок, не так ли? Пробовали поднажать и заценить, как увеличивается частота сокращений при повышенной нагрузке? Это интересно. Хотя такой датчик пульса и его отображение – самое-самое-самое простое.

источник изображения

В 1944 году физик Эрвин Шредингер, один из основателей современной квантовой механики, опубликовал небольшую книгу, которая изменила ход современной биологии. "Что такое Жизнь?" – лихо вопрошает заголовок. Могут ли события внутри живого организма быть объяснены исключительно физикой и химией? – Да, могут, – отвечает Шредингер. "Неспособность современной физики и химии объяснить такие события вовсе не дает оснований сомневаться в том, что они могут быть объяснены этими науками в будущем."

Эта мысль привлекла поколения ученых-физиков к биологии и стала поводом создания таких коллабораций как Theoretical and Computational Biophysics Group под шефством Клауса Шультена. Это объединение экспериментальных биологов и кафедр физики, химии, биохимии, клеточной и молекулярной биологии из Иллинойского университета в Урбана-Шампейне с лабораториями по всему миру. Особую роль в группе занимают профессиональные программисты – ПО разработанное группой используется научными сотрудниками по всему миру.

Это история об исследователях, которые пытаются понять таинства жизни, воспроизводя их силами компьютерного моделирования и о становлении вычислительной биологии как таковой.

Табак это не только вредные сигареты, но и крутое модельное растение. Российские разработчики модифицировали, внедрив биолюминесцентные грибные белки.

Процесс создания генно-инженерных организмов почти всегда подразумевает решение какой-то сложной задачи. Например, у вас помидоры либо вкусные и гниют через неделю после сбора, либо красивые, лежат несколько недель на прилавке и на вкус как трава. И вот тут может вмешаться генетик и поправить толщину клеточных стенок, синтез глутаматов, инозинатов, сахаров и прочих вкусняшек. В итоге получается вкусный, красивый и транспортабельный овощ.

А иногда крутые штуки создаются чуть ли не just for fun, но в итоге становятся крутыми и важными проектами. Или не становятся. Многие помнят, как в свое время затравили проект Glowing Plant на Kikstarter. В результате, несмотря на то, что они собрали $484,000, Kikstarter ввел правило, запрещающее выставлять в качестве награды ГМО-семена. В итоге, светящуюся Резуховидку Таля они не сделали. Зато смогли обойти запреты и разослали модифицированный мох.

Сегодня буду рассказывать про светящийся салат, светлячков, и то, зачем вообще ученым надо заставлять растения светиться.

Каждый из нас наверно задумывался о физическом страдании животных, которых мы едим. Далеко не всегда эти животные содержатся в должных условиях, удовлетворяющих пяти свободам животных, о которых я писал ранее [1]. Плюсом ко всему в связи с увеличением коровьего бешенства [4], люди опасаются появление массовой пандемии этого недуга и в своей популяции. 

Исторически сахарный диабет считался страшным заболеванием — в тяжёлых стадиях ему сопутствуют такие побочные эффекты, как слепота и гангрена конечностей. Большую часть истории диабета, известного ещё врачам Древней Греции как минимум 2500 лет назад, он считался неизлечимым. Терапия диабета уколами инсулина появилась только в XX веке: в следующем году исполнится 100 лет первому уколу инсулина, которым в 1922 году канадский доктор спас умиравшего от диабета 14-летнего мальчика. Однако инсулинотерапия — это лечение только для диабета 1 типа, при котором в организме человека нарушена выработка собственного инсулина. При более распространённом диабете 2 типа уколы инсулина — это не лечение, а симптоматическая терапия, которая только замедляет развитие болезни. Причины этого были открыты позже.

В XXI веке, благодаря развитию эндокринологии (науки о гормонах) представления о диабете 2 типа поменялись радикально. С одной стороны, список сопутствующих развитию диабета проблем только вырос и теперь включает сердечно-сосудистые заболевания, многие случаи рака и болезнь Альцгеймера. С другой — появившееся представление о пропущенном звене, их общем метаболическом корне — гормональном сбое, известном как инсулинорезистентность, привело к пониманию не только как диабет развивается, но и как это развитие остановить и обратить вспять, не доводя до инсулиновой иглы.

Приветствую моих постоянных читателей и тех, кто сюда зашел впервые.

По мере того, как мой блог на Хабре продолжает приобретать узнаваемые очертания и читательскую аудиторию, я размышляю о том, какие его черты я хотел бы сохранить, и что объединяет наиболее успешные мои статьи – согласитесь, дискуссии на десятки и сотни комментариев, не сводящиеся к банальным холиварам, не могут не вдохновлять.

На данный момент мне кажется, что читателю хочется не только узнать о настоящем, но и заглянуть в будущее. То есть, мне нравится делать обоснованные экстраполяции на основе тех фактов, которые я беру за основу статьи.

Именно поэтому я не мог пройти мимо инфографики, найденной здесь. Статья Дэвида Алайона (David Alayon) написана в феврале 2018 года и называется «Things to come. A timeline of future technology» (Что впереди: технологическая хронология будущего). Автор сделал красивую подборку технологий, которые могут быть внедрены в течение ближайших тридцати лет, поступив при этом именно так, как я описал выше: аргументированно экстраполировав настоящее в будущее. Просто скопировать и перевести эту хронологию было бы недостаточно; вдобавок, картинка у автора вышла очень длинной. Поэтому я разберу ее на отдельные иллюстрации, охарактеризую каждую из упомянутых технологий, а также отмечу, на какие из тем этой хронологии планирую написать статьи в моем хаброблоге.