Теги → биотехнологии
Быстрый переход

Такого ещё не было: немцы создали живые батарейки

Немецкие учёные создали базу для появления источников питания на основе живых микроорганизмов. «Микробные киборги», как их в шутку назвали разработчики, могут стать источником электричества для биосенсоров, биореакторов или работать в основе топливных ячеек. Всё что нужно живым источникам питания ― это вода и питательная среда.

О разработке первой в своём роде батареи сообщили учёные из Технологического института Карлсруэ (KIT). Исследователям давно были известны так называемые экзоэлектрогенные бактерии, которые в процессе обмена веществ (жизнедеятельности) вырабатывают электроны и транспортируют их к внешней стороне клеток. Проблемой было упорядочить движение электронов в живой батарее и обеспечить нормальную и управляемую жизнь колонии бактерий в батарейке.

Исследователям из KIT удалось разработать нанокомпозитный материал, который одновременно поддерживает рост экзоэлектрогенных бактерий и в то же время проводит ток контролируемым образом. «Мы создали пористый гидрогель, который состоит из углеродных нанотрубок и наночастиц кремнезема, переплетенных нитями ДНК», ― сказал руководитель проекта профессор Кристоф М. Нимейер (Christof M. Niemeyer). Затем в каркас добавили бактерии Shewanella oneidensis и жидкую питательную среду. И всё заработало.

Эксперименты показали, что по мере роста колонии бактерий поток электронов увеличивался. Батарея оставалась стабильной несколько дней, в течение которых она проявляла электрохимическую активность. Учёные убедились, что композит может эффективно проводить электроны, производимые бактериями, к электроду. Более того, полученный таким образом элемент питания оказался программируемым. Чтобы его выключить, было достаточно добавить в питательную среду для бактерий фермент, разрушающий молекулы ДНК.

Зелёным цветом показаны бактерии, синим - ДНК, серым - углеродные нанотрубки, фиолетовым - кремнезём (Niemeyer Lab, KIT)

Зелёным цветом показаны бактерии, синим ― ДНК, серым ― углеродные нанотрубки, фиолетовым ― кремнезём (Niemeyer Lab, KIT)

О разработке учёные сообщили в статье в журнале ACS Applied Materials & Interfaces. О каких-то практических достижениях по этой теме говорить преждевременно, однако задел интересный. Как знать, может быть когда-нибудь встроенный в тело имплантат сообщит своему владельцу: «Осталось 10 % заряда, не забудьте покормить батарейку».

Молекулярная запись данных стала немного ближе

Рано или поздно на смену жёстким дискам и SSD придут новые виды носителей данных, на что намекает экспоненциальный рост объёмов информации. Для этого уже сейчас учёные бьются над проблемами записи на молекулярном уровне, и определённые успехи на этом направлении есть.

Группа учёных из Университета Брауна (США) сообщила о прогрессе в разработке методов записи и считывания данных на молекулярном уровне. Данные об исследовании опубликованы в Nature Communications (статья доступна для бесплатного прочтения на английском языке). В серии экспериментов учёные записали, сохранили и затем считали цифровые файлы с закодированными изображениями египетского бога Анубиса, абстрактной картины скрипки Пикассо и другие изображения общим объёмом 200 Кбайт.

Это не первая попытка закодировать данные с помощью набора молекул, но в данном случае учёные решили не ждать милости от природы. До данного эксперимента учёные брали известные химические соединения (молекулы) и создавали из них смеси ― таким образом кодировали входящие данные. Считывание данных происходит с помощью последовательного анализа смесей масс-спектрометром. Затем компьютерная программа преобразует полученный результат в картинку или текст. Подобный подход был ограничен известным химикам набором небольших по размеру молекул. А чем меньше молекул, тем меньше возможностей для кодирования, например, с точки зрения разрядности.

Учёные из Университета Брауна синтезировали собственные наборы молекул ― библиотеки для кодирования данных. Вся хитрость заключалась в том, чтобы из простейших соединений и без сложных реакций научиться быстро создавать библиотеки из простых молекул, которые масс-спектрометр мог бы идентифицировать с максимальной точностью.

Для синтеза малых молекул была выбрана так называемая Уги реакция ― это многокомпонентная комбинаторная реакция с использованием четырёх компонентов: карбоновой кислоты, амина, альдегида (кетона) и изоцианида. Эта реакция широко используется в фармацевтике и является надёжным инструментом для синтеза соединений. Для создания библиотек из молекул в различных комбинациях использовались пять аминов, пять альдегидов, 12 карбоновых кислот и пять изоцианидов. Всего учёные смогли создать до 1500 соединений.

Преимуществом здесь является потенциальная масштабируемость библиотеки. Используя всего 27 различных компонентов, учёные за один день создали библиотеку из 1500 молекул и им не пришлось искать для этого какие-либо уникальные молекулы.

Для кодирования каждой картинки использовались свои библиотеки в виде уникального набора из молекул. Для записи изображения Анубиса, например, библиотека содержала 32 компонента. Для кодирования 0,88-мегапиксельного рисунка Пикассо была задействована библиотека из 575 соединений.

Технически запись происходила следующим образом. Данные кодировались в смеси молекул, которые помещались в крохотные лунки диаметром менее миллиметра на небольших пластинках из железа. В каждой лунке (капле) уникальных молекул может быть так же много, как в библиотеке. Например, в самом максимальном случае ― 1500, но надёжно считать их все в такой  комбинации пока нельзя. Тем не менее, это позволяет судить о разрядности каждой смеси, а она ограничена только размерами библиотеки. Затем каждая смесь считывается масс-спектрометром, молекулы идентифицируются и входящие данные расшифровываются.

Для представленного метода учёным пришлось разрабатывать алгоритмы коррекции ошибок. Разработанный метод позволил идентифицировать молекулы с точностью до 99 %. Метод доказал свою надёжность, но исследования необходимо продолжить.

Учёные создали тело на чипе, имитирующее поведение 10 связанных органов

Похоже, скоро нас ждёт революция в методах индивидуальной диагностики и в целом в сфере биологических исследований. Чипы для анализа биологических материалов давно не новость, хотя они становятся лучше, дешевле и точнее. Учёные идут дальше. На очереди создание тела на чипе, имитирующее поведение связанных органов.

Учёные из Института бионики Висса (Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering) Гарвардского университета создали имитатор тела человека из 10 связанных органов. Предложенная платформа Body-on-Chips (тело на чипе) идёт дальше простой имитации органов и позволяет в комплексе отследить воздействие медицинских препаратов на организм человека, а не только на его отдельные части.

Подобная платформа значительно ускорит разработку новых препаратов, особенно на ранних стадиях испытаниях лекарств. Полезное действие химического вещества на один орган может вызывать побочные явления в других, на что укажет «тело на чипе», но никак не «орган на чипе». Также разработанная система даёт возможность подобрать нужную концентрацию лекарства и оценить скорость вывода его из организма. Иначе говоря, платформа Body-on-Chips позволяет отслеживать как фармакокинетику (ФК, поглощение, распределение, метаболизм и вывод), так и фармакодинамику (ФД, воздействие, механизмы и побочные действия).

Конструктивно тело на чипе представляет собой соединённые между собой несколько устройств размером с карту памяти. Каждый орган ― это два параллельных канала, один из которых имитирует или содержит специфические ткани определённого органа, а второй, смежный, имитирует кровеносные сосуды. Оба канала разделены пористой мембраной, специфичной данному органу. В модели тела все «органы» и кровеносные сосуды соединены микротрубками, имитирующими циркуляцию крови в теле человека. Управляется всё это командами с компьютера.

В своём исследовании учёные последовательно связали сосудистые каналы восьми различных чипов-органов, включая кишечник, печень, почку, сердце, легкое, кожу, гематоэнцефалический барьер и мозг. Прибор смог поддерживать жизнеспособность всех тканей на чипах в течение трёх недель. Эксперименты с распространением никотина в «органах» и воздействие на них одного из препаратов для химиотерапии показали, что содержание веществ в «органах», их негативное воздействие на ткани, концентрация и скорость вывода из искусственного организма практически те же самые, что и в случае приёма живым человеком. Не будет преувеличением сказать, что в обозримом будущем это изменит мир фармацевтики и человека.

Verisim Life создаст биосимуляторы на базе ИИ, чтобы прекратить испытания лекарств на животных

Verisim Life (Verisim), базирующийся в Сан-Франциско биотехнологический стартап, намеревается создать симулятор для тестирования препаратов на животных при помощи искусственного интеллекта, чтобы обойти необходимость в настоящих испытаниях. Мало того, что подобная система устранила бы необходимость в жестоком обращении с животными, она также могла бы в целом ускорить процесс разработки новых лекарств и помочь быстрее выводить их на рынок с меньшими издержками.

Стартап Verisim Life создаёт систему биосимуляции на базе искусственного интеллекта, которая поможет предсказать влияние тех или иных лекарственных препаратов на организм животного и даже человека

Стартап Verisim Life создаёт систему биосимуляции на базе искусственного интеллекта, которая поможет предсказать влияние тех или иных лекарственных препаратов на организм животного и даже человека

По оценкам специалистов, объём мирового рынка лекарств составляет 35 миллиардов долларов, а к 2025 году эта цифра может возрасти до 71 миллиарда долларов. При этом запуск новых препаратов всё ещё очень сложный и длительный процесс: от первоначальных исследований до испытаний и непосредственного выхода на рынок проходят многие годы, а главное, это требует огромных финансовых вложений.

Большая часть процедуры запуска нового лекарственного препарата заключается в его тщательном тестировании, чтобы гарантировать, что лекарство не только эффективно, но и безопасно для его будущих потребителей. И это, к сожалению, влечёт за собой необходимость в тестировании на животных: на обезьянах, крысах, мышах, собаках или кроликах. Вопреки тому, что для многих это является недопустимым и даже аморальным, испытание лекарств на животных является не только ключевым аспектом разработки нового препарата, но и в большинстве стран это фактически закрепленное законодательно требование, которое должно быть выполнено до того, как регулирующие органы допустят последующие испытания на людях. Тем не менее, тестирование на животных является медленным и дорогостоящим процессом с низким уровнем успеха: менее 10 % кандидатов в будущие лекарства проходят через этот этап.

Verisim объявила, что компании удалось получить 5,2 млн долларов в рамках раунда финансирования, проведённого при содействии венчурных фондов Serra Ventures и OCA Ventures, а также с участием Intel Capital, Village Global, Susa Ventures, Stage Venture Partners, Loup Ventures и Twin. Компания заявила, что будет использовать новые средства для дальнейшего расширенных партнёрских связей в академической и фармацевтической сферах, чтобы «проводить компьютерные моделирования и поддержать более качественные трансляционные исследования в области разработки лекарственных препаратов». Проще говоря, финансирование поможет Verisim выйти за рамки проверки концепции и позволит испытать их технологию на реальных продуктах в фармацевтической отрасли.

«Стоимость и время разработки новых лекарств растут на протяжении десятилетий», — отметил Эрик Стефанич (Eric Stefanich), директор по доклиническим исследованиям в корпорации Genentech, одного из первых биотехнологических партнёров Verisim. «Моделирование и имитационные подходы могут сократить время и затраты и восстановить стабильность и жизнеспособность разработки новых препаратов. Verisim Life обладает большим потенциалом для разработки более эффективных лекарств, прогнозирования исхода заболевания и выбора именно тех пациентов, которые получат наибольшую пользу от терапии, благодаря чему мечта о персонализированной медицине станет реальностью».

Verysim поможет создавать цифровые модели животных и отдельных людей, которые наглядно продемонстрируют, как испытуемые препараты подействуют на них

Verysim поможет создавать цифровые модели животных и отдельных людей, которые наглядно продемонстрируют, как испытуемые препараты подействуют на них

Verisim была основана в 2017 году доктором Джо Варшни (Dr. Jo Varshney), ветеринаром по профессии, который также имеет докторскую степень в области сравнительной онкологии и геномики. Вместе с группой учёных и инженеров, специализирующихся на машинном обучении и компьютерном моделировании, Варшни разрабатывает модели биосимуляции при помощи ИИ, предназначенные для конкретных заболеваний и отражения реального взаимодействия между лекарственными средствами и биологическими системами животных. Это позволяет фармацевтическим исследователям проводить гораздо больше тестов за короткое время, обеспечивая более высокую эффективность лекарств, которые в конечном итоге будут допущены до клинических испытаний на людях. В будущем Verisim планирует создавать цифровые модели отдельных людей, что позволит наблюдать действие различных веществ и их соединений на организм специфичного человека.

«До появления Verisim Life в фармацевтической сфере существовало фундаментальное заблуждение в процессе того пути, благодаря которому лекарство попадало на рынок для лечения пациентов, которые в этом нуждаются», — объясняет Варшни. «На доклиническом этапе испытания на животных необходимы для понимания того, насколько безопасно и эффективно новое лекарственное соединение для организма человека перед его использованием в клинических испытаниях. Это неэффективно и нецелесообразно по нескольким причинам. Во-первых, это занимает слишком много времени, дорого стоит и тратит дополнительные ресурсы на НИОКР. Во-вторых, данный подход к испытаниям жесток по отношению к животным. И, в-третьих, использование животных в качестве модели для понимания физиологии человека приводит к дальнейшей неэффективности и ошибкам в 92 % случаев, так как это немного похоже на сравнение яблок с апельсинами».

Согласно исследованию маркетинговой компании Zion Market Research, мировой рынок биосимуляторов в 2018 году составил скромные 1,7 млрд долларов, но к 2025 году он может вырасти до 4,6 млрд долларов благодаря активному внедрению технологий искусственного интеллекта.

В прошлом году GV (Google Ventures) инвестировал в Owkin, платформу, которая использует алгоритмы глубокого обучения, чтобы позволить клиническим исследователям разрабатывать прогностические модели для ускорения разработки лекарств. GV и SoftBank также инвестировали 400 миллионов долларов в Relay Therapeutics, которая использует машинное обучение для создания инновационной системы для автоматизации поиска новых лекарств. В то же время исследователи из Стэнфорда разработали модель искусственного интеллекта, которая может предсказать взаимодействие различных лекарств, что особенно важно для людей, которые принимают несколько препаратов одновременно.

Фармацевтическая промышленность и научные круги уже очень давно используют компьютерные модели, чтобы попытаться предсказать потенциальную опасность лекарств или их комбинаций, но регуляторы обычно всё ещё требуют обязательного проведения исследований на животных, так как ценой ошибки в компьютерном моделировании может стать человеческая жизнь. Но с учётом значительных достижений в области анализа и обработки больших данных и в области машинного обучения, биосимуляция может стать ключевым инструментом для более быстрого вывода эффективных лекарств на рынок уже в ближайшем будущем.

Новая технология 3D-печати приближает нас к созданию искусственного сердца

Команда исследователей из Университета Карнеги — Меллона опубликовала статью в журнале Science, в которой подробно описывается разработанная ими методика, позволяющая создавать трёхмерный каркас для биопечати из коллагена, основного структурного белка в организме человека. Новая технология ещё на один шаг приближает науку к возможности 3D-печати полноразмерного сердца взрослого человека.

Исследователи из Университета Карнеги-Меллона при помощи новой технологии FRESH смогли напечатать функциональные компоненты сердца

Исследователи из Университета Карнеги — Меллона при помощи технологии FRESH смогли напечатать полностью функциональные компоненты сердца из коллагена и живых клеток

Технология FRESH (Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels — обратимое встраивание суспендированных гидрогелей в свободной форме) позволила исследователям преодолеть многие проблемы, связанные с существующими методами трехмерной биопечати, и достичь беспрецедентного разрешения и точности с использованием мягких и живых материалов.

Каждый из органов человеческого тела, в том числе сердце, состоит из специализированных клеток, которые удерживаются вместе биологическим каркасом, называемым внеклеточным матриксом (extracellular matrix — ЕСМ). Внеклеточный матрикс представляет собой белковую структуру, которая поддерживает форму органов и обеспечивает функцию биохимических сигналов, необходимых клеткам для нормальной работы. До сих пор создание и перестройка ECM было одним из ключевых препятствий на пути к 3D-печати полноценно функционирующих человеческих органов.

«Мы продемонстрировали, что можем печатать части человеческого сердца из клеток и коллагена, которые действительно работают, например, сердечный клапан или желудочек», — рассказывает Адам Файнберг (Adam Feinberg), профессор биомедицинской инженерии и материаловедение в Университете Карнеги — Меллона. «Используя данные МРТ человеческого сердца, мы смогли точно воспроизвести анатомическую структуру, специфичную для пациента, и напечатать её с использованием коллагена и живых клеток».

Более 4000 пациентов в Соединенных Штатах стоят в очереди на пересадку сердца, в то время как миллионы других людей по всему миру нуждаются в пересадке, но не имеют такой возможности в принципе. Потребность в донорских органах огромна, и медицине чрезвычайно необходим новый подход для создания искусственных органов или их частей, чтобы эту потребность удовлетворить, спасая миллионы жизней. Файнберг и его команда, являясь частью инициативы по биоинженерии человеческих органов Университета Карнеги — Мелоона, работают над решением этой проблемы, используя новое поколение биотехнологий, которые смогут более точно воспроизводить естественные структуры человеческих органов.

FRESH позволяет печатать структуры из коллагена внутри специального геля, задающего ему необходимую форму до момента, пока коллаген не застынет, после чего гель может быть легко удален при помощи незначительного нагрева

FRESH позволяет печатать структуры из коллагена внутри специального геля, задающего ему необходимую форму до момента, пока коллаген не застынет, после чего гель может быть легко удалён при помощи незначительного нагрева

«Коллаген является чрезвычайно необходимым биоматериалом для 3D-печати, потому что он входит в состав буквально каждой ткани в вашем теле», — объясняет Эндрю Хадсон (Andrew Hudson), кандидат биологических наук и студент в лаборатории Фейнберга, а также один из авторов исследования. «Что делает 3D-печать органов настолько трудной, так это то, что она производится с использованием текучих веществ, поэтому, если вы попытаетесь что-либо напечатать просто в воздухе, то получите лужу на вашей платформе. Поэтому мы разработали технологию, которая предотвращает подобную деформацию».

Метод трёхмерной биопечати FRESH, разработанный в лаборатории Файнберга, позволяет наносить коллаген слой за слоем в ёмкость со специальным гелем, используемым для поддержания структуры, давая коллагену время, чтобы застыть и принять необходимую форму. FRESH позволяет растопить структурный гель, просто повысив температуру напечатанного объекта с комнатной до температуры тела, что позволяет очистить напечатанную структуру без каких-либо повреждений, оставив только коллаген и живые клетки.

Этот метод крайне перспективен для 3D-биопечати, потому что он позволяет печатать объёмные коллагеновые структуры в масштабе человеческих органов. И более того, он не ограничивается только коллагеном, позволяя использовать также фибрин, альгинат и гиалуроновую кислоту, обеспечивая надежную и адаптируемую платформу для тканевой инженерии. Важно отметить, что исследователи поделились своими наработками в виде открытого исходного кода, чтобы почти каждый желающий, от работников лабораторий до старшеклассников, мог иметь доступ к недорогим, высокопроизводительным 3D-биопринтерам.

Заглядывая в будущее, FRESH найдёт применение во многих аспектах регенеративной медицины, от заживления ран до биоинженерии органов, но это всего лишь один из инструментов в развивающемся направлении биотехнологий.

«На самом деле мы ведём речь о конвергенции технологийВажно не только то, что делает моя лаборатория в области биопечати, но также исследования других лабораторий и небольших компаний в области науки о стволовых клетках, машинного обучения и компьютерного моделирования, а также нового аппаратного и программного обеспечения для трехмерной биопечати», — объясняет Фейнберг.

«Нужно понимать, что предстоит ещё много лет исследований», — добавляет Файнберг. «Но всё же мы испытываем определённое волнение, так как добились реального прогресса в печати функциональных тканей и органов человека, и наше исследование ещё один шаг по этому пути».

Ниже вы можете посмотреть видеопрезентацию проекта на английском языке.

Фонд супруги Марка Цукерберга предоставил $68 млн на создание полного атласа клеток человека

На днях фонд Chan Zuckerberg Initiative (CZI), компания с ограниченной ответственностью из города Редвуд-Сити в Калифорнии, безвозмездно передал проекту Human Cell Atlas (HCA) $68 млн на три года работы. Проект «Атлас клеток человека» стартовал в 2003 году и сейчас объединяет 38 научных коллективов из 20 стран. За это время научные междисциплинарные коллективы завершили 85 проектов, большинство из которых были направлены на разработку инструментов для создания будущего атласа, включая компьютерные, и методов исследования. Проект предполагает точное картографирование и состав клеток, тканей и органов здорового человека, что послужит развитию как медицины, так и биотехнологий.

Основатели фонда CZI Марк и Присцилла (Чен) Цукерберг

Основатели фонда CZI Марк и Присцилла (Чен) Цукерберги

Грант фонда CZI будет распределён среди 38 выбранных проектом коллективом. Эти средства покроют расходы на разработки в области медицины, создание программных инструментов и «вычислительную» биологию. Проект предполагает фокусирование на специфических тканях в органах человеческого тела, таких как сердце, глаза или печень. По завершению проекта полный атлас клеток здорового человеческого тела и разработанные инструменты для их изучения будут свободно распространяться среди других исследователей и организаций во всём мире.

Привлечение лучших научных коллективов со всего мира и всестороннее финансирование пилотных проектов обещает в кратчайшие сроки позволить создать первый черновик атласа. В этом серьёзно помогли компьютерные науки и, в частности, передовые технологии для анализа больших массивов данных. Казалось бы, тело человека более-менее изучено, но новые технологии открывают неведомые доселе связи между клетками, тканями и органами. «Сосуд для души» обещает быть вскоре полностью изученным. Интересно, как скоро учёные смогут «картографировать» душу? На эти исследования понадобятся совсем другие средства и инструменты и наверняка это будет новость для раздела «software».

Биотехнологии помогут хранить огромные объёмы данных в течение тысячи лет

В наше время мы можем получить доступ ко всем знаниям человечества с небольших компьютеров в наших карманах. Все эти данные должны где-то храниться, но огромные серверы занимают много физического пространства и требуют большого количества энергии. Исследователи из Гарварда разработали новую систему для чтения и записи информации с использованием органических молекул, которая потенциально могла бы оставаться стабильной и работоспособной в течение тысячелетий.

Исследователи из Гарварда разработали новую систему для чтения и записи данных в органические молекулы (Credit: angellodeco / Depositphotos)

Исследователи из Гарварда разработали новую систему для чтения и записи данных при помощи органических молекул (Фото: angellodeco / Depositphotos)

По понятным причинам ДНК является инструментом для хранения информации в естественном мире — она может хранить огромные объёмы данных в крошечной молекуле и чрезвычайно стабильна, сохраняясь в течение тысячелетий в правильных условиях. В последнее время учёные исследовали эту способность, записывая данные в ДНК на кончике карандашей, в баллончиках с аэрозольной краской и даже прятали данные в живых бактериях. Но для использования ДНК в виде носителя информации есть свои препятствия, её чтение и запись остаётся достаточно сложным и медленным процессом.

«Мы намерены использовать стратегию, которая не заимствует идею непосредственно из биологии», — говорит Брайан Кафферти (Brian Cafferty), один из авторов нового исследования. «Вместо этого мы полагались на методы, обычные для органической и аналитической химии, и разработали подход, в котором для кодирования информации используются небольшие молекулы с низким молекулярным весом».

Вместо ДНК исследователи использовали олигопептиды, маленькие молекулы, состоящие из различного количества аминокислот. Основой для нового носителя информации является микропланшет — металлическая пластина с 384 крошечными ячейками. Различные комбинации олигопептидов помещают в каждую ячейку для кодирования одного байта информации.

Механизм построен на бинарной системе: если присутствует конкретный олигопептид, он читается как 1, а если его нет, то как 0. Это означает, что код в каждой ячейке может представлять одну букву или один пиксель изображения. Ключом к распознаванию того, какой именно олигопептид присутствует в ячейке, является его масса, которую можно получить при помощи масс-спектрометра. 

Диаграмма, демонстрирующая, как работает новая система (Изображение: Michael J. Fink)

Диаграмма, демонстрирующая, как информация хранится в новой системе (Изображение: Michael J. Fink)

В своих экспериментах исследователям удалось записать, сохранить и прочитать 400 Кбайт информации, включая стенограмму лекции, фотографию и картинку. По словам команды, средняя скорость записи составила восемь бит в секунду, а скорость чтения 20 бит в секунду, с точностью до 99,9 %.

Учёные утверждают, что у новой системы есть несколько преимуществ. Олигопептиды могут быть стабильными в течение сотен или тысяч лет, что делает их выбор идеальным для длительного хранения архивных данных. Они также могут сохранить больше данных в меньшем физическом объёме, потенциально даже больше, чем в ДНК. Таким образом, всё содержимое Нью-Йоркской публичной библиотеки можно сохранить в чайной ложке полной белка.

Система может работать с широким спектром молекул и позволяет записывать данные быстрее, чем в аналогах, использующих ДНК, хотя исследователи признают, что чтение может быть достаточно медленным. В любом случае, технологию можно улучшить в будущем с помощью более совершенных методов, таких как использование струйных принтеров для записи данных и улучшенных масс-спектрометров для их чтения.

Исследование было опубликовано в научном журнале ACS Central Science.

Российский биореактор позволит выращивать клетки человека в космосе

Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова (Сеченовский Университет) рассказал о проекте специального биореактора, который позволит выращивать клетки человека в космосе в условиях микрогравитации.

Прибор, разрабатываемый специалистами университета, обеспечит условия для выживания клеток в космосе. Кроме того, он будет обеспечивать защиту культур и их питание.

Испытывать установку сначала планируется на Земле. После ряда необходимых тестов она отправится на Международную космическую станцию (МКС). Учёных интересует, могут ли клетки развиваться в невесомости так же, как на Земле, как они будут выживать во время длительного полёта, от каких условий зависит их состояние.

«Конечная цель экспериментов — найти способ выращивать в невесомости стволовые клетки костного мозга, которые космонавты (или жители будущих колоний) смогут использовать для заживления ран, ожогов, сращивания костей после переломов», — говорится в сообщении Сеченовского Университета.

Предполагается, что исследования в перспективе позволят сконструировать установку, которая позволит использовать клетки костного мозга членов экипажа для терапии в условиях полёта. Такая система будет необходима при осуществлении длительных космических миссий. Завершить проект планируется в 2024 году.

Добавим, что в 2018-м на борту МКС был проведён уникальный эксперимент «Магнитный 3D-биопринтер» по «печати» живых тканей. Подробнее об этой работе можно узнать в нашем материале

Первый компьютерный геном может привести к созданию синтетических форм жизни

Все последовательности ДНК исследованных учёными форм жизни хранятся в базе данных, принадлежащей Национальному центру биотехнологической информации в США. И 1 апреля в базе данных появилась новая запись: «Caulobacter ethensis-2.0». Это первый в мире полностью смоделированный на компьютере и затем синтезированный синтетический геном живого организма, разработанный учёными из ETH Zurich (Швейцарской высшей технической школы Цюриха). Однако следует подчеркнуть, что хотя геном C. ethensis-2.0 успешно был получен в виде большой молекулы ДНК, соответствующего живого организма пока ещё не существует.

Caulobacter crescentus. Electron microscope image: Science Photo Library / Martin Oeggerli

Caulobacter crescentus. Electron microscope image: Science Photo Library / Martin Oeggerli 

Исследовательскую работу провели Бит Кристен, профессор экспериментальной системной биологии, и его брат Маттиас Кристен — химик. Новый геном, названный Caulobacter ethensis-2.0, был создан путем очистки и оптимизации естественного кода бактерии Caulobacter crescentus   безвредной бактерии, живущей в пресной воде по всему миру.  

Caulobacter ethensis-2.0. / www.ethz.ch

Caulobacter ethensis-2.0. / www.ethz.ch 

Более десяти лет назад команда под руководством генетика Крейга Вентера создала первую «синтетическую» бактерию. В ходе своей работы учёные синтезировали копию генома Mycoplasma mycoides, затем он был имплантирован в клетку-носитель, которая после этого оказалась полностью жизнеспособной и сохранила способность к самовоспроизведению.

Новое исследование продолжает работу Крейгера. Если ранее учёные создали цифровую модель ДНК реального организма и на её основе синтезировали молекулу, новый проект идёт дальше, используя оригинальный код ДНК. Учёные значительно переработали его, прежде чем синтезировать и проверить работоспособность.

Исследователи начали с оригинального генома C. crescentus, который содержит 4000 генов. Как и у любых живых организмов, большая часть этих генов не несёт никакой информации и является «мусорной ДНК». После проведённого анализа учёные пришли к выводу, что только около 680 из них необходимы для поддержания жизни бактерии в лаборатории.

После удаления «мусорной ДНК» и получения минимального генома C. crescentus команда продолжила работу. Для ДНК живых организмов характерно наличие встроенной избыточности, заключающейся в том, что синтез одного и того же белка кодируется различными генами в нескольких участках цепи. Исследователи заменили более 1/6 из 800 000 букв ДНК в ходе оптимизации по удалению дублирующего кода.

«Благодаря нашему алгоритму мы полностью переписали геном в новую последовательность букв ДНК, которая больше не похожа на исходную», — говорит Бит Кристен, соведущий автор исследования. «При этом биологическая функция на уровне синтеза белка осталась без изменений».

Чтобы проверить, будет ли полученная цепочка работать должным образом в живой клетке, исследователи вырастили штамм бактерий, которые имели в своём ДНК как естественный геном Caulobacter, так и сегменты искусственного генома. Учёные выключали отдельные естественные гены и проверяли способность их искусственных аналогов выполнять ту же биологическую роль. Результат оказался достаточно впечатляющим: около 580 из 680 искусственных генов оказались работоспособными.

«Благодаря полученным знаниям мы сможем улучшить наш алгоритм и разработать новую версию генома 3.0», — говорит Кристен. «Мы полагаем, что в ближайшем будущем создадим живые бактериальные клетки с полностью синтетическим геномом».

На первой стадии такие исследования помогут генетикам проверить верность своих познаний в области понимания ДНК и роли отдельных генов в нём, так как любая ошибка в синтезе цепочки приведёт к тому, что организм с новым геномом погибнет или будет неполноценным. В будущем же они приведут к появлению синтетических микроорганизмов, которые будут создаваться для заранее определённых задач. Искусственные вирусы смогут бороться с их естественными сородичами, а специальные бактерии будут производить витамины или лекарства.

Исследование было опубликовано в журнале PNAS.

3D-биопринтер успешно опробован на борту МКС

Государственная корпорация Роскосмос сообщает о том, что на борту Международной космической станции (МКС) успешно начат эксперимент по 3D-биофабрикации тканей.

Речь идёт о проекте «Магнитный 3D-биопринтер», который предусматривает выращивание живых тканей в космических условиях. Для этого применяется уникальная установка «Орган.Авт», созданная компанией «3D Биопринтинг Солюшенс».

Фотографии Роскосмоса

Фотографии Роскосмоса

Выращивание материала осуществляется с использованием «формативного» принципа, когда образец растёт в сильном магнитном поле в условиях микрогравитации. В перспективе эта методика может применяться, к примеру, для создания органов из доставленных на орбиту биоматериалов конкретных пациентов.

Изначально 3D-биопринтер планировалось доставить на МКС на борту пилотируемого корабля «Союза МС-10», однако при его запуске произошла авария. Дублирующий комплект аппаратуры был успешно отправлен на орбиту 3 декабря на корабле «Союз МС-11», и космонавт Роскосмоса Олег Кононенко приступил к выполнению эксперимента по «печати» живых тканей.



Сообщается, что на сегодняшний день уже получены первые результаты — в условиях невесомости создан органный конструкт щитовидной железы мыши. До конца текущего месяца сформированные ткани и образцы будут доставлены на Землю, после чего начнётся их исследование в лабораторных условиях. Результаты планируется опубликовать в начале 2019 года.

«Биофабрикацией по предлагаемой технологии можно заниматься и на Земле, однако такая установка была бы очень громоздкой и требовала бы значительных материальных и энергозатрат, — по некоторым оценкам, её энергопотребление сравнимо с небольшим городом», — говорится на сайте Роскосмоса. 

Fujifilm купит два биотехнологических подразделения JXTG за $800 млн

Компания Fujifilm Holdings заявила о намерении купить два биотехнологических подразделения японского конгломерата JXTG Holdings Inc примерно за $800 млн в связи с планами расширить бизнес в сфере здравоохранения.

REUTERS/Kim Kyung-Hoon

REUTERS/Kim Kyung-Hoon

Fujifilm стремится к расширению присутствия на рынке медицинских услуг за счёт покупки предприятий, участвующих в регенеративной медицине и фармацевтики. Также японская компания планирует увеличить масштабы существующего фотокопировального бизнеса с помощью запланированного приобретения за $6,1 млрд корпорации Xerox.

Предыдущие сделки Fujifilm включают покупку биотехнологической фирмы Cellular Dynamics International Inc из США.

REUTERS/Kim Kyung-Hoon

REUTERS/Kim Kyung-Hoon

Fujifilm сообщила о планах завершить к июню этого года сделку по приобретению всех акций в двух подразделениях JXTG по культивированию клеток — в базирующейся в Санта-Ане (Калифорния) медицинской лаборатории Irvine Scientific Sales Co и IS Japan Co.

Гендиректор Fujifilm Сигэтака Комори (Shigetaka Komori) также выразил уверенность в том, что компания преодолеет противодействие сделке по приобретению Xerox со стороны Карла Айкана (Carl Icahn) и Дарвина Дисона (Darwin Deason), акционеров-активистов, которые владеют в общей сложности более чем 10 % американской фирмы и призывают других акционеров выступить против слияния.

В России начнёт работу Агентство технологического развития

Правительство России учредило Агентство технологического развития, которое будет функционировать в форме некоммерческой организации. По словам главы Минпромторга Дениса Мантурова, агентство приступит к работе до 1 июля 2016 г. Правительство планирует выделить на обеспечение его деятельности в этом году 200 млн рублей. В дальнейшем, как заявил премьер-министр России Дмитрий Медведев, организация должна выйти на самоокупаемость.

«Сразу хочу сказать во избежание кривотолков, речь не идет о появлении ещё одного федерального органа исполнительной власти. Потому что когда говорят агентство, сразу в голову приходит ассоциация, что это новое министерство или ведомство, которое будет делить деньги. Это не так. Планируется создать некоммерческую организацию, которая в перспективе, если всё будет нормально, должна выйти на самоокупаемость», — подчеркнул Медведев на заседании президиума президентского совета по модернизации экономики и инновационному развитию.

Перечень основных задач агентства включает оказание помощи отечественному бизнесу в поиске технологий внутри страны и за рубежом, а также предоставление юридической поддержки. «При этом надо будет состыковать российских заказчиков с российскими разработчиками, то есть помочь тем, кто создаёт технологии здесь и здесь же планирует их коммерциализировать. А вот трансфер зарубежных разработок также необходим, но, конечно, в той ситуации, когда нет отечественных конкурентноспособных аналогов», — добавил премьер-министр.

В свою очередь, Мантуров сообщил, что приоритетными направлениями работы Агентства по технологическому развитию РФ станут машиностроение, строительство, фармацевтика и биотехнологии.

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥