Отиди на
Форум "Наука"
Р. Теодосиев

Биоинженерство или новата еволюция

Recommended Posts

Преди 12 минути, ramus said:

кое точно - че не го разбирам така написано

Това : Ако допуснем, живот е продукт на земни процеси, изцяло от неживо към примитивни бактериоподобни, то началните контролирани синтези са могли да бъдат и под друг запис и разчитане,намножаване с по различни нукл.киселини т.е. не както е в момента при най примитивните бактерии.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Редактирано от Last roman

Share this post


Link to post
Share on other sites

Учените създадоха нови хибриди от изкуствени и живи клетки

Oxford Science Blog

Екип от Имперския колеж в Лондон успя да направи нещо доста необичайно - създаде изкуствени клетки като вгради живи клетки в тях, съобщава IFLScience.

Въпреки че това изглежда като първата стъпка в създаването на някаква звучаваща фантастично изкуствена, подобрена форма на живот, истинската цел на учените е далеч по-непосредствена и практична. Вграждането им в изкуствени обвивки може да позволи на клетките да работят защитени от неблагоприятни условия.

Изкуствените клетъчни конструкции всъщност не са нови. Използвайки разнообразие от инженерни материали, те обхващат редица биологични компоненти в себе си, включително набор от ензими, жизненоважни за клетъчната обработка.

Новата новина в това проучване, публикувано в Scientific Reports, е, че за първи път цели клетки са затворени в изкуствени. В същото време ензимите, които се намират в обвивката, работят с живите клетки, за да произведат нови химични вещества, едното от които е боядисано флуоресцентно.

Екипът създава изкуствени клетки от капчици с определени размери с еластично покритие, в които имплантира с живи клетки - от бактерията Е. coli до лимфоцити и проби от карцином.

За да изпробват устойчивостта им, изследователите ги потапят в силно концентриран меден разтвор, нещо, което нормално би унищожило всички клетки. Гореспоменатите флуоресцентни светлини са знак за екипа, че всичко е наред.

Наистина клетките продължават да съществуват в продължение на няколко дни и дори успяват да се възпроизвеждат в рамките на своите плътни мембрани.

1524136486_8_559x*.jpg

1524136501_2_559x*.jpgСхеми на новите синтетично/живи хибриди. Elani et al./Scientific Reports

Трябва да се отбележи обаче, че тези "хибридни структури" не са пасивни обекти с силни защитни характеристики.

Статията на екипа изследва възможността те да бъдат биоинженерни "меки микромашини" по поръчка, които могат да изпълняват различни функции.

Няколко други проучвания вече предоставят доказателства, че концепция е ефективна при доставянето на лекарства, убиващи рака. Тя има значим потенциал при различни медицински случаи - от биосензори и диагностициране на болести, до изпращане на всякакви лекарства, отстраняващи имунната реакция или патогените.

Създаването на тези клетки натрапва аналогията с еволюцията на еукариотите. Тези сложни клетки се появяват от поглъщането на други форми на живот - от фотосинтезиращите хлоропласти до митохондриите, генериращи енергия - всички те някога били свободни живи същества, кооперирани от по-голяма единица и трансмурирани в специализирани органели. Това ново изследване представлява по-скоро феноменален антропогенен паралел, като изкуствените клетки капсулират живи клетки, които след това поемат ролите на самите органели. 

http://nauka.offnews.bg/news/Novini_1/Uchenite-sazdadoha-novi-hibridi-ot-izkustveni-i-zhivi-kletki_106637.html

  • Харесва ми! 2

Share this post


Link to post
Share on other sites

Хроника на синтетичната биология

Изкуствени белтъчни тела (протеини)

През 2004 г., след около 4 милиарда година след появата на първите в света полинуклеотидни и полипептидни вериги, техните потомци от Медицинския институт Хауърд Хюз в Университета на Вашингтон, под ръководството на Дейвид Бейкър (David Baker) синтезират първия изкуствен протеин Top7. За разлика от природата, която действа по метода на пробите и грешките, учените първо са моделирали белтъка на компютър от последователности от аминокиселини до триизмерна структура на молекулата, а след това по чисто химически начин, без гени и рибозоми са синтезирали последователността от няколко десетки аминокиселини.

РНК и ДНК святКомпютърно генерирано изображение на изкуствения протеин, Top7. 
Илюстрация: Gautam Dantas/University of Washington

Но свойствата на протеините се определя не толкова от техния химически състав, колкото от тяхната триизмерна молекулна структура. Възпроизвеждането на процеса, с който се справя живата клетка в продължение на няколко минути, синтезирайки хиляди или дори десетки хиляди молекули в същото време, за групата от учени са необходими години. Само моделирането на фолдинга - огъването на молекулата на белтъка в триизмерна структура, ще отнеме около сто години компютърно време за изчисления. За да се ускорят сложните изчисления, изследователите използват софтуер за разпределени изчисления.

Първият синтетичен вирус

През 2002г. група от изследователи от Държавния университет на Ню Йорк под ръководството на Екард Вимер (Echard Wimmer) създават първия синтетичен вирус . В действителност, този вирус е в много отношения полусинтетичен. Той е реплика на природния полиомиелитен вирус.

РНК и ДНК святПолиомелитен вирус, създаден от хората
Илюстрация: bbc

Според изследователя Jeronimo Cello, вирусът на полиомиелит, сглобен в лабораторията е един от най-простите познати вируси - "Това беше много лесно да се направи". Този вирус съдържа само три гена, които кодират белтъците, необходими за възпроизвеждане: на тези белтъци, причиняващи разкъсване на клетъчните стени на заразения.

Може да се каже, че вирусът на Уимър е полуизкуствен -За синтезата на вирусната РНК групата на Уимърr използват естествени клетъчни ензими; за синтеза на протеините - екстракти от живи клетки, съдържащи компонентите, необходими за синтеза и сглобяването на вируса : рибозоми, ензими, нуклеотиди, аминокиселини, транспортни РНК и др.

Бактериофаги

През ноември 2003 г., изследователски екип от Института за алтернативни биологични източници на енергия под ръководството на Крейг Вентър (Craig Venter) обявиха, че са реконструирали бактериофаг φX174 с пръстенова едноверижна ДНК, която съдържа 11 гени в последователност от 5386 нуклеотиди. Вирусът е сглобен само за две седмици.

Едно от най-очевидните приложения на синтетичните вируси е създаването бактериофаги, способни да убиват бактериите. Тези вируси са по-добро средство за борба с инфекциите, отколкото антибиотиците. Напълно синтетични или генномодифицирани вируси могат да бъдат използвани за доставяне на гени в хромозомата при генното инженерство срещу генетични заболявания.

Вирус, отпечатан с 3D-принтер

РНК и ДНК святСинтетичният вирус PhiX174 създаден от Autodesk Илюстрация: recode.net

Буквално тези дни (5.05.2014г.) излезе съобщение, че компанията Autodesk, че от миналия месец е започвала да произвежда синтетични Phi-X174 бактериофаги, вирус, който заразява бактерии с Е. коли, което е напълно безвредно за хората. Уникалното е , че това е вирус, отпечатан с 3D-принтер.

Така синтетичната биология и биотехнологиите дават сериозна заявка като бъдеща индустрия. Разбира се, въвеждането на тези инструменти в ръцете на повече хора носи рискове. Докато учените виждат голям потенциал за създаване на нови лекарства, ваксини и наноматериали, има и такива, които биха се опитали да ги използват за създаване на биологични оръжия.

 

Създаден е организъм с извънземно ДНК

Наскоро (7 Май, 2014г.), списание Nature и Scientific American обявиха за създаването на жив и способен да се възпроизвежда организъм с ДНК имаща три вместо две двойки бази. Това е успех на изследователска група от Калифорния, Scripps Research Institute, ръководена от Флойд Ромсберг (Floyd Romesberg), която работи вече 15г. по този проект.

РНК и ДНК святДобавянето на нови букви в "Азбуката на живота" би могло да даде възможност на биолозите за значително разширяване на спектъра от протеини, които те биха могли да синтезират.  Credit: National Nanotechnology Initiative. 

"Животът на Земята в цялото му разнообразие е кодиран от само две двойки бази на ДНК: A-T и G-C"' - каза Ромсберг, имайки предвид азотистите бази аденин и тимин и гуанин и цитозин. "Но ние сме създали организъм, които стабилно съдържа освен тези две двойки и трета, неестествена двойка бази", - подчерта той.

Според Ромсберг " това показва, че съхраняването на генетичната информация има и други възможни решения', различни от традиционната ДНК. "Разбира се, това ни води до биологията на разширеното ДНК, която ще има много невероятни приложения - от нови лекарства за нови видове нанотехнологии." - каза ученият.

Изследванията се провеждат върху ДНК на Ешерихия коли. Към двете двойки бази на ДНК, е добавена още една, изкуствено синтезирана, обозначена с буквите X и Y.

Този резултат пробив веднага предизвика голям интерес от експерти от цял свят. Потенциалните приложения на технологията включват вкарването на токсична аминокиселина в протеин, като се гарантира, че тя ще убива само раковите клетки, както и разработването на светещи аминокиселини, които биха могли да помогнат на учените да проследяват биологични реакции под микроскоп.

Стивън Бенър,от Швейцарския федерален технологичен институт в Цюрих, се изказа, че не вижда причина защо да не е възможно да се създаде и  изцяло синтетичен организъм. "Аз не мисля, че има някаква граница", казва той. 

Синтетичната бактерия Mycoplasma

РНК и ДНК святСнимка: J. Craig Venter Institute. РНК и ДНК свят

Синтетичната Mycoplasma mycoides JCVI-syn1 или "Синтия" - Първата изкуствена бактериална клетка.

Илюстрация: clarin.com

През 2006 г. Институтът Крейг Вентър (JCVI), организация с нестопанска цел геномни изследвания, оглавявана от нобеловия лауреат Хамилтън Смит (Hamilton O. Smith) и включваща прочутия ДНК-изследовател Крейг Вентър и микробиолога Клайд А. Хатчисън III (Clyde A. Hutchison III) , подава документи за патент за предварително проектиран частично-синтетичен вид бактерия от рода Микоплазма (Mycoplasma), получена от генома на Mycoplasma genitalium.

Този пробив в областта на биологичните патенти е препятстван от правозащитната организация Action Group on Erosion, Technology and Concentration.(ETC Group) .

На 20 май 2010г. изследователи от Института Крейг Вентър публикуваха резултати, описващи успешното приключване на строителството на първата самовъзпроизвеждаща се синтетична бактериалната клетка. Екипът синтезира 1080000 базови двойки хромозоми, получена от генома на Mycoplasma mycoides и наречена от екипа "синтетична Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0". Групата ETC от Канада я наричат "Синтия".

РНК и ДНК свят

Сглобяването на синтетичния M. mycoides геном в дрожди. Схема от Gibson, DG, JI Glass, и др.. 2010. Създаване на бактериална клетка се контролира от химически синтезиран геном. Science, Публикувани онлайн 20 май, 2010.

Илюстрация: Институт Крейг Вентър

Това е синтетична клетка, с компютърно проектиран геном. Геномът е почти точно копие на естествения си аналог, само с няколко отстранени несъществените гени и малък брой грешки при последователността, които не засягат функциите на организма. Добавени са четири специални последователности с "воден знак" за се разграничи от оригиналната версия. Поредиците съдържат скрит код от имена и изречения, заедно с линк и имейл адрес, за кандидат-декодери

Проект "Минимален геном"

Екипът започна с бактерията Mycoplasma genitalium —условно-патогенен обитател пикочополовите пътища. Геномът на  M. genitalium се състои само от 482 гени , съдържащи 582 970 базови двойки , разположени на кръгова хромозома - това е най-малкия известен геном на естествен организъм. Внимателно, един по един, изрязвайки гените на хромозомата на M. гениталиум, изследователите са открили, че истински необходими за съществуването на бактерията са само 382 гени. Това усилие е известно като Minimal Genome Project.

Проектът е финансиран от специален грант (безвъзмездна помощ) от Министерството на енергетиката на САЩ в размер от 3 млн. долара. Смята се, че синтетичния геном струва около 40 милиона долара, а Инситутът Вентър досега е привлякъл общо над 110 милиона в инвестиции. Очаква се бъдеща сделка с Exxon Mobil за 300 милиона долара за изследвания за разработка на водорасли за дизелово гориво.

"Направи си сам" клетка

Учени от университета Рокфелер в Ню Йорк, водени от Албърт Либхабер (Albert Libchaber) и Винсент Нуаро (Vincent Noirot) и подходиха към проектирането на изкуствена клетка по друг начин - те не намаляват съществуващите гени, а конструират клетката "на чисто". Теоретично, всички компоненти на действащ модел на клетката могат да бъдат синтезирани от прости органични молекули, но е по-лесно да се вземат части от живи източници.

РНК и ДНК свят

Изкуствените клетъчни везикули, съставени от пореста фосфолипидна мембрана, в чиято ДНК са проложени фрагменти от гени на светулка, могат да светят в зелено. Тази светлина е доказателство, че вътре в изкуствените клетки става синтез на протеини.

Снимки: „Наука и жизнь“

Либхабер и колегите му подготвили разтвор, съдържащ рибозомиа и някои химически вещества, които се намират в клетките на Е. коли. Вместо пълния геном те създават само малки плазмиди. След това те заключили гените и молекулите в изкуствена двуслойна фосфолипидна мембрана.Установили, че тези мехурчета са в състояние да живеят поне няколко часа

В един от гените добавени от изследователите в плазмидите бил кодиран протеин, образуващ пори в мембраната. Протоклетките четяли този ген, строили молекули, съответстващи на протеина и ги вкарвали в мембраната. Образуваните пори позволявали на аминокиселини и други малки молекулиа да проникнат вътре в протоклетките, но не изпускали плазмидите и другите големи молекули.

За да следят на производството на нови протеинови молекули, учените добавили в плазмида ген, взет от светулка. Протоклетката светела със студена зеленикава светлина. Либхабер не нарича своето творение жив организъм, а предпочита термина "биореактор". Преходът от биореактора към истински жив организъм изисква още - трябва да се добави поне един ген, който да осигури възможност на биореакторите да се разделят на нови биореактори.

E. coli произвежда лекарства по поръчка

Най-ефективното антималарийно средство понастоящем в употреба се нарича артемизинин, който действа срещу най-смъртоносните причиняващи малария видове Plasmodium falciparum , включително и срещу мултирезистентни форми. Активната съставка в артемизимина се произвежда предимнно от екстракт от растението Artemisia annua (едногодишен пелин) и добивът му струва скъпо, а синтетичния му вариант не е по-евтин.

Джей Каслинг (Jay Keasling), ръководител на Националната лаборатория Лорънс в Бъркли, отдел за синтетична биология, заяви, че очаква да намали разходите за производството на артемизимин с 30-60%. като със средствата на генното инженерство.

Каслинг в лекция пред Medical School в Станфорд, през януари 2010г., изненадващо за аудиторията си съобщава "ние решихме, че ... можем да проектираме химически завод вътре в микроб, който да произвежда [артемизинин]." Схемата е проста: тъй като метаболитния път за синтезиране на лекарството в A. annua  е ясен, то трябва да сме в състояние да го пуснем в друг по-лесно култивиран организъм да бълва необходимото ни съединение в големи количества. 

 

РНК и ДНК свят

Илюстрация: discovermagazine

Точно това направили Каслинг и екипа му, те вградили в E. coli сложна верига от гени на растението Artemisia annua (пелин) и дрожди. Модифицираните дрожди произвеждат прости захари до киселина, нетоксичен предшественик на артемизинин.Това генетично инженерство може да се окаже от голяма полза за болните от малария в световен мащаб. Работата е финансирана от фондацията на Бил и Мелинда Гейтс, Amyris Biotechnologies и Института OneWorld Health 43,0 милиона щатски долара за този проект.

Според Каслинг в продължение на три години е бил в състояние да се увеличи добива на лекарството милион пъти. "Още малко - и ние ще можем да произвеждаме "коктейл" на основата на две производни на артемизинина на цена 10 пъти по-ниска от сегашната" - смята Каслинг. Леко модифицирани бактерии, могат да бъдат много ценни за получаване на химични съединения, използвани в козметичната индустрия и най-важното - лекарството против рак - таксол.

Възторзи и съмнения

След ядрената бомба, няма друга наука като синтетичната биология и генното инженерство да предизвика такава буря с такъв широк диапазон от чувства - от възторг и надежди до страх, гняв и пълно отричане. Ето няколко въпроса:

  • В лаборатория е произведен вирус на птичия грип (H5N1):  Планираното публикуване на експеримента с последователносттите на изкуствения вирус в списание "Science" през пролетта на 2012 г. е било спряно от комисията за биобезопасност на Съединените щати. Тя първа налога мораториум върху научните изследвания. След силни протести от страна на учените, публикацията вече е освободена с редакционни промени. Обосновката за цензурата била да не се предоставя никаква информация за био-терористи, както и повторение на експериментите в недостатъчно безопасни лаборатории, които могат да предизвикат пандемия.

Колко важна свободата и нецензурираното публикуване? На кого да е позволено кога и на какви основания да поставя граници на науката?

  • Синтезиране на организми за решаване на проблемите на околната среда (биоремедиация): Крейг Вентър има планове с неговата компания Synthetic Genomics да създаде синтетични същества, предназначени за решаване на проблемите на околната среда, например: да се пречистват водата, да намаляват CO2 , токсични отпадъци, тежки метали или за производство на биогорива. Някои от организмите сякаш правят чудеса - някои гъбички могат да разрушават дори нервнопаралитични газове като силно токсичния зарин. Въпреки това, освобождаването на живи наносъщества в околната среда също създава рискове.

Сложността на взаимодействащите фактори в околната среда, е голяма: Какво може да се направи с тази непредвидимост? До колко могат да се предвидят последствията по време на експериментите?  Кой носи отговорността за екологичните системи, които принадлежат на никого и на всеки? Дали е етично да се опитаме да компенсираме щети на околната среда с нови рискове? Легитимно ли е да не се използват възможностите за биоремедиацията?

РНК и ДНК святИлюстрация: tutzinger-diskurs.de 

  • Направи си сам. Молекулярните методи в науките за живота стават все по-лесни за използване, така че да може да се изгради жива материя и от аматьори "в гараж". Чрез интернет, може да се намерят инструкции и за създаване на бактерии.  Регулаторите нямат никакво влияние върху този процес.

Какви са потенциалните опасности от аматьорската синтетична биология? Размиват ли се границите между експерти и обикновените хора? Как може да се ограничи анархията? Възможно ли е да се прави наука от аматьори ? 

  • Генетично модифицирани насекоми: Възможно е по генетичен път да се стерилизират насекоми, например комари за да се контролира маларията или други болести. В някои райони има съпротива срещу този метод. Световната здравна организация планира да се запаси с ваксини срещу връщане на полиомиелит и други вече изчезнали болести.

Възможно ли е да се налага една добра технология против волята на заинтересованото лице?Какво отличава осъзнатите решения от предразсъдъците? Колко важно е социалното приемане? 

  • Генетично "осакатена" полиомиелитна ваксина: Синтетичната биология ще открие нови възможности за борба с инфекциозните заболявания. Например, може да с помощта на "вирусно инженерство" (Synthetic Attenuated Virus Engineering, SAVE), да се създаде ваксина срещу полиомиелит, като се използват живи вируси. Техният генетичен материал може така да бъде селективно синтезиран, което да позволява по-добър контрол на ваксината. Целенасочено вградена "грешка", може да предотврати мутациите, които могат да направят вируса отново опасен. Досега е разработен само като компютърен модел в Държавния университет в Ню Йорк.

Може ли рискът да оправдае евентуалната полза? Кой трябва да каже? 

  • Човешката генетична модификация е вече факт: Все пак до появата на подвид Homo Novus, освободен от много от недостатъците на Хомо сапиенс и даже приспособен за извършване на определена работа, все още сме далеч, въпреки прогнозите. Преди това трябва да се спасят хората, които не са имали особен късмет с гените. По изчисления половината от всички хронични заболявания, които се случват на хората след 50-те им години имат наследствен характер. Предразположението към често срещани болести от артрит до язва са причинени повече или по-малко от комбинация и с различни отклонения в гените. Това е една от перспективите и задачите на генното инженерство. 

Източник:

Рукотворная жизнь, А. Чубенко

Researchers Design and Build First Artificial Protein, David Baker, PhD

First synthetic virus created, David Whitehouse BBC News

Autodesk Builds Its Own Virus, as the Software Giant Develops Design Tools for Life Itself , James Temple

First Life with "Alien" DNA Created in Lab, Ewen Callaway,Nature

First Self-Replicating Synthetic Bacterial Cell, J. Craig Venter Institute

Making anti-malarials from yeast: Jay Keasling and synthetic biology, Shah R. Ali, an MD candidate at Stanford Medical School.

Synthetische Biologie, Tutzinger Diskurs

http://nauka.offnews.bg/news/Biologiia_16/Hronika-na-sintetichnata-biologiia_405.html

  • Харесва ми! 4

Share this post


Link to post
Share on other sites

Това ми идва в повече::aggressive:

http://megavselena.bg/vnimanie-genen-doping/

Внимание: генен допинг

image.png.3ed83e6e4e8cdc0c9fb6c1a3c1ff8988.png

Мислите, че измамниците никога не просперират? Не, това определено не е така, поне в спорта. Ланс Армстронг спечели тур дьо Франс седем пъти. Мани Рамирес спечели два пъти световните серии по бейзбол, Бен Джонсън спечели олимпийски златен медал. Десетки други печелят медали от Олимпийски игри.

Разбира се, длъжностните лица в крайна сметка разбраха, че Армстронг, Рамирес и Джонсън са използвали забранени субстанции и лекарства, а много спечелили олимпийски отличия трябва да връщат медалите си. Бяха наказани и цели държави за политиката им в областта на допинга.

В не толкова отдалеченото бъдеще обаче, атлетите мамили по този начин могат да бъдат забравени, заместени от такива, които ще мамят по начин, който е още по-труден, ако не и невъзможен за хващане.
Защото идва времето на така наречения генен допинг.

Учените вече знаят как буквално да пренапишат генетичния код на човека чрез генетична модификация и редактиране на гени. Това означава, че утрешните спортисти биха могли да постигат победи и рекорди с гени, които са синтетично променени.

Как ще работи това? Помислете за момент за генетично модифицираните организми (ГМО). Вероятно сте ги срещнали в супермаркета, може би сте чели за тях. За да се променят гените на растенията, учените обикновено използват вирус, за да въведат „полезен“ ген. На теория учените могат да прилагат същия процес, за да създадат и по-добър атлет.

Например, един учен може да „инструктира“ вирус, който да вмъкне допълнителен ген, насърчаващ организма да произвежда протеина еритропоетин (ЕРО). Еритропоетинът е гликопептиден хормон, който контролира образуването на червени кръвни клетки (еритроцити) от стволовите клетки на костния мозък, в зависимост от консумацията на кислород. Така той помага за доставката на кислород към тъканите, поради което спортистите го инжектират в продължение на години, за да подобрят резултатите си.

Откриването на допълнително инжектиран ЕПО е относително лесно, поради което спортистите, подложени на редовни допингови тестове го избягват. Но откриването на излишък от ЕПО произвеждан от самия организъм, а не внасян отвън, е много по-трудно, продължително и скъпо, макар че е възможно.

Длъжностните лица ще трябва да потърсят допълнителни копия от гена на спортиста в кръвта му или чрез друга биологична проба, казва за CNN Оливие Рабин, старши изпълнителен директор по международни партньорства в Световната антидопингова агенция (WADA).

Разбира се, това може да даде резултат само ако служителите знаят как изглежда оригиналния генетичният код на спортиста, преди да бъде редактиран. В края на краищата, кой казва, че спортистът не е роден с тази „екстра“ доза ЕПО?

Става още по-сложно ако се намеси и генната редакция. За разлика от генетичната модификация, която включва добавяне на гени, при редактирането на гени един спортист няма да има никакви добавени гени, които служителите да открият.

За да се справи с проблема, WADA обмисля да поиска от всички олимпийски атлети да представят копия на пълния си генетичен код. Това обаче е определено територия нарушаваща неприкосновеността на личния живот и въпросът става още сложен, когато се знае, че някои олимпийски спортисти са още непълнолетни.

На всичкото отгоре, това няма да спре възможното генетично модифициране при всички спортове, тъй като ще имаме нужда от копия от кода на всеки състезател (не само на онези, които се състезават на Олимпиадата), за да бъде хваната генетичната модификация преди да стане реална. Нещо почти невъзможно.

Затова изследователите предлагат официални лица да обучават спортистите за етичните въпроси и за рисковете за здравето, свързани с генния допинг, докато в този си вид той все още е само теория. Дали обаче ще проработи и подобно възпитание? Все пак, ако сме научили нещо от употребата на „стандартен“ допинг, това е, че спортистите са готови да поемат невероятни рискове, за да се справят с конкуренцията и да победят.

За някои спортисти потенциалните недостатъци на генния допинг може дори да изглеждат полезни, ако може да им помогнат да постигнат слава. И засега няма открит ефективен план за да бъдат спрени."

...

Share this post


Link to post
Share on other sites

Биохибридните роботи, изградени от жива тъкан, започват да придобиват форма

Биохибриден морски охлюв готов за действие. Credit: Dr. Andrew Horchler, CC BY-ND
Биохибриден морски охлюв готов за действие. Credit: Dr. Andrew Horchler, CC BY-ND

Ако си мислите за традиционен робот, най-вероятно си представяте нещо, изработено от метал и пластмаса. Такъв тип роботи са изработени от твърди материали. Тъй като роботите поемат повече роли извън лабораторията, такива твърди системи могат да представляват рискове за безопасността на хората, с които взаимодействат. Например, ако промишлен робот се залюлее към човек, има риск от синини или нараняване на костите.

Изследователите все по-често търсят решения, които да направят роботите по-меки или по-съвместими – по-малко като твърди машини, повече като животни. С традиционните механизми – като двигатели – това може да означава използване на „въздушни мускули” или добавяне на пружини паралелно с моторите. Например, роботът Whegs има пружина между мотора и крака на колелото (wheel + leg = Wheg), което означава, че ако роботът попадне на нещо (като човек), пружината абсорбира част от енергията, така че човекът да не се нарани. Бронята на прахосмукачката робот Roomba е още един пример; тя е с пружина, така че Roomba да не поврежда нещата, в които се блъска.

Но областта на научни изследвания, които търсят по-различен подход, става все по-обширна. Чрез комбиниране на роботиката с тъканното инженерство, ние започваме да изграждаме роботи, задвижвани от жива мускулната тъкан или клетки. Тези устройства могат да бъдат стимулирани с електричество или със светлина, за да бъдат накарани клетките да се съкращават и да задвижват скелетите, към които са прикрепени, карайки робота да плува или да пълзи. Получените биоботи могат да се движат и са меки като животни. Те са по-безопасни за хората и обикновено по-малко вредни за околната среда в която работят, отколкото традиционният робот може да бъде. Както животните, те се нуждаят от хранителни вещества за захранване на своите мускули, вместо батерии, а освен това биохибридните роботи са по-леки.

 
Тъканно-инженерни биоботи върху титаниеви матрици. Karaghen Hudson and Sung-Jin Park , CC BY-ND
Тъканно-инженерни биоботи върху титаниеви матрици. Karaghen Hudson and Sung-Jin Park , CC BY-ND

Изграждане на биобот

Изследователите измайсторяват биоботите с отглеждане на живи клетки, обикновено от сърце или скелетните мускули на плъхове или пилета, върху матрици, които не са токсични за клетките. Ако субстратът е полимер, създаденото устройството е биохибриден робот – хибрид между естествени и изкуствени материали.

Ако просто поставите клетки върху монолитен скелет без никакви насоки, в крайна сметка те ще заемат случайни позиции. Това означава, че когато изследователите прилагат електричество, за да ги накарат да се движат, съкращаващите сили на клетките ще се прилагат във всички посоки, което прави устройството най-малкото неефективно.

Така че за по-добро обуздаване на енергия на клетките, учените се обръщат към микромоделирането. Ние отбелязваме или отпечатваме микролинии върху скелета, направен от вещества, към които клетките предпочитат да се прикрепят. Тези линии насочват клетките, така че докато растат, те се наместват по отпечатания модел. Когато клетките са подредени, учените могат да определят как да се прилага тяхната съкращаваща сила към субстрата. Така че вместо една бъркотия от съкращаващи се клетки, всички те могат да работят в унисон, за да преместят крака или перката на устройството.

Тъкнно-инженерен мек робот, който се контролира със светлина. Karaghen Hudson and Michael Rosnach , CC BY-ND
Тъкнно-инженерен мек робот, който се контролира със светлина. Karaghen Hudson and Michael Rosnach , CC BY-ND

Биохибридни роботи, вдъхновени от животни

Освен широка гама биохибридни роботи, изследователите са създали някои напълно органични роботи, използвайки естествени материали, като колаген от кожата, вместо полимери за тялото на устройството. Някои могат да пълзят или да плуват, когато са стимулирани от електрическо поле. Някои са вдъхновени от инженерни техники за медицински тъкани и използват дълги правоъгълни ръце (или конзоли), за да се издърпат напред.

Други са взели своите черти от природата, създавайки биологично вдъхновени биохибриди. Например, група, водена от изследователи в Калифорнийския технологичен институт, разработва биохибриден робот, вдъхновен от медузи. Това устройство, което те наричат медузоид, има ръце, подредени в кръг. Всяка ръка е микромоделирана с протеинови линии, така че клетките да растат в модели, подобни на мускулите в жива медузи. Когато клетките се съкращават, ръцете се сгъват навътре, задвижвайки биохибридния робот напред в богата на хранителни вещества течност.

Съвсем наскоро изследователите са показали как да се насочват биохибридните творения. Една група в Харвард използва генетично модифицирани сърдечни клетки, за да направи плуващ робот, вдъхновен от рибата скат. Сърдечните клетки били променени да се свиват в отговор на специфични честоти на светлината – от едната страна на робота има клетки, които отговарят на една честота, а клетките от другата страна отговарят на друга.

Когато изследователите осветяват предната част на робота, клетките там се съкращават и изпращат електрически сигнали към клетките по-нататък по тялото му. Съкращаването се разпространява по тялото на робота, премествайки устройството напред. Изследователите могат да завъртят робота надясно или наляво, променяйки честотата на светлината. Ако пуснат повече светлина на честотата, на която клетките от едната страна реагират, съкращаването на тази страна на „ската” ще е по-силно, което позволява на учените да насочат движението на робота.

Заздравяване на биоботите

Докато се правят вълнуващи разработки в областта на биохибридната роботика, все още има значително количество работа за вършене, за да се извадят устройствата от лабораторията. Устройствата в момента имат ограничена продължителност на живота и не притежават достатъчно голяма сила, което ограничава тяхната бързина и способност за изпълнение на задачи. Роботите, направени от клетки на бозайници или на птици, са доста придирчиви относно условията на околната среда. Например, температурата на околната среда трябва да бъде близо до биологичната телесна температура и клетките се нуждаят от редовно хранене с богати на хранителни вещества течности. Една от възможните мерки е да се опаковат устройствата така, че мускулите да са защитени от външната среда и постоянно да се къпят в хранителни вещества.

Друг вариант е да се използват по-стабилни клетки като задвижващи механизми. В университета Case Western Reserve, наскоро започнали да разследват тази възможност, като се обърнали към жилавия морски охлюв Aplysia californica . Тъй като А. californica живее в приливна зона, може да изпитва големи промени в температурата и солеността на околната среда в рамките на един ден. Когато има отлив, морските охлюви може да се озоват в капан в приливните басейни. Слънчевото греене може да изпари водата и температурата ще се повиши. От друга страна, в случай на дъжд, солеността на водата наоколо може да се понижи. Когато дойде приливът, морските охлюви са освободени от приливните басейни. Морските охлюви са развили много жилави клетки, за да издържат на това променливо местообитание.

Вдъхновен от морска костенурка биохибриден робот, задвижван от мускули на морски охлюв. Dr. Andrew Horchler, CC BY-ND
Вдъхновен от морска костенурка биохибриден робот, задвижван от мускули на морски охлюв. Dr. Andrew Horchler, CC BY-ND

Екипът успял да използва тъкан от Aplysia, за да задейства биохибриден робот, което предполага, че можем да произвеждаме по-здрави биоботи с използването на тези еластични тъкани. Устройствата са достатъчно големи, за да носят малък товар – с дължина около 1,5 инча и широчина един инч.

Друго предизвикателство в разработването на биоботите е, че в момента на устройствата им липсва каквато и да е бордова контролна система. Вместо това, инженерите ги контролират чрез външни електрически полета или светлина. За да се развият напълно автономни биохибридни устройства, ще имаме нужда от контролери, които взаимодействат директно с мускулите и осигуряват сензорни входове към самия биохибриден робот. Една от възможностите е да се използват неврони или групи от неврони, наречени ганглии, като органични контролери.

Това е още една причина, поради която използването на Aplysia е вълнуващо. Този морски охлюв е моделна система за невробиологични научни изследвания в продължение на десетилетия. Вече се знае много за връзките между неговата нервна система и мускулите, което означава, че бихме могли да използваме неговите неврони като органични контролери, които казват на робота по какъв начин да се движи и да му помогне да изпълнява задачи, като например намирането на токсини или да следва светлина.

Докато тази област все още е в начален стадий от развитието си, изследователите предвиждат много интригуващи приложения на биохибридните роботи. Например, малките устройства, използващи тъкан на морски охлюв, могат да бъдат пуснати на рояци във водни съоръжения или в океана, за да търсят токсини или спукани тръби. Благодарение на биологичната съвместимост на устройствата, ако се счупят или бъдат изядени от дивите животни, тези екологични сензори теоретично не биха представлявали същата заплаха за околната среда, както биха били традиционните роботи.

Един ден могат да бъдат произведени устройства от човешки клетки и да се използват за медицински приложения. Биоботите могат да осигурят таргетирана доставка на лекарства, отстраняване на съсиреци или като стентове. Чрез използването на органични субстрати вместо полимери, такива стентове могат да бъдат използвани за укрепване на слаби кръвоносни съдове, за предотвратяване на аневризми – а с течение на времето устройствата ще бъдат реорганизирани и интегрирани в тялото. Отвъд дребномащабните биохибридни роботи, които се разработват в момента, продължават изследванията в тъканното инженерство, например опити да се създадат съдови системи, които може да отворят възможност за отглеждане на големи роботи, задействани от мускули.

https://nauka.bg/biohibridnite-roboti-izgradeni-ot-zhi/?fbclid=IwAR0fC3thjcDpH-YlYIUq9tkZYMc_Zl0wePfxMwXjrTBaRSfkXBTvcqrRLgY

  • Харесва ми! 3

Share this post


Link to post
Share on other sites

ЧАКАЙТЕ ЧАКАЙТЕ!  Какво е това информационно наводнение?  и всичко е интересно!  :)
Дайте да го сортираме по различни теми?

Например:

-Асистирана еволюция

-Микромашини

-инфо-био техника

-киборги или  полукиборги

-медицински приложения

-био производство на нови /и стари/ материали

Възможно ли е да отворим тези и други теми и авторите на постингите сами да ги преместят в съответната тема?

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
 
 
 
 
 
 

Не е само в Китай: И Университетът в Харвард призна, че редактира човешки гени (видео)

Сперма. Снимка: Wikimedia Commons

След ожесточените дебати около един скорошен експеримент в Китай, за който се твърди, че са създадени близнаци, чиито гени са променени, за да ги предпазят от ХИВ, добре е да се знае, че и в Харвардския университет се правят изследвания за подобряване на следващото поколение хора, съобщава MIT Technology Review.

Вернер Нойхаусър (Werner Neuhausser), специалист по ин витро (IVF) в Института за стволови клетки в Харвард, твърди, че планира да започне да използва CRISPR, инструментът за редактиране на гени, за да промени ДНК кода в клетките на сперматозоидите. Целта е да се разбере дали е възможно да се създадат бебета с IVF с много по-малък риск за заболяване от болестта на Алцхаймер по-късно в живота им.

За да е ясно, експериментите не включват ембриони - няма опит да се направи бебе. Все още. Вместо това, изследователите се опитват да променят ДНК в сперматозоидите, събрани от клиниката по инвитро в Бостън.

Това все още е много базово и непубликувано изследване.

И все пак целта на проекта е сходна на работата в Китай и повдига същия основен въпрос:

Иска ли обществото деца с гени, приспособени да предотвратяват заболяванията?

Откакто бе обявено съществуването на бебета с редактирани гени с технологията CRISPR, медицински органи и експерти жестоко осъдиха отговорния за проекта китайски учен Хъ Циянкуи. Съществуват доказателства, че експериментите му, които вече са прекратени, са проведени по неетичен, измамен начин, който може да застраши децата, които е създал. Китайският заместник-министър на науката и технологиите Сю Нанпин (Xu Nanping) заяви, че тези действия "пресичат морала и етиката и са шокиращи и неприемливи".

На фона на осъждането обаче, най-важното бе, че технологията за промяна на наследствеността е реална. Тя се усъвършенства много бързо, има характеристики, които ще я направят безопасна и може да бъде оправдана скоро за много по-широко използване за създаване на генно модифицирани деца.

Това бе посланието, изнесено на конференцията за генно редактиране в Хонконг в сряда, 28 ноември, от декана на Харвардския медицински факултет Джордж Дейли (George Daley) (във видеото започва в 1:15:30).

Проектът на Харвард

Може да се използва редакция на зародишната линия, коментира Дейли - и евентуално би трябвало да се използва - за оформяне на здравето на утрешните деца. Чрез редактирането на зародишните клетки, ще бъде възможно да се отстранят мутациите, които причиняват рак в детска възраст или муковисцидоза. Други генетични редакции биха могли да дадат на децата защита срещу често срещани заболявания. Списъкът на потенциално приемливите гени за Дейли, които трябва да се редактират, е и CCR5 - самият ген, който бе променен в китайските близнаци.

В Харвард, заяви Дейли, че Нойхаусър и изследователят Денис Вон (Denis Vaughan) ще започнат да редактират сперматозоиди, за да променят ген, наречен ApoE, който е силно свързан с риска от Алцхаймер. Ако един човек наследи две копия на високорисковата версия на гена, има около 60% вероятност да получи болестта на Алцхаймер.

За да се промени ДНК в сперматозоидите, екипът използва нова версия на CRISPR, наречена "редакция на базите" (base editing), разработена от друг учен от Харвард Дейвид Лиу (David Liu). Вместо да отрязва участъци от двойната спирала, базисната редакция може да замени една генетична буква от, да речем, G към А. Едно такава молекулна подмяна е достатъчно, за да превърне най-рисковата версия на гена АроЕ в най-малко рискованата.

Това, което плаши

"Но къде всъщност е рискът? Че Нойхаусър никога не е искал да разкаже какво става в неговата лабораторията", коментира авторът на статията в MIT Technology Review Антонио Регаладо (Antonio Regalado).

Липсата на прозрачност е една от причините, поради които китайският експеримент е толкова тревожен. Това бе направено тайно и те пренебрегнаха китайските закони, забраняващи подобна практика. "Проблемът е, че това ще направи нещата много по-трудни за всички останали, които следват правилата, ако напреднат толкова далеч без съответните одобрения", отбелязва НойхаусърНойхаусърНойхаусър. "Това е основната грижа. Не мисля, че изследването е противоречиво, но всеки ще се съгласи, че за момента не трябва да се крие от пациентите."

Дебатът вече привлече вниманието на регулаторите. Скот Готлиб (Scott Gottlieb), ръководител на Американската администрация по храните и лекарствата, вчера написа в Twitter, че "някои приложениа на науката трябва да се считат за незаконни и учените да бъдат изгонени. Използването на CRISPR за редактиране на човешки ембриони или клетки на зародишната линия трябва да бъдат изхвърлени". В интервю за BioCentury Готлиб посочи, че трябва да се прилага ограничение, ако клетките са "за размножаване".

Точно сега, Готлиб не може да изгони хора като Нойхаусър, които правят базисни изследвания. Но редактирането на сперматозоидите, подобно на миниатюрните ин витро ембриони, не е много законно в САЩ. Но това може да уплаши учените, да направи работата им по-трудна и да ги накара да продължат работата си в чужбина.

Нойхаусър вече работи под много ограничения. Публичното финансиране за изследване на ембриони от Националните институти по здравеопазване е забранено. В Масачузетс, за разлика от някои други щати, също е незаконно да се редактира ембрион само за да се изследва.

Това означава, че ако дойде време да се изпробва CRISPR спермата, за да се направи ембрион, изследването ще трябва да е далеч от Бостън. Нойхаусър посети Китай миналия месец, за да проучи възможностите за създаването на ембриони за изследване там. 

Засега ApoE е пример за лабораторен опит да се тества технологията и нейния потенциал. Все още не е сигурно дали промяната на този ген ще промени риска за детето да получи болестта на Алцхаймер по-късно в живота си. Все още няма доказателство, че ApoE е причината. "Това е един от основните рискови фактори за болестта на Алцхаймер, въпреки че никой не е показал причинно-следствена връзка", пояснява Нойхаусър. "Въпросът е да покажем принципа."

Но намаляването на риска от болестта на Алцхаймер през целия живот на новороденото ще бъде огромен прогрес.

Запазване на вида

"За лечение или предотвратяване на болести, почти всички са съгласни", коментира Нойхаусър.

Малък процент хора мислят, че използването на технологията за увеличаване на ръста или промяна на цвета на очите като добра идея. Нойхаусър признава, че някой може да направи и това в крайна сметка. "Както всяка технология, ще има злоупотреби", коментира ученият. "Но е важно да се върнем към един рационален подход, признавайки, че това има огромен потенциал и огромни рискове. Проблемът е, че когато хората се уплашат, нещата спират".

За тези, които искат да сложи край на тази линия на изследване, лекарите от Харвард имат един последен коз. Те казват, че редактирането на зародишните линии е важна технология, която може да спаси цивилизацията.

Какво ще стане, ако се появи нов вирус-убиец? Може би няма да имаме ваксина, но някои хора ще могат да му се противопоставят благодарение на гените си, както някои са се справили по-добре с  бубонната чума през средновековието. Не бихме ли искали да дадем генетичен антидот на всички членове на следващото поколение?

"Това е технология, която може да спаси вида, потенциално", казва Нойхаусър. В речта си в Хонконг Дейли посочи и потенциалната защита срещу бъдещи болести.

"Ние като вид трябва да запазим възможността да се изправим пред бъдещи заплахи, да поемем контрол", заяви деканът на Харвардския медицински факултет Джордж Дейли.

  • Харесва ми! 1

Share this post


Link to post
Share on other sites

Регистрирай се или влез в профила си, за да коментираш.

Трябва да имаш регистрация, за да може да коментираш.

Регистрирай се!

Регистрацията на нов акаунт в нашата общност е много лесно!

Нова регистрация!

Вход

Имате регистрация? Влезте от тук.

Вход

За нас

Всяка помощ за нас е ценна и се надяваме с общи усилия да успеем да поддържаме това място на научни дискусии живо. Форум "Наука" е сред малкото активни форуми в България, изключително полезно и нужно място за свободна обмяна на мисли и знания.

baner_event_marco

За контакти:

×