В 2022 г. издание Science сообщило о том, что ученые собрали полный генетический набор человека, добавив недостающие детали к головоломке, почти укомплектованной два десятилетия назад. На изображении показаны выходные данные секвенатора ДНК (© NHGRI/AP Images)
Биотехнология — одна из самых быстроразвивающихся областей науки — использует знания биологии, химии, вычислительной техники, инженерии и математики для продвижения исследований, которые предвещают многообещающие медицинские открытия.
В 2021 г. биотехнологические продукты и решения всего мира принесли около 1 трлн долларов дохода, что на 34% больше, чем пять лет назад, согласно Глобальной оценочной таблице инноваций в области биотехнологии за 2021 г., в которой лидируют Соединенные Штаты.
«Соединенные Штаты определенно являются лидером в области биотехнологии на протяжении многих лет и продолжают развивать эту область», — сказала Натали Бетц, академический директор Медицинской школы Висконсинского университета в Мэдисоне.
Краеугольным камнем биотехнологии является генная инженерия — процесс, с помощью которого ученые модифицируют гены внутри живой клетки, чтобы изменить ее свойства и разработать новые продукты. (Гены состоят из ДНК, которая представляет собой молекулы, обеспечивающие инструкции для функции клетки.)
В 1988 г. США заложили основу современной генной инженерии, когда Конгресс профинансировал создание проекта «Геном человека» — международного сотрудничества по картированию и секвенированию генома человека. (Геном — это своеобразное руководство по созданию живого организма.) Значительная часть карты была завершена к 2003 г., что привело к тысячам медицинских открытий — от лечения рака до наследственных заболеваний и восстановления органов. В марте научная группа под руководством американцев завершила работу над картой генома человека.
Предлагаем вам ознакомиться с тремя новыми открытиями американских ученых, которые продвигающих биотехнологию:
Технология редактирования генов. Многие американские ученые, в том числе Дженнифер Дудна, биохимик из Калифорнийского университета в Беркли, и Эммануэль Шарпантье, биохимик и директор Отделения Макса Планка по изучению патогенов, работали над методом «редактирования» генов под названием CRISPR (группированные короткие палиндромные повторы с регулярными промежутками). Данный метод позволяет ученым изменять, включать и выключать наследственные инструкции клетки. Открытие оказало большое влияние на медицину. Оно используется в лечении ранее неизлечимых заболеваний, таких как серповидно-клеточная анемия, и для разработки новых медицинских диагностических инструментов, таких как оптогенетика, которые позволяют исследователям более глубоко изучить процессы работы мозга. В 2020 г. Дудна и Шарпантье за совместную работу над CRISPR получили Нобелевскую премию.
Синтетическая биология. Дж. Крейг Вентер, биотехнолог и ведущий исследователь проекта «Геном человека», создал первые синтетические бактерии. Геном синтетических бактерий был создан в лаборатории, а не рожден или эволюционировал из другой живой бактерии. Вслед за Вентером два ученых, Билл Баньяи и Билл Пек, объединили свои знания в области производства полупроводников и секвенирования генома для производства синтетических генов. Их компания Twist Bioscience предоставляет синтетические гены компаниям для поддержки исследований и разработок в области биотехнологии (включая создание новых продуктов, таких как антибиотики нового поколения, которых не могут обойти бактерии), а также для поддержки ученых, создающих синтетические организмы.
Регенеративная медицина. Благодаря изучению генома человека и возможностей производства организмов в лабораториях, все большее число исследователей работают над созданием тканей человека для замены частей тела. В июне 3DBio Therapeutics, компания регенеративной медицины из Нью-Йорка, объявила, что создала новое ухо для девушки, родившейся с неполностью развитым ухом. Компания использовала собственные клетки молодой женщины для создания уха с помощью технологии 3D-печати, а затем имплантировала его под кожный лоскут в том месте, где оно должно было находиться. Поскольку имплантат использует клетки хозяина, снижается риск отторжения нового уха организмом. Имплантат считался первым успешным медицинским применением технологии тканевой печати и большим достижением в области тканевой инженерии.
Статья внештатного автора Бары Вайды.
