Топ-5 открытий в биологии за 2021 год

Плохое случается быстро, а хорошее накапливается долго, считает известный нейропсихолог Стивен Пинкер. Пока весь мир составляет рейтинги главных публичных скандалов, опаснейших экономических трендов и худших политических решений 2021 года, позитивные изменения, происходящие здесь и сейчас, часто остаются незамеченными. Но не в этот раз. Reminder вместе с генетиком Александром Колядой подводит научные итоги года, которые немного приблизили лучшее будущее.

Искусственный интеллект изучил для нас трехмерную структуру белков

В молекулярной биологии все очень маленькое, и большинство исследователей никогда не видят, с чем работают. А многие даже не представляют, какой формы те молекулы, которым они посвятили всю жизнь. Структура белка записана в его последовательности — это значит, что вам достаточно прочитать ДНК, чтобы сказать, как будет выглядеть белок, который в ней закодирован. Но это в теории. На практике такое удается редко. Это все равно что попробовать нарисовать шкаф из ИКЕА, когда перед вами лишь набор деталей для его сборки. В уходящем году эту задачу поручили программам под управлением искусственного интеллекта — RoseTTAFold, разработанной в Институте дизайна белка Вашингтонского университета, и AlphaFold, созданной компанией DeepMind. Первая расшифровала структуры сотен белков из класса распространенных лекарственных «мишеней» — молекул, воздействие на которые может остановить развитие конкретной болезни. Вторая проделала то же самое с 350 тысячами человеческих белков — это 44% всех, что есть в нашем теле. 

Зачем это надо? От структуры белков зависит, как они работают и с чем взаимодействуют. Не понимая структуры, мы этого часто не знаем. Например, у вас есть новое лекарство и вам нужно предсказать, с какими белками оно будет взаимодействовать, выдавая нужный эффект, а с какими даст побочные эффекты. Так что в ближайшем будущем это открытие принесет нам новые лекарства. А в отдаленном — можно будет оцифровать клетку полностью и наконец понять, что с ней происходит в каждый момент времени.

Выделена и секвенирована ДНК из грязи

О прошлом нашего вида мы узнаем сейчас в основном благодаря анализу ДНК. Если выделить ДНК из костей древних людей, то по ней можно определить их этническую группу, родственные связи и даже примерный возраст на момент смерти. Но что, если костей нет? В этом году удалось выделить ДНК из грязи с биологическим материалом (экскрементами и остатками тканей). Раньше такое уже делали, но не для изучения древней ДНК, а в криминалистике и при поиске следов инфекций. Теперь биологи и биоинформатики смогли не только идентифицировать ДНК, выделенную из грязи в пещере на севере Мексики, но и полностью воссоздать по ней геном двух медведей, живших во времена верхнего палеолита. Для тех, кто изучает медведей, это источник новых данных об их эволюции. А для нас с вами — шанс раздвинуть горизонты знаний о себе. 

Зачем это надо? Мы очень мало знаем о нашем эволюционном прошлом. А от него зависит понимание того, кто мы такие. Однажды по остаткам сахаров в зубах неандертальцев мы определили, что древние люди еще десятки тысяч лет назад начали использовать ромашку для лечения зубов. Возможно, теперь нам удастся полностью восстановить быт древнего человека и изучить его рацион, знахарские практики и религиозные ритуалы?

Разработаны таблетки от коронавируса

Это два препарата — Molnupiravir от Merck и Paxlovid от Pfizer. Как они работают? Чтобы поразить организм, коронавирусу нужно быстро распаковать в клетке свою генетическую информацию и считать с нее все гены, пока его не заметили агенты хозяина. А вирусная РНК должна быть максимально короткой, чтобы помещаться в вирус. Для компактности и скорости вирус синтезирует один длинный белок и уже затем разрезает его на маленькие фрагменты с разными функциями. Вот тут в процесс и вмешивается Paxlovid: он блокирует работу «ножниц», которыми вирус разрезает белок, и не дает вирусу развернуть фабрику по производству своих клонов в клетке. У Molnupiravir другой принцип действия: он мешает вирусу копировать свою РНК без ошибок. В результате вирус начинает допускать при копировании много «опечаток», и его размножение останавливается. 

Зачем это надо, понятно и без объяснений. Сами по себе эти подходы не новы. Они уже использовались в лекарствах от ВИЧ, гепатита и вируса Эболы. Но каждый вирус требует своего лекарства — и в пандемию такие таблетки очень кстати.

«Экстази» стало лекарством от ПТСР

Точнее, MDMA — так официально называется это психоактивное соединение. После десятков лет запрета на использование в психотерапевтических целях оно преживает настоящий ренесанс. (В России MDMA входит в перечень запрещенных наркотических средств. — Reminder.) Сначала в Великобритании его предложили использовать для лечения алкоголизма, а в этом году в США молекула показала эффективность в терапии ПТСР. Исследования еще не закончены, но предварительные данные выглядят многообещающе. Надо понимать, что терапия MDMA — это не рекомендация «закинуться кристаллом» и пойти на рейв. Пациенты принимали препарат перед психотерапевтической сессией, и именно в комбинации с психологической работой при участии терапевта он давал эффект. 

Зачем это надо? ПТСР — распространенная проблема, но успех в лечении этого расстройства с помощью MDMA — только начало возрождения научного интереса к психоактивным веществам, на которые в свое время навесили ярлык, даже не успев как следует изучить их влияние на организм. Возможно, среди них обнаружится немало лекарств и даже ноотропов.

Редактирование генов методом CRISPR протестировано на людях

В этом году достигнут большой прогресс в лечении двух генетических заболеваний: наследственного транстиретинового амилоидоза и врожденного амавроза Лебера. Оба вызваны мутациями, которые приводят к накоплению неправильных белков в нервах. В первом случае это заканчивается смертью, во втором — приводит к проблемам со зрением. Для решения этой проблемы компания Intellia Therapeutics разработала CRISPR-препарат, который представляет собой липидные наночастицы, несущие систему для редактирования мутантного гена. Если ввести его больным людям в кровь или в сетчатку глаза, молекулярная машинерия сможет исправить поломку и уменьшить симптомы болезни. 

Зачем это надо? Речь идет о редких заболеваниях, названия которых даже не выговоришь с первого раза. Но главный вывод из произошедшего — генная терапия реально работает. Пока она тестируется на редких генетических патологиях, но как только наберется достаточно удачных прецедентов и мы лучше овладеем технологией, очередь дойдет и до распространенных болезней. Перспективы огромные: в аптеках будут доступны препараты не просто для лечения, а для предотвращения многих заболеваний. И конечно же, для генной терапии старения, у которой много уже известных генетических «мишеней».