В повестке дня – динамическая геномика

Увеличение плотности клеток в раковом узелке молочной железы. Фото Physorg

Классик уверял, что «все врут календари». Сегодня пальму первенства перехватывают хранилища данных (Big Data), полученных в ходе секвенирования, или чтения геномов. По крайней мере так говорят специалисты одной из геномных фирм со штаб-квартирой в штате Массачусетс, опубликовавшие статью в журнале Science. Они обращают внимание и на источник ошибок, связанный с «сонификацией», или обработкой ДНК перед началом «чтения» ее последовательности с помощью ультразвука. Следствием этого становится окисление одной из букв генетического кода. В результате «окисел» начинает вести себя как другая «буква». (В качестве лингвистического аналога можно привести историческое «аканье» москвичей, в результате чего писавшиеся в петровские времена «оптека» и «Оральское» море теперь пишутся через «а».) 

На сегодня имеются две огромные базы данных, обозначаемые как «1000 геномов» и «Атлас раковых геномов», которые засорены ошибками на 41 и 73% соответственно. Ошибки представляют собой технологические «мутации», поэтому авторы статьи в Science предлагают после «дробления» ДНК добавлять к ней фермент ее починки-репарации, чтобы восстановить исходные последовательности. Недаром они назвали свою статью «Повреждение ДНК как причина возникновения ошибок, осложняющих идентификацию геномных вариантов». 

«Светить всегда, светить везде…» – писал другой классик. Эти слова могли бы стать лозунгом и клеточной биологии. Сегодня никого не удивляют яркие картинки клеток и их белков, получаемые с помощью светящихся (флуоресцентных) протеинов. Точно так же нынешний прогресс в чтении геномов обусловлен «окрашиванием» нуклеиновых кислот, букв ДНК, что позволяет автоматизировать процесс. Но специалисты Северо-Западного университета штата Иллинойс смогли высветить ДНК хромосом без красителей. Результаты своей работы они показали в Бостоне на встрече Ассоциации содействия науке, причем с разрешением 6 нм  (нанометров). Новый метод поможет детальнее изучать важные процессы, протекающие в клетках. Этот метод получил название оптической 

Изменение хромосомного набора при запущенной опухоли. Фото Physorg

наноскопии, использующей контрастную фотон-локализацию (SICLON). 

Благодаря усилиям сотрудников Университета штата Юта удалось в прямом смысле слова пролить свет на механизм, регулирующий деление клеток и поддержание их численного баланса. Известно, что пьезокристалл реагирует на изменение его сжатия. Неудивительно, что ученые также назвали белок, улавливающий механическое «сжатие» клеток (Piezo). Клетки – мутантные, или выполнившие свою функцию, – «выталкиваются и гибнут (подвергаются апоптозу, то есть запрограммированной смерти). Возникающий дефицит восполняется делением стволовых клеток. В результате плотность популяции увеличивается, что приводит к накоплению «пьезо»-протеина, подавляющего деление по достижении порога в 1,6 оптимального числа клеток. Данные были подтверждены в культуре клеток слизистой, перерождение которых приводит к опухолям толстого кишечника (наиболее часто встречающаяся онкология у американских мужчин). 

Сегодня уже никто не спорит о том, что виды живых существ расходятся в процессе своей эволюции. Никто, правда, не знает, как это происходит. В конце декабря 2016 года исследователи Университета в Монпелье, где в свое время учились Мишель Нострадам и писатель Франсуа Рабле, определили «серую зону» перехода к двум видам, в которой происходит разделение геномов (PLOS). Но ученые продолжают работать в этом направлении.

В феврале 2017 года приложение журнала Nature опубликовало статью «Переход между фазами геномных различий (дифференцировки)» ученых Университета Юты, которые прочитали геномы более тысячи гусениц одного из паразитов растений.

Одновременно с этим журнал Европейской организации молекулярной биологии (ЕМВО) привел данные, указывающие на 26 участков ДНК, активность которых проводит «размежевание» здоровых и опухолевых клеток. Это приводит еще и к изменениям числа и размера хромосом, а также к «перескокам» участка одной хромосомы на другую. Первая такая хромосома – «филадельфийская» – более полувека назад была обнаружена у ребенка с лейкемией.

Теоретические и лабораторные изыскания уже приносят свои плоды. Так, сотрудники Университета канадской провинции Онтарио исследовали на мышах применение иммунотерапии и лекарств, блокирующих митохондрии (внутриклеточные энергостанции). Это привело к существенному сокращению перевитой опухоли мозга у мышей. Успех позволил двум фармкомпаниям начать клинические испытания двух новых лекарственных веществ.

В онкологии считается, что если опухоль не возвращается в течение пяти лет, то можно говорить об излечении. О подобном успехе сообщили ученые Йеля, у которых 55-летняя женщина живет с опухолью мозга вот уже пять лет. Причину успеха врачи видят в постоянном чтении опухолевого генома, который меняется под воздействием лечения. О сложности случая говорит то, что число мутаций в опухолевых клетках в 30 раз больше, чем в нормальных. Анализ 110 других опухолей мозга подтвердил геномные изменения по ходу лечения. По мнению авторов исследования, динамическая геномика повышает точность лечения и вносит коррективы в используемые терапии.