Генетические ножницы, светящиеся деревья, 3D-печать органов: Известный ученый назвал пять необычных открытий, которые изменят мир

Российские учены пополнили Таблицу Менделеева новыми химическими элементами.

Фото: Алексей БУЛАТОВ

День российской науки отмечается 8 февраля. Накануне Российское общество «Знание» запустило серию Открытых уроков, на которых ученые с мировым именем рассказывают школьникам, студентам и просто любознательным гражданам о том, что происходит на переднем крае науки. Это не разовая акция подобные встречи, лекции и уроки проходят на регулярной основе в рамках Десятилетия науки и технологий. Третьего февраля нынешний цикл Открытых уроков открыл доктор химических наук, профессор РАН, заведующий лабораторией химического факультета МГУ, научный руководитель Российского химико-технологического университета Александр Мажуга. Он назвал пять необычных открытий, которые в будущем изменят наш мир. “Комсомолка” законспектировала краткие тезисы этой лекции.

1. Открытие новых химических элементов

Когда Дмитрий Иванович Менделеев открыл периодический закон, таблица химических элементов насчитывала 63 элементов. Сейчас в распоряжении ученых 118 элементов. Причем половина из новых элементов была предсказана Менделеевым на основе его периодического закона.

Название шести элементов связаны с нашей страной. Дубний назван в честь города Дубна, где располагается фабрика по открытию новых элементов - Лаборатория ядерных реакций Объединенного института ядерных исследований. Московий увековечил Московскую область, где эта самая Дубна и находится. Менделеевий - дань уважения нашему великому соотечественнику. Рутений назван в честь России (Ruthenia — это латинское название Руси). Флеровий назван в честь советского физика Флерова, основателя Лаборатории ядерных реакций в Дубне. И наконец, оганесон получил имя нынешнего научного руководителя этой лаборатории Юрия Оганесяна. Кстати, Юрий Цолакович единственный человек на планете Земля, чей почтовый адрес можно записать химическими элементами: рутений, московий, дубний, оганесон (Россия, Московская область, Дубна, Оганесяну).

Александра Мажуга объясняет, чем ближе по периодической таблице мы сейчас идем к 118 номеру, тем все менее стабильными становятся химические элементы. Последний химический элемент - оганесон — это инертный газ, который живет буквально доли секунды. Его получили всего лишь объеме небольшого числа атомов в специальной установке. Но впереди, судя по таблице Менделеева, ученым предстоит открыть класс элементов, которые будут более стабильны и у них появится большое практическое применение.

2. Редактирование генома.

Огромный прогресс в этой области связан с открытием технологии CRISPR/Cas9, которую еще называют “генетическими ножницами”. Эта технология построена на основе иммунной системы бактерий и позволяет точечно редактировать геном высших организмов - млекопитающих и человека. За это открытие Эммануэль Шарпантье и Дженнифер Дудна получили Нобелевскую премию-2020. Эта технология в будущем будет широко использоваться в разных сферах – в здравоохранении, сельском хозяйстве, фармацевтике.

Генетические ножницы позволяют лечить людей, если заболевание вызвано ошибкой при копировании ДНК - носителем нашей генетической информации. Исправляя такие ошибки, можно лечить гемофилию, муковисцидоз, некоторые виды лейкемии. На основе этой технологии создают новые более урожайные растения и сельскохозяйственные культуры. А в перспективе редактирование генома открывает возможность воскрешения вымерших животных, например, мамонта или тасманийского волка.

3. Светящиеся растения.

В основе этого явления лежит биолюминесцентность – процесс не теплового свечения в живой системе. Светятся светлячки, некоторые глубоководные рыбы, грибы и бактерии. Свечение происходит под влиянием специальных молекул. Всего известно около 40 биолюминесцентных живых организмов. А первые искусственные люминесцирующие растения были получены в нашей стране в Институте общей химии. Сейчас там работает целая группа ученых, которая занимается созданием таких растений. Получены светящиеся хризантемы, петуния, актинидия и даже такой гигант, как тополь. Биологи вживили в них ген светящихся грибов. Этот свет, конечно, нельзя сравнить с прожектором, но в полной темноте при их свете можно увидеть свое отражение в зеркале. В будущем планируется использовать такие растения для освещения улиц. Это не только красиво, но и экономно - не нужно будет платить за электричество.

4. Адресная доставка лекарств.

Ученые создали много эффективных лекарств, но есть нюанс. Большинство из них, прежде чем попасть в нужную точку, вместе с кровотоком долго циркулируют по всему организму. В результате до больного места доходит очень мало лекарства, чаще всего менее 10 процентов дозы. Поэтому ученые хотят научиться, чтобы лекарство, попав в организм, оказалось в нужном месте в нужное время. И именно там оказывало терапевтический эффект. На сегодняшний день есть четыре органа, куда ученые умеют адресно доставлять медикаменты: мозг, молочная железа, печень и предстательная железа.

- Моя работа связана с доставкой лекарств в опухоль предстательной железы, - объясняет Александр Мажуга. - В чем идея? Мы берем лекарство и привязываем его к транспортной молекуле, которая в качестве паровоза доставит лекарство в нужный орган нашего организма.

Дело в том, что каждый орган внутри организма - легкие, сердце, печень, почки и тд. - отличаются друг от друга набором определенных молекул на поверхности клеток. Такие молекулы называют рецепторами. Поэтому первая задача молекулярного биолога — это найти чем одна клетка отличается от другой. У раковых клеток предстательной железы на поверхности оказался специфический белок, которого нет в клетках здоровой железы. Нет его и в других клетках нашего организма. Затем придумали молекулу, которая связывается только с рецепторами раковых клеток простаты, и к ней пришили обычное лекарство. После внутривенного введения эта конструкция из доставщика и лекарства двигается в организме а пока, она не встретит на своем пути раковую клетку с особым рецептом. Конструкция за нее цепляется и выделяет лекарство и которое действует только в опухолевой клетке.

Если обычное лекарство попадает в цель в объеме 1-2 процента от введенной дозы, то в этом случае до опухоли доходит 10-15 процентов. То есть концентрацию лекарства увеличили на порядок. Сейчас этот лекарственный препарат проходит стадию клинических испытаний.

5. 3D–печать искусственных органов.

Это похоже на работу обычного принтера, только в качестве печатающей головки используется набор шприцов, где содержатся живые клетки.

Для начала медикам надо получить 3D-модель будущего органа. Она создается с помощью методов МРТ и КТ, которые дают представление о структуре того или иного органа. Затем ученые приступают к печати. На нынешнем этапе медики освоили печать хрящей и костей, умеют создавать некоторые части почек и такие простые органы, как щитовидная железа. С мягкими тканями дело обстоит сложнее, потому что надо использовать разные клетки и печатать кровеносные сосуды. Поэтому печать таких органов, как почки и селезенка находится еще на начальном этапе. Но есть достижение и в этой области: недавно ученые напечатали сердце, правда совсем маленькое, размером 2 миллиметра. Но, как говорится, лиха беда начала. В перспективе 3D-печать позволит трансплантологам отказаться от донорских органов и перейти к пересадке искусственных. Они будут выращены из собственных клеток пациента, поэтому иммунная система организма не будет отторгать такие части тела.

Полное расписание и онлайн-трансляции Открытых уроков смотрите на сайте наука.рф.

СЛУШАЙТЕ ТАКЖЕ

Поющая дыра, древний заговор от вшей и другие научные итоги 2022 (подробнее)