Как наши собственные клетки могут вылечить рак, сколько всего генов у человека и что будет с населением планеты в ближайшие десятилетия? Про главное новости науки 2024 года, которые скоро изменят нашу жизнь, рассказывает научный журналист, ведущий Telegram-канала «Кот Шредингера» Андрей Константинов
Живые лекарства
В фармацевтике происходит глобальный сдвиг — от химически синтезируемых лекарств к биологически синтезируемым. Это могут быть белки, например антитела, производимые генетически модифицированными бактериями, или специальными клеточными линиями, взятыми у какого-то организма.
В 2024 году Минздрав зарегистрировал первый в мире препарат для лечения болезни Бехтерева — тяжелого аутоиммунного дегенеративного расстройства, достаточно распространенного, — им страдают от 0,1% до 0,8% людей, у них постепенно окостеневают позвоночник и суставы. Препарат, названный сенипрутуг, позволяет уничтожать патологические Т-лимфоциты, атакующие наши клетки. Сенипрутуг — это антитело, которое распознает Т-лимфоциты с рецептором TRBV9 — их ученые считают ответственными за аутоиммунную реакцию в случае болезни Бехтерева.
Антитело распознает и убивает эти клетки, не затрагивая все остальные Т-лимфоциты в организме. Сенипрутуг разработали ученые РНИМУ имени Пирогова и ИБХ РАН совместно с российской фармкомпанией Biocad, которая собирается начать его промышленное производство.
А следующий шаг — переход от молекул к «живым лекарствам», например к лекарствам-лимфоцитам, задача каждого из которых — найти и обезвредить мишень, на которую он нацелен. Лимфоциты, взятые из крови человека, перепрограммируют на определенную мишень и запускают обратно в организм — это называется CAR-Т терапия.
Она дебютировала как метод лечения рака крови почти 15 лет назад, но раньше эта методика успешно работала только для лечения «жидких» раков. Лимфоциты генетически модифицируют для поиска и уничтожения В-клеток, другого компонента иммунной системы, и возвращают их пациенту в кровоток. Раковые В-клетки лежат в основе некоторых видов лейкемии и лимфом, а терапия CAR-T способна их уничтожать.
Но в этом году произошло очень важное для терапии рака событие — в США впервые одобрили препарат для CAR-Т терапии «твердой» опухоли.
А в другом исследовании выяснили, что эти же В-клетки оказываются слабым звеном и в возникновении аутоиммунных заболеваний. Именно они ошибочно производят вредоносные антитела, которые поражают наши суставы или легкие. И в этом году было проведено множество клинических испытаний проверки эффективности терапии CAR-T против В-клеток при аутоиммунных заболеваниях — волчанке, склеродермии, рассеянном склерозе. Как пишет Science: «CAR-T терапия дала поразительные улучшения у тяжелобольных пациентов, открыв, возможно, новую главу в лечении аутоиммунных заболеваний».
А еще в одном исследовании лимфоциты показали себя как мощное потенциальное лекарство в исследованиях старения. Мишенью лимфоцитов делают сенесцентные клетки (то есть состарившиеся и сломавшиеся), которые накапливаются при старении, что считается одной из главных причин нарушений в работе организма в пожилом возрасте. Лимфоциты помогают от них избавиться (пока что мышам), и у старых мышей улучшается работоспособность и молодеет обмен веществ.
Новая эра в освоении космоса
Неужели наступает новая эра в освоении космоса? В этом году самым заметным и обсуждаемым событием в освоении космоса стали первые испытательные полеты корабля Starship, самой большой и мощной ракеты в истории. С третьей попытки Илон Маск добился своего: гигантская, 70-метровая стальная ступа ускорителя Super Heavy с 33 двигателями вернулась с высоты 70 км точно на стартовую площадку — в лапы 140-метровой стартовой башни Mechazillа.
Возможности у самой большой и мощной ракеты в истории просто фантастические: Starship сможет доставить к любой планете Солнечной системы до сотни человек и вернуться обратно, ведь она многоразовая!
Отметив испытания корабля среди главных научных событий года, журнал Science пишет, что «SpaceX уже снизила стоимость доставки грузов на орбиту примерно в 10 раз с помощью своих частично многоразовых ракет Falcon 9 и Falcon Heavy. Ожидается, что полностью многоразовый Starship снизит эту стоимость еще на порядок».
Главный признак новой эры — развитие частной космонавтики: космос — это все чаще бизнес, а не состязание государств, как было когда-то. Частники участвуют даже в новом штурме Луны: в начале года впервые в истории частный космический модуль «Одиссей» прилунился недалеко от Южного полюса Луны и начал сбор данных.
В геноме человека нашли сразу тысячи новых генов
Когда 20 лет назад впервые секвенировали человеческий геном, одним из самых больших сюрпризов стало то, как мало генов он содержал, около 20 000—30 000. Удивительно, конечно, что столь малого количества генов и кодируемых ими белков достаточно для построения и функционирования наших тел.
Но в последние годы выяснилось, что ученые пропустили еще тысячи (а почти наверняка и десятки тысяч) коротких генов, которые скрываются в считавшихся «некодирующими» участках генома и производят белки маленького размера.
Новые исследования расширяют стандартное определение гена. Он считался состоящим из длинной, кодирующей белок, последовательности ДНК, которая квалифицировалась как ген, если она:
1. Кодировала белок с 100 и более аминокислотами.
2. Начиналась и заканчивалась сигналами, сообщающими клетке, где начинать и заканчивать считывание. Типичному гену также предшествует фрагмент ДНК, который привлекает белки, необходимые для считывания гена.
В обнаруженных за последние годы «неканонических генах» отсутствуют эти вводные фрагменты, и они кодируют белки, содержащие меньше сотни аминокислот (а иногда и меньше дюжины). Тем не менее они часто транскрибируются в РНК, те прикрепляются к рибосомам, и мини-белки производятся.
Функции этих мини-белков, или микропептидов, только начинают изучать. Небольшой размер позволяет им блокировать работу более крупных белков, подавляя одни клеточные процессы и запуская другие. Нашли, например, микропротеины, которые контролируют разрушение дефектных молекул РНК, защищают бактерии от жары и холода, определяют, когда растению цвести, обеспечивают токсичность многих типов яда. А есть и такие, которые играют решающую роль в развитии рака (в частности, медуллобластомы).
«Вероятно, во всех биологических процессах будут участвовать микробелки. Мы просто не искали их раньше», — говорит биохимик Алан Сагателян из Института биологических исследований Солка в Сан-Диего. В одном из исследований в раковых клетках нашли около 550 микропротеинов.
Примерно столько же крошечных белков нашли в сердечной ткани.
Чтобы навести порядок в относительно новой области, исследователи микропептидов объединились, чтобы изучить все уже имеющиеся результаты — и отследили в геноме человека 7264 неканонических последовательностей, кодирующих мини-белки. А потом изучили архив данных масс-спектрометрии PeptideAtlas на предмет небольших белков, соответствующих найденным последовательностям. Оказалось, в клетках уже обнаруживали 3000 мини-белков, закодированных этими участками ДНК.
Сколько же всего у человека генов? 50 000? 100 000? Впрочем, от того, что их станет больше, не станет понятней, как устроены генетические программы клеточного биокомпьютера. Геном человека все еще остается загадкой. Даже та его небольшая часть, что кодирует белки, все еще преподносит мегасюрпризы.
Перенаселение отменяется
В этом году стало окончательно ясно: никакое перенаселение планете не грозит, все прямо наоборот. Расчеты демографов, опубликованные в престижнейшем медицинском журнале Lancet, показывают, что глобальный уровень рождаемости падает намного быстрее, чем ожидали.
Для поддержания численности населения женщины должны рожать в среднем по два ребенка. В большинстве стран мира уже не могут поддерживать численность населения за счет естественного прироста. Меньше двух детей на женщину рожают уже и в таких демографических гигантах, как Индия и Китай. Население планеты перестанет расти не в 2050-х, как предсказывали предыдущие прогнозы, а уже к 2030 году, а еще через 30 лет начнет сокращаться.
Падение рождаемости — неизбежный спутник городской жизни, образования, роста доходов, доступа к противозачаточным средствам и другим благам цивилизации. Даже в традиционно многодетных Соединенных Штатах этот показатель составляет 1,6 вместо необходимых двух, в России — 1,48, а в Китае уже около 1,2 — население Китая стареет и сокращается, а к 2100 при нынешних трендах сократится вдвое.
«С каждым годом становится все очевиднее, что рождаемость падает быстрее, чем мы ожидаем, — говорит Кристофер Мюррей, соавтор исследования, директор Института показателей и оценки здоровья Вашингтонского университета. — Я совсем не удивлюсь, если ситуация будет развиваться еще быстрее».
На ближайшее будущее сильнее повлияет не глобальное снижение рождаемости, а то, что планета все больше раскалывается на два макрорегиона: стареющий цивилизованный мир с нехваткой рабочих рук и бедный мир с высокой рождаемостью, в основном это страны Африки к югу от Сахары совсем с другими проблемами — с очень молодым, недовольным и малообразованным населением. В самых политически и экономически нестабильных местах планеты, страдающих от жары и лишенных элементарных благ цивилизации, рост населения только препятствует развитию, нет денег для улучшения здравоохранения, благосостояния и образования. Этот раскол становится для мира все более серьезной проблемой.
«Мир будет одновременно бороться с бэби-бумом в одних странах и с «бэби-крахом» в других», — предсказывают исследователи.