Новосибирск и Новосибирская область: свежие новости, объективный анализ, актуальные комментарии

Как победить туберкулёз и болезнь Альцгеймера? Исследования учёных из Института цитологии и генетики СО РАН должны дать ответы на эти вопросы

Программа «Академгородок 2.0», о запуске которой было объявлено год назад, начинает приобретать конкретные «очертания». Два главных — это флагманские проекты — Центр генетических технологий и Сибирский кольцевой источник фотонов.

В России нет другой научной организации генетического профиля, которая могла бы сравниться масштабом с Институтом цитологии и генетики СО РАН, где сейчас работают 1 400 человек (500 из них — научные сотрудники), а построенный Центр генетических технологий увеличит это число ещё на 320. Генетические исследования сейчас на особом внимании у федеральных властей: будущее за развитием технологий, сейчас это никем не оспаривается. Поэтому центр, который представит уникальные возможности для исследования фундаментальных генетических проблем растений, животных и человека на новом уровне, сделает Новосибирск ещё более привлекательным для генетиков всего мира. Как рассказал директор института, член-корреспондент РАН Алексей Кочетов, ИЦиГ планирует подать заявку на строительство национального центра мирового уровня в рамках нацпроекта «Наука». Этот план поддерживается министром науки и высшего образования РФ Как победить туберкулёз и болезнь Альцгеймера? Исследования учёных из Института цитологии и генетики СО РАН должны дать ответы на эти вопросы и подразумевает создание семи новых площадок. В частности, в НИИ растениеводства и селекции в Краснообске будет реализовываться программа по внедрению генетических технологий в создание новых сортов сельскохозяйственных растений.

Ещё в 2010 году на базе ИЦиГ открылся уникальный SPF-виварий, а в проект Центра генетических технологий включено строительство второй очереди вивария. Новейшее оборудование позволит ещё эффективнее использовать подопытных крыс и мышей для разработки новых лекарств и погружения в тайны работы генов живых организмов.

Также в планах руководства ИЦиГ — создание специального Междисциплинарного института агробиологи и генетики в составе НГУ для подготовки будущих сотрудников Центра генетических технологий. Институт разместится на территории Краснообска и включит в себя несколько факультетов. «Наша задача — не просто создать институт, а запустить масштабный процесс подготовки кадров нового поколения», — отмечает директор.

В России есть только несколько мест, где в лабораторных условиях выращивают церебральные 3D-органоиды — своего рода мини-мозги, трёхмерные ткани, выращенные из стволовых клеток и очень близкие по строению к отдельным частям настоящих человеческих органов. И одно из этих мест — лаборатории Института цитологии и генетики.

Преимущество такого «мозга» — на нём можно проводить опыты, которые невозможны на настоящем человеческом мозге. Например, проследить весь механизм нейрогенеза и влияние на него различных факторов, то есть тот самый путь, который проходит мозг, развивающийся в человеческом эмбрионе. А как раз в это время закладываются многие наследственные заболевания мозга и нервной системы. С помощью мини-мозгов учёные пытаются понять, откуда берутся и как развиваются шизофрения и болезнь Альцгеймера, как действует вирус Зика, вызывающий микроцефалию у плода в том случае, если вирус переносит беременная женщина. А в ИЦиГ СО РАН мини-мозги выращивают, чтобы изучить влияние гена CNTN6 на развитие головного мозга. У некоторых людей с умственной отсталостью этот ген, кодирующий белок контактин-6, не работает. По мнению учёных, эту «поломку» можно определить ещё на этапе эмбриональной жизни клеток.

— Мы, по сути, моделируем болезнь в лабораторных условиях. К этому пришли не сразу. Сначала пытались работать с однослойными структурами из выращенных нейронов: это относительно простая по сегодняшним меркам процедура, но, насколько такие клетки соответствуют настоящим нейронам, не ясно. Затем трансплантировали человеческие клетки в головной мозг эмбрионов мышей, но всё это не дало нужного результата, — рассказывает младший научный сотрудник института Татьяна Шнайдер.

Технология заработала, когда были подобраны нужные условия для роста мини-мозгов, на что ушло несколько месяцев. Как это действует? У пациента с повреждённым геном берут небольшой кусок верхнего слоя кожи. Из соединительной ткани кожи выделяют отдельные клетки — фибробласты, им дают время для роста и деления, а потом их «перепрограммируют», превращая в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПС-клетки), из которых можно получить любой тип клеток. Учёные скатывают эти клетки в шарики, и клетки начинают «специализироваться»: у них, как в настоящем эмбрионе, появляются эктодерма, энтодерма и мезодерма. Здесь учёных больше интересует эктодерма: именно из неё формируется нервная система человека, включая головной мозг. Чтобы «подсказать» клеткам, как им надо правильно взаимодействовать, учёные используют специальный гель, а затем ёмкости с мини-мозгами помещают на вращающийся шейкер: при определённой скорости вращения в клетки в достаточном количестве будут поступать кислород и питательные вещества. Однако, поскольку у этих клеток нет кровеносных сосудов, размер и время жизни мини-мозгов ограничены. Одновременно в лабораториях института выращиваются около тысячи таких мини-мозгов, важных для науки.

В 1970-х годах человечество вздохнуло с облегчением: казалось, что туберкулёз, уносивший миллионы жизней каждый год, наконец-то побеждён. Но не тут-то было: скоро появились его штаммы с многочисленной лекарственной устойчивостью, невосприимчивые к известным антибиотикам. В 2015 году в мире от туберкулёза умирало в среднем 4 700 человек каждый день. Больше половины от заболевших в 2018 году приходилось на Россию, Индию и Китай.

В этом году в научных журналах были опубликованы результаты исследований специалистов НИИ биохимии ФИЦ фундаментальной и трансляционной медицины и ИЦиГ СО РАН, которые вместе с коллегами из Уральского научно-исследовательского института фтизиопульмонологии смогли выделить живые клетки — альвеолярные макрофаги с палочками Коха от больных туберкулезом людей. Это даёт возможность быстро оценить вирулентность штаммов возбудителя заболевания, протестировать новые препараты и определить лекарственную устойчивость у прооперированных пациентов с туберкулёзом лёгких.

Старший научный сотрудник НИИ биохимии Елена Уфимцева предложила использовать часть ткани резектатов (удалённых частей заражённых туберкулёзом лёгких) для выделения макрофагов, заражённых микобактериями, из лёгких пациентов. Эта технология ранее была отработана в ИЦиГе на лабораторных мышах.

— Мы брали фрагменты стенок каверн и туберкулем, кусочки лёгких, отстоящих от этих крупных туберкулезных очагов на пять и более сантиметров. Промывали в обычном стерилизованном чайном ситечке, твёрдые капсулированные гранулемные образования выбрасывали, а оставшуюся суспензию высаживали на покровные стекла в культуральные планшеты. Менее чем за сутки макрофаги прикреплялись к стеклу: через 16—18 часов, когда пациент ещё лежал в реанимации, мы уже получали клеточные культуры, которые сразу могли исследовать на микобактерии в альвеолярных макрофагах. Это позволяет определить персонально для каждого прооперированного пациента вирулентность микроорганизмов, их лекарственную устойчивость и протестировать препараты для лечения, — рассказывает Елена Уфимцева.

Результаты, полученные новосибирскими и уральскими специалистами после работы с 30 пациентами, показывают, что в тканях, даже удалённых от каверн и гранулем, есть сотни тысяч макрофагов, многие из которых заражены микобактериями. И в первые послеоперационные дни вполне реально установить степень инфицированности микобактериями клеток-хозяев, определить вирулентность, что помогает не только скорректировать лечение больного, но и понять врачам, каких мер предосторожности надо придерживаться им самим: чем выше вирулентность бактерий, тем больше вероятность заразиться ими.

Исследователями зарегистрированы три патента, теперь они надеются, что созданные ими методы по получению культур альвеолярных макрофагов и по оценке вирулентности и способности микобактерий размножаться после антибиотикотерапии будут внедрены в клиническую практику.

Подготовил Виталий СОЛОВОВ по материалам публикаций в изданиях «Ведомости заксобрания НСО» и «Наука в Сибири» | Фото предоставлено Институтом цитологии и генетики СО РАН