Post Syndicated from Михаил Ангелов original https://www.toest.bg/nauchni-novini-kometi-mlyako-bez-kravi-i-potomstvo-ot-ednopolovi-roditeli/

Мляко без крави

Млякото е изключително важна (и вкусна) суровина, която към момента може да се добива само от животни. Отглеждането им ще става все по-трудно и по-скъпо заради очакваните климатични промени и намаляващите водни ресурси и затова интересът към създаването на млечни аналози е изключително голям. Засега най-достъпният метод е биотехнологичното производство на отделните компоненти на млякото, които после да бъдат смесени. А ако се цели производство на млечни субпродукти (например суроватъчни протеини), компонентите могат да бъдат директно вложени в тях, като така се премахва нуждата от разделянето им.

Отделните елементи на млякото, засягащи най-вече вкуса, са: мазнини, казеини (протеините, които формират твърда маса при пресичането на млякото и които са необходими за производството на сирене), суроватъчни протеини (те са по-разтворими и остават в суроватката), захари, витамини и микроелементи. 

В последните години няколко компании съобщават, че са решили загадката и имат „биотехнологично мляко“, но за съжаление, никоя от тях не предлага пълна алтернатива. Една от тези компании е Perfect Day (по популярната песен на Lou Reed), основана през 2014 г. Тя работи по B2B модел и предлага своя продукт като суровина на различни компании с цел производство на всякакви хранителни продукти – сладолед, овкусени млека и др.

Зад технологията стои утвърден биотехнологичен модел. Гените за желаните протеини се клонират от първоначалния организъм (в случая крава) в микроорганизъм, който може да се отглежда в биореактори. Perfect Day са избрали за синтез суроватъчния протеин лактоглобулин, а като биологична „фабрика“ – една нишковидна гъба от рода Триходерма. Тези гъби са подходящи за подобен вид производство, тъй като имат свойството да отделят извън клетките си големи количества ензими и с тяхна помощ разграждат целулозата, с която се хранят. Използвайки генетични редакции, учените успяват да ги подлъжат, така че вместо тези хранителни ензими те да синтезират и отделят протеини, чужди за тях.

За съжаление, информацията, която е представена от компанията, може да се окаже не съвсем вярна – това предстои да се установи в дело, заведено преди няколко месеца от две организации – Асоциацията на органичните консуматори (OCA) и GMO/Toxin Free USA.

Perfect Day обявяват съдържание на гъбни протеини от около 7% в своя продукт като следствие от производствения процес. Според ищците независим анализ показва почти обратното – само 13% от продукта представляват рекомбинантен тлактоглобулин, т.е. 87% е съдържанието на гъбни протеини.

Под въпрос е и дали наистина в произведената суровина няма ГМО, тъй като е възможно части от гъбата да не са премахнати при процеса на пречистване. Компанията държи на своя анализ и се позовава на публикувани данни в научна литература, които сочат, че използваната гъба няма известни отрицателни ефекти. Делото ще е интересно, защото може да бъде важно за бъдещето на подобни биотехнологични производства.

Наред със суроватъчните протеини казеините са ключова част от млечните аналози (съставят около 80% от кравето мляко), поради което възможността за техния синтез също представлява голям интерес. В млякото те се намират под формата на агрегати от няколко вида казеин. Важно условие за формирането на тези агрегати е отрицателният заряд на протеините, който те получават чрез фосфорилиране (закрепване на фосфатни групи към тях).

В скорошна публикация са описани два подхода за синтез на фосфорилиран казеин в бактерии. Първият е относително директен – освен гена за казеин от крава се вмъкват и няколко кинази от бактерията Bacillus subtilis. Киназите са ензими, които могат да фосфорилират протеина, закачайки фосфатни групи към него. Второто решение е по-иновативно и се състои в редакция на състава на протеина чрез подмяна на една аминокиселина – серинът се заменя с аспарагинова киселина. Тя има негативен заряд, който ѝ придава свойства, сходни на свойствата на фосфорилирания серин. Екипът нарича този модифициран протеин фосфомиметична версия на казеина, тъй като се държи като него, но няма фосфорилиране.

Според получените резултати от редица тестове, между двата протеина, синтезирани от бактерии, и протеина, извлечен от краве мляко, няма функционална разлика, което звучи обещаващо.

От една страна, е стъпка към чисто практичното приложение на протеина в производство на сирена без използване на животни. Заедно с това показва, че с леки намеси в структурата на протеините може да се получат удачни функционални модификации, чрез които да се опростят подобни производства.

Подобни „прецизни ферментации“ са част от по-общата идея за „клетъчно земеделие“, чиято цел е да се намали използването на животни, като продуктите, традиционно получавани от тях, се заменят с биотехнологични алтернативи. Потенциалът на този нов подход е голям и може да има положително отражение върху много от негативните аспекти на животновъдството – въглеродни емисии, употреба на вода и енергия, заета площ, неетично отглеждане и др. Пълното премахване на животински продукти към момента изглежда много далеч, но на хоризонта се появяват проблясъци като млечните алтернативи или синтетичните месни аналози.

Татко, татко и аз

Размножаването при бозайниците е сравнително праволинейно. Създаването на потомство започва със сливането на две клетки, идващи в общия случай от майката и бащата – процес, който е резултат от милиони години еволюция. Именно поради това намесата в него е изключително трудна и разкриването на всички фини механизми на протичането му е дългогодишна цел на ембриологията. Една от интересните задачи, които са си поставили учените, е да вникнат в процеса на сливане на двете полови клетки и генетичните основи за получаване на новия индивид.

Важен елемент от този процес е епигенетичният феномен „генетичен импринтинг“. След сливането на половите клетки в получената зигота има два набора хромозоми – по един от всеки родител, като всеки се състои от една полова хромозома (X или Y) и няколко автозоми. Тъй като всеки ген е представен от две копия, е нужен прецизен контрол на тяхната активност, за да няма нарушения в развитието на организма. Това е ролята на импринтинга – с помощта на епигенетични механизми някои гени, намиращи се на автозомите, се изключват.

Интересното е, че за разлика от други случаи (например инактивирането на X хромозомите при женските бозайници), в които това се извършва на случаен принцип, при импринтинга има строги правила кои майчини и кои бащини гени ще бъдат изключени. Счита се, че именно поради това няма описани случаи на партеногенеза („непорочно зачатие“) при бозайниците.

Това кара учените да се запитат дали не е възможно изкуствено да се създаде потомство от индивиди от един и същи пол.

Основите на тези опити са поставени през 80-те години на миналия век от английски учени, но резултатите само потвърждават, че наличните към момента технологии не са достатъчни за намеса в специфичния процес на ембриогенеза и в импринтинга. Първият сериозен пробив е направен през 2018 г., когато китайски учени успяват да манипулират ембрионални стволови клетки чрез премахване на няколко ключови гена, които са обект на импринтинг. Най-вероятно поради грубия подход (премахване на цели гени вместо на импринтинга върху тях) от родените 12 мишлета оцеляват само две, при това за по-малко от 48 часа. Въпреки това процедурата е окуражаваща и показва, че с подобни намеси могат да се преодолеят първите критични фази, като образуването на плацентата и началните стадии в развитието на ембриона. В същата публикация е описана сходна технология, чрез която успешно се създават мишки от две майки, даващи нормално потомство след кръстосване с обикновена мишка.

Информация за сходен експеримент бе публикувана и в началото на януари. С помощта на CRISPR/Cas9 китайски учени нарушават функционирането на 20 гена в миши сперматозоиди. Тази намеса е по-успешна – получените мишки оцеляват, но последиците от нея са налице. Животните са по-големи от обикновените, с уголемени органи и по-кратък живот; освен това не са фертилни. Двата експеримента потвърждават сложността на процеса и необходимостта от присъствие на гените.

Промяна на стратегията и сериозна стъпка напред представлява първата яйцеклетка, получена от мъжка стволова клетка.

Разработката, публикувана през 2023 г., е на японски екип, който нарича новата технология „инвитро гаметогенеза“. Процедурата започва със създаване на стволови клетки от възрастни мъжки мишки чрез вземане на материал от опашките им. След това тяхната Y хромозома се премахва и се дублира останалата X, което е една от най-важните стъпки. Така направените XX клетки се имплантират в изкуствено създаден яйчник, където се оформя „мъжката“ яйцеклетка.

След оплождането на тези изкуствени яйцеклетки със сперматозоиди от немодифицирани животни те са имплантирани в сурогатни майки. Получените седем мишки се развиват нормално, без забележими дефекти. Една мъжка и една женска от тях са изпитани за фертилност, като и в двата случая опитите са успешни. Въпреки че само от 1% от имплантираните ембриони се раждат модифицирани мишки, това се оценява като сериозен напредък в полето на репродуктивната генетика.

Разбира се, историята не свършва дотук – в края на миналия месец беше описан нов подход за решаване на тази загадка. Той се базира на модифицирана CRISPR система, редактираща не самия геном, а епигенетичните маркери, които носи ДНК. За получаване на ембрион с генетичен материал от двама бащи се имплантират два сперматозоида в яйцеклетка с премахнато ядро. Така получената „диплоидна“ клетка, която носи два набора хромозоми, се подлага на прецизно насочена редакция, прицелена към алели, които се срещат само на едната хромозома – от единия или от другия татко.

Крайният резултат са две мишлета, които оцеляват и се развиват нормално.

След като достигат полова зрялост, те успяват да създадат потомство с две немодифицирани майки. Този метод изглежда най-щадящ и най-обещаващ, тъй като няма директна намеса в генома, която да бъде предадена на потомството.

Въпреки че може би изглежда малко самоцелно и странно, от манипулирането на половите клетки може да има и преки ползи. Комбинацията от инвитро гаметогенеза и епигенетично редактиране може да бъде важен инструмент за възстановяване на популациите на видове, които са на ръба на изчезването. Макар че най-вероятно няма да може да се пренесе директно от мишки към други видове, натрупаната информация ще помогне за по-бързото и по-лесно разработване на видовоспецифични похвати. Пример са белите носорози, при които инвитро процедурите за оплождане все още не са оптимални.

За добро или лошо, все още сме далеч от прилагането на тези подходи при хора. Дори да приемем, че това би се приело от обществото и се предложи като част от пакетите за репродуктивна помощ, чисто технологично има множество спънки, които трябва да бъдат преодолени. Едната от тях е самото ни познание за гените, подложени на импринтинг – през 2014 г. са били известни около 70, а през 2019 г. броят им надхвърля 200, тоест тепърва се трупат данни. Много е вероятно процедурата да крие рискове, за които все още не подозираме; в повечето публикации полученото потомство не се подлага на тестове за оценка на когнитивните способности. Дискусията доколко етични са подобни технологии, тепърва предстои и няма да бъде лека. 

Далечен гост

В необхватните дебри на Космоса има множество обекти, които не обикалят около конкретна звезда, а се движат самотно в пространството между звездните системи. Въпреки че според математическите изчисления те са изключително голям брой, към момента наблюдаването им е доста рядко явление.

В началото на месеца системата за засичане на обекти, представляващи риск за Земята (ATLAS), регистрира ново тяло при преминаването му покрай орбитата на Юпитер.

Траекторията и скоростта му показваха, че идва от пространство извън Слънчевата система и няма да се задържи дълго в нея. Това е едва третият засечен подобен обект, поради което е наречен 3I/ATLAS. Той е по-голям от предишните два, забелязани през 2017 и 2019 г., но точният му размер не може да се определи, защото е активна комета с ядро, обградено от прах (т.нар. кома). Най-вероятно диаметърът му е около 1–2 км, но може да се окаже и към 10 км.

В момента комата е сравнително компактна и опашката ѝ е къса, но най-вероятно с приближаването към Слънцето ще започне да расте. 3I/ATLAS не представлява опасност за Земята и ще прелети на повече от 200 млн. км от нас, преминавайки през орбитата на Марс, без да го застраши. Според сегашните изчисления перихелият (моментът, когато ще е най-близо до Слънцето) ще е на 29 октомври, след което кометата отново ще се отправи към междузвездното пространство в Млечния път. По това време Земята ще бъде от другата страна на Слънцето и няма да е възможно да се правят наблюдения. Орбитите ще позволят това чак през декември, но все още не е ясно дали тогава 3I/ATLAS ще бъде видим.

Поради редкостта на събитието астрономите се възползват от всички налични инструменти.

Телескопът „Хъбъл“ направи наблюдения на 21 юли, а през ноември с негова помощ ще бъдат проведени спектроскопски измервания в ултравиолетовия спектър, които ще определят съотношението между сяра и кислород в кометата. Обсерваторията „Джеймс Уеб“ ще наблюдава обекта през август и декември, измервайки съдържанието на различни вещества в него (вода, амоняк, въглероден диоксид) чрез спектроскопия в инфрачервения спектър.

Тъй като ще прелети най-близо до Марс, учените предвиждат наблюдения и с помощта на изкуствен спътник (MAVEN) в орбита около Червената планета. Измерванията от тези телескопи ще дадат ценна информация за средата, в която се е формирала кометата, и за компонентите, които са присъствали в този момент. Куриозно и за късмет на астрономите, новата обсерватория „Вера Рубин“ също е заснела обекта по време на предварителните ѝ тестове, давайки допълнителни данни отпреди първоначалното му засичане.

Хипотезата за произхода на подобни обекти е, че те се формират в асоциация с някоя звездна система и се движат по дълги орбити около нейната звезда. Но при разминаването с друга звездна система кометите могат да бъдат „издърпани“, което ги изпраща на пътешествие в празното пространство между звездите. Друга възможност е те просто да се откъснат от звездата майка, когато тя започва да губи от масата си и да загива.

Към момента не е ясно откъде точно идва 3I/ATLAS, но учените подозират, че е изключително стар обект.

Предположенията за възрастта му обхващат голям диапазон: според една статия – от 3 до 11 млрд. години, а според друг екип – между 7,6 и 14 млрд. години. Това е впечатляващо, защото може да се окаже, че 3I/ATLAS се е формирал преди нашата Слънчева система. Една от допълнителните улики за произхода на кометата ще бъде и това колко бързо се върти – ако е бързо, най-вероятно е „издърпана“ от друга звезда, а ако е бавно – по-вероятно е просто да е „отплавала“.

Предстои тепърва да разберем още много за тази странстваща комета, но появата ѝ определено предизвика голям интерес в научните среди, което личи от предварителните статии, публикувани само седмици след откритието. Очаква се, че след като обсерваторията „Вера Рубин“ започне своята работа, подобни обекти ще бъдат засичани по-често. Това обаче няма да намали интереса към тях и те ще продължат да пленяват въображението ни.

Post Syndicated from Михаил Ангелов original https://www.toest.bg/nauchni-novini-vulnesti-mishki-svirepi-vultsi-i-novi-tsvetove/

Завръщане на изчезнали видове или маркетингова кампания?

Вълнестият мамут е един от най-добре проучените изчезнали видове поради множеството открити негови останки. Популациите на впечатляващото животно започват да намаляват преди около 10 000 години с масовото измиране на мегафауната в края на плеистоцена. Смята се, че последната малка популация е живяла на полярния остров Врангел преди около 4000 години – тогава пирамидите в Гиза вече са били построени. Според някои хипотези за изчезването му принос има и засиленият лов от човека.

За разлика от по-древните животни, които познаваме само от фосилизираните им останки, за анатомията на вълнестия мамут се знае много – някои образци са толкова добре запазени в пермафроста, че дори в един от тях е открита течна кръв. Наличието на дълбоко замразени тъкани не само улеснява сглобяването на генома им, но дори дава възможност за разглеждане на триизмерната му структура.

Още първите разработки, свързани с генома на мамута, пораждат интерес у генетика Джордж Чърч и той започва да работи върху възстановяването на вида. Така през 2015 г. екипът му успява да направи промени в 15 гена на най-близкия жив родственик на изчезналия вид – азиатския слон. В следващите няколко години броят им се увеличава и според новини от 2017 г. в редактираните клетки има 45 гена, които са със секвенцията на вълнестия мамут. За съжаление, тези експерименти не са публикувани в научен журнал и точната методология и получените резултати не са достъпни.

Стъпвайки на тези разработки, през 2021 г. Чърч основа компанията Colossal Biosciences с основен фокус завръщането на изчезнали видове. Един от тях е тасманийският вълк, който е унищожен от хората, а последният екземпляр загива в зоологическа градина през 1936 г. Миналата година от Colossal съобщиха, че геномът му вече е секвениран почти напълно и започва активна работа по възстановяването на животното.

Но тази година в рамките на два месеца компанията попадна два пъти в новинарските емисии, предизвиквайки доста вълнение с живи образци на редактирани животни. 

Миналия месец бяха публикувани снимки на вълнеста мишка (наречена така от компанията), обявена като първа стъпка към връщането на вълнестия мамут. Малките гризачи имат впечатляващ външен вид със своята дълга златиста козина. Уви, под нея се крият генетични редакции, които само са вдъхновени от изчезналия гигант.

За да променят козината на мишките, учените използват дълбоките познания за генома им и правят редакции в гени, които са отговорни за белези, свързани с окосмяването. Например Fgf5 контролира дължината на космите, Fam83g и Tgfa отговарят за къдравия им вид, а Mc1r регулира синтеза на пигменти. Постижението определено заслужава внимание от технологична гледна точка, защото показва силата на CRISPR за извършване на няколко редакции едновременно – в симпатичните мишки са манипулирани седем гена. Но редакциите са от „по-лесните“ – т.нар. knock-out, които причиняват мутации, нарушаващи функцията на даден ген. Така ефективно мишките са променени, за да изглеждат като вълнестия мамут, но в тях няма ДНК от него.

За създаване на хибрида между мамут и слон пред учените стои много по-трудна задача. Те трябва да променят множество гени, като редакциите няма да са свързани с изключването им, а с промени на техните секвенции, които в някои случаи може да са осезаеми и екстензивни. Част от тази работа вече е свършена, но не е ясно колко допълнителни намеси в генома ще са нужни. Въпреки че наличните инструменти за модификация на генома се развиват бързо, възможността за извършване на няколко намеси наведнъж все още е ограничена. Освен това тяхната ефективност не е толкова висока – налага се времеемко преглеждане на редактираните клетки, за да се установи кои носят желаните редакции.

Към момента плановете са първите мамутчета да бъдат родени през 2028 г., което е доста амбициозна цел – само износването им от майките ще отнеме 22 месеца, което означава, че учените разполагат с около една година да направят нужните редакции и да подготвят ембриони за имплантиране.

Докато вълненията около мишките все още не бяха утихнали, в мащабна пиар кампания фирмата съобщи за „завръщането на свирепия вълк“ – вид, също изчезнал в края на плеистоцена. Най-близкият му родственик е сивият вълк, но от скелетите им става ясно, че той е бил по-голям и е имал значително по-силна захапка – очаквано за хищник, ловуващ по-дребни представители на мегафауната.

Достъпната информация за генома им е оскъдна – през 2021 г. международен екип публикува статия за секвенирането на пет проби, но за съжаление, с много ниско покритие. Colossal изтъкват това в специална секция на сайта си, където сравняват тези резултати със своите – шестима учени успяват да секвенират почти пълен геном от две проби. Според компанията, базирайки се на тези два генома, за „превръщане“ на сивия вълк в свиреп са нужни редакции само на 20 локуса (участъка) в 14 гена. Това повдига известни съмнения, понеже според публикуваното на сайта им отделянето на двата вида е настъпило преди около 3 млн. години – време, за което в геномите се натрупват много разлики. Уви, анализът на компанията не е публичен и затова към момента твърдението не може да се провери.

Но голямата гордост на Colossal не са тези анализи, а три вълчета – мъжките Ромул и Рем и женската Калиси, която е с три месеца по-малка от тях. Компанията не споделя какви редакции са направени в тях, и дава оскъдна информация на сайта си, както и на журналисти, но видимите разлики с обикновените вълци са основно по-големият им размер и бялата козина.

Подобно на мишките, тези два белега са намеси в генома на сивия вълк, а не привнесени от ДНК на изчезналия вид. Генът за размер, който са манипулирали учените, се нарича LCORL. Интересното е, че неговата активност намалява размера и при други видове (хора, прасета, кучета и др.). Намаляването на действието му чрез нарушаване на един от функционалните участъци на протеина води до по-голям размер на редактираните вълци. Много е вероятно промяната в цвета на козината също да се дължи на нарушаване на синтеза на меланини. Както и при вълнестите мишки, в генома на трите животни няма древна ДНК – намесите са направени по начин, който ги доближава до нея.

Всичко това не значи, че редактираните животни не са впечатляващо постижение. Учените от компанията имат много добри резултати в редица проекти и в разнообразни процедури. Дори само секвенирането на генома на свирепия вълк може да бъде ценен принос за науката, ако бъде споделен. Разработените протоколи за множествени редакции също изглеждат изключително оптимизирани.

Но от наличната информация скептицизмът към работата на компанията донякъде е оправдан – немалка част от разработките им не се публикуват и не са достъпни за рецензия. Наред с това използваният от тях език е прекалено оптимистичен и звучи по-скоро като продукт на маркетинг – получените животни няма как да се определят като „истински“ вълнести мамути или свирепи вълци. В най-добрия случай те ще могат да бъдат разглеждани като хибриди, а за по-критичния научен поглед ще са по-скоро слонове или вълци, в които са направени генетични редакции или са вмъкнати участъци от ДНК на друг вид – трансгенни животни. Нещо, което се прави и в момента за фундаментални изследвания.

Освен това се създава и погрешното впечатление, че тези изчезнали видове могат да бъдат възстановени напълно, което е опасно от консервационна гледна точка. Не на последно място, има и етични съображения. Слоновете са изключително интелигентни животни с много силна стадна динамика, поради което най-вероятно единични екземпляри няма да се чувстват добре сами. Като се вземат предвид дългата бременност при слоновете и неясната успеваемост на процедурата, създаването на достатъчно големи стада ще отнеме значително време и ресурси.

От друга страна, компанията очевидно грабва въображението на хората с новините за рунтави гризачи и свирепи вълци, помагайки за приемането на генните манипулации като нещо, което не е страшно и може да бъде полезно дори и от екологична гледна точка. Също така част от разработките все пак се публикуват, което може да донесе ползи в областта на генетичните редакции. Някои от техниките имат потенциал за приложение в медицината за генни терапии или за по-сложни редакции с цел фундаментални изследвания.

Времето ще покаже дали Colossal ще успеят да постигнат целта си и как точно ще бъдат приети новите животни от научните среди, които засега са по-скоро скептични, и на фона на вълнението на широката публика. 

Невиждан цвят

Възприемането на различни цветове е донякъде субективно. Но в основата си то се базира на система, която е добре проучена на физиологично ниво. В очите ни има два вида клетки, отговарящи за създаване на картината, която виждаме – пръчици, които не различават цвета, а само силата на светлината, и конуси, които правят разлика между отделните цветове.

Пръчиците са много по-чувствителни и многобройни (около десет пъти повече) и отговарят за зрението ни при оскъдна светлина. Конусите се делят на три разновидности, в зависимост от дължината на вълната, която улавят най-добре – S, M, L (short, medium, long), съответно за синя, зелена и червена светлина (трицветно зрение). Всеки от пигментите в тях има определен пик, при който се активират най-интензивно, но те могат да улавят с по-нисък интензитет и светлина с близка дължина на вълната. Сигналите от активацията на тези клетки се предават към мозъка, той ги интерпретира и създава картината, която виждаме. Това ни позволява да различаваме около милион нюанса на цветовете.

Но поради това припокриване между сигналите, особено на клетките за зелено и червено (M и L), на практика е невъзможно да видим зелено, без към него мозъкът ни да „добави“ и известно количество жълто. Поради това на практика е невъзможно да видим „истинско зелено“, тъй като няма естествен начин да се стимулират само един тип клетки. Това се променя с нова методология, наречена от изобретателите си Oz, с помощта на която петима доброволци са видели невиждан до момента нюанс на зеленото.

Процедурата е изключително сложна и високотехнологична. Първата стъпка е пълно картиране на ретиновата мозайка на доброволците. По този начин изследователите получават информация за разположението на различните клетки в ретините им. След това участниците поставят главите си в специална установка, където има място, което захапват – така могат да държат главата и съответно очите си почти неподвижни в пространството. И тук става магията – софтуер, наречен Wizard, следи микроскопичните и неволни движения на очите, като същевременно насочва прецизно специален лазер, така че светлината му да попада само в предварително избрани клетки, в случая M конуси.

Новият цвят, наречен от учените olo (от компютърното представяне на активация само на M конусите – 0, 1, 0), е описан от участниците в изследването като синьо-зелено, морскосиньо, зелено, но с много по-силен интензитет от обичайните им нюанси.

Като всяка изключително сложна система и Oz, въпреки своя магьосник, има своите недостатъци. Тъй като броят на M конусите е изключително голям, е много трудно лазерът да се насочи към всеки от тях. Поради това размерът на цветното петно, което виждат доброволците, е сравнително малко – колкото монета от 1 лев, гледана от една ръка разстояние, около два пъти по-голямо от Луната в нощното небе. По-сериозният проблем е, че въпреки следенето на движението на очите и прецизното насочване на лазера, около 60% от излъчената светлина попада в други клетки. Все пак според изчисленията на учените, потвърдени емпирично от наблюденията на участниците в изследването, цветът е извън границите на обичайното ни възприятие. Това прави бъдещото подобрение на технологията още по-интригуващо, защото, ако разсейването на светлината се намали и наистина се активират само един тип клетки, то цветът ще е още по-наситен.

Макар и на пръв поглед да изглежда така, разработената система не е просто високотехнологична играчка. Екипът, създал Oz и Wizard, смята, че интересното тепърва предстои. Системата може да се използва за различни експерименти, свързани с работата на зрението ни и с възприятието на цветовете. По-амбициозната цел е с помощта на подобрена установка, която може да покрие цялото зрително поле, да се помогне на хора с цветна слепота. Това е стъпка към трайно възстановяване на коректното трицветно виждане при тях. 

Вече има експерименти с примати, при които във възрастни екземпляри с червено-зелена слепота с помощта на генна терапия е добавен трети пигмент. От проведените тестове процедурата изглежда успешна – маймуните успешно различават предмети, които преди това са приемали за еднакви. Този експеримент показва, че подобна терапия може да се приложи и при хора. Но все още има много неясноти – маймуните все пак не могат да споделят възприятията си с учените, поради което не се знае как точно се справя мозъкът при внезапната поява на нов сигнал в зрителната система.

Именно тук от полза би била подобрена версия на Oz – конусите могат да бъдат разделени, така че да получават различна цветова информация, давайки възможност да се изследва пластичността на мозъка без драстични намеси. Ако се окаже, че той се адаптира лесно към подобна промяна, на практика ще е възможно разделянето на конусите ни на допълнителни подвидове, което да позволи тетра- или повече цветно зрение. Това би отворило вратите към напълно нов свят на цветно възприятие.

Post Syndicated from Михаил Ангелов original https://www.toest.bg/nauchni-novini-genetichni-redaktsii-sveteshti-tsvetya/

Европа открехва врата за генетичните редакции

В средата на миналата година в Европа се завъртя на по-високи обороти дебатът за генетичните редакции с помощта на новите геномни техники (НГТ) и в началото на този месец той най-накрая стигна до Европейския парламент. С 307 гласа за (нито един от представител на България), 263 против и 41 въздържали се беше прието предложението да се въведат две категории генетично модифицирани организми. В първата категория ще попадат растенията, при които промените могат да се получат по естествен път в природата или чрез методите на традиционната селекция, и за тях ще отпаднат тежките процедури за регистрация, прилагани в момента. Потребителите ще бъдат осведомявани чрез поставяне на информация върху продуктите, които ги съдържат – промяна в сравнение с първоначалното предложение от 2019 г., в което бе заложено да се обозначават само семената. Също така растенията няма да могат да бъдат сертифицирани като „органични“. Във втората категория ще бъдат оставени растения с по-сложни редакции, както и създадени с предишното поколение методи за генетични манипулации.

Следващата стъпка е предложението да мине през Европейския съвет, където обаче се очаква тежка дискусия за патентите върху растения, получени с помощта на новите методи. От Комисията по околна среда, обществено здраве и безопасност на храните, която гласува положително преди вота в Европарламента, не се дават насоки относно решаването на този въпрос. Намерението е да се направи анализ на пазара и да се оцени влиянието на новите регулации върху биотехнологичните компании и семепроизводителите, както и върху достъпа на фермерите до семена. Резултатите от анализа ще бъдат публикувани през 2026 г.

Депутатите смятат, че патентите върху растенията, получени чрез НГТ, трябва да бъдат забранени, за да се избегнат правни диспути и да се улесни достъпът до тях както на биотехнологичния, така и на земеделския сектор. Също така се изисква отчет за влиянието на новите правила още през 2025 г. За съжаление, не е ясно дали тази забрана може да бъде въведена лесно. В момента всички сортове, получени чрез традиционните методи за селекция (дефинирани като „биологични процеси“), не могат да бъдат патентовани, но генетично манипулираните могат, тъй като са резултат от технологичен процес. Това означава, че за да отпаднат патентите, ще трябва да се променя и съществуващото законодателство в тази област. Към средата на миналата година в Европейското патентно ведомство са били регистрирани около 3100 патента за генетично модифицирани растения. Според организацията успеваемостта за получаване на такъв патент е около 35%, а средната достига почти 60%.

Въпреки заявените намерения на евродепутатите традиционните селекционери, по-малките биотехнологични компании и фермерите изразяват опасения, че сегашната правна рамка за патентите ще им попречи да се възползват от новите регулации и ще позволи на големите компании да завземат сериозни части от пазара. Пример за това е описан в публикация на Politico – голямата биотехнологична компания KWS е получила патент за царевица, която е устойчива на ниски температури и е получена чрез редакция на гени с НГТ. Така KWS има възможността да забрани продажбата на сходен сорт, произведен от малка компания от Нидерландия, която го е създала с помощта на класическа селекция. За момента забрана няма, но освен чисто правно предимство, голямата компания има достъп до повече ресурси и по-лесно производство.

За момента решението на Европейския парламент се приема очаквано от двата лагера, участващи в дискусията – учените и биотехнологичните компании са въодушевени и смятат, че е стъпка в правилната посока, докато природозащитните организации са недоволни. Положителният вот донякъде е неизбежна стъпка за приемането на новите технологии, което, както вече е споменавано, е нужно с оглед на климатичните промени и заплахата Европа да остане извън предстоящата генетична революция.

Генетично манипулирани организми в ръцете на потребителите

Раздвижване в сферата има и отвъд океана, където крайните потребители могат да се сдобият с две нови растения, получени чрез генетични манипулации.

Биолуминесценцията се среща при редица видове от различни групи – бактерии, насекоми, гъби, морски организми, но в природата няма биолуминесциращи растения. За получаването на светлина са нужни два основни компонента – луциферин и ензимът луцифераза. Доскоро за създаването им се използваше бактериен оперон (група от гени, които се експресират заедно, обикновено за нуждите на конкретен процес), но този подход има редица недостатъци, най-важните от които са слаба светлина и токсични междинни продукти.

Иновацията идва от екип руски учени, които разгадават биосинтетичния път в гъбата Neonothopanus nambi в края на 2018 г. Те установяват, че той е тясно свързан с кафеената киселина, намираща се и в растенията, и че за прехвърляне на процеса в тях са нужни само четири гена. Подходът се оказва значително по-ефективен – растенията светят по-ярко, а освен това е безвреден за приемните организми, тъй като се вписва в съществуващи биохимични пътища. Година по-късно учените оповестяват успешното създаване на светещ тютюн, а в началото на годината излиза и публикация, представяща оптимизация, която увеличава силата на светлината до два пъти.

Разработката може да се използва за изучаването на различни биологични процеси като биосензор – светлината може да се индуцира само в определени случаи и така да се проследяват биологични пътища. Работата им има и комерсиален резултат – биолуминесцентна петуния, наречена Светулка (Firefly Petunia) и предлагана от компанията LightBio. След като бе одобрена за продажба и отглеждане в САЩ в края на миналата година, тя вече е достъпна за предварителна поръчка.

Другата иновация е по-практична и е под формата на лилав домат. Тъмнолилавите домати не са новост – с помощта на класическата селекция са създадени редица такива сортове, но при повечето от тях наситеният цвят е само по повърхността, а месестата им част е в оттенък на червеното. Лилавите домати, предлагани от Norfolk Healthy Produce, са изцяло оцветени и са единственият такъв сорт, тъй като технологията за създаването им е патентована.

Научната основа е публикувана през 2008 г. и се базира на вмъкването на два гена от декоративното растение кученце (Antirrhinum majus), които отговарят за синтеза на лилав пигмент – антоциан. С изключение на тези два гена доматите не се различават по нищо от конвенционалните си роднини и сортът дори не е хибриден. Това означава, че от него може да се събират семена, които да се засяват на следващата година, и не е нужно да се купуват нови. Разработката е резултат от сътрудничеството на няколко европейски екипа (от Англия, Италия, Нидерландия и Германия) и е получила европейско финансиране, но към момента семената не са достъпни на нашия пазар поради съществуващите регулации.

Основното предимство на сорта, което се изтъква от авторите, е повишеното ниво на антоциани, които имат антиоксидантна функция. В публикацията си екипът описва и експеримент, целящ да проследи продължителността на живота на мишки, склонни да образуват тумори. Мишките са разделени на три групи. Едните ядат само стандартна храна, другите – стандартна храна и червени домати, а третите – стандартна храна и лилави домати. Между първите две групи няма значима разлика – те живеят средно около 140 дни. Но мишките, в чиято диета са добавени лилавите домати, живеят средно около 180 дни.

Въпреки че данните в изследването изглеждат убедителни, ползата от антоцианите за здравето е тема, по която все още се водят дебати и няма ясен отговор. Окислителните процеси имат важна сигнална роля и са част от процеса на програмирана клетъчна смърт, който е важен за отстраняване на клетки, функциониращи некоректно (например прототуморни). Наред с това новият сорт е 10% от хранителния прием на мишките, което не е пренебрежимо количество, ако се съотнесе към стандартната ни диета. От друга страна, лилавите домати биха допринесли за по-пълноценното хранене на хората, които не приемат достатъчно антоциани.

Въпреки че преките ползи за здравето не са напълно потвърдени, новият сорт е интересен дори само заради вида си и възможността генетично манипулираните растения да станат по-достъпни за потребителите. Климатичната реалност ще бъде изключително изпитание за традиционната селекция и широкото въвеждане на храни – плод на генно инженерство, изглежда неизбежно, поради което, колкото по-бързо се нормализират, толкова по-лесно ще можем да направим стъпката напред.

Грешка в превода

При изстрелването на „Вояджър 1“ през 1977 г. учените от НАСА не подозират, че мисията му ще продължи повече от 40 години. Основната програма е планирана до края на 1980 г., когато той трябва да премине покрай Сатурн и някои от луните му. Благодарение на шеметната си скорост от 17 км/сек в началото на 1998 г. той стана най-отдалечената от Земята космическа сонда, изпреварвайки по-рано изстреляния „Пионер 10“.

През 2012 г. мисията отново попадна в новините, тъй като апаратът стана първият създаден от човека обект, който напуска Слънчевата система. Това беше установено по спадането на нивото на заредени частици от Слънцето (т.нар. слънчев вятър) и покачването на космическите лъчи. Тези данни показват преминаване на хелиопаузата – участък, в който силата на слънчевия вятър и междузвездната среда се изравняват.

През годините с цел пестене на енергия редица от изследователските уреди на сондата бяха изключени, но въпреки това учените все още можеха да комуникират с нея и да получават данни. За съжаление, от няколко месеца съобщенията, които получаваме, са объркани и не могат да бъдат разчетени. 

Според НАСА повредата е в един от бордовите компютри. Една от неговите задачи е да изпраща телеметрия към Земята, което в момента не може да се осъществи, а това прави откриването на проблема изключително трудно, но има редица хипотези какъв може да е той. Една от тях е, че се касае за грешка в паметта на компютъра, която води до объркване на записаните в нея данни; друга възможност е просто да има механична повреда в някоя от частите. По-интересна (но и по-малко вероятна) е възможността за „обръщане на бит“ – това може да бъде причинено от заредена космическа частица, която удря паметта в точно определено място, карайки 0 да премине в 1 или обратното. Допълнителна трудност за установяване на случващото се е и разстоянието до апарата – 22 часа и 34 светлинни минути. За достигането на всяка команда до апарата е необходимо това време и съответно още толкова за получаване на обратната информация. Разбира се, вече е опитан добрият стар трик с рестартирането, но това не е помогнало.

Въпреки че опитите за възстановяване на комуникацията с „Вояджър 1“ продължават, скоро може да се наложи да приемем, че повторна връзка с него няма да има. Добрата новина е, че той има апарат близнак („Вояджър 2“), който също прекоси хелиопаузата, но шест години по-късно, въпреки че е изстрелян с две седмици по-рано от „брат“ си. Причината е в различните орбити, по които се движат двете сонди. Комуникацията с него все още е възможна и това е известно успокоение за учените, които могат да продължат да изучават междузвездното пространство.

По следите на пътешествениците

„Нови хоризонти“ (New Horizons) може да се нарече съвременният последовател на апаратите „Вояджър“. Изстрелян през 2006 г., след 9-годишно пътешествие, преминало покрай Юпитер и Сатурн, той прелита близо до планетата джудже Плутон и луната ѝ Харон, давайки ни първите детайлни снимки на тяхната повърхност. Заснети са и по-малките спътници на Плутон – Стикс, Никс, Керберос и Хидра.

След този успех мисията е удължена и новата цел е изследване на обектите от Пояса на Кайпер – област, сходна с астероидния пояс между Марс и Юпитер, но с много по-големи размери, като повечето обекти в него са от замръзнал метан, амоняк или вода. Там се намират и планети джуджета, сред които е Плутон.

Нови данни, получени от инструмент, броящ и измерващ частиците прах, сочат, че поясът на Кайпер всъщност е много по-обширен. До момента се предполагаше, че той се простира до около 50 AU (AU – астрономически единици, средното разстояние между Земята и Слънцето, или приблизително 150 млн. км). Но изглежда, че той достига 80 AU или дори още по-далеч. За да подкрепят данните, получени от апарата, астрономите използват и телескопски наблюдения, за да търсят обекти, чийто сблъсък може да е причина за образуването на този прах. Сред предложените хипотези е частиците да са от лед, който все още не се е разсеял, или пък този прах да е избутан от слънчевия вятър по-далеч, отколкото се смята за възможно.

Учените са развълнувани от откритието, тъй като това може да доведе до установяването на нова група обекти в Слънчевата система. Към момента мисията е удължена до напускането на Пояса на Кайпер, което се очаква между 2028 и 2029 г. Но най-вероятно научната работа с апарата ще продължи и ще започнат наблюдения на района около хелиопаузата, а може би и след нея. Според данните в момента наличната енергия ще е достатъчна за нормалната му работа за още поне 15 години, така че, ако не стане нещо непредвидено, апаратът ще продължи да ни съобщава какво се случва в периферията на Слънчевата система.

Post Syndicated from Михаил Ангелов original https://www.toest.bg/nauchni-novini-transplantatsiya-na-mitohondrii/

Трансплантация на митохондрии

Митохондриите са органели, отговорни за енергийните нужди на клетките, и се намират във всички човешки клетки, освен в червените кръвни телца. Поради произхода си (ендосимбионтни бактерии) те са запазили част от своя генетичен материал и имат хромозома, която при хората носи 37 гена, 13 от които вземат участие в енергийния метаболизъм. Бактериалният произход и някои други техни особености са причина геномът им да има значително по-високи нива на мутации в сравнение с ядрената ДНК. Това има два основни ефекта: понякога тези мутации водят до повреди в гените, а също и до получаване на хетерогенна популация в различните тъкани и клетки.

Децата получават митохондриите си почти ексклузивно от майките (има няколко описани случая на преобладаващи бащини митохондрии, но за момента се смята, че те са рядкост). Поради случайното разпределение на митохондриите създаването на потомство от майки с установени мутации поражда риск, тъй като има вероятност в яйцеклетките им да попаднат увредени митохондрии и децата да развият заболявания с митохондриална етиология. Обикновено те са свързани с органи с висока потребност от енергия, като мозък, сърце, мускулатура.

Потенциално решение за преодоляване на този проблем е т.нар. трансплантация на митохондрии. В момента има два основни подхода за извършване на процедурата. При първия се използват неоплодени яйцеклетки от здрав донор и майката. Ядрото от донорската клетка се премахва и в нея се прехвърля ядрото от майчината, където е останала цитоплазмата с митохондриите. След това се извършва оплождането със сперматозоиди от бащата. При втория подход и двете изходни яйцеклетки първо се оплождат, след което отново ядрото от едната зигота се прехвърля в другата. Въпреки че в крайна сметка децата наистина носят генетичен материал от трима „родители“, приносът на донора е около 1%, така че той не би следвало да има правни задължения (или права) към тях.

Методът все още има сравнително ограничено приложение, защото законовият му статус е неуточнен в повечето страни. Едно от първите съобщения е от американски лекар, който е извършил процедурата в Мексико. Известни са и екипи, които работят в Гърция и Украйна, но може би най-добре уредена е ситуацията в Обединеното кралство, където процедурата е одобрена през 2015 г., като всеки случай се разглежда от регулаторния орган Human Fertilisation and Embryology Authority (HFEA). След искане за достъп до информация журналисти от Guardian са получили отговор, че към края на април 2023 г. са родени по-малко от пет бебета с донорски митохондрии. Точният брой не е посочен, защото според организацията това би дало възможност децата да бъдат идентифицирани.

Въпреки че като цяло резултатите са обещаващи, не всички учени са съгласни с прилагането на терапията в този ѝ вид. И при двата метода не е възможно да се изключат напълно митохондриите от майката. Обикновено те са под 2% от всички налични в зиготата, което е малък процент, но все пак крие рискове. Вече има съобщения за бебета, при които е настъпила т.нар. реверсия – митохондриите на майката се намножават и достигат нива, носещи риск за активиране на заболяването.

В публикуваните данни се посочва, че в началните стадии, непосредствено след трансплантацията, пренесените майчини митохондрии са били под 0,8%, от общото съдържание, но при раждането те вече са били между 30 и 60%. И при двата известни случая трансплантацията на митохондрии е използвана за преодоляване на репродуктивни проблеми, така че повишението не представлява опасност за здравето на децата, но тези случаи са индикация, че преди масовото прилагане на терапията има технически недостатъци, които трябва да се преодолеят.

Новите подходи, особено в медицината, крият своите рискове, но дават и възможност за справяне с проблеми, които само допреди години са се считали за непреодолими. Темпът на развитие на технологиите предполага, че в недалечно бъдеще методът ще бъде прецизиран и ще може да се прилага рутинно без тревога за потенциални реверсии.

В тази връзка е интересно скорошното развитие в създаването на яйцеклетки от мъжки клетки при мишки. Първо кожни клетки са третирани по специфичен начин, за да се индуцира превръщането им в структури, сходни на стволови клетки. След това Y хромозомата в тях е премахната и е вмъкната още една X хромозома от друга клетка. Получените XX стволови клетки са имплантирани в органоид със структура на миши яйчник, след което развитите яйцеклетки са оплодени и имплантирани в сурогатни майки. Родените мишки са били жизнени и с нормална продължителност на живота, като някои дори са оставили потомство. За момента процедурата е сложна и с ниска успеваемост, но учените се надяват в рамките на няколко години да я усъвършенстват и да я приложат при хора, които имат репродуктивни проблеми.

С напредването на науката най-вероятно ще има възможност и за създаване на яйцеклетки от соматични клетки на майката, след като се проведе скрининг и се подберат само клетки, в които всички митохондрии са здрави. Така ще отпадне необходимостта от използване на донори и целият генетичен материал на децата ще бъде принос само на двамата им преки родители или на единия от тях.

Генетични редакции в селското стопанство

Листата на сарепската горчица имат кулинарно приложение, но поради горчивия си вкус, сходен с този на другите ѝ зелеви роднини, обикновено минават през термична обработка преди консумация, за да се намали силата му. Това е пречка пред използването им в суров вид въпреки по-високата хранителна стойност в сравнение с другите листни зеленчуци, от които обичайно се правят салати.

Биотехнологичната компания Pairwise предлага решение за този проблем с първия CRISPR редактиран хранителен продукт в САЩ. С помощта на технологията те са ограничили активността на ензима мирозиназа, който е свързан със защитната система на зелевите растения. Когато са изложени на опасност (например от насекоми), този ензим освобождава съединения, съдържащи сяра в структурата си (тиоли). Те бързо образуват нови молекули с циано- или нитрилна група, които са силно токсични за неприятелите. Именно тиолите (и сярата в тях) са причина за горчивия вкус и острия мирис на сарепската горчица. Понякога те са проблем и за тревопасните животни, поради което рапицата от същото семейство се използва за фураж с повишено внимание.

Компанията е получила разрешение от USDA през 2020 г., като сега смята да предлага салатен микс, в който има листа от сарепска горчица, на подбрани ресторанти и някои магазини. Освен по-високата хранителна стойност, друго предимство на тази култура пред останалите листни зеленчуци е и по-високият добив.

Това не е първият генетично редактиран продукт на пазара в глобален мащаб. През 2021 г. в Япония започна продажбата на домати със завишено съдържание на гама-аминомаслена киселина (GABA), която инхибира предаването на импулси между нервните клетки. Според компанията, създала тези домати, приемът ѝ помага за понижаване на кръвното налягане и намаляване на стреса.

За интересно приложение на CRISPR технологията съобщава и друг американски екип, съставен от учени от USDA, университетски изследователи и частни компании. Те успешно са създали говедо, което има повишена толерантност към вируса, причиняващ вирусна диария (мукозна болест). Това е заболяване, за което има множество ваксини, но въпреки това те невинаги успяват да го предотвратят, а предаването е много лесно, особено във ферми с по-голяма плътност на отглеждане. Болестта е особено опасна за бременните крави, защото намалява процента успешни раждания, а родените телета са носители на причинителя и в тях се наблюдава много висок вирусен товар.

За да проникне успешно в клетките на животните, вирусът се прикачва към един от протеините на тяхната мембрана (CD46). Използвайки тази информация, известна ни от почти 20 години, екипът е направил промяна в шест аминокиселини (от общо 361) на този протеин с помощта на Crispr-Cas9. Първо моделът е изпитан в клетъчни култури, а след потвърждаването му е било създадено генетично редактирано женско теле, наречено Ginger.

Редакцията не е променила съществено функционалността на протеина, така че той успешно продължава да работи нормално в клетките на животните, но вирусът вече не може да го използва за проникване в тях. След като е станала на десет месеца, Ginger е изложена на вируса чрез поставяне в съжителство с теле, което е негов носител и го отделя активно. Въпреки че той е открит в кръвта ѝ, вирусният товар е бил значително по-нисък и тя не е проявила симптомите, характерни за заболяването.

Тази разработка показва нов хоризонт пред генните редакции под формата на своеобразни перманентни ваксини, които могат да бъдат вмъкнати при създаването на нови породи. Възможността за прецизни редакции е изключително полезен инструмент, тъй като дори малка разлика в един ген може да доведе до големи промени в организма. Това е видно и от работата на учени от Женевския университет.

Биохимичните процеси в организмите протичат като последователност от химични реакции, наречена сигнален път (или биохимична каскада). В повечето случаи тези реакции са контролирани от активацията или спирането на действието на различни гени. В най-простия вариант са линейни и се активират от един ген вследствие на някакъв стимул, като всяка стъпка започва след края на предходната, но има и случаи, в които са разклонени, с много стъпки, които се влияят една от друга и са с различни активиращи гени.

Един от особено важните гени, контролиращи такива сигнални пътища, е Shh (Sonic hedgehog, Таралежът Соник), който взема участие в морфогенезата на централната нервна система, дробовете, крайниците, зъбите – симетрични части на тялото. Той е отговорен и за правилното развитие на различни образувания по кожата – косми, пера и люспи. Тези структури са хомолози и се предполага, че произхождат от общ предшественик на гръбначните животни.

Установено е, че при активиране на Shh по време на развитието на ембриона люспите, които обичайно покриват краката на кокошките, се трансформират в пера. Те имат идентична структура като тези по другите части и с възрастта преминават от пух към същински пера. Интересното е, че в случая дори не е имало генетична манипулация в класическия ѝ смисъл. Активацията на гена е постигната чрез инжектиране на малка молекула (SAG) в 11-тия ден от развитието на ембриона, която активира сигналния път на Shh, без да се правят намеси в генома на животните.

Според учените самата трансформация дава повече информация за процесите на образуване на различните структури. Но по-интересното е, че тя е следствие от временна промяна в експресията на гена, което може да има голямо значение за земеделската продукция, където генните манипулации подлежат на строг контрол и ако могат да бъдат избегнати, пускането на нови продукти на пазара ще бъде значително по-лесно.

Издайническа ДНК

ДНК е навсякъде – всички организми я отделят в околната среда с биологичните си дейности. Благодарение на това се развива и цяла нова научна област, в която се работи със сборни проби от най-различни източници, като водоеми, въздух, почва и др. Събраната ДНК от околната среда (eDNA, environmental DNA) може да бъде секвенирана и след това с помощта на биоинформатични методи (компютърен анализ на данните) да се правят най-различни проучвания за обитателите на даден ареал – видов състав, здравен статус. Два актуални примера са откриването на нови вируси, за което разказахме наскоро, и употребата на сходен подход за проследяване и прогноза на потенциални огнища на COVID-19 чрез проби от пречиствателни станции.

В това отношение човекът не се различава от останалите организми. Ние отделяме ежедневно своята ДНК чрез аерозоли (говор, кашляне, кихане), частици кожа, при отделителните процеси. Доскоро това не беше от ключово значение, защото при повечето изследвания се използва количествен PCR (qPCR, quantitative PCR), при който е необходима информация за търсения организъм. Но с напредването на технологиите за изолация и секвениране на ДНК и последващата обработка на получените данни за учените става достъпна информация за целия генетичен материал в събраната проба.

Ново изследване описва потенциалните проблеми и възможности, които произтичат от това. Основният обект на учените са костенурки, размножаващи се по плажовете на Флорида. Изолирайки ДНК от следите, които оставят в пясъка, те могат да проследяват популациите им и да наблюдават появата на заболявания, причинени от вируси. След като откриват човешки генетични последователности в един такъв набор, изследователите решават да се фокусират върху това и освен от плажен пясък събират и водни проби от океана и река във Флорида.

Откриването на човешка ДНК в тях не е особена изненада, но качеството ѝ е било значително по-високо от очакваното. Успешно са открити митохондриални мутации, свързани с аутизъм, диабет, очни и сърдечни заболявания. Наред с това е направен и популационно-генетичен анализ, при който е установено, че данните отговарят на демографското разпределение в района. Експериментът е повторен и с вода от река в Ирландия със сходни резултати.

Може би най-впечатляващо е отчитането на човешка ДНК в проби от въздух, взет от стаите на ветеринарна клиника. Отново са засечени мутации, свързани със заболявания, а също така успешно е определено потеклото на работещите в клиниката. Открити са и папиломен вирус, причиняващ туморни заболявания по костенурки (пациентите на клиниката), както и тяхната ДНК.

Това повдига редица етични въпроси, свързани с неприкосновеността и даването на съгласие за обработка на генетични данни, възможността за проследяване и дискриминацията на цели групи на база белези, които вече могат да бъдат открити, без да се вземат проби непосредствено от хората. Предвид практиката данните от секвениране при всички изследвания, финансирани от държавата, да се качват в публично достъпни бази данни, това би могло да даде достъп до подобна информация на компании и други организации, без реално те да извършват работата по обработка на биологичните проби.

Но това не означава, че подходът не може да се използва и за добро. Потенциални приложения са следенето на популационната динамика, както и на появата на зловредни мутации, нови заболявания или техни щамове и варианти. Друга авангардна идея, предложена от авторите, е търсенето на загубени хора чрез събиране на проби от въздуха с помощта на дрон. Въпреки че има потенциално приложение и в криминалистиката, според професорката по право Натали Рам, специализираща в сигурността на генетичните данни, технологията крие риск да ни постави под постоянно наблюдение и заключения да се правят въз основа на случайно попаднал генетичен материал.

Както при всяко ново откритие, предстои период на изясняване на пълните му възможности и поставяне на законови и етични рамки, които да насочат употребата му така, че да бъде полезно за обществото и да носи основно позитиви.