Кто тут молекулярщик

Многие новые и экспериментальные методы современной биомедицины тесно связаны с достижениями в области молекулярной генетики. Проверьте, насколько внимательно вы читали наши новости и разбираетесь в терминологии медицины будущего. И не спешите бежать за учебником по биологии — он вам не поможет. Тот, кто справится хорошо, получит шанс попасть в команду .

1. Персонализированную медицину нельзя представить себе без методов высокопроизводительного секвенирования генома, то есть определения нуклеотидной последовательности ДНК. А какая молекулярная технология до сих пор лежит в основе большинства платформ для секвенирования?

1. [] Обратная транскрипция
2. [] Полимеразная реакция
3. [] Лигирование

Правильно!

Секвенирование ДНК стало доступной технологией с появлением метода Сэнгера, основанного на достраивании второй цепочки ДНК ферментом ДНК-полимеразой на одноцепочечной матрице с использованием специфического праймера (короткой «затравки»). По сути, «секвенирование синтезом» воспроизводит процесс репликации ДНК в клетке и является прообразом полимеразной цепной реакции (ПЦР), без которой сегодня обходится редкая биологическая лаборатория. Секвенирование по Сэнгеру до сих пор широко используется для прочтения коротких последовательностей (например, одного гена) — просто делают это уже не руками, а в секвенаторах. Несмотря на появление альтернативных технологий (например, протягивание цепочки ДНК через нанопору), секвенирование синтезом также использует лидер рынка Illumina — производитель платформ для высокопроизводительного секвенирования целых геномов.

Неправильно!

Секвенирование ДНК стало доступной технологией с появлением метода Сэнгера, основанного на достраивании второй цепочки ДНК ферментом ДНК-полимеразой на одноцепочечной матрице с использованием специфического праймера (короткой «затравки»). По сути, «секвенирование синтезом» воспроизводит процесс репликации ДНК в клетке и является прообразом полимеразной цепной реакции (ПЦР), без которой сегодня обходится редкая биологическая лаборатория. Секвенирование по Сэнгеру до сих пор широко используется для прочтения коротких последовательностей (например, одного гена) — просто делают это уже не руками, а в секвенаторах. Несмотря на появление альтернативных технологий (например, протягивание цепочки ДНК через нанопору), секвенирование синтезом также использует лидер рынка Illumina — производитель платформ для высокопроизводительного секвенирования целых геномов.

2. Самая горячая тема XXI века в биомедицине это, пожалуй, редактирование генома. Этих технологий не было бы без, казалось бы, чисто фундаментальных открытий. Скажите, изучение чего не привело (по крайней мере, пока) к появлению нового типа геноредакторов?

1. [] Выживания бактерий в горячих источниках
2. [] Заражения растений патогенами
3. [] Интронов дрожжей
4. [] Защиты бактерий от бактериофагов

Правильно!

Изучение термофилов – микроорганизмов, способных существовать при высоких температурах, подарило молекулярным биологам не инструмент редактирования генома, а термостабильную ДНК-полимеразу, которая используется в ПЦР. Технологию CRISPR-Cas9 ученые подсмотрели у микробов: с ее помощью бактерии защищаются от вирусов. Изучение патогенных бактерий растений и интронов дрожжей привело к появлению нуклеаз TALEN и мегануклеаз типа I-Sce I, которые хоть и менее известны, чем CRISPR, но до сих пор применяются в биотехнологии.

Неправильно!

Изучение термофилов – микроорганизмов, способных существовать при высоких температурах, подарило молекулярным биологам не инструмент редактирования генома, а термостабильную ДНК-полимеразу, которая используется в ПЦР. Технологию CRISPR-Cas9 ученые подсмотрели у микробов: с ее помощью бактерии защищаются от вирусов. Изучение патогенных бактерий растений и интронов дрожжей привело к появлению нуклеаз TALEN и мегануклеаз типа I-Sce I, которые хоть и менее известны, чем CRISPR, но до сих применяются в биотехнологии.

3. CRISPR-Cas, цинковопальцевые нуклеазы, TALEN – все эти технологии редактирования генома вносят в ДНК двуцепочечный разрез. А какой механизм залечивания разрезов в основном работает в клетках млекопитающих?

1. [] Гомологичная рекомбинация – разрез зашивается с использованием гомологичной матрицы или специальной ДНК-«заплатки»
2. [] Негомологичное спаривание концов – концы сшиваются как попало, генерируя мутации
3. [] Никакой – если не дать клетке специальную ДНК-«заплатку», она просто умрет

Правильно!

Когда генные инженеры редактируют ДНК в клетках, они как правило хотят поменять одну последовательность ДНК на другую, а не просто внести туда мутацию. Для этого вместе с редактором в клетку вводят так называемую «заплатку», которая содержит нужную последовательность и должна встроиться на место разрыва по механизму гомологичной рекомбинации. К сожалению, у млекопитающих этот механизм работает не очень эффективно, поэтому «поймать» нужную замену бывает довольно сложно. Чаще всего разрез зашивается при помощи негомологичного спаривания концов, и ген просто ломается. А с клетками пекарских дрожжей все наоборот – если «заплатку» не добавить, клетке будет сложно зашить разрез, и она умрет.

Неправильно!

Когда генные инженеры редактируют ДНК в клетках, они как правило хотят поменять одну последовательность ДНК на другую, а не просто внести туда мутацию. Для этого вместе с редактором в клетку вводят так называемую «заплатку», которая содержит нужную последовательность и должна встроиться на место разрыва по механизму гомологичной рекомбинации. К сожалению, у млекопитающих этот механизм работает не очень эффективно, поэтому «поймать» нужную замену бывает довольно сложно. Чаще всего разрез зашивается при помощи негомологичного спаривания концов, и ген просто ломается. А с клетками пекарских дрожжей все наоборот – если «заплатку» не добавить, клетке будет сложно зашить разрез, и она умрет.

4. Миодистрофию Дюшена – генетическое заболевание, обусловленное мутациями в гене дистрофина, предложили лечить с использованием CRISPR-Cas9, и даже опробовали терапию на собаках и свиньях. «Криспр» был нужен, чтобы выбросить мутантный экзон (кусочек гена) и восстановить рамку считывания гена. Это возможно благодаря существованию внутриклеточного механизма...

1. [] Сплайсинга
2. [] РНК-интерференции
3. [] Редактирования РНК

Правильно!

Ген дистрофина очень большой: он состоит из 79 отдельных кодирующих кусочков (экзонов), которые сшиваются друг с другом в процессе сплайсинга. Если мутантный экзон выбросить, это все равно приведет к синтезу функционального белка. Этот принцип использовали сразу несколько исследовательских групп, чтобы разными способами вырезать 51 экзон, мутация в котором встречается у 13 процентов пациентов с миодистрофией Дюшена. А вот с использованием РНК-интерференции можно вылечить амилоидоз и острую печеночную порфирию.

Неправильно!

Ген дистрофина очень большой: он состоит из 79 отдельных кодирующих кусочков (экзонов), которые сшиваются друг с другом в процессе сплайсинга. Если мутантный экзон выбросить, это все равно приведет к синтезу функционального белка. Этот принцип использовали сразу несколько исследовательских групп, чтобы разными способами вырезать 51 экзон, мутация в котором встречается у 13 процентов пациентов с миодистрофией Дюшеннна. А вот с использованием РНК-интерференции можно вылечить амилоидоз и острую печеночную порфирию.

5. Предположим, мы хотим исправить испорченный ген у взрослого человека и приготовили систему редактирования ДНК или просто нормальную копию гена, чтобы нужный фермент синтезировался в организме самостоятельно. К сожалению, во все клетки сразу мы его доставить не сможем, максимум – в конкретный орган. Что чаще всего сейчас используют в качестве средства доставки?

1. [] Ничего – ДНК просто вводят в мышцу или в кровь
2. [] Химические полимеры
3. [] Вирусы

Правильно!

Синтетические полимеры, которые помогают ДНК попадать в клетки, часто используют при работе с клеточными культурами. А вот для использования в организме человека сейчас чаще всего используют векторы на основе аденоассоциированных вирусов. Эти вирусы не патогенны для человека и практически не вызывают иммунный ответ, но имеют повышенное сродство к определенным органам, например, мышцам или печени. Правда, их производство дорого – этим, в том числе, объясняется высокая стоимость генной терапии. В то, что «голая» ДНК без специальных средств доставки сработает в организме, ученые как-то не очень верят, хотя биохакеры собираются это проверить.

Неправильно!

Синтетические полимеры, которые помогают ДНК попадать в клетки, часто используют при работе с клеточными культурами. А вот для использования в организме человека сейчас чаще всего используют векторы на основе аденоассоциированных вирусов. Эти вирусы не патогенны для человека и практически не вызывают иммунный ответ, но имеют повышенное сродство к определенным органам, например, мышцам или печени. Правда, их производство дорого – этим, в том числе, объясняется высокая стоимость генной терапии. В то, что «голая» ДНК без специальных средств доставки сработает в организме, ученые как-то не очень верят, хотя биохакеры собираются это проверить.

6. В 2006 году японский ученый Синья Яманака показал, что «взрослые» клетки человека можно вернуть в эмбриональное состояние, если экспрессировать в них несколько белков – факторов транскрипции. С тех пор разные варианты клеточной терапии предполагают использование таких индуцированных плюрипотентных клеток. Можно взять у пациента клетки соединительной ткани, отредактировать, а затем «омолодить» и вырастить из них любые другие — например, нейроны. А сами факторы Яманаки непосредственно влияют на работу важного клеточного фермента, который называется...

1. [] ДНК-полимераза
2. [] РНК-полимераза
3. [] Теломераза

Правильно!

Факторы Яманаки – это факторы транскрипции. А транскрипцией, то есть синтезом РНК на матрице ДНК, в наших клетках занимается РНК-полимераза.

Неправильно!

Факторы Яманаки – это факторы транскрипции. А транскрипцией, то есть синтезом РНК на матрице ДНК, в наших клетках занимается РНК-полимераза.

7. Репрограммирование клеток включает в себя не только работу факторов транскрипции, но и снятие старых и развешивание новых эпигенетических меток — химических модификаций хроматина (комплекса ДНК с белками), которые влияют на работу генов. А как называется самая частая модификация ДНК, заставляющая гены «молчать»?

1. [] Метилирование
2. [] Ацетилирование
3. [] Окисление

Правильно!

Белки-гистоны, которые связаны с ДНК в составе хромосом, могут содержать самые разные метки, но в основном это метильные и ацетильные группы. А вот сама ДНК, как правило, метилируется по цитозину в составе динуклеотида CpG. Такие пары в регуляторных участках генов формируют «островки», массовое метилирование или деметилирование которых «выключает» или «включает» ген.

Неправильно!

Белки-гистоны, которые связаны с ДНК в составе хромосом, могут содержать самые разные метки, но в основном это метильные и ацетильные группы. А вот сама ДНК, как правило, метилируется по цитозину в составе динуклеотида CpG. Такие пары в регуляторных участках генов формируют «островки», массовое метилирование или деметилирование которых «выключает» или «включает» ген.

8. Продолжая тему клеточных технологий, нельзя не вспомнить о CAR-T: модифицированных иммунных клетках с генно-инженерными рецепторами, которые уже успешно используются для лечения рака крови. Химерные белки на поверхности CAR-T содержат в себе фрагмент...

1. [] Рецептора PD1, распознающего белок PD-L1 на поверхности раковой клетки
2. [] Фермента, распознающего субстрат на поверхности раковой клетки
3. [] Антитела против специфичного ракового антигена

Правильно!

CAR расшифровывается как Chimeric antigen receptor, то есть «химерный антигенный рецептор». Химерный рецептор, фактически, состоит из кусочка моноклонального антитела, который расположен снаружи, и внутриклеточного участка, который запускает систему «сигнализации» при распознавании антигена. В качестве антигена может выступать маркер определенного типа опухоли – это может быть белок или даже углеводная цепочка. Обычный Т-клеточный рецептор лимфоцита тоже содержит распознающий антиген участок, но для «включения сигнализации» ему нужны дополнительные межклеточные взаимодействия.

Неправильно!

CAR расшифровывается как Chimeric antigen receptor, то есть «химерный антигенный рецептор». Химерный рецептор, фактически, состоит из кусочка моноклонального антитела, который расположен снаружи, и внутриклеточного участка, который запускает систему «сигнализации» при распознавании антигена. В качестве антигена может выступать маркер определенного типа опухоли – это может быть белок или даже углеводная цепочка. Обычный Т-клеточный рецептор лимфоцита тоже содержит распознающий антиген участок, но для «включения сигнализации» ему нужны дополнительные межклеточные взаимодействия.

9. Стирание памяти и внедрение ложных воспоминаний – звучит как что-то из фантастических фильмов, не правда ли? Однако ученые уже проделали такие эксперименты на мышах. Это позволяет технология оптогенетики — для этого животным надо вставить в мозг оптоволоконные электроды и вколоть туда же вирус, чтобы заставить нейроны синтезировать специальный белок – каналородопсин. Этот белок по механизму действия напоминает...

1. [] Химический сенсор
2. [] Протеолитический фермент
3. [] Белок сетчатки глаза

Правильно!

Каналородопсин так называется потому, что работает по аналогии с родопсином – белком, который позволяет нам воспринимать свет. В его состав входит хромофор – молекула ретиналя (производная витамина А), которая под действием фотона меняет конформацию. В результате весь белок изменяет структуру и начинает пропускать ионы. Это приводит к деполяризации мембраны нейрона и передаче нервного импульса.

Неправильно!

Каналородопсин так называется потому, что работает по аналогии с родопсином – белком, который позволяет нам воспринимать свет. В его состав входит хромофор – молекула ретиналя (производная витамина А), которая под действием фотона меняет конформацию. В результате весь белок изменяет структуру и начинает пропускать ионы. Это приводит к деполяризации мембраны нейрона и передаче нервного импульса.

10. Сможет ли редактирование генома и стволовые клетки сделать человека бессмертным? Если честно, редакция в этом сомневается. Тем не менее, исследования старения в нашем неуклонно дряхлеющем мире сейчас неплохо финансируются. Самый известный фермент «вечной молодости» это, пожалуй, теломераза. А что она, собственно, делает?

1. [] Поддерживает структуру мембраны митохондрий
2. [] Удлиняет концы хромосом
3. [] Регулирует работу генов старения

Правильно!

Концевые участки хромосом называются теломерами, они состоят из повторяющихся последовательностей ДНК и с каждым делением клетки становятся короче. Эта особенность ограничивает число делений определенным числом (пределом Хейфлика) и предопределяет «смерть» соматической клетки. Фермент теломераза, который способен восстанавливать длину теломер, работает только в эмбриональных и раковых клетках – они могут делиться почти бесконечно. Несмотря на то, что центральная роль теломеразы в теории старения некоторыми учеными признана устаревшей, эксперименты по искусственному продлению теломер у животных продолжаются, а отдельные энтузиасты даже ставят опыты на себе.

Неправильно!

Концевые участки хромосом называются теломерами, они состоят из повторяющихся последовательностей ДНК и с каждым делением клетки становятся короче. Эта особенность ограничивает число делений определенным числом (пределом Хейфлика) и предопределяет «смерть» соматической клетки. Фермент теломераза, который способен восстанавливать длину теломер, работает только в эмбриональных и раковых клетках – они могут делиться почти бесконечно. Несмотря на то, что центральная роль теломеразы в теории старения некоторыми учеными признана устаревшей, эксперименты по искусственному продлению теломер у животных продолжаются, а отдельные энтузиасты даже ставят опыты на себе.

Поздравляем, ваш результат: из

Пока не молекулярщик

Кажется, новостями биомедицины вы до сих пор особо не интересовались. Или физика вам ближе? Тогда пройдите другой тест, он как раз для физиков.

Поделиться результатами

Поздравляем, ваш результат: из

Первокурсник биофака

Хотя вы и далеки от лабораторных реалий, но не отрываетесь от научных пабликов и засыпаете с томиком Докинза под подушкой.

Поделиться результатами