Научни новини: Ксенотрансплантации, птичи грип, екологична „кожа“ и малко „Вояджър“

Необичайни донори

Бъбреците са най-често трансплантираните органи в световен мащаб. Въпреки че донори могат да бъдат и доброволци, все пак има недостиг на органи. Потенциално решение за този проблем е използването на животни. Първите опити за ксенотрансплантация (прехвърляне между различни видове) са с органи от примати, но те се отхвърлят в рамките на няколко месеца.

С подновяването на интереса към процедурата за донор са избрани прасета – техните органи са сходни с човешките и за разлика от приматите не са застрашени. Наред с това могат да се подберат животни с различен размер, вероятността за предаване на заболявания е по-ниска и не на последно място – решението е по-лесно от етична гледна точка.

Миналия месец беше направена първата трансплантация на бъбрек от прасе на човек. Пациентът е на 62 години и вече е претърпял една стандартна процедура през 2018 г., но трансплантираният тогава орган отказва. Това налага той да започне отново диализа, което води до усложнения – образуване на съсиреци и запушване на кръвоносни съдове. Поради влошаващото се състояние на пациента и липсата на подходящ донор лекарите са му предложили експерименталната ксенотрансплантация.

Разбира се, процедурата не е лесна, тъй като имунната система реагира остро на орган от чужд организъм. Това е така дори и с човешки донор, което налага извършването на редица проверки за съвместимост – кръвна група, антигени и др. За да се премахне опасността за пациента, в прасето донор са направени 69 генетични редакции с помощта на CRISPR. Три от тях са свързани с премахването на гени от неговия геном, които са отговорни за синтеза на специфични молекули по клетъчните стени, които имунната ни система разпознава като нашественици.

Добавени са и седем човешки гена, които кодират протеини, намаляващи риска от отхвърляне на органите. Останалите са изрязани от генома ретровируси, които са счетени за потенциално опасни за хората. Въпреки че към момента активацията на такива вируси в човешки гостоприемник се наблюдава рядко, рискът да се случи е по-висок при пациенти, чиято имунна система е потисната. А именно такъв е случаят при трансплантациите, защото, за да се намали вероятността за отхвърляне на новия орган, се изписват медикаменти, които намаляват активността на имунната система.

Операцията е преминала успешно и пациентът вече е изписан, като в изявление той казва, че се чувства добре и се вълнува да се върне при семейството си. Дългосрочната прогноза не е ясна, но предварителните изследвания на екипа, създал генетично модифицирания донор, са обнадеждаващи. Процедурата е приложена при макаци, част от които са живели повече от една година след трансплантацията, а един – над две. Резултатите са хетерогенни и не изглеждат впечатляващо, но генните редакции са насочени към човешки реципиенти, което може да е едно от обясненията. Сходна операция, но с черен дроб, е направена и при пациент в мозъчна смърт. Експериментът е проведен в рамките на три дни, през които органът е изпълнявал функциите си нормално, поддържайки пациента в стабилно състояние. 

Това не са първите ксенотрансплантации. През 2022 и 2023 г. бяха трансплантирани две свински сърца, но с не особено добри резултати – и в двата случая органът е отхвърлен след по-малко от два месеца. Въпреки това лекарите са оптимистично настроени. В тези случаи състоянието на реципиентите е било толкова тежко, че те не са попаднали в списъците за трансплантация. Също така редакциите в донорите са значително по-малко – не е направено премахване на ретровируси от генома на прасето. Дали това е сред причините за неуспеха, е обект на дискусия и най-вероятно ще са нужни още данни. Тъй като колкото повече генетични редакции се правят, толкова по-скъп и сложен става процесът по създаване на животното донор, учените трябва да намерят оптималния брой редакции, с които могат да се получат безопасни органи.

Получаването на орган от прасе звучи като от странен научнофантастичен сюжет и сигурно няма да е по вкуса на всеки. Най-добрият вариант е създаването на органи от стволови клетки на пациента, което почти ще изключи риска от отхвърляне. Уви, тази технология е все още далеч в бъдещето, въпреки че в последните години се наблюдава известен прогрес. Това прави ксенотрансплантацията достъпно решение за пациенти, нуждаещи се от нови органи.

„Вояджър“ има проблем с паметта

Новият месец ни носи новини от далечния пътешественик, чието приключение следим внимателно. След като преди месец екипът на НАСА получи пълен пакет с данни от него, вече е ясно какъв точно е проблемът с компютъра на сондата.

Инженерите са установили, че около 3% от данните в паметта на бордовия компютър са грешни, което пречи на нормалното му функциониране. Най-вероятно това се дължи на дефект в някой от чиповете. Конкретната причина не е известна – може да бъде удар от заредена частица или просто да се е повредил след дългогодишното пътуване, но каквато и да е станало, това не е пречка. Въпреки че засега не е ясно колко време ще е нужно за справяне със затруднението, инженерите мислят, че ще успеят да заобиколят проблемния модул и „Вояджър 1“ отново ще може да изпраща научни данни.

Обновяването на софтуера на апаратите не е нещо ново – в края на миналата година към „Вояджър 1“ и „Вояджър 2“ беше изпратена версия, която внася корекции в двигателната им система. За да се избегне отлагането на гориво по тънките тръби, които го пренасят, използването на двигателите е разредено с цел удължаване на активния живот на сондите. Тъй като двигателите им се използват за промяна на ориентацията в пространството, така че антените им да са насочени към Земята, това ще затрудни малко комуникацията с апаратите.

В новата версия е включена и „кръпка“ за проблем, сходен с настоящия. Поради грешка в системата за управление на ориентацията на „Вояджър 1“ той започва да изпраща съобщения, които не могат да бъдат разчетени. След няколкомесечно разследване проблемът е решен и корекцията е изпратена и към „Вояджър 2“, за да се избегне появата на този проблем и при него.

Макар че комуникацията с двата апарата е трудна, те продължават да будят научен интерес – данните, които изпращат, са важни за опознаването на междузвездното пространство. По стъпките им вървят и други сонди, но до тяхното излизане извън хелиосферата има още време и загубата на „Вояджър 1“ ще бъде осезаема.

Нов гостоприемник на птичи грип

Високопатогенната инфлуенца А по птиците – птичи грип, A(H5N1) – е проблем в глобален мащаб от няколко години. Освен големите щети, които нанася на дивите популации, епидемии от него имаше и в много птицеферми, което повлия значително на цената на яйцата и пилешкото месо. В Англия имаше периоди, в които фермерите не пускаха птиците да излизат извън затворените помещения, което допълнително усложни ситуацията с яйцата от свободни кокошки.

В началото на миналата година имаше тревожни съобщения за прескачане на птичи грип към бозайници – лисици, видри и норки. Сега, около година по-късно, има ново развитие. В края на март няколко стада крави в Тексас и Канзас са дали положителен резултат за вируса, а около седмица по-късно беше съобщено за случаи в още три щата – Айдахо, Мичиган и Ню Мексико. Вирусът е открит в млякото, но при допълнително изследване на кръв и секрети от кравите пробите са били отрицателни, така че към момента учените предполагат, че се реплицира само във вимето, без да засяга значително здравето на животните. Хипотезата им е, че преносът между кравите е посредством капки мляко по дрехите, по ръцете на работниците или доилните машини.

Все още не е ясно как са започнали инфекциите. Възможно е диви птици да са заразили домашни, откъдето вирусът да е прескочил в кравите, или да е станало директно от домашни птици. Наличната информация сочи, че пренос е имало веднъж или два пъти, защото фермата в Мичиган е получила крави от една от фермите в Тексас, където е имало болни животни. Все още няма забрана за транспорт на крави, но най-вероятно, ако ситуацията се влоши, здравните власти ще издадат и такава препоръка.

Във фермите са открити и котки, които са заразени с вируса, най-вероятно от разлято мляко, с което са се хранили. При тях се засягат белият и черният дроб и в повечето случаи заболяването е летално. Това е помогнало за откриването на инфекциите във фермите, наред с промяната в млякото от болните крави.

Известен повод за притеснение е, че в Тексас вирусът е прескочил и към един от работниците. Симптомите му не са тежки и основният е конюнктивит (възпаление на очите). Пациентът е в домашна изолация и му е приложена терапия с антивирусни медикаменти. Геномът на патогена, изолиран от него, е секвениран и е установено, че е почти идентичен с открития в кравите. Липсват мутации за устойчивост на медикаменти или по-висока вирулентност и той е много сходен с два щама, които се използват за създаване на ваксини срещу вируса.

Според Министерството на земеделието на САЩ потребителите не бива да се тревожат, тъй като млякото се изследва редовно и преминава през процес на пастьоризация. Същото важи и за месото – дори и да има вирусни частици в него, те ще бъдат инактивирани при обработката му. Основната опасност е за работниците във фермите, които се следят внимателно и при поява на симптоми се тестват за H5N1.

Въпреки че засега щетите от вируса са основно икономически и засягат животновъдите, прескачането му към все повече бозайници е нещо, на което трябва да се обърне внимание. Описаните случаи са ограничени в САЩ, но е напълно възможно това да стане и в Европа – заболяването се среща при диви и домашни птици, а в средата на миналата година имаше и случаи с починали котки в Полша. Всеки пренос между бозайници дава на вируса възможност да се усъвършенства, създавайки предпоставка за нова пандемия.

Екологична „кожа“

Заместителите на кожа, използвани в модната индустрия, са добър вариант за намаляване на екологичния отпечатък на продуктите. Но към момента по-голямата част от тях са базирани на различни видове пластмаса, получена от петролни продукти, което също не е оптимално решение. Също така подобни тъкани отделят микропластмаси. Развитието на технологиите за производство на полимери от растителен материал (често царевица) позволява създаването на пластмасови продукти, които са по-лесно биоразградими, но добиването на суровината понякога е в конфликт със земеделието.

Интересна алтернатива предлагат биотехнолозите – използване на микробиални култури. Миналата година мексиканската компания Polybion рекламира яке, което е направено по технология, вдъхновена от производството на комбуча – това е напитка, в която се развива симбиотична култура от бактерии и дрожди, образуваща плътен филм.

За производство на материала компанията използва бактерии, които отделят такъв филм от целулоза в хранителната среда, в която се отглеждат. Целулозата е стабилен полимер, изграден от глюкозни мономери, който е широко срещан в растенията – тя съставя над 95% от памучните влакна. Именно от този филм след допълнителна обработка се получава материал, много подобен на кожа. Според компанията той може да се оцветява с вече достъпните технологии за боядисване, но без да са нужни агресивни химикали, и по своите свойства е сходен с другите естествени тъкани. В хранителния субстрат, в който се отглеждат бактериите, се съдържат и отпадъци от плодопреработвателната индустрия, което допълнително понижава екологичния отпечатък на материята.

Още по-екологичен вариант е предложен в разработката на английски учени, които, освен че са получили материал, подобен на кожа, са успели да му придадат цвят. С помощта на генно инженерство те са дали на бактериите способността за синтез на еумеланин. Това е разновидност на меланина, която е широко разпространена в природата и е отговорна за тъмния цвят на кожата и космите при хората. Устойчивостта на еумеланина на високи температури и ниската му водоразтворимост го правят много добър пигмент – освен плътност, цветът има и дълготрайност. Способността му да поглъща ултравиолетова светлина и електропроводимостта му се добавят към полезните му свойства.

Така след култивиране на модифицираните клетки получената бактериална целулоза е оцветена в черен цвят и не е необходимо да се боядисва. В бъдеще бактериите ще могат да отделят и други пигменти, давайки възможност за разширяване на достъпната палитра от цветове. Като пилотен експеримент учените са направили портфейл и сая за обувка. Портфейлът е по-прост и е конструиран от съшити плоски парчета от материала. За саята бактериалните клетки са отгледани в калъп, в който са добавени и влакна, за да се подсили здравината ѝ. Така е образувана своеобразна отливка, която може да се прикрепи към подметка.

Макар че технологията все още не е постигнала масовост, тя е обещаваща и се развива бързо. Бактериите са изключително подходящи за използване като малки „фабрики“ за производство на различни вещества. Бързият им растеж, ниските изисквания към хранителната среда и възможността за отглеждане в биореактори са предпоставки за все по-широкото им използване. Ако идеята ви интригува, процесът е сравнително лесен за изпълнение в домашни условия. Ще са ви нужни само малко подръчни материали и няколко часа подготовка.

Водещо изображение: Снимка на Юпитер и два от естественитe му спътници, направена от „Вояджър“ точно преди 45 години. Източник: NASA