🧬 Охота на микро‑РНК:
как ДНК‑оригами может помочь


В 2024 году Нобелевскую премию присудили за открытие микро‑РНК

Эти крошечные молекулы перестали быть чисто академическим интересом и превратились в один из самых многообещающих биомаркеров для диагностики рака и других заболеваний

Но «поймать» их в лаборатории быстро и дёшево до сих пор технически сложно

Разбираемся, как ДНК‑оригами помогает решить эту проблему, что уже сделали в Швейцарии и какой задел для создания аналогичных систем есть в ИТМО и Сколтехе


🔬 Что такое микро‑РНК и почему они так важны?

Микро‑РНК (miRNA) — это короткие молекулы (19–25 нуклеотидов), которые регулируют работу генов

Считается, что они влияют на экспрессию более чем половины всех человеческих генов, выступая в роли тонких «регуляторов»


Для практической медицины микро-РНК ценны по трём причинам:

• Ранняя диагностика. Профиль микро‑РНК в крови может меняться при онкологических заболеваниях задолго до появления первых клинических симптомов

• Стабильность. В отличие от многих других типов РНК, они устойчивы к разрушению и хорошо сохраняются в биологических жидкостях — крови, моче, ликворе

• Информативность. Анализ панели из 4–6 микро‑РНК часто показывает высокую диагностическую точность (AUC 0,88–0,95), что сопоставимо с хорошими клиническими тестами


⚠️ Почему это всё ещё трудно делать в обычной лаборатории?

«Золотой стандарт» сегодня — это ПЦР с обратной транскрипцией (RT‑qPCR)

Это надёжный и точный количественный метод, но он требует сложной и многоступенчатой пробоподготовки:

• Время: 3–5 часов от образца до результата

• Этапы: выделение РНК (30–60 минут), реакция обратной транскрипции (ещё час), затем 40 циклов амплификации

• Риски: каждый дополнительный шаг — это риск потери мишени или привнесения ошибки, а также необходимость в дорогом оборудовании и обученном персонале

Для массового скрининга или
диагностики в точке оказания медицинской помощи (point‑of‑care) это слишком медленно и дорого


Идеальный экспресс‑метод должен работать напрямую с образцом, без сложной пробоподготовки

И такие подходы действительно появились, хотя им предстоит пройти долгий путь клинической валидации


🇨🇭 Швейцарский прорыв: сенсор‑«книжка» от Xemperia SA

Группа учёных из Университета Фрибурга (Швейцария) предложила элегантное решение на основе ДНК‑оригами. Они собрали из ДНК наноструктуру, напоминающую раскрывающуюся книгу


Как это работает?

Две створки («страницы») скреплены «замком» — цепочкой ДНК, комплементарной целевой микро‑РНК (например, онкомаркеру miR‑21)

На створки прикреплены флуорофоры и гасители. Пока книга закрыта — флуорофоры рядом с гасителем, и сигнала нет

Когда в пробе появляется нужная miRNA, она связывается с «замком» прочнее, чем створки, открывает структуру — и мы видим свечение


Цифры и факты, которые впечатляют:

• Скорость: около 10 минут (против часов у ПЦР)

• Чувствительность: сенсор детектирует miRNA в концентрациях до единиц пикомоль, что попадает в клинически значимый диапазон

• Без подготовки: технология позволяет работать напрямую в сыворотке крови, хотя здесь есть нюансы: микро‑РНК в крови часто «упакованы» в экзосомы или связаны с белками, и эффективность их «перехвата» сенсором ещё нужно доказывать в реальных условиях

• Защита: чтобы нуклеазы крови не разрушили сенсор, его поверхность экранируют полимером (например, DEG)

В 2024 году технология получила патент и грантовую поддержку. Сейчас швейцарский стартап Xemperia SA при поддержке инженерного центра CSEM разрабатывает портативный ридер, чтобы делать такие тесты за 10 минут в любых условиях

Это один из лидирующих проектов в мире, но он не единственный — подобные разработки активно ведутся в США, Китае и Германии


🇷🇺 В России: ИТМО и Сколтех

Пока швейцарцы двигаются к продуктовой стадии, в России сформировался серьёзный фундаментальный задел для создания аналогичных систем

Однако важно понимать, что переход от лабораторного прототипа к медицинскому изделию требует длительных клинических испытаний и инвестиций

⬇️ продолжение ⬇️

ИТМО (Санкт‑Петербург): здесь сильны в функциональной «начинке» сенсоров

• Группа Ахмеда Эль‑Диба разрабатывает ДНК‑логические схемы (например, работы 2024 года в журнале Analyst), которые позволяют детектировать несколько разных miRNA одновременно на одной платформе

• Группа Екатерины Скорб ищет способы защиты ДНК‑наноструктур от деградации в биологических средах

• Группа Дарьи Горбенко создаёт наномашины для визуальной детекции РНК


Сколтех (Москва): здесь закрывают ключевой технологический пробел

В 2025 году в Сколтехе открылась первая в России экспериментальная лаборатория классического ДНК‑оригами под руководством Ирины Мартыненко

Учёные прошли стажировку у одного из пионеров метода — профессора Тима Лидла

Лаборатория публикует первые результаты (например, работы по интеграции ДНК‑оригами с двумерными материалами) и, что критически важно, адаптировала протоколы сборки сложных 3D‑структур из ДНК, перейдя на реактивы, доступные на российском рынке

Это важный шаг для технологической независимости, хотя полное импортозамещение в сфере высокоточных химических реагентов — задача, всё ещё требующая времени и усилий


🤝 Возможная синергия: ИТМО + Сколтех

Учёные ИТМО и Сколтеха уже могут взаимодействовать в рамках образовательных и научных проектов

Объединение усилий для создания диагностикумов выглядит логичным шагом:

• Сколтех может выступить платформой для сборки сложных 3D‑каркасов (тех самых «книжек»)

• ИТМО может интегрировать в эти каркасы высокочувствительные «замки» и логические схемы для мультиплексного анализа

При наличии целевого финансирования и успешном решении инженерных задач (борьба с неспецифическим открытием, обеспечение стабильности в образцах разных пациентов) лабораторный прототип возможно создать за 1,5–2 года

Однако выход в клинику потребует ещё как минимум 3–4 лет на доклинические и клинические испытания, подтверждение диагностической точности на больших выборках и регистрацию в Росздравнадзоре


🌍 Что это даст и когда?

Если технология дойдёт до рынка и докажет свою надёжность в реальной клинической практике, медицина получит:

• Скорость. Результат за 10–20 минут вместо часов. Для диагностики сепсиса или мониторинга рецидивов у онкопациентов это критично

• Доступность. Портативный ридер вместо дорогой ПЦР‑станции

• Мультиплексность. Анализ панели из 10–20 маркеров из одной капли крови для точного определения профиля заболевания

• Постепенное внедрение микро-РНК в диагностику широкого круга заболеваний


Возможный прогноз по срокам:

• 2026–2027: завершение разработки портативного ридера в Швейцарии (Xemperia SA) и начало его клинических испытаний. В России — появление первых лабораторных прототипов в кооперации ведущих научных групп

• 2028–2030: начало клинических испытаний. Первые нишевые применения (например, мониторинг рецидивов у онкопациентов в рамках исследовательских центров)

• 2030+: потенциальный выход на более широкий рынок при условии успешного завершения испытаний, одобрения регуляторов и решения вопросов масштабирования производства


Главный вопрос сейчас — не в научной реализуемости идеи, а в скорости и эффективности превращения этих заделов в готовый медицинский продукт, что требует не только грантовой поддержки, но и активного участия индустриальных партнёров и инвестиций в клинические исследования


#микроРНК #ДНКоригами #инновации #pointofcare #биотехнологии #ИТМО #Сколтех #Биотехсинтег

Навеяно погодой за окном.

💉 В США разработали более стабильную «наноупаковку» для РНК-вакцин

Учёные из Университета Джонса Хопкинса нашли способ сделать липидные наночастицы — жировые капсулы, в которые упаковывают РНК-вакцины и РНК-терапии — значительно более стабильными.

Сегодня именно их нестабильность ограничивает массовое применение таких препаратов: они плохо хранятся и не всегда эффективно доставляют РНК внутрь клеток.

Исследователи создали особые молекулы на основе холестерина, которые «сшивают» структуру наночастиц. В крови и при хранении такие частицы остаются прочными, но в кислой среде внутри клетки быстро распадаются и высвобождают РНК.

В результате эффективность доставки РНК в культуры клеток выросла более чем в три раза, иммунный ответ на вакцину усилился вдвое, а в экспериментах с РНК-терапией рака продолжительность жизни мышей увеличилась на 23%.

Новая технология может упростить хранение РНК-препаратов и существенно расширить их применение в медицине.

Работа опубликована в журнале Nature Chemical Engineering.

БиоТехнологии

Всех поздравляю с сегодняшним праздником!

С окончанием Масленицы и Чистым Понедельником!

Мы все тяжело больны

...как прояснил когда-то Виктор Цой. И с этим совершенно согласна доказательная медицина. По оценкам FDA, в США более 30 миллионов человек страдают... редкими заболеваниями! Какие же они тогда "редкие", спросите вы? Отвечаю: да, вполне... ведь в таковую категорию определяются состояния, затрагивающие примерно 1 человека из 1.000... просто разнообразие таких состояний очень велико - и потому, интегрально, они широко представлены в человеческой популяции.

Тут мы не будем надолго задерживаться на вопросе "кто виноват" - но если интересно, то в т.ч. персональная (и очень комплексная) генетика человека, мы про это уже говорили ⬅️ - и обратимся к теме "что делать". Только что FDA представила "дорожную карту" для тестирования персонализированных методов лечения.

Главные тезисы:
▪️ускорить разработку индивидуализированных терапий для редких заболеваний, где классические рандомизированные клинические испытания часто попросту невозможны - из-за крайне малого числа пациентов,
▪️одобрение новой терапии может опираться на одно контролируемое клиническое испытание + убедительные доказательства причинно-следственной связи "генотип => фенотип" (определяющую роль таковой связи в биологии мы тоже обсуждали неоднократно, например ⬅️) и того, что терапия "бьёт" именно по причинам болезни,
▪️основной фокус = геномное редактирование + RNA-терапии, но в целом рамки широкие.

Пока что представлен драфт - эксперты и чиновники будут собирать и обсуждать отклик профессионального сообщества. Но лично я уверен, что вскоре регуляторные органы утвердят соотв. изменения. Потому что лечение редких болезней на огромной популяции граждан - сильнейший позитивный драйвер экономики и социума.

По-подробнее - например, тут ⬅️

#пост_по_регламенту

Итак, начинаем выкладывать трудолюбиво собранные нашим Зоопарком папки, которые, как нам кажется, уже более или менее готовы. Если кто еще хочет в них добавиться - пишите ЛС нашего Зоопарка или в комменты (но не затягивайте, максимум в течение пары часов, иначе теряется смысл).

Встречайте, смотрите, выбирайте на свой вкус и добавляйтесь - тематические подборки:

Биология и сельское хозяйство (42 канала)

Науки о Земле (37 каналов)

В процессе сборки:

-физика
-химия
-гуманитарные науки
-медицина
-инженеры-технари
-"научно-общеполезное"

Как и раньше, собираем отдельно "мегапапку" - самые крупные, избранные каналы о науке и образовании (или просто особо понравившиеся нам).

Биохакеры

Мне задали вопрос в пресс-службе, пришлось писать ответ. Не пропадать же добру. Картинка для привлечения внимания к теме)

В науке к биохакерству относятся двояко. С одной стороны - скепсис, поскольку дилетантский подход зачастую сопровождается пиаром и хайпом на пустом месте. С другой стороны - среди биохакеров много пионеров, чей пример может быть показательным, не зависимо от результата.

Прежде чем вообще говорить о биохакинге, следует понять о чем мы говорим. Я подразумеваю под этим термином индивидуалов, которые испытывают на себе рискованные передовые технологии или методы воздействия. Среди них могут быть учёные, могут быть блогеры без образования, которые делают это ради пиара и денег.

Если речь идёт о научных экспериментах, с применением новых методов на себе - считать ли это биохакерством? Скорее да, ведь ни один научный журнал не возьмёт результат самоэксперимента. Как пример - недавний случай с пивом. Биоинженер создал в пиве вакцину, она сработала на мышах, потом на нем и его брате - они измеряли уровень антител. Простой и красивый путь разработки, а ещё он доказал, что дрожжи должны быть живыми, чтобы доставить до кишечника антиген полиомомвируса. Но - очень маленькая доказательная база и ему до сих пор не дали напечататься, а ведь он учёный из Национального института здравоохранения США.

Поэтому когда бы слышим, что кто-то ввел себе генную терапию и показал результат, то сразу возникают вопросы контроля, проверки (а не принимал ли он лекарства от этой болезни между делом, или тут вообще подлог, или индивидуальная реакция на смену деятельности, настроение, перепад гормонов и тд.).

У генной терапии (любой, даже самой "простой") мы сейчас знаем столько подводных камней и неожиданных осложнений, что это считается высокорисковой операцией. Например, оказалось, что кроме случайных надрезов в незапланированных местах ДНК могут быть обширные делеции, транслокации хромосом, о которых раньше не думали. И это мы ещё не исследовали последствия на уровне эпигенетики. Кроме того, CRISPR/Cas инструмент для клетки чужероден, и вызывает реакции, ускоряющие старение клеток. Все лицензированные методы CRISPR/Cas-терапий - ex vivo. Не когда вводят его человеку, а забирают у человека нужные клетки, вне тела редактируют их геном, потом проверяют, и потом вводят их обратно.

Огромный пул биохакеров на самом деле занимается ЗОЖ. Наши бабушки и дедушки тоже биохакеры, а Вестник ЗОЖ - первый сборник трудов биохакеров, ещё до всех этих ваших интернетов.

Я специально поискал знаменитых успешных биокахеров и все что они делают - здраво подходят к собственному здоровью: правильно питаются, занимаются физической активностью, тренируют мозги или проводят время с толком, чтобы снять все негативные психические процессы, в том числе общаются и саморазвиваются. Никаких волшебных пилюль, сенолитиков и CRISPR/Cas9.

Многие биохакеры занимаются самоулучшением - аугментацией. Кто-то вшивает в себя датчики и даже WiFi, кто-то просто использует нейроинтерфейсы, смарт-устройства и делает из себя киборга по мере возможностей. Такой подход, не смотря на его вызывающий тон, может оказаться очень прагматичным по сравнению с сенолитиками и генной терапией. Кстати, экзоскелеты хотя бы для больных суставов - тоже хорошая тема.

Про голодание это отдельный разговор. Аутофагия запускается при снижении калорийности питания, но доказательная база по всем диетам и голоданию - серая зона. Объясняю: Вы не можете доверять этим результатам. Днём пациент смиренно голодает, а ночью его подкармливает сердобольные родственники или он сам лезет в холодильник. Почти все эксперименты проводятся не в тюремных условиях. От себя скажу, что я против рандомизированных исследований по голоданию - только осознанный подход под контролем специалиста и вот почему: рандомизация - случайное распределение участников по группам - научный стандарт. Но к голоду нужно подходить осознанно, без страха, с пониманием. Это выбор, а не принуждение, это не про "доказать для всех групп населения", а скорее "персонализированный подход".

#биотехнологии

Про старение сейчас не пишет только ленивый, вот, выходит он я и есть.

Потому что я работаю сейчас в Институте изучения старения, в РГНКЦ при Пироговском университете)

Все в тг не рассказать. Я буду краток, чесс слово.

Старение клеток - нормальный процесс завершения жизни клетки и он начинается внутриутробно, он есть всегда. Когда процессы старения перевешивают над нормальным восстановлением, старых клеток и межклеточной среды всё больше, там уже каскадом все нарастает. Так неизбежно наступает старение тела. У каждого эта граница в своих пределах, но цифра 25 - не знаю откуда.

Так, миелинизация нейронов лобных долей мозга продолжается до 30-32 лет. То есть оптимум мозга в 30+ лет, и это не старение, а оптимум.

Объективно старение ускоряется 2 раза - после 44 лет и после 60.

Механизмов старения много. Все начинается с накопления непоправимых повреждений ДНК (как клетки, так и митохондриальной). Несовершенство репликации ДНК - основа жизни, иначе мы бы не менялись и жизнь исчезла бы после очередного астероида.

У ДНК > 8 способов её репарации. Повреждения ДНК случаются, но даже при двуцепочечном разрыве при отсутствии образца дыру можно залатать, склеить и жить дальше, если в месте разрыва не было ничего критичного.

Теломеры - лишь часть контроля жизни клетки. Когда они исчезают, клетка окончательно переходит в состоянии "сенесценции", старости. Она может и дальше работать, но не делиться.

Накопление старых клеток
а) снижает функцианольность (связи, межклеточную среду, усвоение питательных веществ... куча всего)
б) повышает воспаление в окружении

Так старые клетки ускоряют состаривание новых и вроде как мешают работе тканей.

Но если мы начнем уничтожать старые клетки в старшем возрасте, то сомневаюсь, что это пойдет прямо таки на пользу. Мы адаптируемся к накопленным за жизнь проблемам. Это дискуссионно.

Старение можно ускорять, можно замедлять, это доказано.

Например, дефекты генов, связанных с репарацией ДНК, вызывают разные формы прогерии - это когда дети стареют и умирают маленькими старичками.

А бывают такие формы генов, которые помогают оптимально пережить острое и хроническое воспаление, старение мозга и изменения в сердечно-сосудистой системе, такие выявляют у долгожителей.

Из-за этого в мире сейчас бум антиэйджинга. Весь биотех в гонке за новыми препаратами от нейродегенерации, генной терапии для клеток, омолаживающего перепрограммирования эпигенетики...

Тут не упомянуто много других умных слов...

А, вот ещё. Если не будет процесса старения клеток, то мы увидим гигантский рост онкологии.

Поправьте меня в комментах, если я забыл что-то важное. Но суть такая, что с детства до зрелости у нас старение незаметно, а после определенного уровня накопленных повреждений и компромиссов мы даже субъективно начинаем замечать старение, и каждый в своё время.

Объективно это пытаются измерить контролем разных биомаркёров, но часто натягивают сову на глобус.

Международная команда ученых сделала интересное открытие, которое может изменить подход к лечению митохондриальных заболеваний и некоторых видов рака. В исследовании, опубликованном в журнале Nature Metabolism, показано, что генетический инструмент на основе обычных пекарских дрожжей позволяет клеткам человека продолжать деление даже при серьезных сбоях в работе митохондрий.

Обычно для создания строительных блоков ДНК и РНК человеческим клеткам необходимы здоровые митохондрии и кислород. Однако исследователи выделили из дрожжей ген специального фермента под названием ScURA и внедрили его в клетки человека с митохондриальными дефектами. Новый фермент имеет ряд уникальных особенностей:
- Он работает не внутри митохондрий, а в жидкой среде клетки.
- Для поддержания процессов он использует альтернативный источник — фумарат, который клетка получает из обычных питательных веществ.
- Фермент позволяет клеткам бесперебойно производить генетический материал даже при полной блокировке клеточного дыхания.

Это открытие имеет особое значение для медицины. Митохондриальные заболевания встречаются примерно у одного из 5000 человек, и часто для них не существует эффективной терапии. В ходе экспериментов клетки пациентов, которые обычно не могут выживать в лабораторных условиях без специальных добавок, начали нормально расти и делиться после получения гена ScURA. Данный генетический инструмент уже открыт для использования всем научным сообществом. Он поможет исследователям точнее отделить прямые последствия поломки митохондрий от других изменений в клеточном обмене веществ, что ускорит поиск новых методов лечения.

Но есть и хорошие новости.

Американские исследователи выяснили, как именно физические нагрузки защищают наш мозг на молекулярном уровне. В научном журнале Cell вышло новое исследование, которое показывает, что пользу от упражнений можно передать стареющему мозгу через кровь даже при полном отсутствии тренировок.

Исследователи обнаружили, что ключевую роль в этом процессе играет печень. Во время физической активности она выделяет в кровоток особый фермент под названием GPLD1, который относится к экзеркинам — так называемым факторам физической нагрузки. Оказалось, что повышение уровня этого вещества способно обращать вспять потерю памяти, связанную как с естественным старением, так и с болезнью Альцгеймера.

Интересно, что фермент печени действует не на сами нервные клетки, а на кровеносные сосуды головного мозга. С возрастом на стенках этих сосудов увеличивается количество специфического белка (TNAP), который нарушает транспорт веществ через гематоэнцефалический барьер и ухудшает умственные способности.

Главные выводы исследователей:
- Выделяемый печенью фермент GPLD1 расщепляет и нейтрализует накопившиеся с возрастом белки на кровеносных сосудах мозга.
- У старых мышей такое воздействие восстановило нормальный транспорт веществ в мозг и вернуло когнитивные функции к уровню молодых особей.
- На моделях болезни Альцгеймера повышение уровня GPLD1 снизило накопление амилоидных бляшек в мозге и значительно улучшило память.
- Искусственная блокировка возрастного белка на сосудах дает такой же выраженный омолаживающий эффект, полностью имитируя пользу от занятий спортом для мозга.

Это открытие открывает новые пути для разработки лекарств от старческого слабоумия. В будущем оно может привести к созданию терапии, «имитирующей» эффект физических упражнений, что особенно актуально для пожилых людей и пациентов, которые в силу состояния здоровья не могут вести активный образ жизни.

DeepMind выпустила AlphaFold 4 - новую версию системы предсказания структуры белков, которая расширяет задачу от "формы одного белка" к моделированию биологических взаимодействий. Если предыдущие версии в основном фокусировались на индивидуальных белковых структурах, то теперь модель работает на уровне комплексов и интерфейсов.

Технически AlphaFold 4 охватывает примерно 20 000 человеческих белков, поддерживает многосубъединичные комплексы (multi-chain complexes), моделирует белок–белковые взаимодействия и учитывает ряд посттрансляционных модификаций. Заявленная точность достигает около 98% на бенчмарках, в ряде случаев приближаясь к экспериментальному разрешению методов структурной биологии. Препринт обновлён 18 февраля 2026 года и доступен на arXiv.

Ключевой сдвиг в том, что теперь речь идёт не просто о предсказании "свёртки" изолированной цепочки, а о моделировании интерфейсов взаимодействия - именно там, где формируются лекарственные мишени. В фармакологии критично понимать, как белки контактируют друг с другом, где находятся карманы связывания и как меняется конформация в составе комплекса. Улучшенная точность на уровне интерфейсов делает потенциально более доступными для структурного анализа такие сложные мишени, как KRAS и MYC, которые долго считались "труднодоступными" или "недраггируемыми" из-за отсутствия стабильных связывающих карманов.

Фармацевтические компании уже интегрируют ИИ-сгенерированные структуры в ранние этапы drug discovery. Это не означает мгновенного сокращения разработки с 10 лет до 2, но означает уменьшение структурного "узкого места": быстрее определяется геометрия мишени, быстрее моделируются комплексы, быстрее запускаются циклы виртуального скрининга и оптимизации молекул.

Если AlphaFold 2 фактически решил задачу предсказания индивидуальной структуры белка, то AlphaFold 4 начинает системно решать задачу взаимодействий. Структурная биология постепенно смещается от исключительно кристаллографии и крио-ЭМ к гибридной модели, где ИИ генерирует структурные гипотезы, которые затем уточняются экспериментально. Это переход от "картографирования молекулы" к "инженерии молекулы".

Главный вопрос уже не в том, можем ли мы предсказать структуру с высокой точностью, а в скорости трансляции структурной информации в терапию. По мере роста точности интерфейсных предсказаний и учёта модификаций белков сокращается разрыв между вычислительной моделью и клинической реальностью, что потенциально ускоряет разработку таргетных лекарств следующего поколения