Воскресное чтение. Обзор научной периодики за 17–23 июня

Диагностика

1.     Авторы исследования, опубликованного в Scientific Reports, предложили материаловедческий подход к изучению поведения опухолевых клеток. В фокусе внимания оказалась динамика внутриклеточной воды. В качестве объекта была выбрана клеточная линия рака молочной железы MCF-7. Клетки подвергали воздействию противоопухолевого препарата паклитаксела и анализировали поведение молекул внутриклеточной воды, свободных и связанных с белками и другими биомолекулами, с помощью термического анализа и нейтронного рассеяния. Дифференциальная сканирующая калориметрия показала, что в клетках MCF-7 после обработки паклитакселом нарушаются водородные связи. Нейтронная спектроскопия подтвердила усиление подвижности связанных молекул воды и вклад свободных молекул воды в поступательную диффузионную подвижность. Авторы считают, что динамика воды внутри опухолевых клеток может стать хорошим диагностическим признаком, способствующим подбору препаратов для терапии.

2.     Группа ученых из США разработала микрофлюидное устройство, позволяющее захватывать и выделять кластеры опухолевых стволовых клеток, циркулирующих в крови пациента. Описание устройства опубликовано в AIP Advances. В основе лежит известная схема микрофлюидного миксера (staggered herringbone mixer). Ученые оптимизировали ее для достижения максимальной адвекции внутри канала, на стенках которого в альгинатном геле закреплены антитела. Пилотные эксперименты с клеточными линиями рака простаты CP3, множественной миеломы RPMI-8226 и рака молочной железы MDA-MB-468 показали, что в каналах прибора специфично связываются с антителами как единичные клетки, так и кластеры клеток. Пропускание цельной крови через чип не привело к его засорению. Авторы считают, что выделение и изучение опухолевых клеток из крови пациента позволит разработать эффективные методы предотвращения метастазирование рака.

3.     В Институте Брода разработали новый метод визуализации пространственной организации молекул в клетке. Статья о ДНК-микроскопии опубликована в Cell. ДНК-микроскопия работает следующим образом: 1) в клетке in situ проводится реакция обратной транскрипции РНК; полученные молекулы кДНК помечаются рандомизированными нуклеотидами — уникальными молекулярными идентификаторами (UMI); 2) каждая меченая молекула амплифицируется, диффундирует и связывается с другой меченой молекулой с помощью реакции ПЦР с перекрывающимися праймерами; каждое событие связывания также получает уникальную метку (уникальный идентификатор события, UEI); 3) секвенирование спаренных концов продуктов событий связывания дает риды, содержащие UMI и UEI. Так как UEI возникает только в случае столкновения двух молекул, несущих UMI, результаты секвенирования могут рассказать нам о том, насколько близко друг к другу располагались исходные молекулы РНК; 4) с помощью компьютерного алгоритма можно получить изображение позиций молекул в клетке. Данный метод позволяет преодолеть ограничения световой микроскопии и определить в образце ткани клетки с различающимися последовательностями ДНК, что может быть важно для диагностики рака или иммунологических исследований.

Диарея

4.     Врожденные диарейные заболевания — это гетерогенная группа наследственных расстройств пищеварения, часто несущих угрозу жизни без соответствующего лечения. Авторы статьи, опубликованной в Nature, секвенировали геномы 8 пациентов, страдающих хронической диареей, и обнаружили критическую делецию длиной 1 528 пар оснований в некодирующей области хромосомы 16. Ученые назвали эту область ICR (intestinal-critical region) и с помощью мышиной модели определили, что ICR содержит регуляторную последовательность, активную в процессе эмбрионального развития пищеварительной системы. Транскриптомный анализ образцов тканей из мышиного желудка и кишечника выявил неаннотированную открытую рамку считывания Percc1, фланкирующую регуляторную область. Делеция Percc1 у мышей приводила к нарушению пищеварительных функций. Авторы заявляют, что они обнаружили ген, необходимый для нормальной работы желудочно-кишечного тракта, и подчеркивают преимущество полногеномного секвенирования перед полноэкзомным.

5.     Диарея может быть не только врожденной. Одной из наиболее распространенных причин этого недуга является заражение паразитическими протистами рода Cryptosporidium, устойчивыми ко всем существующим лекарствам. До сих пор попытки длительного культивирования паразита в лабораторных условиях терпели крах. На этой неделе в Cell Host & Microbe вышла статья, авторы которой сообщают о создании платформы для устойчивого долговременного поддержания жизненного цикла C. parvus. Стволовые клетки кишечника мыши дифференцировались в планшетах в особых условиях (ALI, air-liquid interface) и засевались ооцистами C. parvus. С помощью флуоресцентной микроскопии ученые зарегистрировали все стадии жизненного цикла паразита. Численность криптоспоридий увеличилась в 100 раз в течение 20 дней. Данная платформа позволяет не только культивировать C. parvus, но и изучать механизмы развития инфекции, что сделает возможным разработку лечения диареи, ассоциированной с паразитом.

Микробы

6.     Среди людей, выросших в сельской местности, число случаев астмы и аллергий гораздо ниже, чем среди тех, кто провел детство в городе. Результаты опубликованы в Nature Medicine. Международная группа ученых проверила, действительно ли микробы, обитающие в деревенских домах, защищают от астмы. Анализ микробиоты в образцах домашней пыли из городских и сельских домов, среди обитателей которых присутствовали маленькие дети, выявил значительную разницу в таксономическом составе прокариот. В деревенских домах были выявлены бактерии и археи, ассоциированные с домашним скотом: представители порядков Bacteroidales, Clostridiales и Lactobacillales, а также обитатели рубца. В городских домах преобладали бактерии — спутники человека, в том числе стрептококки и стафилококки. Ученые создали модель, в которой связали относительное обилие «сельских» таксонов в домашней пыли с возникновением астмы у детей и обнаружили, что присутствие деревенской микробиоты оказывает защитный эффект и предотвращает развитие заболевания как у деревенских, так и у городских детей. Авторы считают, что следует начать разработку методов интродукции деревенской микробиоты в городские дома.

7.     Устойчивость патогенных микроорганизмов к антибиотикам является одной из главных угроз человеческому здоровью. Группа ученых из США разработала стратегию поиска новых антимикробных веществ, названную PROSPECT, и опубликовала результаты в Nature. В основе подхода лежит скрининг штаммов возбудителя с нокдауном жизненно важных генов (штаммы-гипоморфы) на чувствительность к различным химическим соединениям и создание профилей хемогенетических взаимодействий. С помощью этой стратегии ученые проанализировали 454 гипоморфных штамма Mycobacterium tuberculosis против библиотеки из 50 000 химических веществ и обнаружили новые соединения — ингибиторы ДНК-гиразы, РНК-полимеразы и путей биосинтеза миколовых кислот, фолатов и триптофана. Авторы считают, что их подход гораздо эффективнее всех существующих и может применяться для всех патогенных микроорганизмов.

8.     Микробиологи из BIDMC (Beth Israel Deaconess Medical Center) подобрали комбинацию антимикробных препаратов, с помощью которых можно победить Candida auris — грибок, вызывающий тяжелые инфекции у людей с ослабленным иммунитетом. Об этом представители BIDMC сообщили в пятницу, 21.06.19, на ежегодной встрече Американского микробиологического общества ASM Microbe 2019. Для C. auris характерна множественная устойчивость к противогрибковым препаратам. Ученые проанализировали ответ C. auris на различные комбинации противогрибковых (амфотерицин и каспофунгин) и антибактериальных (миноциклин и рифампин) веществ, каждое из которых в отдельности не имеет эффекта, и нашли три сочетания, предотвращающие размножение грибка.

Общество

9.     Глобальный опрос, проведенный фондом Wellcome Trust, выявил уровень доверия людей к врачам и вакцинам. В исследовании приняли участие более 140 000 человек старше 15 лет из 140 стран. Результаты показали, что три четверти населения доверяют врачам и медсестрам, 79% считают, что вакцины безопасны, 72% верят в науку. При этом 49% мужчин и лишь 38% женщин завили, что разбираются в науке хорошо. Выявлена закономерность: в благополучных странах доверие к медицине и вакцинам ниже, чем в бедных регионах. Так, в безопасности вакцинации уверено 94% населения Руанды и лишь 67% жителей Франции.

10.     Золотистый стафилококк обнаружен на 40% мобильных телефонов у студентов, обучающихся специальностям, связанным с медициной. Этому посвящен один из докладов ежегодной встречи Американского микробиологического общества ASM Microbe 2019. Исследование проводилось в Западном Университете Сан-Паулу (Western University of São Paulo). 85% изолятов Staphylococcus aureus оказались устойчивыми к антибиотикам. Носителями S. aureus чаще всего становятся слушатели курсов сестринского дела. Учебный процесс включает практические занятия, во время которых студенты контактируют с зараженными образцами. Так как мобильный телефон является незаменимым аксессуаром в современной среде здравоохранения, его поверхность становится источником вирулентных и устойчивых штаммов золотистого стафилококка.

Полногеномный поиск ассоциаций

11.    Основным недостатком результатов полногеномного поиска ассоциаций (GWAS) является значительное преобладание данных от популяций европейского происхождения. При экстраполяции имеющихся ассоциаций на неевропейцев могут быть пропущены важные генетические варианты. Чтобы восполнить этот пробел, команда ученых из США в рамках проекта PAGE осуществила полногеномный поиск ассоциаций для 26 клинических и поведенческих состояний у 49 839 индивидов неевропейского происхождения. Среди испытуемых присутствовали испанцы/латиноамериканцы, афроамериканцы, азиаты, коренные жители Гавайев и коренное население Америки. Для анализа результатов ученые применили стратегию, разработанную для мультинациональных и смешанных популяций. Было обнаружено 27 новых локусов и 38 вторичных сигналов в известных локусах. Результаты представлены в Nature. Авторы планируют в дальнейшем расширять рамки исследования для охвата как можно большего количества геномов в различных популяциях.

12.     Исследование, опубликованное в Nature Neuroscience, демонстрирует более узкое применение GWAS. Каннабис является наиболее распространенным нелегальным психоактивным веществом. Возникновение зависимости имеет генетическую составляющую. Группа ученых из Дании, США и Исландии применила GWAS для 2 387 человек с каннабиноидной зависимостью и 48 985 контрольных индивидов, затем воспроизвела результаты для 5 501 случаев зависимости и 301 041 контрольных испытуемых. Был обнаружен значимый вариант rs56372821 в гене CHRNA2, кодирующем α2 субъединицу никотинового ацетилхолинового рецептора. В тканях мозга индивидов с каннабиноидной зависимостью экспрессия этого гена была понижена по сравнению с контрольной группой. Кроме того, со злоупотреблением каннабиса ассоциировалась повышенная нагрузка генных вариантов, отвечающих за сниженные когнитивные способности. Авторы считают, что необходимо проведение более обширных GWAS для детального изучения биологических механизмов, лежащих в основе описанных фенотипических проявлений.

Терапия: перспективы

13.     Пигментный ретинит — это неизлечимое наследственное заболевание, приводящее к слепоте. Ранее считалось, что действие системы комплемента усугубляет дегенерацию сетчатки. Группа ученых из Национального института глаза (NEI) в статье, опубликованной в Journal of Experimental Medicine, показала на мышиной модели пигментного ретинита механизм действия компонента системы комплемента C3 и его рецептора CR3. Было показано, что микроглия экспрессирует белковый комплекс C3, который связывается с апоптотическими фоторецепторами. Далее мертвые фоторецепторы взаимодействуют с рецептором CR3 микроглии, и микроглия убирает их с помощью фагоцитоза, очищая таким образом сетчатку и поддерживая гомеостаз системы. В отсутствие C3-CR3 взаимодействия мертвые фоторецепторы накапливаются в сетчатке, вызывая воспалительную реакцию и ухудшение течения заболевания. Авторы считают, что терапия дегенеративных изменений сетчатки должна заключаться в тонкой настройке работы системы комплемента.

14.     Периферическая нейропатическая боль возникает как следствие острых травм или хронических заболеваний. Это состояние плохо поддается лечению и является одной из серьезных социоэкономических проблем. Боль возникает вследствие даунрегуляции котранспортера хлорида калия (KCC2) в заднем роге спинного мозга через сигнальный путь нейротрофического фактора мозга (BDNF). Группа ученых из Дании и Канады показала на мышиной модели, что агонисты рецептора нейротензина 2 (NTSR2) оказывают анальгетическое действие, ингибируя путь BDNF. Однако белок сортилин, в свою очередь, регулирует сигналы NTSR2, связывая нейротензин и, таким образом, уменьшая анальгетическую активность. Блокирование сортилина с помощью антител или низкомолекулярного лиганда AF38469 приводит к полному купированию боли, индуцированной BDNF, и облегчает нейропатическую боль, вызванную травмами, что делает сортилин перспективной молекулярной мишенью для терапии.

15.     Гликан CA19-9 — антиген, представленный в составе многих гликопротеинов, — ассоциирован с панкреатитами и раком поджелудочной железы и служит диагностическим маркером. Группа исследователей из США и Германии обнаружила, что CA19-9 может быть не просто спутником, но причиной заболеваний. Экспрессия в мышах человеческих генов, ответственных за образование CA19-9, приводила к тяжелым панкреатитам. Эти состояния были обратимыми и подавлялись антителами к CA19-9. Кроме того, экспрессия CA19-9 вкупе с онкогенной мутацией Kras^G12D способствовала развитию протоковой аденокарциномы поджелудочной железы. Результаты исследования, опубликованного в Science, говорят о том, что пациенты с панкреатитами находятся в группе риска по развитию рака поджелудочной железы. CA19-9 рассматривается в качестве терапевтической мишени. Полностью человеческие антитела к CA19-9 уже прошли фазу 1A клинических испытаний.