Воскресное чтение. Обзор научной периодики за 30 сентября — 6 октября

1. Терапевтические вакцины на основе мРНК обеспечивают временную экспрессию антигена в организме и считаются перспективным инструментом для борьбы с раком. Группа ученых из МТИ подобрала оптимальный способ доставки РНК-вакцины и рассказала о нем в Nature Biotechnology. С помощью трехкомпонентной реакции авторы создали библиотеку из более чем 1 000 липидов, каждый из которых состоял из алкильного хвоста, изоцианидного линкера и аминной положительно заряженной головы. На основе этих липидов были собраны наночастицы (капсулы), в которые заключалась мРНК, кодирующая антиген. Система была протестирована сперва на культурах клеток HeLa и мышиных дендритных клеток и макрофагов, затем на мышиных моделях меланомы. Наиболее эффективными оказались капсулы из циклических липидов. Они не только успешно доставляют мРНК внутрь клетки, но и действуют как адъюванты, локально стимулируя экспрессию цитокинов, что приводит к усиленному воздействию на опухоль.

2. Авторы работы, опубликованной в Scientific Reports, продемонстрировали новый подход к разработке вакцины от рака. Они показали, что большое количество неоантигенов возникает в опухолевых клетках из-за ошибок транскрипции микросателлитов и неправильного сплайсинга экзонов (frameshift, FS). Возникающие в результате пептиды (FS пептиды) обладают высокой иммуногенностью. Ученые создали пептидный чип с 392 318 возможными неоантигенами и с его помощью проанализировали специфическую активность иммуноглобулинов в образцах крови от 64 здоровых людей, 85 пациентов с различными видами рака на поздней стадии и 12 пациентов с раком поджелудочной железы на ранней стадии. 69–80% пептидов оказались индивидуальными, 16–19% обнаруживались в двух образцах одного типа рака, 1,5–6,9% — в трех и более образцах. На основе этих данных авторы заключили, что FS пептиды являются перспективными компонентами вакцин, а сами вакцины могут быть трех типов: 1) персональные, 2) вакцины от конкретного вида рака; 3) вакцины широкого профиля. Авторы уже запустили клиническое исследование профилактической вакцины для собак и надеются вскоре начать исследование вакцин для людей.

3. Вирусы Нипах (NiV) и Хендра (HeV) относятся к зоонозным генипавирусам (HPVs), вызывающим энцефалиты и респираторные заболевания с уровнем смертности 50–100%. В настоящее время не существует одобренных вакцин или лекарственных препаратов против этих возбудителей. NiV и HeV проникают в клетку хозяина за счет слияния вирусной оболочки и клеточной мембраны. В слиянии участвует вирусный гликопротеин F. Ученые из США выделили и гуманизировали моноклональные антитела 5B3, нейтрализующие вирусы. С помощью криоэлектронной микроскопии и биохимического анализа они изучили структуру комплекса 5B3/h5B3.1 с NiV и показали, что антитела связываются с конформационным эпитопом гликопротеина F, когда он находится в конфигурации до слияния, предотвращая таким образом его переход в конфигурацию слияния и проникновение вируса внутрь клетки. Авторы считают, что применение h5B3.1 в комбинации с другими моноклональными антителами к HPVs может стать хорошей стратегией для профилактики и лечения NiV и HeV инфекций. Статья опубликована в Nature Structural & Molecular Biology.

4. В Science Translational Medicine опубликована статья французских ученых, разработавших вакцину от лихорадки Ласса. Действующий компонент вакцины — вектор на базе вируса кори, экспрессирующий одновременно два антигена: гликопротеин и нуклеопротеин вируса Ласса. Вакцина была протестирована на яванских макаках. Животные хорошо переносили препарат и получали надежную защиту от вируса после однократной инъекции. Вакцина одобрена Коалицией по инновациям в области обеспечения готовности к эпидемиям (Coalition for Epidemic Preparedness and Innovation) и ожидает клинических испытаний в ближайшем будущем.

Диагностика

5. Группа ученых из США и Китая адаптировала подход 5hmC-Seal, разработанный ранее для диагностики рака, к поиску сосудистых осложнений у больных с диабетом 2 типа. В основе нового метода лежит жидкая биопсия и поиск эпигенетического маркера — 5-гидроксиметилцитозина (5hmC) — в циркулирующей бесклеточной ДНК. На все 5hmC навешивается биотиновая метка; последовательности ДНК с метками определяются с помощью секвенирования нового поколения. В клиническом испытании метода приняли участие 62 пациента с диабетом 2 типа. Для выявления осложнений использовались панели на 16 и 13 маркерных генов. Первая с высокой точностью детектировала наличие или отсутствие сосудистых изменений у пациентов, вторая определила испытуемых с единичными и множественными осложнениями. Авторы подчеркивают более высокую чувствительность метода по сравнению с анализом традиционных клинических показателей. Исследование опубликовано в Clinical Chemistry.

6. Международная группа исследователей проанализировала данные от 11 836 пациентов с раком молочной железы и установила, что для систем здравоохранения США и Великобритании мультигенное (BRCA1/BRCA2/PALB2) тестирование всех больных с подтвержденным диагнозом РМЖ обладает высокой экономической эффективностью по сравнению с выборочными анализами на одну-две мутации по клиническим показателям или семейной истории. Кроме того, один год мультигенного тестирования для всех пациентов предотвратит 633 смерти от рака молочной железы или яичников в Великобритании и 2 406 смертей в США. Авторы считают, что необходимо пересмотреть подходы к анализу на онкогенные мутации. Статья опубликована в JAMA Oncology.

7. Китайские ученые разработали диагностическую систему, использующую искусственный интеллект для эндоскопического обнаружения рака органов пищеварительной системы в режиме реального времени (Gastrointestinal Artificial Intelligence Diagnostic System, GRAIDS). Систему обучали с помощью фотографий пораженных отделов, сделанных во время эндоскопии пациентов с подтвержденным диагнозом. Для проверки GRAIDS использовали 1 036 496 эндоскопических изображений от 84 424 индивидов. Диагностическая точность метода составила 0,915–0,955 (95% ДИ) в разных сетах изображений. Чувствительность была сравнима с чувствительностью эндоскописта-эксперта: 0,942 для программы против 0,945 для человека. Авторы считают, что GRAIDS может быть использована в больницах как дополнительное средство диагностики. Статья опубликована в The Lancet Oncology.

Микробы

8. Американское онкологическое общество считает, что вирусы, бактерии и паразиты могут быть причинами возникновения аденокарциномы протоков поджелудочной железы (АППЖ), однако до сих пор не была освещена роль грибков в развитии заболевания. В Nature вышла статья об изучении этой проблемы на мышиной модели АППЖ. Выяснилось, что грибковая нагрузка в пораженной раком ПЖ увеличивается в 3 000 раз по сравнению со здоровым органом. Уничтожение грибков антибиотиком амфотерицином B приводило к замедлению роста опухоли. В опухолевом микобиоме преобладал грибок Malassezia globosa. При заселении ПЖ здоровых мышей различными видами грибков только M. globose способствовал развитию АППЖ. Онкогенное действие грибка обусловлено активацией системы комплемента через связывание гликанов клеточной стенки M. globose белком MBL. Авторы считают, что компоненты микобиома могут стать мишенями для терапии АППЖ и источниками новых биомаркеров.

9. Ученые из Принстонского университета разработали вычислительный алгоритм MetaBGC (Metagenomic identifier of Biosynthetic Gene Clusters), позволяющий отыскать в образцах человеческого микробиома гены, ответственные за производство биологически активных малых молекул (BGCs), и рассказали об этом в Science. Алгоритм использует данные метагеномного секвенирования и способен с высокой производительностью идентифицировать BGCs, определять их количество и объединять их в группы. Авторы верифицировали MetaBGC, применив его для поиска молекул класса TII-PKS (поликетидсинтазы типа II), имеющих медицинскую значимость, в симулированной базе данных человеческого микробиома, а затем в 2 544 клинически полученных метагеномах. Новый подход позволит быстро изучить набор химических соединений, закодированных в человеческом микробиоме, что важно для понимания и регулирования взаимодействий между микробами и хозяином.

10. Канадские ученые разработали систему доставки CRISPR-нуклеаз в микробное сообщество с прицельным воздействием на отдельные виды. Подход основан на способности бактерий к конъюгации — переносу генетического материала от одной клетки к другой. На плазмиду, несущую гены механизма конъюгации, зашивались двойная нуклеаза TevSpCas9 (домен нуклеазы I-TevI, слитый с традиционной нуклеазой Cas9 от Streptococcus pyogenes) и кассета sgRNA, кодирующая гидовую РНК. Эффективность плазмиды проверили в совместной культуре Escherichia coli и Salmonella enterica. E. coli выполняла роль донора плазмиды, S. enterica — реципиента. Частота межвидовой конъюгации достигала 100%. Использование гидовой РНК, специфичной для генов S. enterica, приводило к гибели сальмонелл. Авторы считают, что метод имеет терапевтический потенциал и в будущем позволит индивидуально корректировать структуру человеческого микробиома. Статья опубликована в Nature Communications.

Терапия

11. С возрастом мышцы ослабевают и нарушается их регенерация. Это связано с ухудшением функционирования мышечных стволовых клеток (MuSCs). Авторы работы, опубликованной в Nature Metabolism, показали на мышиной модели, что в процессе старения организма увеличивается экспрессия гена Gas1 в MuSCs. Транскриптомный анализ показал, что повышение уровня экспрессии GAS1 связано с понижением уровня экспрессии рецептора RET. Дальнейший анализ выявил, что GAS1 ингибирует RET. Природный лиганд RET — белок GDNF (глиальный нейротрофический фактор) — конкурирует с GAS1. Связываясь с RET, он восстанавливает его активность. Введение GDNF внутримышечно пожилым мышам приводило к улучшению регенерации мускулов и увеличению их силы. Авторы считают, что необходимы исследования эффективности внутримышечного введения GDNF людям, а также предполагают развитие терапевтических подходов, нацеленных на манипуляции эндогенными уровнями GAS1, RET и GDNF.

12. Серповидноклеточная анемия развивается из-за мутации в гене β-глобина. Одним из способов лечения является генная трансформация гемопоэтических стволовых клеток (ГСК) пациента кассетой с нормальным геном β-глобина и введение обратно пациенту модифицированных ГСК. Для трансформации используется лентивирусный вектор, одним из требований к которому является сохранение интрона 2 в экспрессионной кассете после сплайсинга. Для этого кассета располагается на векторе в обратной ориентации. Это приводит к малому титру вектора и низкой эффективности трансдукции. Ученые из США расположили кассету на векторе в прямой ориентации и оптимизировали ее компоненты. Вставка элемента RRV (Rev response element) в интрон 2 защищает последний от вырезания. Проверка нового вектора на гуманизированных мышах и макаках-резусах показала увеличение титра в 6 раз, а трансдукционной эффективности — в 10 раз по сравнению с традиционными векторами. Работа опубликована в Nature Communications.

13. Мишень рапамицина млекопитающих (mTOR) участвует во многих процессах, связанных с жизнью и смертью клетки. Нарушения в сигнальном пути mTOR характерны для некоторых видов рака. Группа польских авторов проверила действие препарата эверолимус — ингибитора mTOR и других ингибиторов протеинкиназ на клеточные линии человеческой меланомы WM793, Lu1205, WM115, WM266-4. Обработка культур эверолимусом приводила к значительному (до 80%) снижению количества фосфорилированного mTOR и уменьшению уровня экспрессии фосфорилированных форм рибосомальной протеинкиназы S6K1 (медиатора клеточного роста) на 95%. Применение эверолимуса в комбинации с другими ингибиторами снижало инвазивность клеток меланомы на 40–57%, лучший результат был достигнут при использовании эверолимуса вместе с ингибитором B-RAF-киназы. Авторы считают, что следующим этапом должны стать клинические испытания эверолимуса как средства борьбы с раком. Статья опубликована в Human Cell.

Технологии

14. 30 сентября Illumina объявила о сотрудничестве с Институтом Брода в совместной разработке программного обеспечения для вторичного геномного анализа. Объединяются две платформы: Genome Analysis Toolkit (GATK) и Dynamic Read Analysis for Genomics (DRAGEN) Bio-IT Platform. GATK используется для анализа однонуклеотидных и инсерционно-делеционных полиморфизмов в данных полногеномного и полноэкзомного секвенирования. DRAGEN является аппаратным решением для создания алгоритмов поиска, картирования и сортировки вариантов при анализе геномных данных. В процессе совместной работы планируется оптимизация кода и улучшение оборудования. DRAGEN-GATK будет распространяться по каналам сообщества Института Брода, в том числе через GitHub, как программа с открытым исходным кодом.

Этика

15. Cell Stem Cell обсуждает этическую проблему, связанную с выращиванием органоидов: не появится ли у мыши, которой пересадили органоид человеческого мозга, человеческое самосознание? Авторы утверждают, что эти опасения преждевременны. Однако уже сейчас ученые должны определить рамки этических дискуссий на эту тему. Необходимо предупреждать ошибочные умозаключения, подчеркивать преимущества органоидов для научных исследований и продумывать пути обхода потенциальных подводных камней, которые будут возникать по мере развития новой технологии. В настоящее время усложнение мозговой деятельности химерных мышей невозможно, даже если все нейроны в их мозгу были бы заменены на человеческие. Реалистичный взгляд на возможности и ограничения трансплантации органоидов мозга будет сформирован лишь после решения фундаментального вопроса: как из нейронной сети развивается мозг со всеми его функциями?