Российские ученые разработали антибактериальное биосовместимое покрытие для имплантов

Карликовые пауки вида Mermessus fradeorum бывают носителями до пяти эндосимбионтов, в том числе бактерий рода Wolbachia. Один из штаммов этой бактерии, W1, влияет на определение пола пауков — носители этого штамма развиваются в самок, даже будучи генетическими самцами. Это искажает соотношение полов и способствует распространению вольбахии, однако в диких популяциях распространенность штамма W1 сохраняется на среднем уровне. Ученые из Израиля и США обнаружили, что баланс поддерживается за счет температурных воздействий окружающей среды. 

Исследователи подвергли молодых пауков, колонизированных W1, воздействию повышенной (от 27° до 28°C) температуры — она имитировала летний дневной нагрев. Пауки развились в самок и отложили яйца при стандартной (20°C) температуре. Однако в их потомстве соотношение полов изменилось, и фенотип соответствовал генотипу. Аналогичный эффект наблюдался и в следующем поколении, то есть у внуков нагретых пауков. 

Ученые подробнее проанализировали, как температурное воздействие влияет на состав микробиоты. Они выявили сдвиги в динамике эндосимбионтов, соотносившиеся с обнаруженным эффектом. Изначально под воздействием тепла уровни W1 возросли, однако ее способность передаваться следующему поколению ослабла. В целом генетические самцы реже развивались в самок при высокой численности эндосимбионтов рода Rickettsiella, полной потерей представителей Tisiphia и снижением передачи Wolbachia W1 потомству.

Первичные опухоли костей удаляют хирургически, однако может возникнуть местный рецидив, приводящий к ампутации. Также возможно отторжение имплантатов из-за инфекции. Международная группа исследователей предложила использовать усовершенствованный синтетический трансплантационный материал. В матрицу «Биостекло 45S5», состоящую из SiO₂, CaO, Na₂O и P₂O₅, они включили оксид галлия. В результате получили многофункциональный материал, который одновременно уничтожает раковые клетки, предотвращает бактериальные инфекции и восстанавливает недостающую костную ткань.

По словам авторов, биоматериал действует как система для локальной доставки лекарств. Он доставляет ионы кальция, фосфата и кремния, необходимые для восстановления здоровой ткани.

Секвенирование РНК подтвердило, что клетки рака поглощают в 4–8 раз больше галлия, чем здоровые клетки, так как у них в избытке экспрессируются рецепторы трансферрина для обеспечения быстрого роста. Попав внутрь клетки, галлий имитирует железо, но не может участвовать в важных окислительно-восстановительных реакциях. Это вызывает окислительный стресс и клеточный кризис, который запускает в раковых клетках апоптоз и ферроптоз. Здоровые клетки защищаются с помощью естественных антиоксидантных механизмов. Дополнительно достаточно высокое содержание галлия подавляет рост патогенов, таких как Pseudomonas aeruginosa. Со временем стекло разрушается, освобождая место для новой костной ткани.

Для выращивания основных сельскохозяйственных культур, таких как пшеница и кукуруза, необходимы дорогостоящие азотные удобрения. Почвенные бактерии рода Rhizobium, фиксирующие атмосферный азот, могли бы решить эту проблему, если бы вступали в симбиоз с широким спектром растений — в природе их хозяевами главным образом являются бобовые. Авторы статьи в Current Biology показали, как придать способность к азотфиксации бактериям, обитающим на зерновых культурах.

Ризобии способны инициировать формирование клубеньков на корнях растения-хозяина и фиксировать азот в качестве эндосимбионта. Ключевую роль в таком эндосимбиозе играют гены, входящие в состав особой группы мобильных генетических элементов — «островков симбиоза». Ученые вносили островки симбиоза в штаммы, изначально неспособные образовывать клубеньки, и оказалось, что этого было достаточно для получения эндосимбионтов de novo. 

Около трети модифицированных бактерий стали азотфиксирующими мутуалистами — они приобретали не только способность формировать клубеньки, но и эту черту метаболизма. Перенос островков симбиоза от близкородственных штаммов приводил к более активной фиксации азота, чем в случаях, когда штамм-донор и штамм-реципиент были филогенетически далеки друг от друга. Ограничений, которые приводили бы к несовместимости донора и реципиента, авторы не обнаружили. Работа демонстрирует, как горизонтальный перенос мобильных генетических элементов расширяет экологическую нишу бактерий и влияет на растение-хозяина. 

Известно, что недостаток сна ослабляет иммунную систему. Теперь исследователи из США показали, что этот эффект может быть опосредован изменениями в микробиоте. Эти изменения способствуют прогрессированию рака, нарушают циркадные ритмы и снижают эффективность химиотерапии. Результаты представлены на ежегодном собрании Американской ассоциации исследований рака в Сан-Диего.

Последствия длительного недостатка сна авторы проследили на мышиных моделях. Они собрали образцы кала у мышей, которым не давали спать, и трансплантировали их здоровым мышам, чья микробиота была уничтожена. Исследователи измерили рост опухоли и реакцию на 5-фторурацил, наиболее распространенный химиотерапевтический препарат. Они обнаружили, что у мышей, получивших микробиоту недосыпающих, наблюдалось более значительное прогрессирование рака. Химиотерапевтический препарат был менее эффективным, а количество иммунных клеток в микроокружении опухоли было снижено. Также была нарушена регуляция генов циркадных ритмов.

Хорошая новость состоит в том, что микробиоту можно изменить, поменяв образ жизни. В долгосрочной перспективе, возможно, появятся новые способы сбалансировать микробиоту, например, таргетное лекарство.

Журнал Beneficial Microbes открыл прием рукописей в спецвыпуск «Beneficial Wildlife Microbes», посвященный полезным микроорганизмам диких животных. Приглашаются авторы работ по выделению и характеристике таких микроорганизмов, разработке и испытанию пробиотиков и других подходов к модуляции микробиома, а также исследования микробных сообществ диких животных и их связи со здоровьем.

Журнал включен в Белый список (уровень 1), Colab. IF 3.1, Scopus/WoS Q2.

Инструкции для авторов

Подать статью