Безопасный родственник палочки Коха и другие новости недели

Метагеномика

1. Ледники — хороший источник информации о древнем климате и экосистемах. Исследователи из США проанализировали вирусный состав ледяного керна высотой в 310 м, который извлекли из ледника Гулия (Тибетское плато). Всего ученые проанализировали девять временных промежутков, которые охватывают три цикла похолоданий и потеплений за 41 тысячу лет (в том числе весь голоцен). Авторы выделили 1705 вирусных геномов, 97% из которых ранее не были известны. Они отметили, что состав вирусных сообществ сильно отличался в зависимости от климата. В основном вирусы заражали бактерий рода Flavobacterium, но встречались и вирусы бактерий родов Cryobacterium и Polaromonas — типичных обитателей ледников, которые приспособились к жизни в холодных условиях. У вирусов, найденных в ледниках, нашли несколько метаболических генов, которые, по-видимому, перешли к ним в ходе горизонтального переноса генов от бактерий. Так, у некоторых вирусов был ген cobT, кодирующий кобальтохелазу и важный для биосинтеза B12. Этот ген был позаимствован у бактерий рода Ralstonia. Еще один ген cysH, кодирующий фосфоаденозин фосфосульфатредуктазу (фермент, важный для ассимиляции сульфата), был заимствован вирусами у микроорганизмов рода Janthinobacterium. Эти находки отражают сложные взаимоотношения между древними вирусами и их носителями.

2. Участники европейского консорциума MASTER EU Consortium проанализировали более 2 500 метагеномов продуктов питания: молочных и ферментированных продуктов, фруктов и овощей, мяса и рыбы. Всего в еде нашли больше 1000 видов прокариот и около сотни видов эукариот, в основном грибов. Что интересно, в пище нашли 320 ранее не описанных и некультивируемых видов микроорганизмов, причем больше половины из них не встречаются в других средах. Такие некультивируемые микроорганизмы в основном относились к актиномицетам и содержались в молочных и ферментированных продуктах.

При сравнении метагеномов еды с 20 тысячами человеческих метагеномов ученые сделали выводы, что микроорганизмы, поступающие в организм с пищей, составляют около 3% от микробиома кишечника взрослого человека. Таким образом из еды в кишечник, например, поступает молочнокислая бактерия Lacticaseibacillus paracasei.

Генетика

3. Исследователи из США и Великобритании сравнили транскриптомы двух бабочек-павлиноглазок: Anisota pellucida, которая ведет дневной образ жизни, и Dryocampa rubicunda, которая активна ночью. У первого вида бабочек была повышена экспрессия генов, связаных со зрением, а у второго — генов, необходимых для обоняния. Различия в экспрессии генов ученые объяснили геном disco, который кодирует высококонсервативный фактор транскрипции и регулирует циркадные ритмы. Что примечательно, этот ген содержит мутации, специфические для A. pellucida и D. Rubicunda.

Подробнее — на PCR.News.

4. Исследователи из США нашли ген, который отвечает за образование у пауков петиоля — сегмента тела, который отделяет головогрудь от брюшка и напоминает талию. Они проанализировали транскриптом техасского коричневого тарантула (Aphonopelma hentzi) на разных стадиях эмбрионального развития и выявили 12 генов, экспрессия которых различается в клетках будущей талии. Далее они поочередно заглушали каждый из этих генов в эмбрионах обыкновенного домашнего паука (Parasteatoda tepidariorum), пока не нашли один из генов, присутствие которого было необходимо для образования петиоля. Этот ген назвали waist-less, и он относится к семейству генов Iroquois, которые отвечают за развитие и ранее были описаны у насекомых и позвоночных. Waist-less оказался древним геном, который был утерян у общего предка насекомых и ракообразных, но остался у хелицеровых.

5. Исследователи из Северо-Западного университета (США) и коллабораторы с помощью математического моделирования показали, что временные нарушения в экспрессии генов E. coli могут приводить к необратимым изменениям в экспрессии генов всей регуляторной сети. Нарушения могут быть различными — от нокаута гена до его оверэкспрессии — и могут возникать, например, в ответ на изменения таких факторов внешней среды, как pH или доступность питательных веществ. Необратимые изменения в регуляторных сетях, в свою очередь, могут передаваться дочерним клеткам при делении.

6. Ученые из Университета Нотр-Дам и коллабораторы выяснили, что синонимичные мутации одного гена могут влиять на экспрессию соседних генов на уровне транскрипции и трансляции. Исследователи проанализировали девять синонимичных мутаций в гене cat, который кодирует хлорамфениколацетилтрансферазу в кишечной палочке. Оказалось, что 4 из 9 мутаций значительно повышали экспрессию соседнего гена резистентности к тетрациклину tetR за счет транскрипции длинной антисенс РНК. Ее транскрипция начиналась с криптического сайта внутри гена cat, который появлялся из-за синонимичной мутации. Исследователи считают, что эти эффекты нужно учитывать при дизайне генетических конструкций, но пока неясно, есть ли такой же эффект у синонимичных мутаций в генах человека.

Метаболизм

7. Исследователи из США и Колумбии изучили метаболизм сахаров у 199 диких летучих мышей, которые принадлежали к 29 видам с разными диетами: мыши питались насекомыми, нектаром, мясом и кровью или были всеядными. Трегалоза, содержащаяся в гемолимфе насекомых, лучше всего (хотя и медленно) усваивалась насекомоядными и всеядными летучими мышами, а те виды, что питаются в основном фруктами или нектаром, не могли усваивать этот сахар. Зато они лучше усваивали сахарозу. Вне зависимости от диеты глюкоза лучше усваивалась у всех видов, так как она может легко всасываться в кишечнике, и об этом говорил ее высокий уровень в крови животных. Наибольший уровень глюкозы в крови был у летучих мышей, которые питаются фруктами: он повышался до 750 мг/дл. Особенности метаболизма сахаров ученые объяснили на молекулярно-генетическом уровне, проанализировав наличие генов, кодирующих трегалазу, сахаразу и глюкозные транспортеры, а также сравнили анатомические особенности двенадцатиперстной кишки у разных видов.

Подробнее — на PCR.News.

Онкология

8. Немецкие ученые обнаружили, что в микроокружении опухолей повышен уровень натрия, что приводит к изменению транскриптомов инфильтрирующих иммунных клеток. Оказалось, что NaCl улучшает активацию CD8+ Т-клеток и сигналинг от их рецепторов TCR. Также соль усиливает эффекторные функции цитотоксических Т-клеток: они более активно выбрасывают во внеклеточное пространство гранзим B и выделяют провоспалительные цитокины. NaCl влияет и на метаболизм Т-клеток, так как они начинают потреблять больше глюкозы и глутамина. Причиной такого эффекта оказалось то, что повышенная внутриклеточная концентрация натрия повышает активность Na+/K+-АТФазы, что приводит к гиперполяризации мембран и индуцированному TCR притоку в клетку ионов кальция — важного вторичного мессенджера.

Предварительная обработка Т-клеток (в том числе CAR Т-клеток) солью значительно улучшила их эффективность против опухолевых клеток in vitro, а также in vivo — в мышах с ксенографтными опухолями. Этот эффект может распространяться и на людей: анализ баз данных показал, что транскриптомный профиль, характерный для обработанных NaCl CD8+ Т-клеток, коррелирует с хорошей выживаемостью у пациентов с аденокарциномой поджелудочной железы.

9. Аденокарцинома протоков поджелудочной железы трудно поддается лечению из-за фиброзной ткани в окружении опухоли, которая препятствует образованию сосудов и доступу иммунных клеток к опухоли. Ученые из США придумали новый подход к терапии аденокарциномы, предложив стимулировать пути врожденного иммунитета за счет доставки агонистов STING и TLR4 в липидных наночастицах. Такую иммунотерапию можно использовать совместно с траметинибом и пальбоциклибом — препаратами, которые используются при раке поджелудочной сейчас и вызывают сенесценцию опухолевых клеток. Когда мышам с опухолями поджелудочной вводили наночастицы с агонистами STING и TLR4, это приводило к активации провоспалительного иммунного ответа и способствовало презентации антигена как опухолевыми, так и иммунными клетками. У 8 из 9 мышей наблюдалось уменьшение опухоли, причем у двух животных опухоль исчезла полностью, хотя впоследствии случился рецидив.

10. Ученые из США разработали многослойные наночастицы для доставки терапевтических нуклеиновых кислот в опухоли. В такие наночастицы помещаются как малые интерферирующие РНК, так и плазмиды размером в несколько тысяч нуклеотидов. Нуклеиновые кислоты сначала конденсируют с декааргинин-β-циклодекстрином, а затем помещают в оболочку из эластин-подобного пептида (ELP). Белок содержит домены эпидермального фактора роста (EGF), таким образом обеспечивая специфическую доставку «груза» в клетки опухолей, которые экспрессируют рецептор к этому фактору — EGFR. Пример такой опухоли — рак мочевого пузыря. Доставка наночастиц к этой опухоли затруднена из-за малого времени контакта мочи с опухолью — меньше двух часов. Однако новые многослойные наночастицы связываются с опухолевыми клетками за полчаса и интернализуются в них в течение часа.

Репродуктология

11. Японские ученые описали роль потенциал-чувствительной фосфатазы в сперматогенезе млекопитающих. По мере развития сперматозоидов меняется состав их мембраны: появляется больше фосфолипидов с остатками длинных полиненасыщенных жирных кислот. Потенциал-чувствительная фосфатаза непосредственно участвует в этом процессе, причем предел ее чувствительности составляет -30 мВ — это средний мембранный потенциал незрелых сперматозоидов. Исследователи также проанализировали, как мутации в этом белке могут влиять на развитие сперматозоидов: например, у мутанта V312 изменяется профиль остатков жирных кислот в фосфолипидах, а сами сперматозоиды имеют аномальную подвижность после капацитации — процесса, в результате которого сперматозоид приобретает способность проникать в яйцеклетку.

Нейробиология

12. С помощью секвенирования РНК отдельных ядер исследователи из США получили атлас клеток стареющей префронтальной коры, используя образцы 437 пожилых человек. При помощи вычислительных методов они показали, что существует две возможные траектории старения, где одна ведет к болезни Альцгеймера. Анализируя данные, ученые также предложили, в какой последовательности происходят события, приводящие к болезни Альцгеймера. Так, они выделили две отдельные субпопуляции микроглии, одна из которых участвует в накоплении амилоида-бета, а вторая — в развитии таупатии на этом фоне. Еще одна популяция клеток глии — астроциты — способствуют ухудшению когнитивных способностей на фоне накопления белка тау.

13. Британские ученые выяснили, что различия между ожиданиями животных и реальностью выявляют неокортекс и таламус. Мышей помещали в установку виртуальной реальности, где они могли перемещаться по знакомому коридору, чтобы получить вознаграждение, но иногда ученые вносили неожиданные визуальные стимулы. С помощью двухфотонной визуализации кальциевых токов они смогли проанализировать активность нейронов в первичной зрительной коре неокортекса, которая первой получает информацию от глаз. Согласно предыдущей теории, при различии между ожиданиями и реальностью животные получают некие сигналы об ошибочном предсказании. На самом деле мозг амплифицирует те сигналы, в которых содержится информация о неожиданном зрительном стимуле, а не просто передает сигналы о расхождении реальности с ожиданиями.

Туберкулез

14. Австралийские ученые выделили из морской губки, которую нашли в Большом Барьерном рифе, бактерию Mycobacterium spongiae. На геномном уровне она на 80% похожа на Mycobacterium tuberculosis, в том числе в ней есть характерные факторы вирулентности. Анализы протеома и липидома даже показали, что эти факторы активны в M. spongiae, причем она может вырабатывать липиды, не характерные для микобактерий. У мышей эта бактерия не вызывала никаких инфекций, просто находясь в легких до 56 дней. Сходство M. spongiae с M. tuberculosis побудило ученых рассмотреть эту «безопасную» версию бактерии как вакцинный штамм, однако он оказался менее эффективным, чем БЦЖ. Тем не менее, исследование M. spongiae может помочь лучше понять эволюцию палочки Коха.