Флуоресцентная карта мыши и другие новости недели

Экология

1. В 2016 году межправительственная организация IPCC признала важность технологии улавливания и захоронения углерода (BECCS) для борьбы с глобальным потеплением. Технология основана на создании плантаций энергетических культур (например, проса или эвкалипта), которые забирают избыточный углекислый газ из атмосферы. Тем не менее влияние BECSS на атмосферу и почву оставалось мало изученным. Международная команда ученых из Китая и Франции смоделировала влияние плантаций проса и эвкалипта с помощью модели IPSL-CM (Institut Pierre-Simon-Laplace coupled model). В отличие от других работ, в этой учитывались и почвенные, и атмосферные процессы. С помощью симуляции исследователи обнаружили влияние плантаций на количество осадков. Например, в северо-восточной Африке и Северной Европе осадки будут усиливаться, а на северо-западе Европы, в некоторых регионах США и Китая — уменьшаться. По мнению авторов, рост осадков произойдет из-за увеличения общего испарения и повышенного горизонтального перемещения влажных воздушных масс. К нехватке воды BECCS едва ли может привести: хотя энергетические культуры будут расходовать водные ресурсы, повышенное количество осадков должно это скомпенсировать. Исследователи предостерегают, что эти результаты требуют более глубокого изучения.

2. Ученые из университета Фудань (Китай) обратили внимание на другую экологическую проблему — фрагментацию лесов, основную причину снижения биоразнообразия и деградации экосистем. Ранее для исследования фрагментации лесных массивов использовались статические данные. Авторы статьи предложили рассмотреть проблему в динамике и сравнили спутниковые снимки, сделанные в 2000 и 2020 гг. Для этого они использовали индекс фрагментации (FFI), который учитывает границы леса, размеры островков и изоляцию. Тропические леса центральной Амазонии, несмотря на большой индекс фрагментации, остаются относительно стабильными, а для 75% лесов в мире фрагментация со временем уменьшается. Активная фрагментация обнаружена в южных лесах Амазонии и центральной Сибири. В районах с увеличивающейся фрагментацией (в том числе в Сибири) увеличиваются участки с пониженной плотностью деревьев. Авторы выделили восемь вариантов фрагментации лесов. Предложенный подход, по их мнению, может изменить политику государств по вопросам охраны леса.

3. Изучение кормовых привычек акул важно для сохранения и поддержания этого семейства, однако подобные исследования было трудно провести из-за сложностей с мониторингом отдельным особей или субпопуляций. Международная команда ученых предложила отследить пищевое поведение акул с помощью изотопного анализа их зубов. В дополнение к классическому анализу изотопов азота и углерода, авторы провели измерения изотопов цинка в зубах тигровой акулы. Благодаря дополнительной метрике им удалось разделить популяцию акул на взрослых самцов, самок и молодых особей. Оказалось, что у взрослых самцов разброс в содержании изотопа цинка гораздо больше, чем у остальных групп. Вероятно, их рацион разнообразнее, потому что они могут охотиться на более крупную добычу. Изотопный состав различался также у взрослых и молодых самок, вероятно, из-за миграций во время беременности и смены мест кормодобывания.

Паразитология

4. Жизненный цикл малярийного плазмодия состоит из половой и бесполой стадий, и многие лекарства (в том числе артемизин) нацелены на бесполую стадию, потому что именно она вызывает озноб, жар и другие симптомы. Для разработки новых лекарств ученые используют специальные штаммы Plasmodium falciparum, которые содержат генетически кодируемый репортер. Исследователи из Японии разработали новый штамм, содержащий ген люциферазы NanoLuc, который светится гораздо ярче своих предшественников. Ученые немного модифицировали метод и убрали селективный маркер. Это позволило расширить возможности модели и провести скрининг лекарств, которые действуют на половую стадию паразита. Авторы надеются, что их разработка поможет найти потенциальные терапевтические соединения, работающие против гепатоцитарной и половой формы плазмодия.

Диагностика

5. Команда ученых из Уханя опубликовала результаты по разработке диагностической платформы для генно-модифицированных организмов (ГМО). Стратегия основана на использовании Cas-белков с нуклеазной активностью и ДНК-проб (или РНК-проб), меченных флуорофором и его тушителем. В присутствии аналита Cas-белок разрезает пробу, и флуорофор начинает светиться. Для мультиплексности ученые использовали пару белков Cas12 и Cas13, способную детектировать два аналита одновременно, так как Cas12 специфично разрезает ДНК-пробу, а Cas13 — РНК-пробу. Флуоресцентные метки выбрали так, чтобы результаты анализа можно интерпретировать невооруженным глазом: флуорофоры FOX (красный цвет) и JOE (зеленый цвет). Если в образце присутствует только один аналит, то при освещении голубым светом реакционная смесь светится зеленым либо красным, если же присутствовуют оба аналита, то желтым (комбинацией красного и зеленого цветов). Используя этот метод, исследователи смогли отличить мясо ГМ свиньи (с нокаутом CD163 и нокином лактоферрина) от немодифицированных образцов. Авторы отмечают, что количество генов, которые подвергаются изменению, растет, и их мультиплексный анализ позволит упростить процесс проверки для продуктов ГМО.

6. Ученые из Японии предложили использовать везикулярные белки для диагностики опухоли. В образцах жидкостей от женщин с доброкачественными опухолями и больных с серозной карциномой яичника они определили три белка, специфичные для везикул из раковых клеток: белок клеточной адгезии, протоонкоген и рецептор фолиевой кислоты. Для проверки специфичности маркеров авторы экстрагировали везикулы из биологических жидкостей с помощью адсорбирующего нановолокна и сравнили уровень белков в образцах. Их концентрация в образцах женщин с онкозаболеванием и без него существенно отличалась. (Подробнее на PCR.NEWS.)

7. Группа исследователей из Великобритании изучила неоперабельную опухоль пищевода с помощью транскриптомики единичных клеток. Авторы рассмотрели около 65 000 клеток и то, как на них влияют блокаторы иммунологических чекпоинтов и иммунохимиотерапия. Оказалось, что у опухоли можно выделить сигнатуру Т-клеток INCITE, которая коррелирует с позитивным результатом от применения блокаторов. Дополнительно авторы определили количество моноцитов как предиктор общей выживаемости пациентов. По их мнению, эти результаты закладывают основу для персональной медицины в области иммунной и химиотерапии опухоли пищевода.

Биоимаджинг

8. Для изучения взаимодействия органов исследователи часто используют методы картирования организма. Однако существующие подходы требуют создания трансгенных организмов или использования наноантител. Например, в методе DISCO животное перфузируется раствором из наноантител к определенным маркерам в теле, а затем вторичными антителами с флуоресцентной меткой. Коллаборация ученых из Германии и Великобритании предложила свой способ картирования wildDISCO, основанный на использовании обычных антител и не уступающий в эффективности технике DISCO. Особенность нового метода заключается в модификации перфузионного раствора. Новая добавка — гептакис-(2,6-ди-O-метил)-β-циклодекстрин — обеспечивает бо́льшую проницаемость для антител. Используя wildDISCO, ученые картировали с высоким разрешением лимфоидную, нервную и кардиоваскулярную системы у мышей. Результаты можно посмотреть тут.

Медицина и физиология

9. В Nature Cardiovascular Research опубликована работа по изучению кардиомиопатии такоцубо. Этот синдром очень похож на инфаркт и обычно проявляется при сильном эмоциональном или физическом стрессе, но имеет более благоприятный прогноз. Ученые из Германии смоделировали его у мышей с помощью искусственного повышения эпинефрина. Интересно, что синдром такоцубо специфичен к биологическому полу и менее опасен для женщин. Например, в случае модельных мышей активация фенотипа болезни у самок требовала большего количества эпинефрина. Транскриптомный анализ сердечных тканей выявил активацию генов, связанных с кальциневрином, в частности, кальциневрина А и белка RCAN1-4. Основываясь на полученных данных, исследователи проверили терапевтическое действие циклоспорина А, который ингибирует активность кальциневрина. У пролеченных мышей снизилась экспрессия RCAN1-4 и заметно улучшилось состояние сердца после проявления синдрома.

10. Публикация в Cell Research посвящена молекулярной природе сердечного приступа. Ученые из Китая исследовали сердца модельных мышей с помощью протеомики. Основываясь на результатах предыдущих работ, они решили сфокусироваться на лактилированных белках, то есть модифицированных лактатом. После индуцированного сердечного приступа авторы обнаружили в общей сложности 160 лактилированных белков. Сравнивая уровни лактилирования между контрольной и экспериментальной группой, ученые обратили внимание на альфа-миозин. При индуцировании сердечного приступа количество альфа-миозина, лактилированного в 1897-й позиции, снижалось. Как оказалось, это ослабляет взаимодействие альфа-миозина и титина в сердечной мышце и нарушает структуру и функцию органа. Исследователи выяснили, что изменения в структуре альфа-миозина вызваны падением внутриклеточной концентрацией лактата. По мнению авторов, этот молекулярный механизм может стать новой мишенью для лечения сердечного приступа.

11. Исследователи из Южной Кореи обнаружили взаимосвязь между функцией почек и интерлейкином-1. Работа опубликована в Nature Communications Biology. Авторы собрали данные по однонуклеотидным полиморфизмам в девяти генах интерлейкинов и информацию о скорости фильтрации из баз данных UK Biobank и CKDGen. После анализа данных с помощью менделевской рандомизации они оценили влияние мутаций на функциональность почек. Интерлейкин IL1-ra проявлял наибольшую ассоциацию со скоростью фильтрации. Авторы отмечают, что использование менделевской рандомизации помогло избежать неверной интерпретации причинно-следственных связей, однако физиологическую роль IL1-ra еще предстоит изучить.

Клеточная терапия

12. Ученые из Йельского университета представили новую систему для создания модифицированных клеточных препаратов. Чтобы повысить эффективность генного редактирования, они исключили CRISPR-Cas технологии и лентивирусные векторы. Новый способ редактирования MAJESTIC использует аденоассоциированный вирус c трансгеном и мРНК транспозазы Sleeping Beauty. Авторы сначала доставили мРНК транспозазы в клетки с помощью электропорации, затем трансдуцировали клетки вирусом. Для проверки жизнеспособности и функциональности модифицированных иммунных клеток их культивировали совместно с клеточным моделями лейкемии и лимфобластомы. В обоих случаях CAR-T клетки, полученные с помощью MAJESTIC, были эффективнее своих лентивирусных аналогов. Авторы отмечают ограничения своей системы: во-первых, эффективность редактирования с помощью транспозонов будет меньше для больших трансгенов, во-вторых, наличие двух этапов в производстве CAR клеток делает MAJESTIC более дорогим при установлении стандартов GMP. Ученые считают, что их система может применяться, когда важна выживаемость клеток.

13. В Nature Medicine вышла работа по транскриптомному анализу CAR-T клеток в теле пациента. Исследователи сравнили их в разные моменты времени и обнаружили значительные изменения в экспрессии генов. Например, у поздних CAR-T наблюдается активация генов, связанных со стволовыми свойствами и предотвращением иммунной активности. Также авторы установили, что персистирующие иммунные клетки развивают двойной отрицательный фенотип по маркерам CD4 и CD8. По мнению исследователей, так можно оценивать популяции клеток, который способны к длительному пребыванию в организме пациента. (Подробнее на PCR.NEWS.)

Новости компаний

14. Компания Applied DNA Sciences (США) объявила о приобретении канадского разработчика РНК-полимеразы Spindle Biotech. Это позволяет Applied DNA объединить свою платформу LinearDNA IVT с запатентованной высокопроизводительной РНК-полимеразой Spindle в интегрированную платформу LineaIVT, для которой Applied DNA уже запустила программу раннего доступа. Ожидаемые преимущества LineaIVT по сравнению с обычным производством мРНК на основе плазмидной ДНК — более высокий выход продукта за счет предотвращения или уменьшения загрязнения двухцепочечной РНК; возможность получения матриц для in vitro транскрипции миллиграммовых количествах за 14 дней, в граммовых — за 30 дней.