Индивидуальное дыхание человека и другие новости недели

Диагностика

1. Непереносимость глютена, компонента зерен некоторых злаков, при целиакии носит аутоиммунный характер. Его антигены активируют Т-лимфоциты кишечника, из-за чего развивается воспаление, укорачиваются ворсинки и ухудшается всасывание питательных веществ. Многие случаи заболевания остаются недиагностированными, поскольку диагностика выполняется на фоне потребления глютеновых продуктов, на что многие пациенты не соглашаются. Исследователи из Австралии предложили новый метод выявления целиакии, при котором не нужно потреблять пищу с глютеном. Глютен добавляют в образец цельной крови, затем измеряют уровень интерлейкина-2 (IL-2) – медиатора воспаления, образуемого Т-клетками. Если человек обладает специфичными к белку иммунными клетками, уровень IL-2 должен возрастать.

Тест проверили на образцах 188 человек, включая пациентов с целиакией на обычном питании и безглютеновой диете, а также людей, хорошо переносящих глютен или не переносящих его по причинам, не связанным с целиакией. Анализ крови выявил 90% случаев целиакии, ассоциированной с генетическим вариантом HLA-DQ2.5, даже если пациенты исключили из рациона глютенсодержащие продукты (хотя другие генетические варианты, ассоциированные с целиакией, обнаруживались менее успешно). Высокие уровни IL-2 были связаны с более тяжелой симптоматикой, следовательно, результаты теста позволяли прогнозировать силу реакции на глютен. Пока что метод не внедрен в клиническую практику, однако ученые надеются на его широкое применение в будущем.

Нейробиология

2. Где в головном мозге могут храниться воспоминания о приеме пищи? Новое исследование на самцах крыс, опубликованное в Nature Communications, показывает, что активация нейронов вентрального гиппокампа во время еды приводила к формированию физиологического следа памяти – энграммы – о том, что, где и когда было съедено. Образование энграмм происходило в короткие паузы между кусанием пищи, когда нервные клетки могли собрать воедино информацию об окружающей обстановке. Избирательное уничтожение нейронов вентрального гиппокампа, реагирующих на питание, ухудшило запоминание места питания, но не повлияло на другие виды памяти животных, включая пищевую мотивацию или способность ориентироваться.

Нейроны вентрального гиппокампа контактировали с клетками латерального гипоталамуса (ЛГ), а также содержали большое число серотониновых рецепторов 5-HT_2A. Когда исследователи повредили связь с ЛГ или сигналы 5-HT_2A , крысы не могли вспомнить, где принимали пищу, а также стали чаще есть. По мнению авторов исследования, это объясняет, почему люди с нарушениями памяти, например, с деменцией или травмами головного мозга могут быть склонны к перееданию — они не помнят о том, что уже поели. Подобная проблема может возникнуть и у людей с нормальной памятью, если они часто отвлекаются во время еды. Укрепление памяти о приемах пищи может стать эффективной стратегией по снижению веса в дополнение к физической активности и диете.

3. Не только осознанное питание, но и запахи способны регулировать пищевое поведение. Некоторые люди, приготовив еду, обнаруживают, что не голодны. Немецкие исследователи выявили область головного мозга, которая отвечала за подобный феномен у мышей. Запах пищи активировал группу нейронов, выделяющих медиатор глутамат, в составе медиального септума. Сигнал от обонятельных рецепторов слизистой носа поступал в обонятельную луковицу мозга, а из нее – напрямую в медиальный септум, обеспечивая мгновенный ответ глутаматергических нейронов. Активация этих нейронов вызывала ощущение сытости: оптогенетическая стимуляция этой сенсорной цепи перед приемом пищи снизила аппетит у худых мышей. Во время приема пищи эти клетки «замолкали». Интересно, что ароматы еды не возбуждали септальные нейроны мышей с ожирением, вызванным диетой. Такие животные, вероятно, не чувствовали насыщения: несмотря на стимуляцию нейронов, мыши продолжали есть без ограничений. Авторы подчеркивают важность роли обоняния в регуляции аппетита и увеличении массы тела. В человеческом мозге также есть медиальный септум, однако ученым только предстоит выяснить, способны ли запахи аналогичным образом снижать чувство голода у людей.

4. Ученые из США установили структуры головного мозга, участвующие в ухудшении сна и памяти при стрессе. Чтобы спровоцировать стресс у самцов мышей, их фиксировали, ограничивая передвижение. Стрессированные грызуны хуже справлялись с тестом на пространственную память, а их сон стал короче. Аналогичные изменения наблюдали у животных, у которых искусственно стимулировали область, запускающую физиологическую ось стресса, – популяцию нейронов в паравентрикулярном ядре (ПВЯ) гипоталамуса, выделяющих кортиколиберин. После того, как ученые подавили активность этих клеток, память и продолжительность сна у иммобилизованных мышей частично восстановились. Как стресс, так и искусственная стимуляция кортиколибериновых нейронов ПВЯ вызывали ответ в латеральной части гипоталамуса. Взаимодействие между двумя популяциями внутри гипоталамуса опосредовало влияние стресса на сон и память: блокирование их сигналов устраняло вызванные стрессом нарушения. Полученные результаты, по мнению авторов исследования, могут быть использованы для разработки терапии когнитивных и расстройств сна, связанных со стрессом.

Физиология

5. Характер дыхания, подобно отпечаткам пальцев, уникален для каждого человека и может отражать некоторые аспекты физического и психического здоровья. Исследователи из Израиля следили за дыханием 97 здоровых добровольцев на протяжении суток при помощи носимого устройства, которое регистрировало воздушные потоки, проходящие через ноздри. Собранные данные использовали для обучения компьютерной модели. Сорок два участника вернулись для очередного обследования через несколько недель, месяцев и даже лет, и обученный алгоритм различил их по особенностям дыхания с точностью 96,8%. Следовательно, индивидуальные «дыхательные отпечатки» устойчиво сохранялись на протяжении жизни людей. Кроме того, паттерн дыхания добровольцев варьировал в зависимости от их индекса массы тела (ИМТ) и склонности к тревоге и депрессии. Так, повышенный ИМТ был связан с изменением дыхания во время сна, а более высокие показатели тревожности и депрессии – с изменением ритма вдохов и выдохов. Ученые планируют определить, какой тип дыхания связан со снижением стресса и тревоги, чтобы разработать дыхательную технику для улучшения эмоционального состояния людей.

Генетика

6. Крупное международное исследование выявило генетические факторы, которые влияют на восприимчивость человека к факторам среды. Ученые оценили различия психических характеристик у однояйцевых близнецов в 10 896 парах, после чего провели поиск геномных ассоциаций, которые могли бы объяснить выраженность различий между парами. В число оцениваемых параметров включили как психические расстройства, например, депрессию, расстройства аутистического спектра (РАС) и СДВГ, так и варианты проявления психики в норме, например, нейротические черты и субъективно оцененное благополучие.

Авторы работы обнаружили 13 генетических факторов, включая однонуклеотидные полиморфизмы (SNP), гены и их наборы, связанные с различиями близнецовых пар по психическим признакам. Таким образом, выявлены генетические варианты, которые делают некоторые пары монозиготных близнецов более восприимчивыми к внешним условиям, чем другую (и следовательно, более отличными друг от друга). Особенно сильным было их влияние на тревожность и субъективное благополучие. В целом влияние генетики было умеренным и варьировало в зависимости от признака и возраста.

Подробнее на PCR.NEWS.

7. Опубликованы результаты очередного исследования генной герапии гемофилии В – наследственного заболевания, вызванного дефицитом фактора свертывания крови IX. Пациенты страдают от спонтанных кровотечений и вынуждены пожизненно получать инъекции недостающего фактора. Альтернативой может быть однократная внутривенная инфузия генотерапевтического препарата. Ученые из США, Великобритании и ЮАР представили отчет о долгосрочном влиянии на здоровье пациентов аденоассоциированного вирусного вектора, доставляющего в клетки гена фактора IX (scAAV 2/8-LP1-hFIXco).

В исследовании приняли участие 10 мужчин с тяжелой формой гемофилии В, получивших препарат в 2010-2012 годах. Наблюдения продолжались в среднем 13 лет; у всех пациентов фактор IX стабильно синтезировался, средняя частота кровотечений снизилась с 14 до 1,5 эпизодов в год, уменьшилась потребность в дополнительных инъекциях фактора. За время наблюдений не было зарегистрировано серьезных побочных эффектов, связанных с введением вектора. Таким образом, подтверждена безопасность и долгосрочная эффективность генной терапии гемофилии B.

Новые технологии

8. Интерфейс мозг-компьютер (ИМК), разработанный командой из Университета Калифорнии в Дэвисе и Гарварда, вернул способность говорить 45-летнему мужчине, речь которого перестала быть беглой и внятной из-за бокового амиотрофического склероза (БАС) – парализующего заболевания, вызванного гибелью двигательных нейронов. Пациенту установили 256 микроэлектродов в прецентральную извилину – область коры больших полушарий, регулирующую произвольные движения мышц, в том числе необходимых для речи. Нейрональные сигналы, улавливаемые микроэлектродами, анализировал и преобразовывал в синтетическую речь искусственный интеллект (ИИ) с задержкой всего 10 миллисекунд.

В отличие от предшественников, новый ИМК воспроизводил как слова, так и интонацию, с которой они могли быть произнесены, выделял некоторые слова, что позволило лучше выразить смысл и эмоции. Пациент мог использовать междометия и придуманные слова, не входившие в исходный словарный запас компьютерной модели, и даже напевать короткие мелодии. Синтетический голос звучал максимально схоже с естественным голосом мужчины благодаря обучению ИИ на записях его речи до развития БАС.

Регенеративная медицина

9. С возрастом мышцы хуже восстанавливаются после травм из-за накопления нефункциональных мышечных стволовых клеток (muscle stem cells, MuSC). Ученые из США заинтересовались тем, какие изменения происходят в MuSC по мере старения, и выяснили, что у стареющих мышей в этих клетках ослаблен синтез простагландина Е2 (PGE2) и его рецептора EP4. Затем попробовали восстановить этот сигнальный путь: всего одной инъекции PGE2 было достаточно, чтобы животные, чьи мышцы были повреждены миотоксином или физической нагрузкой, набрали мышечную массу и стали сильнее. Эффект от воздействия оказался длительным. Дальнейший анализ показал, что простагландин E2 модулирует активность ключевых факторов транскрипции, благодаря чему гены, активируемые по мере старения, «замолкают». Поскольку сигналы PGE2 распространены не только в мышцах, но и других тканях, исследователи полагают, что терапия на основе такого подхода может восстанавливать естественную регенерацию организма.

Онкология

10. Статья в Nature описывает механизм, с помощью которого  раковые клетки избегают ферроптоза, то есть клеточной гибели, вызванной перекисным окислением липидов — компонентов мембран, в присутствии ионов железа. Авторы показали, что опухоли захватывали из крови липопротеины при участии гликозаминогликанов (ГАГ), находящихся на поверхности клеток. Липидная часть липопротеинов могла включать витамины Е (α-токоферол) и К2, коэнзим Q10 – сильнейшие антиоксиданты, подавляющие реакции окисления и накопление разрушительных пероксидов. Таким образом, поглощая липопротеины, раковые клетки насыщаются антиоксидантами, останавливающими ферроптоз. In vitro нарушение синтеза ГАГ, как и их ферментативное удаление с поверхности клеток светлоклеточного рака почки снизило захват липопротеинов и усилило ферроптоз опухолей, в мышиной модели – замедлило злокачественный рост. ГАГ-зависимый путь захвата липопротеинов может стать новой терапевтической мишенью, прежде всего в опухолях, обогащенных ГАГ, к которым относится светлоклеточный рак почки.

Микробиология

11. Лечение антибиотиками инфекций у новорожденных часто имеет долгосрочные последствия — задержку развития иммунной системы. Научный коллектив из США раскрыл механизм этого явления. Исследователи сравнили содержание цитотоксических Т-лимфоцитов в легких новорожденных мышат, получивших и не получивших антибиотики. Прием ампициллина, гентамицина или ванкомицина привел к сокращению числа легочных Т-киллеров, из-за чего животные стали более чувствительными к вирусу гриппа. Подобный иммунодефицит сохранялся и у взрослых животных.

Антибиотики уничтожали полезные кишечные бактерии Bifidobacterium, чей метаболит инозин направлял развитие лимфоцитов. В частности, его недостаток повлиял на способность белка NFIL3 инициировать экспрессию TCF1 – фактора, необходимого для нормального созревания и функции Т-клеток. Добавка инозина в рацион мышат, получавших антибиотики, восстановила нормальное развитие Т-клеток и повысила устойчивость к инфекциям. Результаты, полученные на мышиной модели, были подтверждены на посмертных образцах младенцев. Авторы работы подчеркнули, что назначать антибиотики беременным и младенцам следует с осторожностью и необходимо предусматривать поддержку кишечного микробиома при помощи пре- и пробиотиков. Однако нужны дополнительные исследования, чтобы эти рекомендации вошли в клиническую практику.

12. Статья в PNAS сообщает о новом способе борьбы с антибиотикорезистентной бактерией Acinetobacter baumannii — больничным патогеном, опасным для пациентов реанимационного отделения, находящихся на искусственной вентиляции легких, и лиц с ослабленным иммунитетом. Авторы обнаружили, что блокатор кальциевых каналов фендилин, использовавшийся для лечения болезней сердца и сосудов, уничтожал бактериальные клетки, подавляя их основной путь транспорта липопротеинов.

Интересно, что биохимическая особенность, которая обеспечивает устойчивость A. baumannii к антибиотикам, одновременно повышает их чувствительность к фендилину. Фермент ОХА-23 из группы β-лактамаз, который входит в состав внешней мембраны бактериальных клеток и активно синтезируется в резистентных штаммах, относится к липопротеинам. В больших количествах ОХА-23 обезвреживает антибиотики, включая карбапенемы (последняя линия защиты), но в то же время увеличивает нагрузку на систему транспорта липопротеинов и ослабляет ее перед фендилином. Поскольку фендилин одобрен FDA, это может ускорить проведение испытаний на добровольцах и внедрение в клиническую практику.

13. Исследователи из Великобритании и ЮАР обнаружили потенциал антибиотика ципрофлоксацина в регуляции артериального давления. Они сообщили, что ципрофлоксацин блокирует ангиотензинпревращающий фермент (АПФ), который ускоряет отщепление аминокислот от неактивного ангиотензина I и превращает его в сужающий сосуды ангиотензин II. Каталитической активностью обладают С- и N-домены фермента, содержащие активные центры с ионом цинка. Переход ангиотензина регулирует в основном С-домен, а N-домен – расщепление других пептидов. Существующие ингибиторы АПФ связываются с активным центром каждого домена и останавливают все функции фермента, из-за чего не только снижают давление, но и изменяют работу почек и иммунный ответ, вызывая побочные эффекты. Ципрофлоксацин, напротив, избирательно взаимодействовал с удаленным от активного центра участком С-домена и блокировал только превращение ангиотензина I, не нарушая остальные функции фермента. Антибиотик слишком слабо связывался с АПФ, чтобы вызвать клинически значимый эффект. Однако он может стать основой для разработки безопасных и действенных ингибиторов АПФ нового поколения.

Паразитология

14. Международный коллектив ученых установил, что билирубин – пигмент, вызывающий пожелтение кожи и склеры глаз (желтуху), – может защищать от тяжелых форм малярии. В организме билирубин встречается в двух формах: неконъюгированная (свободная) форма находится в плазме крови, конъюгированная (связанная с глюкуроновой кислотой) – в печени. Неконъюгированный билирубин образуется как продукт расщепления гемоглобина при распаде эритроцитов по естественным причинам и при малярии, когда клетку разрывает размножившийся в ней малярийный плазмодий, возбудитель заболевания. Исследователи предположили защитную роль билирубина, когда обнаружили 10-кратное увеличение уровня свободной формы в крови людей с бессимптомной малярией, вызванной Plasmodium falciparum, по сравнению с пациентами, которые имели выраженные симптомы.

Гипотеза была подтверждена in vivo: генетически модифицированные мыши, неспособные вырабатывать билирубин, погибали после заражения специфической для грызунов малярией. Введение пигмента повысило выживаемость животных. Кроме того, блокировка конъюгации в печени, благодаря которой билирубин оставался в свободной форме, защитило зараженных мышей от гибели. Оказалось, что неконъюгированный билирубин проникает внутрь клеток малярийного плазмодия, разрушает их митохондрии и пищеварительную вакуоль и таким образом предотвращает усвоение паразитом аминокислот гемоглобина. По мнению авторов, новые методы лечения малярии могут быть направлены на усиление естественной выработки билирубина.