Микробиом мамонта и другие новости недели

Молекулярная диагностика

1. Разработан новый неинвазивный тест на рак простаты. Ученые из США при помощи секвенирования клеток в моче пациентов с этим видом рака идентифицировали 50 РНК-кандидатов. Из них выбрали три РНК с оптимальными показателями специфичности и чувствительности — TTC3, H4C5 и EPCAM. Тестирование панели провели на двух выборках — первичной (243 участника) и валидационной (646 участников). Новый тест оказался эффективнее теста на антиген рака простаты 3 (РНК РСА3) в моче — площадь под кривой 0,96 против 0,83 и 0,92 против 0,76 для первичной и валидационной когорт. После удаления рака биомаркеры в моче не обнаруживались. Тест не терял эффективности на пациентах с отрицательным тестом на белок ПСА (простатоспецифический антиген), а также успешно отличал рак от доброкачественных новообразований. Он может значительно повысить эффективность скрининга на рак простаты.

Новые разработки в биологии и медицине

2. Ученые из Великобритании разработали искусственную клетку, способную синтезировать и высвобождать белки под действием магнитного поля. Клетка содержит двухцепочечную ДНК-матрицу, а также специально разработанную наночастицу, с которой конъюгированы цепи-носители и однонитевые T7 промоторы. Под действием переменного магнитного поля (как при магнитной гипертермической терапии) наночастицы нагреваются, что вызывает денатурацию матрицы и высвобождение промотора Т7. Промотор гибридизуется с ДНК матрицей, что обеспечивает работу T7-РНК-полимеразы; таким образом, магнитное поле запускает продукцию белка. Включив в клетку матрицу для порообразующего белка, исследователи обеспечили контролируемый вывод продуктов синтеза из клетки. По их мнению, этот подход поможет создать «умные» инструменты доставки терапевтических агентов.

3. В США создана высокопроизводительная бесклеточная платформа для синтеза и оценки специфичности антител. Платформа под названием oPool+ display построена на основе технологии массового синтеза олигонуклеотидов oPool. Так как максимальная длина олигонуклеотида, который можно синтезировать с помощью oPool, — 300–400 п.н., а для продукции антител требуются 800–900 п.н., последовательности разбивали на несколько перекрывающихся отрезков, а затем с помощью перекрывающейся ПЦР получали полную последовательность. Далее авторы использовали технологию мРНК-дисплея для быстрого скрининга полученных антител на способность связывать белок-мишень (при этом синтезированные молекулы связывались с кодирующей их мРНК, обеспечивая возможность быстрого сопоставления фенотипа и генотипа). В качестве proof-of-concept авторы протестировали более 300 антител на специфичность к девяти вариантам гемагглютинина вируса гриппа. За 3–5 дней удалось провести более 5000 тестов, и это, по утверждению авторов, не является пределом производительности. (Текст препринта на biorXiv.)

Нейробиология

4. Международная группа исследователей составила карту принятия решений в мозге мыши. Для этого проанализировал записи активности более 600 тысяч нейронов в 279 зонах мозга («нейропикселях»), полученных от 139 мышей в 12 лабораториях. Исследование показало, как стимулы распространяются от визуальных зон в центры принятия решений, а также охватывающую широкие области мозга активность перед моторными действиями. Полученный набор данных находится в открытом доступе для просмотра онлайн и скачивания.

5. Опыты на крысах продемонстрировали, что семаглутид способен снижать тягу к кокаину. Ранее было показано, что воздействие на рецепторы глюкагоноподобного пептида-1 (GLP-1R) снижает потребность в кокаине и ассоциированное с зависимостью поведение. Однако этот путь до сих пор не удавалось использовать из-за низкого сродства препаратов к рецепторам. В новом доклиническом исследовании крысам давали семаглутид — долгодействующий агонист GLP-1R, и у них значимо снижалась частота самостоятельного потребления кокаина, уменьшалось его влияние на уровень дофамина в крови. По мнению авторов, способность семаглутида лечить кокаиновую зависимость следует проверить в клинических исследованиях.

6. Сотрудники Техасского университета (США) описали роль белка Gαq в развитии парадоксальной гипералгезии (повышенной чувствительности к боли) при длительном употреблении опиоидов. Ранее было известно, что это явление связано с активацией NMDA-рецепторов глутамата (NMDAR) в чувствительных нейронах спинного мозга. Авторы новой работы показали на мышиных моделях, что фармакологическое ингибирование активности Gαq обращает вызванное морфином фосфорилирование NMDAR и снижает их чувствительность. Морфин способствует специфическому связыванию Gαq с метаботропным рецептором глутамата 5 (mGluR5). Примечательно, что фармакологическое и генетическое ингибирование Gαq не только препятствовало развитию гипералгезии, но и усиливало анальгезирующий эффект морфина. Эти результаты могут помочь повысить эффективность и безопасность обезболивающих на основе опиоидов.

Древняя ДНК

7. Сотрудники Центра палеогенетики в Стокгольме получили последовательности микробной ДНК из образцов 483 мамонтов. Всего были получены прочтения для 310 микроорганизмов, преимущественно выделенных из зубов и бивней. Среди них авторы идентифицировали представителей шести клад, надежно ассоциированных с хозяевами-животными, включая роды Actinobacillus, Pasteurella, Streptococcus и Erysipelothrix. Геномы Erysipelothrix из зуба степного мамонта с якутской реки Адыча возрастом около 1,1 млн. лет — древнейшие на данный момент геномы бактерий, связанных с млекопитающим. Эти результаты открывают новый подход к изучению ископаемых видов через анализ их микробных сообществ. Подробнее на PCR.NEWS.

Микробиология и инфекционные заболевания

8. Исследование на 249 пациентах с ранней стадией сифилиса показало, что одна доза антибиотика пенициллина G бензатина (он же бензантина бензилпеницеллин) так же эффективна, как три дозы. Серологический ответ на терапию через 6 месяцев наблюдался у 76% пациентов, получивших одну дозу и у 70% получивших три дозы (с перерывом в неделю между дозами). ВИЧ-статус не влиял на эффективность лечения.

9. Разработали нанотело, инактивирующее вирусы простого герпеса первого и второго типа. Нанотело, специфичное к гликопротеину B — наиболее консервативному гликопротеину герпесвирусов — связывается одновременно с несколькими его доменами, что препятствует конформационным изменениям, необходимым для проникновения вируса в клетку. Авторы также описали структуру гликопротеина B, что может способствовать разработке новых противовирусных препаратов.

10. Широко распространенный комменсальный дрожжевой грибок Candida albicans утяжеляет протекание инфекции сальмонеллой. В опытах на мышах присутствие дрожжей в кишечнике ускоряло колонизацию и распространение Salmonella enterica serovar Typhimurium. Сальмонелла связывается с C. albicans и секретирует в клетки дрожжей белки, один из которых — SopB — провоцирует синтез и секрецию аргинина, который, в свою очередь, модифицирует профиль экспрессии в клетках сальмонеллы, повышая ее способность проникать в эпителиальные клетки. Полученные результаты открывают новые возможности для оценки и ограничения рисков, связанных с сальмонеллезами.

11. Описаны механизмы закрепления золотистого стафилококка на коже человека. Ключевую роль в них играет кальций, стабилизирующий нековалентные взаимодействия между белками SdrD на поверхности стафилококка и DSG-1 на коже человека. Эти связи — одни из сильнейших известных нековалентных взаимодействий, они выдерживают нагрузки более чем в два наноньютона. Роль описанных взаимодействий следует учитывать при терапии стафилококковых инфекций. Авторы проиллюстрировали ее на примере атопического дерматита, при котором повышенная концентрация кальция в коже может повышать вирулентность стафилококка.

Онкология

12. Исследование, включающее 8908 пациентов и 22 типа рака, показало, что только колоректальный рак и онкозаболевания ротовой полости обладают уникальным микробным профилем, позволяющим надежно установить анатомическое положение опухоли. Этот результат противоречат предыдущим данным, согласно которым у каждого типа рака есть свой микробный профиль. Тем не менее анализ геномов микробиоты в рамках полногеномного секвенирования рака может быть полезным в ряде случаев.

Репродуктивные стратегии

13. Впервые описаны живые организмы, регулярно производящие потомство другого биологического вида. Самки муравьев Messor ibericus научились клонировать самцов вида M. structor, с которыми они гибридизуются для производства рабочих особей. При этом самки M. ibericus выводятся из яиц, оплодотворенных самцами своего вида, а обычные самцы — из неоплодотворенных яиц. Такое «одомашнивание» генома другого вида позволяет получать гибридных рабочих далеко за пределами ареала совместного обитания M. ibericus и M. structor. Клональные самцы формируют отдельную линию внутри вида M. structor, отличающуюся морфологией и меньшим генетическим разнообразием. Подробнее на PCR.NEWS.

Фотосинтез

14. Анализ метаболизма резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana) показал, что фотодыхание, которое долгое время считалось крайне неэффективным процессом, — важный источник одноуглеродных соединений, необходимых для синтеза фолатов. Эта группа веществ включает витамин B9, недостаток которого при беременности приводит к врожденным дефектам. Авторы статьи в Nature Plants показали, что при нормальных условиях около 6% углерода, задействованного в фотодыхании, уходит на синтез фолатов. Однако при повышении уровня CO₂ в среде его доля падает примерно до 1% (вместе с уменьшением активности фотодыхания в целом). Полученные результаты говорят о том, как глобальное изменение климата может повлиять на содержание важных для здоровья человека веществ в растениях, а также открыть путь для инженерии растений с повышенной пищевой ценностью.

Молекулярная биология

15. Аллельспецифическая стабильность РНК влияет на экспрессию генов и развитие заболеваний, в том числе аутоиммунных. Ученые из Университета Калифорнии (Лос-Анджелес) и Университета Мичигана разработали пайплайн для выявления генетических вариантов, влияющих на стабильность РНК. Метод позволил идентифицировать более 5000 аллелей в 665 генах, значительная часть которых была задействована в сигнальных путях, связанных с иммунитетом, и влияла на риски заболеваний иммунной системы. Стабильности мРНК до сих пор уделялось крайне мало влияния, между тем она может иметь критическое значение при ряде заболеваний.