Нейрогенез сетчатки моллюсков и другие новости недели

Генетика

1. Геномный анализ выявил неожиданное разнообразие гаплотипов у жемчужной устрицы Pinctada fucata. Производство жемчуга в Японии за последние 20 лет снизилось в три раза из-за болезней моллюсков. Ученые из Окинавского института науки и технологии с коллегами из других научных центров решили узнать больше о геноме жемчужных устриц и, возможно, выявить наиболее устойчивые штаммы. В статье, опубликованной на этой неделе в DNA Research, описаны результаты сборки и анализа генома P. fucata. Авторы секвенировали все 14 пар хромосом, то есть 28 штук, а не половину, как это обычно делается. Парные хромосомы, полученные от двух родителей, различаются не слишком сильно, и ученым зачастую нет нужды секвенировать их все, достаточно половины. Однако в случае с P. fucata секвенирование всех хромосом позволило обнаружить ключевые различия между двумя хромосомами девятой пары. Многие из различающихся генов были связаны с иммунитетом. Кроме того, больше половины всех нуклеотидов пришлось на активные транспозоны. Авторы обращают внимание, что при разведении устриц часто возникают штаммы, которые лучше выживают или производят более красивый жемчуг. Однако отбор таких штаммов приводит к инбридингу. В рамках новой работы ученые отследили, что после трех последовательных циклов инбридинга генетическое разнообразие устрицы значительно сокращается. Это может негативно сказаться на устойчивости животного к болезням, если затрагиваются области с генами иммунитета. По словам ученых, обнаруженное разнообразие гаплотипов жизненно важно для поддержания иммунитета, поэтому для устойчивой аквакультуры необходимо сохранять это разнообразие.

2. Исследователи из США предлагают редактировать геном бактерий в сообществах с помощью фагов. Чтобы манипулировать генами конкретных бактерий в сообществе, нужно нацелить инструменты редактирования селективно на этот вид, а это довольно трудно. Авторы статьи, опубликованной в PNAS, предлагают делать это с помощью Cas-модифицированных бактериофагов. В своей работе они использовали умеренный фаг λ, поражающий кишечную палочку (Escherichia coli). Полезной нагрузкой стал редактор цитозина, последовательность которого вместе с гидовой РНК встроили в геном фага. Ученым удалось успешно отредактировать ДНК сначала в культуре E. coli, а затем в синтетической среде, имитирующей почву и заселенной сообществом бактерий трех видов: E. coli, Klebsiella oxytoca и Paraburkholderia bryophila. Фаг нацеливали на ген lacZ в лактозном опероне бактерии, который кодирует фермент β-галактозидазу. Кодон CAG в рамке считывания должен был превратиться в преждевременный стоп-кодон — в итоге вместо фермента синтезировался короткий нефункциональный белок. Ученые убедились, что фаг действительно доставляет редактор основания в нужное место генома кишечной палочки даже в условиях сообщества. (Подробнее — на PCR.NEWS.)

Нейронауки

3. Головоногие моллюски — кальмары, осьминоги и каракатицы — обладают высоким интеллектом и способностью мимикрировать под среду, меняя цвет и форму. Их мозг крупнее, чем у других беспозвоночных, и сложнее устроен. Ученые из Гарвардского университета (США) использовали метод живой визуализации и флуоресцентные цветные белки, чтобы наблюдать за развитием нейронов в эмбрионе кальмара Doryteuthis pealeii в течение нескольких часов. Авторы сосредоточились на нейронах сетчатки. Оказалось, что она развивается так же, как и сетчатка позвоночных. Стволовые клетки-предшественники нейронов в зрительной зоне образуют псевдостратифицированный эпителий: удлиненные клетки плотно упакованы в один слой, а ядра этих клеток располагаются на разных уровнях, что создает впечатление, будто клетки уложены в несколько слоев. Это явление, называемое интеркинетической ядерной миграцией, заключается в перемещении ядер вверх и вниз в ходе деления клеток. То же самое можно наблюдать в развивающейся сетчатке позвоночных. Считается, что это одна из причин, позволяющая животным развивать высокоорганизованные мозг и зрение. В дальнейшем авторы планируют посмотреть, как возникают различные типы клеток в нервной системе головоногих.

4. Людям с расстройствами аутистического спектра (РАС) трудно поддерживать зрительный контакт. В новой работе исследователи из США определили, что происходит при взгляде глаза в глаза в мозге здоровых людей и людей с РАС. Участники с РАС и без них смотрели в глаза друг другу, а ученые в это время отслеживали активность их мозга с помощью функциональной спектроскопии в ближней инфракрасной области. Использовались шапочки с инфракрасными датчиками, которые направляли излучение в мозг и регистрировали изменения сигналов во время зрительного контакта. У испытуемых с РАС значительно снижалась активность мозга в области правой дорсальной части теменной коры, когда они смотрели в глаза. Некоторые социальные особенности расстройства связаны именно с этой областью мозга. И чем более выраженными были симптомы расстройства, тем ниже была эта активность. А вот активность в области вентральной теменной коры у людей с РАС увеличивалась. В то же время активность мозга здоровых испытуемых различалась в зависимости от того, смотрели они в глаза живого собеседника или на лицо человека на видео, — подобных различий у пациентов с РАС не наблюдалось. По словам авторов, результаты подчеркивают роль гипоактивности правой дорсальной теменной и лобной систем в снижении чувствительности к живым лицам при РАС.

Инфекции

5. Малярия начинается с того, что паразиты попадают в организм животного и проникают в печень, где развиваются бессимптомно. Оказалось, что не во всех частях печени инфекция протекает одинаково. Ученые из Израиля и Португалии выявили различия в экспрессии генов паразита Plasmodium berghei в разных зонах печени грызунов. В некоторых клетках печени паразит не может развиваться, а в других, наоборот, развивается быстро. Это связано с тем, что гепатоциты, составляющие орган, ведут себя по-разному — их паттерны экспрессии различаются вдоль осей долек печени. Ученые обнаружили, что паразиты быстрее развиваются в перицентральных зонах долек, и идентифицировали субпопуляцию гепатоцитов, в которых инфекция развивалась хуже или совсем не развивалась. В таких клетках наблюдались сниженный уровень транскриптов Plasmodium и разрушение паразитофорных вакуолей, то есть абортивные инфекции. Эти «абортивные гепатоциты» возникают преимущественно при высоком уровне исходной паразитарной нагрузки. Авторы сравнивают такие клетки с врагами паразитов, которые вынуждают их прекратить атаку. По итогам работы создан подробный атлас паразитарной инфекции печени. Понимание того, как развивается инфекция, необходимо для ее остановки на ранней стадии.

6. Кишечная бактерия Enterococcus faecalis способна мигрировать в кровь и распространяться по организму, вызывая серьезную инфекцию. Инфекция может быть даже смертельной, поскольку E. faecalis устойчива к естественной иммунной защите и антибиотикам. Исследователи из медицинского центра Вейл Корнелл (США) обнаружили, что бактерия укрепляет свою оболочку, чтобы проникать в кровь и мигрировать вместе с ней невредимой. В экспериментах ex vivo (бактерий культивировали на питательной среде и наблюдали, как клетки внедряются в среду) поверхностно-внедряющиеся энтерококки демонстрировали повышенное содержание мембранных гликолипидов. Кроме того, в клетках активировались транскрипционные программы, улучшающие биогенез клеточной оболочки и метаболизм гликолипидов. Популяция таких клеток была устойчива к противомикробным препаратам, повреждающим мембрану, включая даптомицин, и β-дефензинам, вырабатываемым эпителиальными клетками. Затем ученые отредактировали геном бактерии — удалили ген диацилглицериновой глюкозилтрансферазы BgsB, которая необходима для первой реакции биогенеза гликолипидов у E. faecalis. После этого E. faecalis стала чувствительной к стрессорам и хуже проникала сквозь поверхность полутвердых сред. Аналогичные результаты были получены, в системе, моделирующей трансцитоз. Мутантные энтерококки хуже проникали через монослой эпителиальных клеток кишечника человека.

Онкология

7. Исследователи из университетов Макмастера и Торонто (Канада) обнаружили новую мишень для терапии медуллобластомы — агрессивной детской опухоли мозга, зачастую устойчивой к стандартному лечению. Они объединили данные генетического скрининга и метаболомного профилирования клеток опухоли и определили, что для медуллобластомы характерна дисрегуляция метаболизма пиримидина. Фермент дигидрооротатдегидрогеназа (DHODH), который катализирует биосинтез пиримидина de novo, стал удачным кандидатом для терапевтического таргетинга. Пиримидиновый голод вызывает метаболический стресс, который приводит к остановке клеточного цикла и апоптозу. Ученые ингибировали DHODH в мышиной модели медуллобластомы, ассоциированной с амплификацией гена MYC. Это привело к дефициту метаболизма уридина, гиперлипидемии и торможению роста опухоли. Воздействовать на DHODH можно с помощью перорального ингибитора; здоровые части мозга и нервной системы при этом не страдают. Такой способ лечения был бы более щадящим по сравнению с лучевой и химиотерапией.

8. Совместные мутации в промоторах генов TPP1 и TERT удлиняют теломеры в клетках меланомы, говорится в новом исследовании, опубликованном в Science. Неконтролируемое деление раковых клеток возможно в том числе за счет регулярного восстановления теломер после деления. (В норме длина теломер уменьшается во время каждого деления.) Для восстановления теломер может использоваться фермент теломераза. В большинстве клеток теломераза неактивна, но для многих видов рака характерны мутации в гене теломеразы TERT, которые активируют ее и позволяют клеткам делиться без остановки. Это свойственно и большинству меланом. Однако в лабораторных условиях мутации в TERT не приводят к такому удлинению теломер, как в клетках реальных опухолей, а значит, причина не только в них. Исследователи из США обнаружили, что в тканях меланомы встречаются мутации в промоторной области гена белка TPP1. Этот белок, по данным исследований in vitro, тоже стимулирует активность теломеразы. Эксперименты показали, что одновременная экспрессия мутантных генов в клетках меланом приводит к образованию особенно длинных теломер.

Иммунология

9. Исследователи из Базельского университета (Швейцария) определили механизм, который контролирует размер популяции Т-клеток в организме и, соответственно, обеспечивает правильное функционирование иммунной системы. Ранее уже было показано, что выживание Т-клеток во многом зависит от белка коронина-1. Авторы новой работы обнаружили, что когда количество Т-клеток увеличивается, экспрессия в них коронина-1 тоже увеличивается. Он снижает экспрессию поверхностных белков LFA-1 и ICAM1. Это способствует выживанию Т-клеток и обеспечивает достаточный размер их популяции. Но как организм решает, когда T-клеток достаточно? Оказалось, что при достижении верхнего порога плотности Т-клеток производство коронина-1 прекращается — клетки начинают погибать. В итоге плотность популяции снова снижается, и механизм запускается заново. Интересно, что аналогичный механизм был обнаружен и у амеб. Вероятно, это эволюционно консервативный путь.

Танцы

10. Оказалось, что танцевать могут не только люди. Исследователи из Токийского университета (Япония) обнаружили, что серые крысы могут воспринимать ритм музыки и двигаться в такт. Ранее это считалось уникальной человеческой чертой: животные могут реагировать на шум или музыку, издавать ритмичные звуки, но этого недостаточно для распознавания и предсказывание ритма — так называемого beat synchronicity. В основе этого процесса лежат сложные нейронные и двигательные механизмы. Однако теперь ученые убедились, что серые крысы способны к этой «синхронизации ритма». В экспериментах они качали головой в такт музыке. В это время ученые отслеживали активность в слуховой коре. Животным было легче танцевать, если темп составлял 120–140 ударов в минуту, — это характерно и для людей. Оптимальный темп для синхронизации ритма, скорее всего, определяет постоянная времени мозга — величина, которая показывает, как быстро нейроны реагируют на стимулы. Эта величина схожа у разных видов. Пока исследователи не выяснили, как нейронная активность в слуховой коре преобразуется в двигательные команды — это еще предстоит узнать.

Микробиом

11. Дружба оздоравливает микробиом макак-резусов (Macaca mulatta). К такому выводу пришли ученые из США и Великобритании. Они исследовали группу макак, состоящую из 22 самцов и 16 самок в возрасте от шести до 20 лет, на острове Кайо Сантьяго у восточного побережья Пуэрто-Рико. С 2012 по 2013 гг. авторы собрали 50 образцов стула особей этой группы, секвенировали ДНК кишечных бактерий и сопоставили геномные данные с социальной активностью макак. В качестве меры социальной связи служило время, которое каждая обезьяна тратила на груминг, и количество партнеров по грумингу. Социальное взаимодействие положительно коррелировало с полезной микробиотой, несущей иммунологические функции, и негативно — с обилием потенциально патогенных бактерий. Например, у самых общительных обезьян микробное сообщество изобиловало бактериями родов Faecalibacterium и Prevotella, характерными для «здорового» микробиома. А условно патогенные стрептококки населяли кишечник менее общительных сородичей. Причина таких различий неочевидна. Возможно, животные обмениваются бактериями при груминге, или стресс, который испытывают необщительные особи, провоцирует рост патогенной биоты.

12. Воспалительные заболевания кишечника (ВЗК) часто связаны с повышенным уровнем активных форм кислорода (АФК) и дисрегуляцией кишечной микробиоты. Исследователи из США разработали специализированные «рюкзаки» с наночастицами для терапии ВЗК. Они сконструировали наночастицы, защищающие клетки от АФК, на основе полимера гиалуроновой кислоты HA-PPS. Эти наночастицы ученые прикрепили к модифицированным Escherichia coli, чтобы доставить их в толстый кишечник мышей, страдающих колитом. Клетки бактерий авторы инкапсулировали в слое полинорэпинефрина (NE), который может защитить их от воздействия окружающей среды. Вся эта конструкция, введенная мышам перорально, продемонстрировала профилактическую и терапевтическую активность. Кроме того, после терапии увеличилось разнообразие кишечной микробиоты, что способствовало облегчению ВЗК.

Диагностика

13. Основатель проекта Virginia Nanotechnology Networked Infrastructure и научный сотрудник Политехнического института и университета штата Вирджиния Масуд Агах получил на этой неделе грант в размере почти $400 000 от Национального научного фонда США для создания пробоотборника запахов кожи. При разработке нового биомедицинского устройства он будет сотрудничать с технологами и химиками. Кожные железы секретируют более 500 соединений, часть которых может быть использована для диагностики заболеваний и оценки метаболизма. Предлагаемый пробоотборник под названием SenSorp сможет отслеживать и измерять летучие органические соединения кожи, собранные в режиме реального времени. Это минимально инвазивный, доступный и удобный способ диагностики. Система будет информировать пользователя через мобильное приложение о завершении сбора. Агах предполагает, что в будущем подобные устройства в виде пластырей будут продаваться в аптеках: «Представьте, что пока вы делаете покупки, оно собирает запах вашей кожи, а затем вы можете вставить его в газовый хроматограф для мгновенного анализа».