Обзор научной периодики за 13-19 января

Открытия в области молекулярной терапии, «зомби»-инфекции и «зомбированные» патогены, новые методы диагностики, использование фотодинамики в терапии и другие интересные новости — в этом обзоре.

Художник:
Наталья Дюкова

Инфекции

1. Жизненный цикл паразита Toxoplasma gondii довольно сложен. Конечными хозяевами патогена являются кошачьи. Люди, заражаясь как от домашних кошек, так и другими путями, являются промежуточными хозяевами. При инфекции женщин, паразиты проникают в плод и вызывают различные нарушения беременности вплоть до выкидыша. У взрослых проникновение паразита в нервную ткань может вызывать тяжёлые патологии. Интересно, что у инфицированных грызунов, которые также являются промежуточными хозяевами токсоплазм, изменяется поведение. Одна из гипотез, высказанная в связи с этим, прямо предполагает, что токсоплазмы манипулируют инфицированными мышами, «зомбируя» животных и буквально приводя их в лапы хищников семейства кошачьих. Исследователи, опубликовавшие работу в Cell Reports, считают, что направленность «зомбирования» мышей токсоплазмой значительно преувеличена. Авторы работы не обнаружили специфического поражения токсоплазмой механизма реакции грызунов на присутствие хищника. Скорее, отмечают они, воспаление в нервной системе, вызываемое иммунным ответом к паразиту, воздействует на общие механизмы беспокойства грызунов. Снижение уровня реакции на внешние раздражители можно рассматривать как адаптивный признак, развившийся у паразита.

2. Авторы работы, опубликованной в Plos One, наоборот, сделали попытку «зомбировать» патогенные антибиотикорезистентные бактерии. Устойчивость бактерий к антибиотикам зачастую переносится кольцевыми экстрахромосомными фрагментами бактериальной ДНК — плазмидами. Размножение и поддержание плазмид в клетке контролируется специальным аппаратом репликации, за который «разноимённые» плазмиды могут конкурировать. Побеждает, как всегда, наиболее приспособленный. Исследователям удалось искусственно повысить приспособленность одной из плазмид, не несущей генов устойчивости к антибиотикам. Мышам, инфицированным антибиотикорезистентной бактерией, давали выпить жидкость, содержащую бактерии, распространяющие плазмиду-конкурента, которая, в отсутствие селекции антибиотиком, «зомбировала» бактерии в кишечнике грызунов, вытесняя из них собственные плазмиды. Генетические манипуляции с плазмидой-конкурентом позволили улучшить эффективность вытеснения антибиотикорезистентных плазмид из бактерий. Дальнейшие исследования, расширяющие арсенал методов атаки антибиотикорезистентности с использованием плазмид, могут привести к новой технологии контроля антибиотикорезистентности патогенных микроорганизмов.

3. Работа, опубликованная в Plos Pathogens, продолжает тему манипуляций с патогенами. Исследователи сконструировали трансгенную линию комаров Aedes aegyptii, продуцирующую одноцепочечные миниантитела, способные нейтрализовать широкую панель изолятов вируса денге. Чтобы обеспечить продукцию антитела всякий раз, когда комар может получить вирус, она контролируется промотором карбоксипептидазы, активирующейся в ответ на поступление в ЖКТ комара порции крови. Проведенный анализ показал, что трансгенные комары способны блокировать инфекцию всех четырёх наиболее распространённых изолятов вируса. При этом продукция антитела не оказывала существенного влияния на жизнеспособность трансгенных комаров по сравнению с насекомыми дикого типа. Как показали дальнейшие исследования, даже комары, гетерозиготные по продукции миниантитела, проявляли значительную резистентность к инфекции, превосходящую резистентность комаров, инфицированных Wolbachia. По мнению авторов, гетерозиготные комары не будут способны переносить инфекцию. Исследователи также отмечают, что ввиду значительного сходства различных флавивирусов, переносимых насекомыми, данный подход можно распространить и на другие флавиврусные инфекции.

Геномное редактирование

4. Очередные достижения в области CRISPR-редактирования генов. На этот раз отличились китайские исследователи. В работе, опубликованной в PNAS, рассказывается об активации нуклеазы Cas при помощи облучения дальним красным светом. Приёмником излучения служат наночастицы золота, покрытые полимером. Частицы преобразуют энергию света в тепло и активируют температурочувствительный промотор на плазмиде, управляющий продукцией нуклеазы Cas9. Высокая эффективность трансфекции наночастиц позволяет обеспечить эффективную работу Cas9. Использование дальнего красного света для активации нуклеазы, по данным авторов, имеет несколько преимуществ: во-первых, этот свет проникает глубоко в ткани, во-вторых, световой пучок можно ограничить, блокируя действие нуклеазы там, где необходимо, в третьих, интенсивность активации можно регулировать, модулируя интенсивность светового потока. Эффективность заложенных в систему методов была подтверждена на моделях in vivo: терапии острой печёночной недостаточности и опухоли, находящейся глубоко в тканях. Авторы считают, что разработанная ими система позволит значительно повысить точность редактирования ДНК за счёт возможности использования нескольких модальностей регуляции активности нуклеазы Cas9.

Антибактериальная терапия

5. Фаговая терапия долгое время рассматривается как один из фундаментальных подходов к преодолению лекарственно-устойчивых инфекций, но она имеет ряд недостатков, к которым относится неконтролируемое размножение фагов, их способность переносить нежелательные генетические элементы, и высокая иммуногенность. Вместе с тем фаги характеризует высокая специфичность и аффинность к бактерии-мишени. Исследователи из Калифорнии использовали бактериофаги для создания одноразовых «боеголовок», уничтожающих бактерии тепловым шоком. Для этого модифицированные фаговые частицы иммобилизовали на золотых наночастицах, преобразующих, как и в вышеописанном исследовании, световую энергию в тепловую. Бактериофаги подверглись генноинженерной модификации для повышения специфичности к патогенным грамотрицательным бактериям, таким как кишечная и синегнойная палочки, а также холерный вибрион. Иммобилизованные на золоте фаги прикреплялись к бактериям-мишеням, а при облучении дальним красным светом убивали их за счёт теплового воздействия. Особый интерес, по мнению авторов, представлял эксперимент, в котором фаговые комплексы уничтожали биоплёнки синегнойной палочки, не оказывая воздействия на присутствующие рядом эпителиальные клетки.

Онкология

6. Классическая химиотерапия продолжает совершенствоваться. В исследовании, опубликованном в The Lancet Gastroenterology & Hepatology, рассказывается об успешном завершении II фазы клинических испытаний терапии опухолей поджелудочной железы. Эти опухоли относятся к наиболее трудноизлечимым. В испытаниях использовали комбинацию хорошо известного гемицитабина и относительно недавно разработанного производного таксола, известного как nab-paclitaxel и представляющего собой комплекс паклитаксела, связанный с альбумином в наночастицах. Полученные данные позволяют утверждать, что использование описанной комбинации химиопрепаратов в ряде случаев позволяет провести хирургическое вмешательство и удалить опухоль, которая до проведения терапии была неоперабельной.

7. Проблема побочных эффектов при иммунотерапии опухолей не ограничивается ингибиторами контрольных точек. Другие активаторы Т-клеточного ответа, в частности, CAR-T также «грешат» атаками организма на самого себя. Проявляются такие атаки чаще всего в форме синдрома выброса цитокинов, а говоря более понятным языком — цитокинового шторма, выявленного впервые при испытаниях антитела к рецептору CD3. Механизм этого явления оставался непонятным, однако, по данным исследователей, представивших работу в Science Immunology, основы этого опаснейшего явления начинают проясняться. По данным авторов работы, триггером цитокинового шторма является пироптоз клеток опухоли, вызванный атакой клеток CAR-T. Последние, путём выброса гранзима В, активируют в клетках-мишенях каспазу-3. Каспаза расщепляет газдермин (GSDME), что вызывает индукцию пироптоза. Интересно, что подобный механизм недавно показан не только для CAR-T, но и для некоторых видов химиотерапии. Рилизинг-факторы пироптоза, в свою очередь, активируют каспазу-1, которая расщепляет GSDME в макрофагах, вызывая лавинообразный выброс цитокинов. Авторы показали, что нокаут GSDME, удаление макрофагов или ингибирование каспазы-1 в мышиных моделях предотвращает цитокиновый шторм. Интересно, что для индукции пироптоза не нужны сами Т-киллеры, а достаточно лишь присутствия перфорина и гранзима В. По мнению авторов, полученные данные помогут купировать этот опасный побочный эффект терапии опухолей и повысить эффективность терапии CAR-T. (Подробнее на PCR.news.)

8. Детекция антигенов иммунной системой в тканях мозга считается ограниченной ввиду присутствия гематэнцефалического барьера. Недавно было обнаружено, что лимфатическая система мозга всё же обеспечивает возможность иммунного эффективного ответа на антигены, присутствующие в мозге, при этом механизм такого ответа оставался непонятным. Авторы работы, опубликованной в Nature показали, что лимфатическую систему мозга можно активировать с целью усиления противоопухолевого иммунного ответа. В частности, иммунный ответ к антигенам глиобластомы крайне ограничен, что отчасти объясняет высокую резистентность данной опухоли к терапии. Авторы продемонстрировали активацию иммунного ответа к глиобластоме на мышиной модели путём эктопической экспрессии сосудистого фактора роста VEGF-C. Продукция VEGF-C способствовала усилению праймирования Т-киллеров антигенами опухоли, миграцию Т-клеток в тело опухоли, её быстрое уничтожение и развитие долгосрочного иммунного ответа. Более того, VEGF-C действовал синергически с ингибиторами контрольных точек иммунного ответа, в результате чего опухоль резорбировалась. По данным авторов, полученные результаты могут быть использованы для создания нового метода терапии опухолей мозга.

Генетика

9. Современные методы секвенирования ДНК дают возможность реконструкции геномов не только из глубины веков, но и из «глубины популяций», реконструируя, как Кювье, по одной кости, ископаемое животное, состав генома исчезнувших народностей по немногим остаткам популяции, имеющим значительное неродственное влияние. Индейцы тупи, населявшие побережье современной Бразилии до 16 века, были практически уничтожены к 18 столетию с приходом европейцев. Исследователи из Бразилии предприняли попытку восстановить геном исчезнувшей прибрежной популяции тупи и восстановить как её родственные связи, так и происхождение и пути миграции. Работа, опубликованная в PNAS, приводит уточнённую картину расселения этого племени около 2000 лет назад из лесов Амазонки на побережье и независимо — в южные районы Бразилии. Северная ветвь мигрантов сформировала прибрежные племена тупи, в то время как южная дала начало индейцам гуарани южной Бразилии и Парагвая. Проведённое исследование продемонстрировало достижения современных методов генетического анализа, которые позволили реконструировать картину расселения десятков или сотен тысяч людей на протяжении нескольких веков, базируясь на данных, полученных в небольшой метизированной популяции.

Эволюция

10. Несмотря на многолетние исследования и разнообразные гипотезы, механизм возникновения эукариот остаётся непонятным. Некоторый свет на эту проблему удалось пролить исследователям, успешно завершившим десятилетний проект по культивированию архебактерии «Асгард», выделенной из глубоководных морских осадков. Архебактерия отличается исключительно медленным ростом, и имеет достаточно характерный для некультивируемых микроорганизмов синтрофический способ усвоения аминокислот. Авторы исследования, опубликованного в Nature не обнаружили у археи структур, похожих на органеллы эукариот, однако ее внешняя мембрана формировала глубокие и зачастую разветвлённые впячивания. На основе полученной информации авторы предложили модель эволюции органелл в эукариотах в рамках модели E3 (entangle–engulf–endogenize).

Диагностика

11. Прогресс в области лечения опухолей ингибиторами контрольных точек иммунного ответа не означает, к сожалению, что данная терапия становится панацеей. Помимо того, что существует значительный процент пациентов, не реагирующих на данную терапию, препарат может приводить к тяжёлым побочным эффектам и аутоиммунным поражениям. Поэтому для клиницистов крайне важно найти максимально точные критерии, определяющие эффективность реагирования на данный тип терапии. Команда исследователей под руководством известного специалиста в области транскрипции Виктора Велкулеску, опубликовавшая работу в Nature Cancer, считает, что удалось сделать большой шаг в нужном направлении. Проанализировав образцы из почти пяти с половиной тысяч опухолей, исследователи поняли, что одним из основополагающих факторов, ответственных за неточный анализ, является недостаточная чистота препаратов клеток опухоли. На основании этих данных был разработан алгоритм, позволяющий нормализовать данные о частоте встречаемости мутаций в клетках опухоли относительно степени чистоты препарата. Это позволило понять, что опухоли с наиболее высоким уровнем мутаций лучше всего реагируют на терапию ингибиторами контрольных точек. С другой стороны, анализ экзома более сотни опухолей, проведённый методом высокопроизводительного секвенирования, показал, что резистентность опухолей к терапии в значительной степени связана с присутствием мутаций, активирующих рецепторные тирозиновые киназы. Построенная на основании этих данных модель, включающая в себя также мутации, вызванные курением и данные о статусе лейкоцитарных антигенов, позволяет определять вероятность успеха терапии со значительно большей, чем ранее, точностью.

12. Метагеномное секвенирование является одним из перспективных вариантов ранней диагностики патогенов: не предпринимая усилий и затрат времени для выделения конкретного микроорганизма, возможно в короткие сроки детектировать возбудителя инфекции. Авторы работы, опубликованной в Nature Microbiology, разработали новую технологию диагностики на основе метагеномного секвенирования, которая позволила провести для 14 различных вирусов десятикратное обогащение целевых геномов в анализируемой смеси, не снижая при этом уровень чувствительности детекции других патогенов. Метод, получивший название MSSPE (Metagenomic sequencing with spiked primer enrichment), достиг 95% точности в детекции вирусов Зика, Эбола, денге, чикунгунья, и жёлтой лихорадки в образцах крови пациентов. Авторы отмечают, что параллельно удалось достичь обогащения и по другим вирусам, которые не являлись непосредственными мишенями для анализа. Метод, разработанный для нанопоровых секвенаторов, отличается простотой и удобством использования в любых условиях, включая полевую диагностику.

Фармацевтика

13. Высокая стоимость препаратов и патентная система, фактически позволяющие компаниям инвестировать в разработку новых препаратов, одновременно вызывают появление большого количества подделок с неизвестным уровнем безопасности и эффективности. Авторы публикации в Nature Communications предлагают использовать съедобные и безопасные трейсеры для каждой индивидуальной дозы препарата. Авторы исследования показали, что комбинацию флюоресцентных белков и белков шёлка можно использовать в качестве индивидуальной съедобной оптической метки. Кодирование такими метками, не подлежащими воспроизведению, например, путём генноинженерного клонирования, можно применять, по мнению авторов, не только для идентификации фармацевтических препаратов, но и в других ситуациях, в которых необходима надёжная одноразовая идентификация.

Пробиотики

14. Число вариантов взаимодействия симбиотической или комменсальной микрофлоры с теплокровным организмом-хозяином уверенно стремится к бесконечности. Исследователи, опубликовавшие работу в Cell Reports, обнаружили, что штамм B. subtilis, относящийся к пробиотикам, ингибирует агрегацию синуклеина и уничтожает предсуществующие агрегаты этого белка в модели синуклеинопатии C. elegans. Авторы работы показали, что этот и другие штаммы бацилл защищают червей от агрегации синуклеина отчасти за счёт формирования биоплёнок в кишечнике, а отчасти — за счёт высвобождения бактериальных метаболитов. Было обнаружено несколько метаболических путей, на которые воздействуют продукты жизнедеятельности бактерий, к ним относится метаболизм сфинголипидов, модуляция которого отвечает за блокировку агрегации синуклеина. Авторы считают, что полученные данные могут помочь в использовании пробиотиков для терапии болезни Паркинсона и, возможно, других заболеваний, связанных с агрегацией нейротропных белков.

Медицинская химия

15. Публикация в New England Journal of Medicine сообщает о факте успешной терапии новорожденного с отсутствующей продукцией убиквитин-специфической пептидазы (USP18). Новорожденный имел симптомы гидроцефалии, системного воспаления, дыхательной недостаточности и другие. Секвенирование экзома выявило мутацию в ключевом сайте сплайсинга USP18. В норме, USP18 блокирует доступ киназы JAK1 к рецептору интерферона I типа. Использование ингибитора Янус-киназы руксолитиниба, привело к быстрой коррекции синдрома и устойчивому выздоровлению. Таким образом, искусственно созданный химический ингибитор протеинкиназы был с успехом использован для лечения патологии, вызванной генной мутацией, при этом происходила коррекция не непосредственного продукта гена, а метаболического пути, нарушенного в результате дисфункции мутантного белка.


Добавить в избранное

Комментарии

Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оставить комментарий

Вам будет интересно