Обзор научной периодики за 22–28 июля

Бактериология

1. Бактерия Acinetobacter baumanii является одним из видов, проявляющих множественную устойчивость к антибиотикам. Антимикробные пептиды (АМП) являются перспективной заменой антибиотикам. Они способны проникать в мембрану бактерий за счет кулоновского притяжения и разрушать ее, вызывая гибель клеток. Существующие природные АМП не годятся для клинического применения из-за системной токсичности. Индийские ученые создали синтетический АМП, используя методы теории графов. 74 известных АМП были представлены в виде графов, в которых аминокислоты служили узлами, а ковалентные связи между ними — ребрами. Вычислительный алгоритм определил самые распространенные подграфы и объединил их в одном рисунке, который стал структурой будущего пептида. Из пяти вариантов синтетических АМП самым удачным оказался Ω76. Он показал хорошую эффективность против устойчивых изолятов A. baumanii in vitro и на мышиной модели перитонита и отсутствие токсичных эффектов для печени и почек. Следующий этап работы будет посвящен разработке лекарства на базе Ω76. Работа опубликована в Science Advances.

2. Естественным хозяином бактериального возбудителя болезни Лайма Borreliella burgdorferi является белоногий хомячок Peromyscus leucopus. Авторы исследования, опубликованного в Science Advances, считают, что P. leucopus больше подходит для лабораторного моделирования заболевания и разработки стратегий по прекращению его распространения, чем стандартные мыши, так как он имеет особые биологические механизмы для успешного переживания инфекции. Ученые отсеквенировали и собрали геном грызуна и создали каталог однонуклеотидных полиморфизмов, заложив фундамент для моделирования. Кроме того, они проанализировали экспрессию генов в различных тканях хомячка в ответ на инфицирование B. burgdorferi. Бактерии длительное время сохраняются в коже носителя. В ответ на это меняется экспрессия 18% генов P. leucopus по сравнению со здоровыми животными. Эти гены кодируют белки, ответственные за структуру кожного покрова, но ни один из них не связан с иммунным ответом. Авторы считают, что сниженный иммунный ответ может стать ключом к пониманию толерантности P. leucopus к возбудителю.

ВИЧ

3. Известно, что ВИЧ инфицирует только клетки, экспрессирующие рецептор CD4 и корецепторы CCR5 или CXCR4. Однако сопутствующие инфекции патологические проявления, такие как дисфункция почек, атеросклероз, патологии сердца другие, затрагивают ткани, в которых вирус не может реплицироваться. Многие из этих осложнений связаны с нарушенным метаболизмом холестерина. Авторы статьи, опубликованной в PLOS Pathogens считают, что всему виной ВИЧ-белок Nef, который выделяется инфицированной клеткой в экзосомах. Эти экзосомы быстро поглощаются неинфицированными макрофагами, внутри которых Nef высвобождается и ингибирует липидный транспортер ABCA1. Это приводит к нарушению оттока холестерина из клетки и дестабилизации актинового цитоскелета. К местам накопления липидов подтягиваются рецепторы, запускающие воспалительный ответ. Патогенный эффект Nef сохраняется даже после антиретровирусной терапии, когда ВИЧ уже не обнаруживается в крови.

4. На этой неделе компания Merck объявила о результатах первой фазы испытаний подкожного имплантата, несущего islatravir — препарат для профилактики ВИЧ. Полимерный имплантат размером 2 мм на 4 см внедрялся здоровым взрослым на 12 недель. Серьезных побочных эффектов зарегистрировано не было. После удаления имплантата концентрация препарата в крови оставалась достаточно высокой, чтобы противостоять ВИЧ в течение 12 месяцев. Дозу поступающего в организм действующего вещества можно определять при первичной загрузке устройства (подробнее — на PCR.news).

Диагностика и биомаркеры

5. Изменение пространственной организации кишечного микробиома может служить важным диагностическим признаком. Американские ученые разработали метод изучения пространственной структуры бактериального сообщества, позволяющий картировать бактерии в высоком таксономическом и пространственном разрешении, и опубликовали его в Nature Biotechnology. Для демонстрации метода использовали образцы мышиного кишечника. Их фиксировали в полиакриламидном матриксе таким образом, чтобы структура эпителия и, следовательно, прижизненная структура микробиома не была нарушена. Далее образец разбивали на фрагменты размером 7–31 мкм, содержащие кластеры бактериальных клеток. Фрагменты инкапсулировали в гелевых гранулах, каждая из которых содержала праймер к 16S рРНК с уникальным штрих-кодом. После капельной ПЦР, формирования библиотеки и секвенирования риды сортировались по штрих-кодам и отражали исходную таксономическую структуру населения каждого фрагмента кишечника. Анализ распределения бактерий в кластерах выявил положительные и отрицательные пространственные ассоциации, показал различия организации микробиома в разных отделах пищеварительного тракта и зависимость структуры бактериального сообщества от диеты хозяина.

6. Международная группа ученых разработала метод для детализированного изучения иммунного ответа организма на инфекцию и рассказала о нем в Nature Communications. Ученые разработали биоинформатический алгоритм, связывающий два аспекта иммунного ответа: соотношение типов иммунных клеток в крови, выявляемое стандартным анализом крови, и их экспрессионные профили на разных стадиях заболевания. Для проверки алгоритма использовали два массива данных. Сначала из образцов крови здоровых людей выделили моноциты, B-лимфоциты, клетки NK, NKT, T и дендритные, инфицировали их ex vivo бактерией Salmonella enterica и определили их транскрипционные профили, отсеквенировав РНК одиночных клеток. С помощью алгоритма был смоделирован ответ на воздействие патогенной бактерии для каждого типа клеток. Затем алгоритм применили к массиву данных РНК-секвенирования образцов цельной крови пациентов, больных туберкулезом. Был показан специфический транскрипционный ответ для каждой стадии заболевания. В частности, генные сигнатуры моноцитов у индивидов со скрытой формой туберкулеза отличались от таковых у здоровых людей. Это говорит о возможностях применения алгоритма для выявления заболеваний на ранней стадии.

7. Внезапная глухота развивается в течение нескольких часов и чаще всего необратима. Специфического биомаркера для прогноза этого заболевания не существует, и группа турецких ученых проверила, подойдет ли на эту роль сывороточный кальпротектин — белок-индикатор воспалительных процессов. В исследовании приняли участие 44 пациента с внезапной глухотой и 41 здоровых волонтеров без патологий слуха. Средняя концентрация кальпротектина в крови больных людей в 1,5 раза превысила этот показатель для контрольной группы (75,7 нг/мл против 50,2 нг/мл). Уровень белка был тем выше, чем тяжелее протекало заболевание: 66,2, 70,4 и 91,2 нг/мл для легкой, умеренной и тяжелой формы соответственно. В ответ на лечение концентрация кальпротектина снижалась. Результаты опубликованы в Clinical and Experimental Othorhinolaryngology.

Неврология и психиатрия

8. Кожные нейроны, несущие рецепторы TRPV1, реагируют на болевые стимулы. Группа ученых из США и Китая проверила предположение о том, что такие нейроны также участвуют в формировании иммунного ответа. В работе, опубликованной в Cell, использовалась оптогенетическая мышиная модель. Она позволяет изучать активность нейронов без повреждения ткани, возбуждая их светом. Было показано, что активация TRPV1⁺-нейронов приводит к увеличению количества Т-клеток, производящих интерлейкин-17, в отсутствие сигналов организма, связанных с опасностью или патогенной нагрузкой. Кроме того, при активации рецепторов TRPV1 в присутствии на коже мыши патогенов Candida albicans или Staphylococcus aureus запускается рефлекторная дуга, обеспечивающая иммунный ответ не только в точке стимуляции, но и в прилегающих областях, что можно рассматривать как механизм предотвращения распространения инфекции. Авторы считают, что TRPV1⁺-нейроны играют большую роль в развитии аутоиммунных заболеваний.

9. Ученые из Нидерландов и Австралии проанализировали данные полногеномных исследований ассоциаций (GWAS) для пяти психиатрических расстройств: шизофрении, биполярного расстройства, клинической депрессии, СДВГ и расстройств аутистического спектра. Массив данных содержал 159 219 случаев заболевания и 262 481 контроль. Было выявлено 7372 наборов генов, ассоциированных с расстройствами. 19 из них оказались общими для всех заболеваний. Наиболее значимую связь продемонстрировал набор генов, экспрессирующихся в тканях мозга. Пересекающиеся генетические паттерны заболеваний могут быть связаны со специфическими для психиатрических расстройств биологическими механизмами. Это подтверждают данные транскрипционного анализа тканей: выявлены характерные изменения синаптических функций и экспрессионных профилей мозжечка и лобной коры. Работа опубликована в Physiological Medicine.

10. Прогрессирующее старение популяции диктует необходимость улучшения методов диагностики и терапии болезни Альцгеймера. Чтобы раскрыть главные биологические механизмы, вовлеченные в это заболевание, ученые из США наложили транскриптомы тканей мозга 414 индивидов с болезнью Альцгеймера на карту межбелковых взаимодействий. В качестве контроля использовались транскриптомы здоровых индивидов той же возрастной группы. С помощью алгоритма кластеризации данных ученые выделили функциональные группы генов, экспрессия которых была изменена у больных относительно контроля. В частности, показана даунрегуляция генов, отвечающих за клеточный цикл и иммунный ответ. Во всех кластерах наблюдалось снижение количества транскрипционного фактора EGR3, отвечающего за белки синаптического везикулярного цикла, и повышенная экспрессия фактора TGIF1, регулирующего некоторые рецепторы того же цикла. Результаты исследования, опубликованного в Cell Reports, являются комплексной основой для дальнейшего изучения молекулярных механизмов болезни Альцгеймера. Авторы считают, что EGR3 и TGIF1 стоит рассмотреть в качестве мишеней для терапии.

11. Ирландские ученые опубликовали в JAMA Neurology исследование, посвященное наследуемости бокового амиотрофического склероза (БАС) в ирландской популяции. Авторы проанализировали данные о 2234 случаях БАС среди ирландцев с 2008 по 2017 год. Показано, что заболевание может развиться у 1 из 347 мужчин и 1 из 436 женщин. С БАС ассоциировано увеличение в геноме числа гексануклеотидных повторов C9orf72. Из 32 пациентов, в семейном анамнезе которых присутствовал БАС, 14 оказались носителями C9orf72. Средняя наследуемость заболевания составила 52,3%, при этом чаще БАС передавался в паре мать-дочь, чем в других вариантах родитель-потомок.

Эпидемиология

12. Центры по контролю и профилактике заболеваний США сообщают о прогрессе в борьбе с полиомиелитом в Нигерии. Из-за вооруженных конфликтов на территории страны доставка вакцины в некоторые регионы была затруднена. Последний случай заражения диким полиовирусом (ДПВ) зарегистрирован в августе 2016 года. В августе 2016 – декабре 2017 службы охраны правопорядка провели кампанию по обеспечению населения оральной полиовакциной, однако 60 000 детей из отдаленных поселений остались непривитыми. В 2018 году произошла вспышка циркулирующего полиовируса вакцинного происхождения типа 2 (цПВВП2), который распространился из Нигерии в Камерун и Нигер. Оружием против цПВВП2 является моновалентная оральная полиовакцина типа 2 (мОПВ2). Если в ближайшее время удастся организовать доставку мОПВ2 в зоны вооруженных конфликтов, в 2020 году станет возможной сертификация по ликвидации ДПВ Африканской региональной сертификационной комиссией.

Онкология

13. Результаты программы SEER Национального института онкологии (США) свидетельствуют об увеличении числа случаев возникновения колоректального рака среди молодых людей за последние десять лет. Ученые из Техасского университета в Остине сопоставили данные SEER с Национальной базой данных рака (National Cancer Data Base) и выявили возрастные тренды в диагностике этого заболевания. В статье, опубликованной в Cancer, показано, что средний возраст постановки диагноза снижается и среди первичных пациентов увеличивается доля людей моложе 50 лет. Для заболевания наблюдается популяционная гетерогенность: наибольшее увеличение доли молодых с колоректальным раком зафиксировано для латиноамериканцев, наименее заметны изменения возрастных пропорций среди белых пациентов нелатиноамериканского происхождения. Кроме того, большее число случаев заболевания до 50 лет регистрируется в обеспеченных регионах, чем в сельской местности, что может быть связано как с различиями в образе жизни, так и с доступностью медицинской диагностики. Авторы считают необходимым уменьшение рекомендованного возраста для первого скрининга на колоректальный рак с 50 до 45 лет.

14. Синтетическая летальность является наиболее изученным типом взаимодействия между двумя генами, при котором совместное молчание или снижение экспрессии приводят к гибели раковой клетки. Ученые из США предложили концепцию SPAGE — анализ парной экспрессии генов, связанных с выживаемостью пациентов с онкологическими заболеваниями (survival-associated pairwise gene expression), которая учитывает не только синтетическую летальность, но и другие варианты корегуляции. Авторы разработали последовательность вычислений SPAGE-finder и проанализировали с ее помощью 5 157 образцов транскриптомов из Атласа ракового генома, соответствующих 18 типам рака. Было найдено 71 946 пар генов, регуляция которых непосредственно связана с клиническим исходом. Взаимодействия в этих парах разбили на 12 типов SPAGE. Среди генов присутствовали изученные онкогенные варианты, в том числе специфические драйверы рака груди. Некоторые SPAGE были связаны с ответом на лечение известными препаратами. Авторы считают, что метод расширяет терапевтические и диагностические возможности. В частности, на основе SPAGE выделены новые подтипы рака груди. Результаты опубликованы в Cell Reports.

15. Характерным антигеном для иммунотерапии глиобластомы является мутантный рецептор EGFRvIII. Клетки-носители этого рецептора успешно уничтожаются с помощью CAR-T-клеточной терапии. Однако глиобластома гетерогенна по экспрессии EGFRvIII, поэтому после лечения остаются жизнеспособные клетки, несущие EGFR дикого типа. Ученые из Гарвардской медицинской школы модифицировали систему CART-EGFRvIII для доставки антител BiTЕ, атакующих дикий EGFR. Проверка CART-EGFRvIII.BiTE-EGFR на мышиной модели глиобластомы в 80% случаях привела к уничтожению опухолей, гетерогенных по экспрессии EGFRvIII, а также продемонстрировала отсутствие токсичности для других клеток организма при низких концентрациях BiTE. Авторы считают, что использование платформы CART.BiTE для таргетирования разнообразных комбинаций антигенов станет эффективным способом лечения не только глиобластомы, но и других типов опухолей. Исследование опубликовано в Nature Biotechnology.