Патогенный грибок, управляющий мухами с помощью феромонов, и другие новости недели

Генетика

1. Исследование генома ядовитой змеи Bungarus multicinctus поможет разработать более эффективные противоядия. Существующие антидоты не стандартизованы по составу и могут вызывать тяжелые аллергические реакции, так как до сих пор не было точно понятно, что из себя представляет змеиный токсин. Ученые из Китая получили эталонный геном змеи на уровне отдельных хромосом и провели сравнительный анализ с семью другими змеиными геномами, чтобы выяснить, какие гены отвечают за яд. Они обнаружили у B. multicinctus 118 генов, кодирующих токсины 17 семейств, включая 30 генов 3FTX (трехпальцевые токсины, одни из самых распространенных нейротоксинов), девять генов PLA₂I и 31 ген KUN. Анализ эволюции генов токсинов показал, что семейство 3FTX, вероятно, развилось из гена LY6E и разделилось на два подсемейства — MKA-3FTX и MKT-3FTX. В ядовитых железах B. multicinctus активно экспрессируются в основном гены подсемейства MKT-3FTX, при этом многие копии демонстрируют высокую изменчивость последовательности. Возможно, токсин неоднократно эволюционировал, чтобы нацеливаться на разных жертв. Итогом работы стал каталог генов B. multicinctus, ответственных за токсины.

2. Исследование, опубликованное в Nature Genetics, показало, что сотни генетических локусов могут влиять на склонность людей к бессоннице. Авторы проанализировали почти 594 000 генотипов людей с бессонницей и около 1,8 миллиона контрольных генотипов из коллекций UK Biobank и 23andMe. Они отследили значимые ассоциации с бессонницей для почти 51 900 однонуклеотидных полиморфизмов и выявили 554 локуса риска, 364 из которых не были описаны ранее. Для того, чтобы получить более конкретную информацию из этих данных, ученые предложили новую стратегию приоритизации генов, в которой учитываются функциональные взаимодействий между генами в локусах риска. Из 3 898 генов, вошедших в локусы риска, авторы выделили 289 и нашли связь конкретных паттернов экспрессии генов в мозге и тканях с синаптическими сигнальными функциями и дифференцировкой нейронов. Стратегия приоритизации генов помогает выдвинуть конкретные гипотезы об основных механизмах бессонницы, а значит, приблизиться к новым способам лечения таких состояний.

Неврология

3. Ученые из Института психолингвистики общества Макса Планка (Нидерланды) выяснили, как мозг обрабатывает устные фразы, предложения и воспринимает структуру речи вообще. Они составили наборы устных фраз (таких как «de rode vaas» — «красная ваза») и предложений (таких как «de vaas — rood» — «эта ваза красная») на голландском, идентичных по продолжительности и количеству слогов и схожих по смыслу. Дополнительно они создали изображения с объектами (такими как ваза) разных цветов. Пятнадцать человек, говорящих на голландском языке, слушали эти фразы. К каждой фразе прилагалось задание, выбранное случайным образом из трех. Одно задание было связано со структурой речи: участники должны были решить, услышали они фразу или предложение, и нажать соответствующую кнопку. Два других были связаны со смыслом: участники должны были решить, соответствует ли цвет или объект из услышанной фразы сопровождающему изображению. С помощью ЭЭГ ученые наблюдали нейронные реакции участников. Оказалось, что фразы и предложения вызывают разную активность нейронов в мозге. Хотя фразы и предложения задействовали сходные функциональные сети, вовлеченность этих сетей зависела от лингвистической и синтаксической структуры. Например, скорость и сила нейронной активности была выше, когда люди слышали предложения, чем при прослушивании фраз.

4. Умеренное употребление алкоголя приводит к накоплению железа в мозге и снижению когнитивных способностей. Этому посвящено исследование, опубликованное в PLOS Medicine. В нем приняли участие 20 965 человек (средний возраст 55 лет). Участники сообщили о том, как часто и в каких количествах они употребляют алкоголь, а их мозг проверили с помощью МРТ. У трети участников также оценили с помощью МРТ уровень железа в мозге. Кроме того, все участники прошли серию тестов для оценки когнитивных и двигательных функций. Выяснилось, что потребление семи порций алкоголя (56 грамм) или более в неделю связано с повышенным уровнем железа в базальных ганглиях и других областях мозга. Накопление железа в мозге, в свою очередь, ассоциируется с болезнями Альцгеймера и Паркинсона и потенциально может быть причиной снижения когнитивных способностей.

5. Исследователи из Института биологического интеллекта общества Макса Планка (Германия) выяснили, как рыбки данио-рерио распознают социальные сигналы сородичей, то есть узнают своих. Оказалось, что рыбки распознают особые паттерны движения и следуют за ними. Для этого в их мозге есть особые наборы зрительных нейронов. Ученые попытались сымитировать эти движения. Они разработали экспериментальную установку виртуальной реальности для личинок данио. Она состояла из экрана и спроецированной на экран точки, которая перемещалась по дисплею рывками, что типично для плавающих рыбок данио. Личинки не могли устоять перед этим сигналом: они следовали за ним часами, по-видимому, путая движущуюся точку с настоящим сородичем. Таким образом, исследователи обнаружили определенный визуальный стимул, который вызывает стайное поведение. Одновременное измерение активности мозга показало, что такое наблюдение и преследование движущейся точки или другой рыбки данио активирует определенный набор нейронов в области таламуса, в главном зрительном центре мозга позвоночных. Нервные клетки этой области соединяют зрительную систему с другими регионами мозга, которые активны во время социального поведения. Блокировка идентифицированных нейронов привела к тому, что рыбки потеряли интерес как к сородичам, так и к движущимся точкам на экране.

6. Согласно статье, опубликованной в Neurology, депрессия может развиться за несколько лет до инсульта и быть его предвестником. Авторы на протяжении 12 лет наблюдали за выборкой из 10 797 человек, средний возраст которых на момент начала исследования составлял 65 лет. Ни у кого из них не было инсульта в анамнезе, но в течение исследования 425 человек перенесли его. Каждые два года участники проходили опрос, который оценивал выраженность депрессивных симптомов — пониженного настроения, повышенной утомляемости, нарушений сна. За шесть лет до инсульта люди в среднем набирали примерно столько же баллов в этих тестах, сколько и те, у кого не случилось инсульта, но примерно за два года до инсульта они становились более выраженными. После инсульта депрессивные симптомы прогрессировали. Ученые планируют выяснить, можно ли ориентироваться на депрессию как на предвестник инсульта, и понять, что именно вызвало такие симптомы в группе людей, у которых позже случится инсульт.

Диагностика

7. Новый метод диагностики болезни Паркинсона (БП) разработали исследователи из Еврейского университета в Иерусалиме (Израиль). Они оптимизировали количественную МРТ так, чтобы повысить ее чувствительность — визуализация мозга с помощью обычной МРТ не может показать все клеточные изменения, происходящие в мозге пациентов. Новая многопараметрическая количественная МРТ формирует несколько изображений с использованием разных энергий возбуждения, как если бы одну и ту же фотографию делали, меняя цвет освещения. Результат по своей точности подобен «гистологии in vivo». С помощью нового метода ученые проанализировали мозг пациентов с БП и выявили изменения в структуре тканей в отдельных областях стриатума — той части мозга, которая страдает во время болезни. До сих пор увидеть эти изменения можно было только в лаборатории при работе с постмортальными образцами мозга. По мнению авторов, новый метод облегчит раннюю диагностику заболевания, а в перспективе поможет оценивать эффективность терапии и разрабатывать индивидуальные терапевтические стратегии.

Терапия

8. Переливание цельной крови уменьшает проявления болезни Альцгеймера (БА) у мышей. Исследователи из США переливали кровь от здоровых мышей трансгенным мышам линии Tg2576, которые демонстрировали симптомы БА (накопление бета-амилоидов и тау-белка в головном мозге, поведенческие проявления). Кровь переливали раз в месяц, длительность терапии варьировала от 3 до 13–17 месяцев. После серии переливаний количество амилоидных бляшек в мозге модельных мышей с БА было на 40–80% ниже по сравнению с контрольными мышами Tg2576. Также после переливания у мышей с амилоидной патологией улучшилась пространственная память. До конца не ясно, как именно кровь от здоровых мышей уменьшает патологию. Авторы предполагают, что дело в снижении количества циркулирующих в крови бета-амилоидов. Чтобы выяснить это наверняка, они планируют создать систему, подобную диализу, с помощью которой можно будет выборочно удалять бета-амилоиды или другие молекулы из кровообращения. По мнению ученых, такой способ терапии очень перспективный, поскольку манипуляции с кровью проводить гораздо проще, чем пытаться влиять на бета-амилоиды и тау-белок непосредственно в мозге.

9. Лечение рака путем инъекции бактерий в опухоль или прилежащие ткани основано на том, что бактерии начинают размножаться в опухоли, активизируя иммунную систему больных. Авторы новой работы создали усовершенствованную версию такой терапии — бактериальных микророботов, которые управляются магнитом и могут перемещаться в 3D биологических матрицах, таргетно доставляя лекарство. Исследователи прикрепили к кишечной палочке нанолипосомы, содержащие химиотерапевтические препараты. Под инфракрасными лучами нанолипосомы плавятся и высвобождают содержимое. Также к бактериям присоединили наночастицы оксида железа, которые при воздействии магнитного поля увеличивают подвижность микроробота и помогают точнее им управлять. Сконструировав таких роботов, ученые отправили их по Г-образному каналу, на концах которого были расположены опухолевые сфероиды. С помощью магнитного поля им удалось направить их точно к цели. Дополнительно ученые провели роботов через вязкий коллагеновый гель, напоминающий опухолевую ткань. Высвободить лекарства из прикрепленных к бактериям липосом ученым помог лазер инфракрасного диапазона. Нанолипосомы также разрушаются при низком pH, поэтому in vivo лазер может и не потребоваться. Авторы подчеркивают, что подход минимально инвазивный, безболезненный и почти не токсичный, а лекарства в таком случае будут действовать точечно, а не системно.

Вирусология

10. Вирусы оспы упаковывают свои окислительно-восстановительные белки в так называемые латеральные тельца (lateral bodies) и модулируют с их помощью окислительный ответ хозяина. В новом исследовании, опубликованной в PLOS Pathogens, группа ученых из Великобритании и Швейцарии впервые идентифицировала эти белки. Они работали с вирусом коровьей оспы, используя микроскопию высокого разрешения и протеотипирование на основе масс-спектрометрии. Авторы выявили 15 потенциальных вирусных белков из латеральных телец, которые помогают вирусу обойти иммунную систему хозяина. Треть из них — окислительно-восстановительные белки, которые оказывают антиоксидантное действие на клетку-хозяина, предотвращая противовирусный ответ. Обычно вирусы производят такие белки во время репликации, но поксвирусы изначально содержат их в латеральных тельцах. Идентификация белков латеральных телец и понимание молекулярных механизмов их работы открывают новые возможности для разработки препаратов от вирусов оспы.

Молекулярная биология

11. В гемопоэтических клетках мужчин с возрастом нередко наблюдается мозаичная потеря Y-хромосомы (mLOY). Международная команда ученых в экспериментах на мышах выяснила, почему эта потеря зачастую сопровождается повышением риска сердечно-сосудистых заболеваний и смерти. С помощью CRISPR-Cas9 авторы создали мышиную модель гемопоэтической мозаичной потери Y-хромосомы и убедились, что у мышей ухудшается сердечная функция и появляется предрасположенность к сердечному фиброзу. Выяснилось, что макрофаги mLOY костного мозга, инфильтрирующие сердце, индуцируют высокую активность трансформирующего фактора роста β₁ (TGF-β₁). Это приводит к пролиферации фибробластов и ускоренному фиброзу сердечной ткани. Введение мышам нейтрализующего антитела к TGF-β₁ снижало патологический эффект. Соответствие мышиной модели клиническим данным говорит о потенциальной клинической релевантности результатов исследования.

Иммунология

12. Команда исследователей из Университета Хоккайдо и других научных центров Японии выяснила, как стресс влияет на течение нейропсихиатрической системной красной волчанки с диффузными нейропсихологическими проявлениями (dNPSLE) — одной из наиболее тяжелых форм заболевания. Они провели эксперименты на модельных мышах линии MRL/lpr, демонстрирующих симптомы волчанки. Ученые подвергли мышей хроническому стрессу — лишали их сна и заставляли бегать в крутящемся колесе, а затем оценили, как на это реагирует медиальная префронтальная кора (mPFC). Лишение сна повлияло на экспрессию более чем 500 генов в mPFC. Внимание ученых привлек микроглиальный провоспалительный ген Il12b, который кодирует субъединицу двух интерлейкинов — IL12 и IL23. Содержание этих интерлейкинов было выше в спинномозговой жидкости мышей, лишенных сна, по сравнению с контрольными. Блокирование сигнальных путей IL12 и IL23 подавляло воспаление и снижало активацию микроглии в префронтальной коре, которая также была повышена из-за стресса. У людей с dNPSLE тоже наблюдается высокий уровень IL12 и IL23 в спинномозговой жидкости. Исследователи считают, что эти интерлейкины можно использовать как маркеры заболевания и как новую мишень для терапии. (Подробнее — на PCR.NEWS.)

Патогены насекомых

13. Entomophthora muscae — широко распространенный патогенный грибок, который заражает обычных комнатных мух, вызывая смертельную инфекцию. Он передается через контакт здоровой и больной мух. Новое исследование команды из Дании и Швеции показало, что грибку помогает выживать и распространяться уникальная тактика. Споры грибка попадают в организм мухи-самки. Инфекция распространяется по организму примерно шесть дней, в течение которых грибок буквально выедает муху изнутри, после чего она умирает. Затем грибок начинает выделять химические вещества — сесквитерпены, которые действуют на самцов мух как феромоны. Самцы прилетают на сигнал и спариваются с погибшими самками, а споры грибка тем временем попадают в организм самца. Что интересно, со временем труп пораженной грибком мухи становится все более привлекательным для самцов: более 70% самцов предпочитали спариваться с мухами, погибшими 25–30 часов назад, и только малая часть выбирала тех, кто был жив еще 3–8 часов назад.

Гранты

14. На этой неделе стартап по редактированию генома Napigen привлек начальное финансирование в размере $7,9 млн. Napigen разрабатывает технологию редактирования геномов митохондрий и хлоропластов для сельскохозяйственных целей и медицины. Компания планирует применять свою технологию для производства гибридных семян пшеницы и риса, а также для разработки митохондриальных систем экспрессии, чтобы использовать их в растениях. Все это, по словам представителей компании, необходимо для повышения урожайности культурных растений.