Шмели, страдающие от изменений климата, и другие новости недели

Геномика

1. Ученые из Великобритании и Франции выяснили, какие штаммы пневмококка вызывают рост случаев заражения опасным серотипом 24F, возникшим после внедрения пневмококковой конъюгированной вакцины PCV-13. Пневмококк Streptococcus pneumoniae — бактериальный патоген, который вызывает различные заболевания от ушных инфекций до пневмонии и менингита. Каждый год заражаются около девяти миллионов человек, особенно восприимчивы пожилые люди и дети. Вакцины эффективны против нескольких серотипов бактерий, в то время как серотипов существует более сотни. В 2011 году была создана карта циркулирующих серотипов S. pneumoniae; тогда было показано, как распространялся 24F. В новой работе исследователи провели GWAS 419 образцов S. pneumoniae серотипа 24F, собранных во Франции с 2003 по 2018 год и 91 образца этого же серотипа, собранного в Испании. Результаты они сравнили между собой и с другими геномами S. pneumoniae. Анализ показал, что 24F появился во многих странах в основном из-за клонального распространения трех штаммов бактерии: GPSC10, GPSC16 и GPSC206. GPSC10 оказался единственным штаммом со множественной лекарственной устойчивостью. Кроме того, GPSC10 экспрессирует 17 различных серотипов, только шесть из которых включены в современные вакцины против пневмококка. Это и другие геномные исследования должны помочь в разработке и улучшении стратегий вакцинации.

Эволюция

2. Ученые выяснили, как наш таз эволюционировал для ходьбы на двух ногах. Тазовый пояс у приматов состоит из трех основных частей: лопаткообразных костей — подвздошных, которые расходятся веером, образуя бедра, и двух трубчатых сросшихся костей, расположенных под ними — лобковой и седалищной. Последние формируют родовой канал. Наш таз отличается от таза гориллы или шимпанзе тем, что подвздошные кости более короткие и округлые, они расширяются и изгибаются. Так мышцам, обеспечивающим устойчивое прямохождение, легче крепиться к тазу. Также у нас более широкий родовой канал — это позволяет рожать детей с большим мозгом. Новое исследование определило окно в человеческом эмбриональном развитии, во время которого таз начинает выглядеть именно так, и выявило сотни генов, которые опосредуют эту трансформацию. Ученые исследовали эмбрионы возраста от 4 до 12 недель, полученные после прерывания беременности. Оказалось, что где-то между шестой и восьмой неделями подвздошная кость начинает формироваться, а затем поворачивается, принимая характерную чашеобразную форму. Тогда это ещё не кость, а хрящ. И даже когда другие хрящи эмбриона начинают окостеневать, хрящ в тазу сохраняется еще на несколько недель — это обеспечивает ему больше времени для искривления и вращения. Затем исследователи извлекли РНК из разных областей таза эмбрионов, чтобы увидеть, какие гены были активны на разных стадиях развития. Они идентифицировали сотни генов, активность экспрессии которых повышалась или понижалась в течение первого триместра. Из них 261 ген находился в подвздошной кости — эти гены отвечали за окостеневание хряща или за его сохранение.

3. У эмбрионов безлегочных саламандр формируются легкие, но в ходе развития они исчезают. Взрослые особи дышат в основном через кожу и слизистые рта и горла. Исследователи из Департамента органической и эволюционной биологии и Музея сравнительной зоологии Гарвардского университета изучили безлегочных саламандр семейства Plethodontidae и описали молекулярные механизмы, ассоциированные с развитием и потерей легких. Ученые с помощью гистологии и микро-КТ сравнили, как развиваются эмбрионы безлегочных и других саламандр. Они обнаружили, что легкие начинают развиваться в зародыше у всех саламандр — и у безлегочных тоже. Затем исследователи использовали гибридизацию in situ и секвенирование РНК, чтобы показать, что структура, которая формируется во время эмбрионального развития безлегочных саламандр, напоминает легкое не только морфологически, но и по экспрессируемым генам. Так, инициация легочного развития совпадает с экспрессией гена Wnt2b в прилегающей мезенхиме (этот ген экспрессируется и при развитии легких у лягушек и мышей), а сформировавшийся легочный зачаток экспрессирует легочные маркеры Nkx2.1 и Sox9.

Регрессия зачатка легкого происходит путем апоптоза. Развитие легких у безлегочных саламандр прекращается, судя по всему, из-за отсутствия мезенхимальных сигналов, поддерживающих развитие легких. Чтобы это проверить, ученые поместили мезенхиму саламандры с легкими в эмбрион безлегочной саламандры — тогда развитие легких у эмбрионов продолжилось. По словам авторов, новая работа поможет лучше понять эволюцию такого важного органа, как легкие.

4. Странное животное Saccorhytus coronarius не было вторичноротым — а значит, не было и нашим предком — говорится в исследовании, опубликованном в журнале Nature. Небольшое многоклеточное кембрийское животное (около 1 мм) выглядело как овальный мешок, имело большой рот, который окружают шипы и отверстия, но не имело ануса. Ранее ученые относили S. coronarius к примитивным вторичноротым, к которым относятся иглокожие, полухордовые и хордовые. В процессе развития рот вторичноротых формируется на противоположном конце от того, где отверстие (бластопор) закладывалось вначале, а на месте бластопора формируется анус. У первичноротых же на месте первичного рта обычно закладывается рот. В новом исследовании ученые проанализировали окаменелости возрастом 500 миллионов лет, создали трехмерную 3D-модель и пришли к выводу, что отверстия вокруг рта — следы тех же шипов, которые откололись. Это и помогло им выявить принадлежность животного. С помощью вычислительного анализа ученые сравнили анатомию существа с анатомией животных из разных групп. Они пришли к выводу, что S. coronarius — родственник членистоногих и морских беспозвоночных.

Терапия

5. Опубликованы результаты первого клинического испытания стереотаксической абляционной лучевой терапии (SAbR) олигометастатического рака почки. В фазе 2 КИ SAbR участвовали 23 пациента с олигометастатическим раком (до пяти метастазов); испытания проходили в Юго-западном медицинском центре Техасского университета и в окружной больнице Parkland Health (США). Основная цель состояла в том, чтобы контролировать метастазирование рака по крайней мере у 60% пациентов в течение одного года. Терапия в итоге помогла более чем 90% пациентов — как минимум год они не нуждались в системной терапии. Ни у одного из пациентов не наблюдалось серьезных побочных эффектов, а периодические опросы не выявили негативного влияния на качество жизни. Фаза 3 КИ SAbR при олигометастатическом раке почки была одобрена Национальным институтом рака. Если третья фаза будет успешной, то появится первый стандарт терапии для пациентов с таким раком почки.

Диагностика

6. Ученые из США изготовили беспроводную бесчиповую электронную «кожу» — датчик, считывающий биологические сигналы, например, информацию о пульсе, артериальном давлении, ЧСС, уровне активности и даже воздействии ультрафиолета. Устройство воспринимает сигналы и передает их по беспроводной сети на смартфон — при этом у него нет встроенных чипов или аккумуляторов. Это гибкая полупроводниковая пленка, которая прилегает к коже, как скотч. В основе датчика — сверхтонкая пленка нитрида галлия. Этот материал известен своими пьезоэлектрическими свойствами — он может и генерировать электрический сигнал в ответ на механическое напряжение, и механически вибрировать в ответ на электрический импульс. Эти свойства позволяют использовать нитрид галлия как для датчиков, так и для беспроводной связи. Пленку ученые соединили с проводящим металлическим слоем для улучшения сигналов. Устройство достаточно чувствительно: оно вибрирует, например, в ответ на сердцебиение человека, вибрация генерирует электрический сигнал, который считывается находящимся поблизости приемником (смартфоном).

Команда ученых соединила устройство с тонкой ионочувствительной мембраной — материалом, который избирательно притягивает целевой ион, в этом случае натрий. Благодаря этому усовершенствованию устройство могло определять и передавать по беспроводной связи изменение уровня натрия, когда человек держал грелку и начинал потеть. Авторы предполагают, что в будущем можно будет соединить устройство с другими мембранами, чтобы отслеживать другие биосигналы и маркеры — глюкозу или кортизол.

7. Ученые из Центра фертильности Колумбийского университета разработали новый пренатальный тест, который быстро обнаруживает хромосомные аномалии плода. Доступные сегодня пренатальные генетические тесты дороги и занимают от нескольких дней до нескольких недель. Новый тест STORK (Short-read Transpore Rapid Karyotyping) в десять раз дешевле, его можно использовать в кабинете врача и получить результат менее, чем за два часа. Анализ основан на нанопоровом секвенировании. Устройство совсем небольшое и весит всего 450 граммов.

Авторы протестировали с помощью STORK 218 образцов, полученных после выкидышей, при беременностях (образцы амниотической жидкости или хорионические ворсинки), при взятии биопсии эмбрионов до имплантации. Полученные данные сравнили с результатами стандартного клинического тестирования: они согласовались в 98% случаев. Для образцов выкидышей STORK был более точным.

Экология

8. Шмели испытывают все больший стресс из-за изменений климата. Ученые из Имперского колледжа Лондона и Музея естественной истории на этой неделе опубликовали две статьи, в которых анализировали популяции шмелей Великобритании. В первой работе они исследовали морфологию насекомых из музейных коллекций XX века. Ученые использовали асимметрию крыльев как маркер стресса — это значило, что во время развития какие-то факторы нарушили нормальный рост. Анализ четырех видов шмелей показал, что стресс все время повышался на протяжении века. Также оказалось, что в жаркие и влажные годы шмели проявляли более высокую асимметрию крыльев.

Во втором исследовании ученые анализировали ДНК шмелей Bombus lapidarius из коллекций — для этого они использовали всего по одной ноге образцов; некоторым из них больше ста лет. Для анализа ДНК насекомых ученые впервые применили методы, обычно используемые для изучения археологических образцов. В первую очередь они хотели понять, насколько сохранна ДНК в образцах. Оказалось, что музейные энтомологические образцы состоят из коротких фрагментов ДНК со средней длиной менее 100 пар оснований даже в достаточно свежих образцах 2004 года. Это значит, что сразу после смерти насекомого ДНК фрагментируется довольно быстро. Однако после этого первоначального снижения скорость распада ДНК снижается — каждые десять лет длина фрагментов сокращается примерно на 1,9 пар оснований. Анализ ДНК коллекционных образцов насекомых важен, поскольку для сохранения биоразнообразия и численности популяций — даже в ухудшающихся условиях — необходимо понимать, какие изменения происходят в геноме с течением времени.

Неврология

9. Глубокая стимуляция (Deep Brain Stimulation, DBS) области мозга, связанной с вознаграждением и мотивацией, может стать новой терапией депрессии, устойчивой к лечению. DBS используется для лечения пациентов, страдающих двигательными расстройствами: болезнью Паркинсона, тремором и так далее. Метод состоит в том, что электроды имплантируются в определенные области мозга, где они генерируют электрические импульсы, влияющие на активность мозга. В новом исследовании, опубликованном в журнале Molecular Psychiatry, участвовали десять человек с депрессией. Ученые с помощью DBS стимулировали верхнелатеральную ветвь медиального пучка переднего мозга (MFB), которая связана с вознаграждением и мотивацией. Перед процедурой ученые провели ПЭТ-сканирование всем пациентам, а затем выполнили такое же сканирование спустя 6 и 12 месяцев после лечения. Метаболические изменения мозга наблюдались у 8 из 10 пациентов в течение 12 месяцев после лечения. Также ученые стремились к тому, чтобы баллы участников по шкале Монтгомери-Асберга (MADRS) для оценки депрессии снизились хотя бы на 50% — и это произошло. Сами участники сообщили, что симптомы депрессии у них уменьшились.

10. Усиление нейрогенеза восстанавливает память мышей с болезнью Альцгеймера (БА), показали ученые из США. У пациентов и у модельных мышей с БА нарушен нейрогенез, особенно в гиппокампе — области, связанной с памятью. В новом исследовании, опубликованном в Journal of Experimental Medicine, ученые усилили нейрогенез у мышей с БА, увеличив выживаемость нейрональных стволовых клеток. Для этого они удалили ген Bax, который играет важную роль в гибели стволовых клеток нейронов. Усиление нейрогенеза привело к тому, что новые нейроны стали активнее включаться в нейронные сети, которые хранят воспоминания — так, как это происходит у здоровых мышей. Также увеличилось количество дендритных шипиков, а значит, укрепились связи между нейронами. Хемогенетическая инактивация незрелых нейронов после усиленного нейрогенеза привела к обратному снижению памяти. 

Диагностика

11. Boston Heart Diagnostics, входящая в сеть компаний Eurofins, запустила генетический тест LipidSeq на сердечно-сосудистые заболевания. Это 23-генный тест на основе слюны, который выявляет наиболее распространенные генетические причины липидных и липопротеиновых патологий. Такие патологии могут быть связаны с сердечно-сосудистыми и неврологическими заболеваниями, а также с болезнями почек и поджелудочной. Тест может выявить гиперхолестеринемию, дефицит липазы лизосомной кислоты, ситостеролемию, церебротендиновый ксантоматоз, дисбеталипопротеинемию, гипертриглицеридемию и состояния, характеризующиеся дефицитом ЛПВП.

Генетика

12. Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе выявили некодирующие регуляторные элементы генома, влияющие на риск болезни Альцгеймера и связанного с ней расстройства мозга — прогрессирующего надъядерного паралича (ПНП). Исследователи проанализировали 5706 генетических вариантов в двадцати пяти локусах, связанных с болезнью Альцгеймера, и девяти локусах, связанных с ПНП. Так они определили 320 функциональных варианта, 42 из которых с высокой степенью достоверности коррелировали с развитием этих заболеваний. Эти варианты в нескольких типах клеток ученые проверили с помощью CRISPR. Также авторы обнаружили несколько новых генов риска болезни Альцгеймера, включая C4A, PVRL2 и APOC1, а также новые гены риска для ПНП (PLEKHM1 и KANSL1). Дальше они хотят изучить, как идентифицированные гены взаимодействуют в клетках и модельных системах. Также авторы смогли определить по крайней мере один механизм ПНП, когда несколько локусов, связанных с заболеванием, действуют аддитивно, влияя на основные факторы транскрипции. 

Онкология

13. Ученые выявили ген, влияющий на патогенез ретинобластомы. Ретинобластома — это злокачественная опухоль сетчатки, возникающая у детей. Обычно заболевание запускает инактивация опухолевого супрессора RB1. Лечат его обычно токсичной неспецифической химиотерапией, к которой опухоль может быть устойчива. В новом исследовании ученые проанализировали геном четырех ретинобластом, экзом 103 образцов первичных опухолей, секвенировали РНК 20 образцов и провели пять экспериментов по секвенированию РНК единичных клеток, чтобы выявить ранее неизвестные корреляции. Выяснилось, что за несколько повторяющихся геномных аберраций отвечает связанный с эстрогеновым рецептором гамма (ESRRG). В норме опухолевый супрессор RB1 взаимодействует с ESRRG и ингибирует его. Потеря RB1 прекращает регуляцию ESRRG. В свою очередь ESRRG регулирует гены, участвующие в ретиногенезе и метаболизме кислорода в клетках опухоли. In vivo ESRRG преимущественно экспрессируется в гипоксических клетках опухоли. Истощение или ингибирование ESRRG вызывает заметную гибель опухолевых клеток, а гипоксия ее усугубляет. Ученые полагают, что ESRRG является потенциальной терапевтической мишенью при ретинобластоме.