Усиление вирулентности вируса гриппа в зависимости от генотипа хозяина и другие новости недели

Эволюционная биология

1. Долгое время считалось, что любая неоднородность условий среды мешает новым мутациям закрепиться в популяции, ведь в одной области они оказываются полезными, а в другой — вредными. Новое исследование показало, что вероятность закрепления мутации зависит не просто от наличия, а от степени неоднородности среды. При высокой неоднородности среды вероятность закрепления мутации действительно значительно снижается. Однако слабая неоднородность условий не мешает, а помогает закреплению новых признаков, ведь мутация почти нейтральна везде. Ученые построили и проверили математическую модель, которая позволяет определить диапазоны небольшой или существенной неоднородности для популяции заданного размера, в пределах которых вероятность закрепления признака повышается или снижается.

Нейробиология

2. Опубликованное в Neuron исследование на мышах показало, что мозг «записывает» конкурирующие воспоминания об употреблении или отказе от алкоголя в соседних группах нейронов одного типа — средних шипиковых нейронах прямого пути (dMSN), которые расположены в полосатом теле и играют ключевую роль в формировании привычек. Одни из них сохраняют нейронный след (энграмму) при употреблении алкоголя (оперантное научение), а другие — при длительном отсутствии подкрепления (оперантное угасание), например, когда человек долго обходится без спиртного. Энграммы контролируют поведение, при этом активация одной подавляет противоположную. Искусственной активации нейронного пути, закрепленного при употреблении алкоголя, оказалось достаточно, чтобы вызвать у животных поведение, характерное для рецидива (активное стремление получить доступ к спиртному). Это объясняет, почему срывы возникают в отсутствие алкоголя даже после долгого воздержания. Работа открывает пути для поиска новых методов терапии зависимостей.

3. В журнале Immunity опубликовано исследование, в котором показано, что за зуд и воспаление при аллергическом контактном дерматите отвечают две разные группы нервных окончаний кожи (ноцицепторов), и они не регулируются общими механизмами, как считалось ранее. Нейроны NP1 отвечают за зуд и реагируют на аллергены через рецептор TRPA1; при их избирательном «отключении» зуд исчезает, но воспаление остается. Нейроны TRPV1 контролируют воспалительную реакцию, в том числе отек, покраснение и приток нейтрофилов; их «блокировка» усиливает воспаление, но не влияет на зуд. Эти данные могут помочь разработать новые терапевтические подходы к лечению хронических кожных заболеваний, таких как атипический дерматит.

Молекулярная биология

4. Ученые из США разработали инновационный инструмент под названием ATPGobble, который позволяет точно контролировать энергетический статус живых клеток. Он представляет собой расщепляющий АТФ фермент, который можно генетически внедрить в клетки и таким образом целенаправленно изменять соотношение АТФ/АДФ и АТФ/АМФ. Важное достижение и преимущество ATPGobble заключается в минимальных побочных эффектах по сравнению с ранее существующими экспериментальными подходами. Это позволит лучше и эффективнее изучать причинно-следственные связи между изменением энергетического статуса клеток и патологическими состояниями и старением.

Бактериофаги

5. Статья в Nature Communications описывает уникальный механизм, с помощью которого бактериофаги уклоняются от бактериальной системы защиты Thoeris типа IV. Когда «иммунитет» срабатывает, молекула N7-cADPR активирует эффектор, подобный каспазам, который уничтожает фагов. Однако некоторые фаги обходят эту защиту, вырабатывая особый белок TadIV-1, который как губка связывает молекулу N7-cADPR, тем самым препятствуя активации эффектора. Также оказалось, что фаги могут обмениваться генетическим материалом, благодаря чему чувствительные фаги могут получать гены устойчивости к бактериальной системе защиты.

Протеомика

6. В исследовании, проведенном на данных Британского биобанка и представленном в Nature Medicine, авторы изучили протеом (совокупность различных белков) плазмы периферической крови в течение менструального цикла у 2760 женщин. Уровень 198 белков из почти 3000 проанализированных меняется в течение цикла и формирует временные паттерны, соответствующие его фазам. Кроме того, была установлена связь уровней некоторых белков с различными заболеваниями, такими как эндометриоз, лейомиома и нарушения цикла. Удалось также разработать протеомной показатель на основе 75 белков, который позволяет предсказывать фазу менструального цикла по анализу крови. Инструмент может быть полезен в оценке репродуктивного здоровья женщин.

Эстроболом

7. Эстроболом представляет собой часть населяющих кишечник микробов, способных перерабатывать эстрогены, расщепляя их инактивированные формы в кишечнике и позволяя им снова всасываться в кровь. По результатам работы, представленной в PNAS и основанной на данных анализа 24 популяций с четырех континентов, у представителей индустриальных сообществ способность к рециркуляции эстрогена в семь раз выше, а разнообразие эстроболома — почти в два раза больше, чем у представителей неиндустриальных сообществ. Более того, у детей, которых кормили смесью, способность к рециркуляции эстрогенов в два-три раза выше, а разнообразие эстроболома — в 11 раз выше, чем у детей на грудном вскармливании. Пол, возраст и индекс массы тела не влияли на характеристики эстраболома. Исследование доказывает ключевую роль индустриального образа жизни, включая искусственное вскармливание, в формировании способности микробиоты влиять на метаболизм и уровень эстрогенов в организме. Эти данные имеют важное значение для понимания особенностей репродуктивной биологии и механизмов развития заболеваний, связанных с эстрогенами, таких как некоторые формы рака.

Клеточная биология

8. В яйцеклетках существуют особые структуры — цитоплазматические решетки — где хранятся белки, необходимые для развития будущего эмбриона. Ученые, опубликовавшие исследование в Nature, решили загадку, которую не удавалось решить десятилетиями, и описали их структуру и организацию, применив для анализа криоэлектронную микроскопию и моделирование с помощью искусственного интеллекта. Теперь понятно, что каждая решетка представляет собой гигантский мегадальтонный молекулярный комплекс, состоящий минимум из 13 различных белков. В их состав входят белки цитоскелета, а также ключевые факторы раннего эмбрионального развития и эпигенетической регуляции. Яйцеклетки не просто накапливают жизненно важные белки, а напрямую встраивают их в высокостабильные супрамолекулярные комплексы, надежно сохраняя до момента оплодотворения. Открытие этого изящного механизма поможет лучше разобраться в причинах бесплодия и нарушений развития эмбриона, обусловленных материнскими факторами.

ВИЧ-инфекция

9. Международной группе исследователей удалось добиться длительной ремиссии ВИЧ-инфекции у 63-летнего мужчины через 5 лет после уникальной процедуры трансплантации гемопоэтических стволовых клеток. Донором выступил родной брат пациента с гомозиготной мутацией CCR5Δ32/Δ32, которая делает клетки устойчивыми к заражению наиболее распространенным вариантом ВИЧ-1. У пациента сформировалось полностью донорское кроветворение (химеризм), причем не только в костном мозге и крови, но и в кишечнике — главном резервуаре ВИЧ в организме. Через 24 месяца после трансплантации прекратили антиретровирусную терапию, а через 48 месяцев в образцах крови и биоптатах кишечника не было обнаружено ДНК ВИЧ ни в активной, ни в латентной форме. Это достижение открывает новые перспективы в борьбе с ВИЧ-инфекцией.

Вирус гриппа

10. Исследование, результаты которого опубликованы в Nature Communications, выявило, что генотип и пол организма-хозяина влияют на то, как эволюционирует вирус гриппа. В ходе экспериментов ученые адаптировали вирус гриппа А к самцам и самкам мышей двух линий — BALB/c и C57BL/6. Всего было получено 28 независимых линий. Оказалось, что у мышей линии BALB/c чаще происходят изменения, повышающие вирулентность вируса, в том числе обнаружены варианты гемагглютинина, которые закрепляются исключительно в женских линиях. У вирусов, которые приспособились к самкам мышей, изменения в белке NS1, нарушающие его способность к димеризации, концентрируются в одной конкретной части молекулы, а у вирусов, которые адаптировались к самцам, эти изменения разбросаны по всей области взаимодействия между белками. Адаптация к линии C57BL/6 приводит к меньшему количеству замен, однако при этом нарушается формирование вирусных геномов, что снижает цитопатический эффект и ослабляет вирулентность. Исследование на практике доказывает, что сочетание определенного генотипа и пола организма-хозяина может влиять на формирование вирусных геномов и создавать давление отбора, которое способствует появлению повышающих вирулентность мутаций.

Подробнее — на PCR.NEWS.

Микроорганизмы

11. Масштабное исследование более 2500 образцов возбудителя туберкулеза Mycobacterium tuberculosis (Mtb) из вьетнамской коллекции позволило лучше изучить эволюционные механизмы адаптации этой бактерии к жизни в организме человека. В восьми из десяти линий Mtb, приспособленных к человеку, произошли существенные изменения в гене Rv0080, который отвечает за выживание в состоянии покоя. В оставшихся двух линиях наблюдался активный процесс положительного отбора предполагаемых функциональных мутаций. Удаление или изменение гена Rv0080 дает бактериям преимущество в условиях гипоксии (недостатка кислорода), которым они подвергаются в организме человека. Работа проливает свет на то, как именно Mtb научилась эффективно выживать в человеческом теле.

12. Исследование в Nature Communications показало, что метанотрофные археи в глубоководных экосистемах способны окислять угарный газ (CO) в отсутствие кислорода, используя вместо него сульфаты (SO₄²⁻) как акцепторы электронов. Эстафету подхватывают сульфатредуцирующие бактерии, которые восстанавливают их до сероводорода (H₂S). Так образуется замкнутый консорциум, в котором археи получают возможность окислять CO для поддержания жизнедеятельности, а бактерии — источник энергии. Полученные данные существенно расширяют представления о глобальном круговороте углерода, свидетельствуя, что анаэробное окисление CO микробными консорциумами — эффективный процесс, который играет важную роль в утилизации CO в экстремальных условиях.

13. Исследователи из Китая показали, что микробиом полости рта может предсказать биологический возраст и состояние здоровья. Всего выявили 64 рода бактерий, численность которых зависит от возраста. Также разработали модель машинного обучения для прогнозирования возраста, которая показала хорошие результаты на независимой внешней когорте. Ученые установили показатель ускорения старения микробиома полости рта (Oral Microbiome Aging Acceleration, OMAA), основанный на разнице между прогнозируемым и хронологическим возрастом. Помимо обычных факторов, критерий OMAA независимо коррелирует с общей смертностью от всех причин, нарушением функции почек, а также риском развития рака и заболеваний сердца. При этом диета и прием лекарств оказывают минимальное влияние на результаты оценки. Таким образом, OMAA может быть неинвазивным инструментом для профилактики и раннего выявления рисков возникновения серьезных заболеваний.

Биомедицина

14. В рамках исследования, опубликованного в Nature, ученые разработали новую систему, названную MitoCatch, которая позволяет направленно доставлять здоровые митохондрии в определенные типы клеток. С помощью специфических белковых связующих агентов донорские митохондрии успешно «находят» и проникают в нужные клетки, и даже сливаются и делятся внутри них. Ученые продемонстрировали, что метод работает на разных типах клеток — клетках сетчатки, нейронах, кардиомиоцитах, эндотелиальных и иммунных клетках человека и мышей. Трансплантированные с помощью MitoCatch митохондрии помогли выжить поврежденным нейронам пациента in vitro и в мышиной модели атрофии зрительного нерва. Соответственно, MitoCatch может стать новым подходом к лечению заболеваний, связанных с митохондриальной дисфункцией.