Воскресное чтение. Обзор научной периодики 4–10 февраля 2019 г.

Микробиота человека

1. Главная тема недели: ей посвящено множество публикаций из разных концов света. Работа китайских исследователей, опубликованная в Nature Biotechnology, поражает масштабом — авторы получили 1520 геномов из 6500 бактериальных культур экскрементов, взятых от 155 человек. Среди прочего они охарактеризовали 264 новых референсных генома бактерий, принадлежащих к 134 видовым кластерам. Все геномы были помещены в Китайский национальный банк генов. Авторы показали, что благодаря увеличению количества референсных геномов значительно возрастет количество бактерий кишечной микробиоты, которые можно идентифицировать с помощью метагеномного секвенирования. Они считают также, что их исследование поможет идентификации микроорганизмов путем секвенирования одной клетки, без наращивания культуры.
2. В работе британских, австралийских и канадских ученых проведено полногеномное секвенирование 737 бактериальных изолятов из образцов экскрементов 20 человек, среди них представлено 273 вида из 31 семейства, 105 видов — новые. Это достижение также облегчит метагеномный анализ и таксономическую классификацию кишечной микробиоты.
3. Еще две работы посвящены влиянию микробиоты кишечника на психику человека. В первой, опубликованной в Nature Microbiology, ученые из Бельгии и Нидерландов сопоставили анамнезы 1054 участников проекта Flemish Gut Flora с их микробиомами и выявили корреляция между составом микробиоты кишечника и депрессией. Оказалось, например, что микробиом страдающих депрессией обеднен видами Coprococcus и Dialister, независимо от того, принимают они антидепрессанты или нет. Исследователи также разработали компьютерную модель, позволяющую идентифицировать бактерии, которые могут влиять на нервную систему человека. Они изучили более 500 геномов бактерий желудочно-кишечного тракта на предмет способности вырабатывать нейроактивные вещества. Так, некоторые микроорганизмы производят 3,4-дигидроксифенилуксусную кислоту (DOPAC), которая является метаболитом нейромедиатора дофамина, — ее присутствие положительно коррелирует с психическим благополучием; на развитие депрессии может также влиять продукция гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК).
4. Авторы другой работы, опубликованной в Science Advances, — сотрудники Медицинского университета Чунцина и Университета Сунь Ятсена с коллегами — сравнивали микробиомы пациентов с шизофренией и здоровых людей. Для исследования были отобраны 63 человека с шизофренией (из которых пятеро не проходило терапии) и 69 здоровых человек. Оказалось, что разнообразие микробиома у страдающих шизофренией ниже, чем у здоровых индивидов. Из 864 операционных таксономических единиц (operational taxonomic units, OTU), идентифицированных по генам 16S рРНК, было обнаружено 56 характерных только для индивидов с шизофренией и 64 — характерных только для здоровых людей. С шизофренией также коррелируют повышенные уровни бактерий из семейств Veillonellaceae, Prevotellaceae, Bacteroidaceae, Coriobacteriaceae. Авторы предполагают, что микробиота кишечника влияет на патофизиологию шизофрении через метаболические пути аминокислот (в том числе те, что связаны с продукцией ГАМК) и липидов, что подтверждают эксперименты на мышах.

Биоинформатика

5. Усилиями авторов вышеперечисленных работ и многих других ученых количество данных о бактериальных геномах удваивается каждые два года, и в этом море информации нужно уметь ориентироваться. Команда под руководством исследователей из Оксфордского университета разработала сверхбыстрый поисковый сервис специально для поиска по геномам бактерий и вирусов. Поисковый алгоритм, названный Bitsliced Genomic Signature Index (BIGSI), работает по тому же принципу, что и всем известные поисковые сервисы вроде Google. Главное отличие и главная сложность состоит в том, что стандартные поисковые сервисы ищут словесные формулировки, а человеческий язык изменяется очень медленно по сравнению с бактериальными геномами. Поисковая система поможет узнать, был ли где-либо обнаружен новый инфекционный штамм, или как распространяется устойчивость к тому или иному лекарству.
6. Американская компания LunaDNA создает платформу для размещения баз персональных медицинских данных, в том числе геномов различных когорт пациентов. В декабре компания получила разрешение от Комиссии по ценным бумагам и биржам на использование этих данных в качестве валюты. Изначально предполагалось, что доступ к данным исследователи из медицинских компаний смогут получать за криптовалюту — «Luna Coins». Теперь концепция изменилась: компании, сами разместившие данные, будут получать квоты, или акции (shares) на доступ к чужим данным, таким образом, в основе идеи — обмен информацией. Подробности LunaDNA излагает в петиции, поданной на сайт Комиссии. Компания планирует обеспечить безопасность своей платформы при помощи блокчейн-технологий, используемых для стандартных криптовалют.
7. Биоинформатика и генная инженерия становятся все доступнее, а значит, проще создавать патогенные формы микроорганизмов, в том числе и с недобрыми целями. Заметка в Nature News рассказывает о способе профилактики биотерроризма — создании инструментов на основе искусственного интеллекта, способных распознать патогенные последовательности ДНК среди тех, которые заказывают фирмам, занимающимся синтезом ДНК. Первые результаты были представлены 31 января в Арлингтоне на встрече Американского микробиологического общества, посвященной биобезопасности.

Онкология

8. Американские исследователи опубликовали в The Lancet Public Health статью о корреляции между риском рака и ожирением у молодежи. Они проанализировали статистику по 30 самых распространенных видам рака, для 12 из которых уже была известна связь с ожирением, за 20 лет (1995–2014) в 25 штатах. Информацию брали из базы данных, которая покрывает почти 67% населения США. Как утверждают авторы, это первое исследование таких масштабов. Выяснилось, что количество случаев 6 из 12 ассоциированных с ожирением видов рака у младших поколений существенно возросло. Например, риск колоректального рака, рака желчного пузыря, матки и поджелудочной железы у миллениалов (тех, кто родился после 1981 года) выше в два раза, чем у поколения бэби-бумеров. С другой стороны, количество случаев раков, не связанных с ожирением, стабилизировалось или уменьшилось, в том числе тех, что ассоциированы с курением или инфекциями.
9. Группа под руководством исследователей из Фламандского института биотехнологий в своей статье в Nature описывает новый метаболический путь синтеза жирных кислот, который позволяет раковым клеткам обходить терапию. Одним из видов противораковой терапии является блокировка тех или иных метаболических путей в клетках — например, ингибирование фермента стеароил-КоА десатуразы. Известно, что иногда эта терапия не работает, и рак продолжает развиваться. Оказывается, в раковых клетках может включаться альтернативный путь производства мононенасыщенных жирных кислот, с участием фермента десатуразы жирных кислот (FADS2), причем образуется нестандартная жирная кислота — сапиенат. Подобный альтернативный путь обнаружили в клетках рака легких и рака печени человека. Очевидно, в этом случае необходимо блокировать оба пути.
10. Математическую модель, связывающую регуляцию генов и метаболические пути в раковой клетке, предложили авторы статьи, опубликованной в PNAS. Они сконцентрировались на основных метаболических путях — окислении глюкозы, гликолизе и окислении жирных кислот, — и показали прямую связь между ними и двумя белками — регуляторами окислительного фосфорилирования (АМФ-активируемая протеинкиназа, AMPK) и гликолиза (индуцируемый гипоксией фактор 1, HIF-1). Авторы проверили свою модель на данных метаболомики и транскриптомики, полученных для реальных образцов раковых и здоровых клеток. Результаты подтверждают, что, например, клетки трижды негативного рака молочной железы могут поддерживать гибридный метаболический фенотип, и необходимо нацеливание терапии как на гликолиз, так и на окислительное фосфорилирование.
11. Сотрудники Медицинского колледжа имени Чарльза Шмидта провели небольшое статистическое исследование, которое опубликовали в American Journal of Medicine. Они опросили 84 пациента с колоректальными полипами и выяснили, что прием аспирина снижает риск образования рака почти на 40%. Из 84 человек его принимали только 36, поэтому исследователи настаивают на обязательном включении аспирина в программу лечения.

Новые идеи для вакцинации

12. В NanoLetters описан принципиально новый способ доставки оральной вакцины против золотистого стафилококка через слизь (мукус) стенки кишечника. Доставку осуществляют микромоторы — частицы магния, покрытые диоксидом титана, которые способны создавать водородные пузыри в водном растворе и двигаться в определенном направлении. Микромоторы также покрыли мембранами эритроцитов, содержащими токсин стафилококка, слоем хитозана, чтобы облегчить проникновение сквозь мукус, и защитным слоем, предохраняющим частицы от кислой среды желудка. В экспериментах на мышах подвижные частицы увеличили в 10 раз продукцию IgA антител по сравнению с неподвижными частицами.

Борьба с лекарственной устойчивостью

13. Инженеры из Корейского института передовых технологий создали микрочип, который упростит подбор антибиотиков для лечения инфекций. Зачастую врачи назначают их наугад, по нескольку сразу. Новый микрочип поможет выбрать эффективный антибиотик. Он позволяет рассчитывать минимальную ингибирующую дозу, а также количественно оценивать рост бактерий, причем тест занимает всего лишь 6–7 часов. Исследователи утверждают, что их платформа готова для клинического использования.

Древняя ДНК

14. Международная группа под руководством исследователей из Института Макса Планка (Германия) секвенировала геномы 45 индивидов, живших на Кавказе между 3500 и 6500 годами до нашей эры. Ученые указывают на генетические различия между кавказскими и степными популяциями, очевидно, обусловленные экогеографическими причинами (подробнее на PCR.news).

Космические исследования

15. Новый марсианский ровер, произведенный в Великобритании, назвали в честь Розалинд Франклин, чьи рентгенограммы помогли определить структуру ДНК. Ровер отправится на Марс в 2021 году в рамках программы ЭкзоМарс , в которой участвуют Европейская космическая ассоциация и Роскосмос. В его задачи входит бурение и анализ почвы. «Розалинд Франклин помогла нам понять жизнь на Земле, а теперь названный в ее честь прибор сделает то же самое на Марсе», — сказал министр науки Великобритании Крис Скидмор.