Физические упражнения от болезни Паркинсона и другие новости недели

Комары меняют частоту биения крыльев, чтобы найти пару, кишечник отличает сахар от сахарозаменителя, мутации ДНК могут быть не случайны, ольфакторные рецепторы макрофагов сосудов способствуют развитию атеросклероза — эти и другие новости в посленовогоднем обзоре (1-16 января).

Художник
Наталья Дюкова

Питание

1. Клетки кишечника отличают сахарозаменитель от сахара и сообщают мозгу, с чем они взаимодействуют. Кишечник оснащен собственными сенсорными клетками — нейроподными клетками, которые связываются с блуждающим нервом и так передают информацию в мозг. Чтобы понять, как эти клетки реагируют на разные подсластители, ученые из США вырастили органоиды тонкой и двенадцатиперстной кишки из клеток мыши и человека. На органоиды воздействовали сахаром и сахарозаменителем (сукралозой). Оказалось, что на разные подсластители нейроподные клетки реагируют по-разному. В ответ на настоящий сахар нейроподные клетки высвобождают глутамат, а в ответ на заменитель — АТФ. В организме эти нейромедиаторы стимулируют блуждающий нерв, и так мозг узнает, что именно мы съели. Мыши предпочитают воду, подслащенную сахаром, воде с сахарозаменителем. С помощью оптогенетики ученые выключили нейроподные клетки в кишечнике живой мыши и убедились, что это предпочтение действительно зависит от кишечного сигналинга. Получается, что организм мыши и, скорее всего, человека способен отличить от сахара даже такой заменитель, который совершенно идентичен сахару на вкус. Именно из-за этого мы можем хотеть сладкого и не находить удовлетворения в других, более полезных подсластителях.

2. Израильские ученые в очередной раз доказали пользу зеленой средиземноморской диеты. Результаты одного из самых продолжительных и масштабных рандомизированных исследований влияния диеты на возрастную нейродегенерацию опубликованы в American Journal of Clinical Nutrition. Исследование длилось 18 месяцев; в нем приняли участие 284 человека в возрасте от 31 до 82 лет (82% мужчин). Участники были разделены на три группы в зависимости от диеты: здоровое питание, стандартная средиземноморская диета (MED) и зеленая средиземноморская диета (Green-MED). С помощью МРТ головного мозга ученые отслеживали изменения: отмечали, как меняется занятость гиппокампа (HOC) и объем бокового желудочка (LVV). Нейродегенерация развивалась значительно медленнее на фоне обоих типов средиземноморских диет, но медленнее всего — в группе Green-MED. Это было особенно заметно у участников старше 50 лет. Кроме того, в группах средиземноморской диеты повысилась чувствительность клеток к инсулину, а значит, снизился риск сахарного диабета 2 типа. Это может быть связано с обилием полифенолов в меню. Так, группе MED давали грецкие орехи, богатые полифенолами, а участники группы Green-MED получали полифенолы из зеленого чая и зеленого коктейля из ряски. Полифенолы — мощные антиоксиданты. «Полифенолы могут преодолевать гематоэнцефалический барьер, уменьшают нейровоспаление и вызывают пролиферацию клеток и нейрогенез в гиппокампе взрослых», — отмечает ведущий автор работы Айрис Шай, профессор Университета Бен-Гуриона в Израиле.

Физическая активность

3. Тренировки утром и вечером приводят к разному эффекту. Скорость и активность биологических процессов меняются в течение суток, что объясняется циркадными ритмами. Международная группа ученых выяснила, что организм вырабатывает разные сигнальные молекулы в ответ на физические упражнения в зависимости от времени суток. Эти сигнальные молекулы влияют на сон, память, метаболизм и физическую работоспособность. Эксперименты проводили на мышах. Животных заставляли бегать в течение часа утром или вечером, а затем кровь и образцы различных тканей (мышечной, жировой, печени, сердца, гипоталамуса) брали на масс-спектрометрический анализ. Так ученые отследили, как меняется концентрация метаболитов и сигнальных молекул в зависимости от времени суток. Во время утренних упражнений снижался уровень гликогена в печени, во время вечерних — в мышцах. Уровни гипоталамических нейротрансмиттеров — серотонина и дофамина — во время вечерней тренировки увеличивались. В итоге авторы создали атлас метаболизма при физических нагрузках, в котором отобразили все изменения метаболизма, связанные с утренними и вечерними упражнениями, в различных типах тканей. Понимание эффекта утренних и вечерних упражнений может помочь повысить пользу упражнения для людей с риском ожирения и диабета 2 типа.

4. Умеренная физическая активность может затормозить развитие болезни Паркинсона. В исследовании, опубликованном в Neurology, приняли участие 237 человек (средний возраст — 63 года) с ранней стадией болезни Паркинсона. Исследователи наблюдали за ними в течение 4–6 лет. Оказалось, что у людей, которые занимались умеренными или энергичными физическими упражнениями (ходьба, танцы и пр.) по крайней мере четыре часа в неделю, способность балансировать и ходить в течение пяти лет снижалась не так сильно по сравнению с теми, кто не выполнял столько упражнений. Результаты когнитивных тестов, с помощью которых исследователи оценивали вербальные навыки и память участников, также были лучше среди у тех, кто был физически активен. «Хотя лекарства могут дать людям с болезнью Паркинсона некоторое облегчение симптомов, не было доказано, что они замедляют прогрессирование болезни. Мы обнаружили, что регулярная физическая активность, в том числе работа по дому и умеренные физические нагрузки, может улучшить течение болезни в долгосрочной перспективе», — комментирует соавтор работы Кадзуто Цукита, доктор медицинских наук, сотрудник Киотского университета (Япония).

Бактерии

5. Распространение бактериальной антибиотиткорезистентности связано с широким применением антибиотиков, но возникла она не из-за людей. Новое доказательство тому, что резистентность к метициллину бактерии обрели задолго до открытия и клинического применения антибиотиков, опубликовано в Nature. Ученые показали, что метициллинрезистентный золотистый стафилококк появился у европейских ежей в доантибиотиковую эпоху. Устойчивость к метициллину обеспечивают два гена — mecA и mecC. Ранее анализ геномов Staphylococcus aureus с кожи ежей из Дании и Швеции показал, что многие из них несут ген mecC. Причина может быть в том, что вместе с золотистым стафилококком на коже ежей живет еще и грибок Trichophyton erinacei. Этот грибок продуцирует два бета-лактамных антибиотика, поэтому рядом с ним выживают только устойчивые к таким антибиотикам бактерии. Высока вероятность того, что гены устойчивости бактерия S. aureus приобрела в процессе естественного отбора в дикой природе. Затем эти устойчивые бактерии передались молочным коровам, а от коров — людям.

Чтобы проверить эту гипотезу, авторы новой работы секвенировали 244 геномов S. aureus от ежей и 913 геномов S. aureus из других источников. Они также исследовали активность бета-лактамов, синтезированных T. erinacei, против штаммов S. aureus. Выяснилось, что некоторые штаммы бактерий с кожи ежей действительно не подвержены действию бета-лактамов и несут гены устойчивости, а появились эти гены около 200 лет назад — задолго до начала использования антибиотиков людьми.

6. Новорожденным часто назначают антибиотики из-за высокого риска неонатального сепсиса (НС). Однако не всегда этот риск на самом деле высок, и во многих случаях использования антибиотиков можно было бы избежать. Ученые из США выяснили, для каких младенцев риск НС ниже всего. Они провели ретроспективное исследование младенцев, родившихся в период с 2009 по 2014 гг. в двух родильных домах Филадельфии. У младенцев должна была быть взята кровь или спинномозговая жидкость в течение 72 часов после рождения. Дополнительно авторы проанализировали данные медицинских карт на предмет подтвержденной инфекции и характеристик родов. В итоге определили сценарии с «низким риском». В частности, к таким относятся кесарево сечение без разрыва амниотических мембран до родов и отсутствие подтвержденной интраамниотической инфекции или стресса плода. Из 7 549 младенцев, чьи данные были включены в исследование, 1 121 (14,8%) родились в условиях низкого риска НС. В общей сложности только у 41 младенца развился НС; ни один из инфицированных детей не родился в условиях родов с низким риском. Несмотря на это, 80% детей, родившихся в условиях с низким риском НС, были назначены антибиотики. «В США ежегодно 400 тысячам неинфицированных детей назначают антибиотики при рождении, и более 90% недоношенных детей также получают антибиотики», — говорит Дастин Фланнери, неонатолог Детской больницы Филадельфии и первый автор работы. Однако часть этих младенцев, по словам авторов, совсем не нуждается в антибиотиках. Врачи могут использовать характеристики родов как руководство для предотвращения ненужного использования антибиотиков.

Комары

7. Комары переносят малярию, лихорадку денге, вирус Зика и другие опасные заболевания. Одна из стратегий борьбы с распространением этих болезней — ограничение размножения насекомых. Для этого необходимо понимать, как оно происходит. Самцы комаров на закате формируют большой рой, в который влетают самки, которых обычно на порядок меньше, и именно так происходит спаривание. Комары роятся в одних и тех же местах, в одно и то же время дня в течение многих лет, но длится роение обычно не дольше получаса. Это означает, что активность самцов и самок должна быть хорошо синхронизирована. Самцы используют фонотаксис. Это так называемая акустическая погоня, когда самец следует тону полета самки. Но было неясно, как именно самцы улавливают звуки полета самок среди общего гула. Авторы новой работы записали звуки полета, которые возникают в результате биения крыльев, свободно летающих малярийных комаров Anopheles gambiae. Для этого стаи комаров, состоящие либо из 100 самцов, либо из 100 самок, помещали в специальные инкубаторы с высокочувствительными микрофонами. Микрофоны регистрировали каждый случай пролета комара в течение нескольких дней, и в итоге исследователи смогли установить частоту взмахов крыльями. Самцы комаров взмахивали крыльями до 500–1000 раз в секунду, а самки взмахивают крыльями 300–600 раз. Самцы комаров при этом меняли частоту взмахов в течение дня. По мнению ученых, изменение ритма биения крыльев нужно самцам для обнаружения самок и повышения шансов на спаривание. Увеличение частоты взмахов крыльев, вероятно, очень дорого обходится самцам с точки зрения аэродинамики, поэтому время существования такого роя невелико. Так или иначе, понимание того, как комары используют акустику для размножения, открывает перед учеными возможность влиять на это и контролировать численность популяций насекомых.

Иммунология

8. В патогенезе атеросклероза участвуют макрофаги сосудов. Ранее было показано, что сосудистые макрофаги людей и животных экспрессируют обонятельные рецепторы. Ученые из США и Германии показали на молекулярном уровне, как эти рецепторы опосредуют усиление воспаления. Макрофаги сосудов мыши экспрессируют обонятельный рецептор Olfr2 (аналог этого рецептора у человека — OR6A2) и все связанные транспортные и сигнальные молекулы. Olfr2 обнаруживает соединение октаналь — продукт перекисного окисления липидов, который содержится в плазме крови. У пациентов с маркерами сердечно-сосудистых патологий (например, с высоким уровнем холестерина) уровень октаналя выше. Чтобы выяснить, как обонятельные рецепторы сосудистых макрофагов опосредуют воспаление, авторы воздействовали на них октаналем. Повышение уровня октаналя усиливало воспаление сосудов. Впоследствии у мышей развивались поражения, характерные для атеросклероза. Затем ученые заблокировали эти рецепторы, и тогда воспаление и число атеросклеротических бляшек снизились. Дело в том, что октаналь, воздействуя на макрофаги, активирует цитозольный белок NLRP3 — основной компонент одноименных инфламмасом, и индуцирует секрецию провоспалительного интерлейкина-1β. Ученые полагают, что ингибирование OR6A2 у людей может стать стратегией профилактики и лечения атеросклероза.

Онкология

9. Согласно результатам II фазы международного клинического исследования, иммунотерапевтический препарат пембролизумаб (торговое название Keytruda), одобренный FDA для лечения меланомы, рака легких, головы и шеи, шейки матки и желудка, эффективен и при агрессивных формах рака эндометрия. Пембролизумаб ингибирует определенные клеточные рецепторы, которые мешают иммунной системе распознавать и уничтожать раковые клетки. В исследовании принимали участие 90 женщин с рецидивирующим или запущенным раком эндометрия, проходящие лечение в 38 больницах 15 стран. К концу исследования 18 пациенток из 90 (20%) прошли курс лечения до конца, завершив 35 циклов приема препарата, 20 (22%) продолжали терапию, 52 (58%) прекратили лечение. У 48% испытуемых препарат проявлял устойчивую противоопухолевую активность, в том числе у пациенток с прогрессирующей микросателлитной нестабильностью или дефектами в генах репарации мисмэтчей (MSI-H/dMMR), проходивших ранее терапию другими препаратами. У ⅔ пациенток эффект оставался стабильным на протяжении по крайней мере 3 лет. Авторы делают вывод, что пембролизумаб можно использовать для лечения рака эндометрия.

Генетика

10. До сих пор считалось, что мутации ДНК — случайные события. Ученые из Германии, Швеции и США вырастили в лаборатории Arabidopsis thaliana и проверили это предположение. В лаборатории была создана такая среда, в которой могли размножаться все растения, в том числе носители «вредных» мутаций, — ученые ограничили конкуренцию и естественный отбор. Затем они проанализировали геномы множества растений. Оказалось, что мутации, возникшие за время эксперимента, не были случайно распределены в геноме, как этого можно было ожидать. В разных участках генома мутации встречались с разной частотой. Наименее подверженными мутациям были регионы, в которых находились гены, необходимые каждой клетке. Организм как будто защищает самые важные области и восстанавливает повреждения, возникающие в них, наиболее эффективно. Ученые показали, что риск возникновения мутаций регулируется эпигенетически и зависит от типа гистонов. Это ставит под сомнение ключевую идею теории эволюции — случайное возникновение мутаций. Кроме того, авторы надеются, что разобравшись в механизмах этой регуляции мутаций, мы сможем предсказывать и предотвращать их появление в конкретных генах.

Экология

11. Тля питается соком растений, чем вредит им, и выделяет медвяную падь. На листьях же живут бактерии Pseudomonas syringae, патогенные и для растений, и для тли. Тля съедает их, и бактерии развиваются внутри нее. На листьях без тли таких бактерий обычно меньше. Предполагалось, что использование тли в качестве хозяина выгодно бактериям. Оказалось, что дело совсем в другом. Ученые из США выяснили, что росту этих бактерий способствует медвяная падь, которую выделяет тля, а вовсе не сама тля. Они обрабатывали листья растений искусственной падью и наблюдали такое же увеличение числа бактерий на них, как и в присутствии тли. То есть тля буквально кормят тех, кто потом вредит им же. Также оказалось, что эта падь — единственный фактор роста P. syringae. Ученые надеются, что однажды бактерии можно будет использовать для борьбы с вредителями, но, разумеется, это должен быть вид, безвредный для самого растения.

12. Одна из самых многочисленных групп микробов в Мировом океане — археи, окисляющие аммиак (АОА), которые играют ключевую роль в круговороте азота. Для их энергетического метаболизма — окисления аммиака в нитриты — требуется кислород. Тем не менее АОА широко распространены в средах, где кислород не обнаруживается, например, в глубинах океана. Новое исследование, опубликованное в Science, рассказывает, что археи Nitrosopumilus maritimus способны сами синтезировать кислород, и для этого им не нужен свет. При инкубации среде, обедненной кислородом, археи N. maritimus производят азот (N2) и кислород, который используется для окисления аммиака. Полностью расшифровать путь ученые не смогли, но, вероятно, ключевыми промежуточными продуктами являются оксид азота (II) — NO и оксид азота (I) — N2O. Это означает, что N. maritimus теперь можно отнести к той небольшой группе организмов, которые производят кислород в темноте. Вряд ли эти археи способны как-то повлиять на уровень кислорода на Земле, но они легко обеспечивают кислородом себя самих, и, возможно, микробов по соседству.

Гранты

13. Цзяньхан Чен, профессор химии, биохимии и молекулярной биологии Массачусетского университета в Амхерсте (США), получил грант в размере $2 млн. от Национальных институтов здравоохранения на исследования в своей лаборатории вычислительной биофизики. Эти исследования направлены на лучшее понимание роли неупорядоченных белков (IDP) в биологии и заболеваниях человека. Раньше считалось, что белки должны иметь четко определенную пространственную структуру, чтобы выполнять свою биологическую функцию. Но около двадцати лет назад был открыт новый класс белков — «неупорядоченные белки», не имеющие такой стабильной структуры. До трети белков в нашем организме могут быть именно такими. Кроме того, две трети белков, связанных с раком, содержат большие неупорядоченные сегменты. Исследования в лаборатории Чена направлены на использование компьютерного моделирования для воссоздания молекулярной структуры и динамики неупорядоченных белков, так как изучать их стандартными методами не всегда возможно. По мнению Чена, такое моделирование может привести к прорыву в разработке лекарств от рака.

14. Атлантический университет Флориды (США) получил грант от Национальных институтов здравоохранения в размере $1,3 млн. Эти деньги пойдут на разработку автоматизированного молекулярного теста на ВИЧ-инфекцию, который можно будет использовать самостоятельно. Ученые планируют создать одноразовый микрофлюидный чип, в котором используется молекулярная амплификация для обнаружения ВИЧ в образцах крови во время острой инфекции, терапии и вирусной отдачи. Ожидается, что результат тестирования можно будет получить через 40 минут. Кроме того, чип будет требовать охлаждения, что позволит использовать его даже в условиях нехватки ресурсов. После разработки чип протестируют на образцах крови и плазмы от более чем 200 ВИЧ-инфицированных пациентов. До сих пор не существует коммерческих технологий молекулярного самотестирования на ВИЧ, способных обнаруживать инфекцию на ранних стадиях или вирусную отдачу у пациентов, получающих антиретровирусную терапию.

Добавить в избранное

Вам будет интересно