Воскресное чтение. Обзор научной периодики за 1–7 ноября

Азотфиксация

1. Открыли бактерию, которая живет в корнях морского растения и фиксирует азот (N₂). На суше растения семейства бобовые вступают в симбиоз азотфиксирующими бактериями. Бактерии живут в утолщениях на корнях растений — клубеньках. До сих пор у водных растений такого тесного взаимодействия с бактериями не находили. Предполагалось, что азот морские травы получают от микроорганизмов, живущих вокруг их корней в почве или напрямую из среды — через листья и корни. Ученые из Германии и Швейцарии обнаружили азотфиксирующих корневых симбионтов у эндемика Средиземного моря Posidonia oceanica. Сначала исследователи определили, что P. oceanica действительно фиксирует N₂, и уровень фиксации зависит от сезона: самый высокий регистрируется летом, когда в окружающей толще воды азота очень мало. При этом до 20% вновь зафиксированного в корнях азота за 24 часа переносилось в листья. Затем авторы провели метагеномное секвенирование и выяснили, что микробиом корней P. oceanica отличается от микробиомов окружающих отложений и корней других водных растений. В корнях P. oceanica обнаружили не описанную ранее бактерию рода Celerinatantimonas, ближайший родственник которой — азотфиксирующая бактерия из солончаков Celerinatantimonas diazotrophica. Новый вид получил название Candidatus Celerinatantimonas neptuna. Эта бактерия присутствовала как в самих клетках корней, так и в межклеточном пространстве. Геномный и транскриптомный анализ бактерии показал, что у нее есть все гены, необходимые для фиксации и преобразования N₂, а также гены, позволяющие ей проникать в корни растений.

Морские травы произошли от наземных растений и мигрировали обратно в океан. По всей видимости, некоторые из них перед этим научились взаимодействовать с азотфиксирующими бактериями на суше, поэтому такой симбиоз стал возможен и в воде.

Регенерация

2. Иглистые мыши выделяются среди остальных млекопитающих: они могут сбрасывать кожу, как ящерицы сбрасывают хвост, а потом отращивать новую. При этом даже серьезные раны заживают на них без рубцов, а все структуры (волосяные фолликулы, сальные железы, нервы, мышцы и сосуды) восстанавливаются. Американские ученые в новом исследовании обнаружили, что иглистые мыши могут регенерировать не только кожу, но и внутренние органы. Они инициировали повреждение почек у иглистых (Acomys) и домовых мышей (Mus musculus). Использовали для этого модели двух агрессивных заболеваний: односторонней обструкции мочеточника (UUO) и ишемического реперфузионного повреждения (IRI) почки. В итоге за две недели почки иглистых мышей полностью восстановились, все зажило без рубцов. В это же время у домовых мышей развились фиброз и органная недостаточность, и в итоге они умерли. С помощью сравнительного транскриптомного анализа ученые идентифицировали 843 гена, которые у Acomys регулируются не так, как у Mus. Среди них были гены контроля клеточного цикла, гены реакции на повреждение ДНК и гены выживания клеток. Кроме того, авторы обнаружили избирательную активацию нефрогенных генов, в том числе Osr1, Ror1/2 и Cdh6, у иглистой мыши при повреждении.

При хроническом повреждении почечных канальцев обычно вырабатываются макрофаги, активирующие миофибробласты и усиливающие фиброз. Таких макрофагов у иглистых мышей было меньше, и работали они, видимо, немного иначе. А экспрессия белка Е-кадгерина (Cdh1), который отвечает за целостность клеток, снижалась при повреждении у домовых мышей, но не снижалась у иглистых. Контролируют заживление, вероятнее всего, клетки, которые остались неповрежденными.

Эволюция нервной системы

3. Губки очень примитивны: у них нет кишечника, мускулатуры и нервной системы. Даже нейронов, какими мы привыкли их видеть, у губок нет. Однако авторы нового исследования, опубликованного в Science, говорят о нейроподобных клетках, обнаруженных у пресноводной губки Spongilla lacustris. Авторы провели РНК-профилирование и идентифицировали 18 типов клеток, один из которых, возможно, является эволюционным предшественником нейронов. Это маленькие мультиполярные клетки, в которых ученые обнаружили секреторный аппарат, сходный с пресинаптическим. Выросты этих клеток похожи на выросты нейронов, поэтому ученые навали их нейроидными (neuroid). Нейроидные клетки взаимодействовали с пищеварительными — хоаноцитами, в которых обнаружили постсинаптический рецепторный аппарат. Хоаноциты оснащены микроворсинками и ресничками, регулирующими ток воды, с которым пища поступает в полость губки. Именно с ними взаимодействовали нейроидные клетки. Вокруг ресничек ученые обнаружили секреторные пузырьки. Вероятно, тесное взаимодействие нейроидных клеток с ресничками хоаноцитов необходимо для координации питания губок, то есть принятия решения, что поглощать.

Ортопедия и травматология

4. Исследователи из США показали, что уровни интерлейкинов у пациентов, получивших ортопедическую травму, предсказывают развитие тяжелых осложнений. Из 58 пациентов (средний возраст — 40 лет), переживших тяжелую травму костей, суставов и мышц, у шести (10%) развились легочные осложнения, а пятеро (9%) получили острую травму почек. Более высокие уровни интерлейкина 6 (IL-6) сразу после травмы коррелировали с легочными осложнениями, длительностью амбулаторного лечения и необходимостью интенсивной терапии. А уровень интерлейкина 8 (IL-8) предсказывал повреждения почек. Связи между полом, возрастом и ИМТ и необходимостью интенсивной терапии в этом исследовании не обнаружили.

5. Метаанализ международных исследований не выявил никакой связи между остеоартритом коленного сустава и физической активностью. В статье, опубликованной в Arthritis & Rheumatology, ученые анализируют шесть исследований, включающих в сумме больше пяти тысяч человек с остеоартритом коленного сустава. За пациентами наблюдали в течении 5–12 лет и корреляции между заболеванием и уровнем их физической активности не обнаружили. Дальше ученые планируют исследовать влияние травм и определенных видов деятельности на риск развития остеоартрита.

Клинические испытания

6. Дапродустат, оральный ингибитор пролилгидроксилазы фактора, индуцируемого гипоксией, оказался таким же эффективным против анемии у пациентов с хроническими болезнями почек (ХБП), как и традиционный дарбэпоэтин альфа. При ХБП часто развивается анемия, которую лечат препаратами, стимулирующими эритропоэз. Эти препараты инъекционные, что не всегда удобно. В статье, опубликованной в New England Journal of Medicine, описаны результаты фазы 3 КИ дапродустата — таблетированного препарат, который стимулирует выработку гемоглобина. Ученые сравнивали эффект от стандартных инъекций дарбэпоэтина альфа и таблеток для пациентов с ХБП и анемией, которые были на диализе (N = 2964), и таких, которым диализ не требовался (N = 3872). Участников разделили на две группы, каждая группа получала один из двух препаратов. Уровень гемоглобина вырос у всех участников, при этом риск побочных эффектов был примерно одинаковым. По словам авторов, таблетки работают так же, как и обычная терапия, и настолько же безопасны.

Нанопоровое секвенирование белков

7. Используя технологию секвенирования ДНК с помощью нанопор, исследователи из Делфтского технического университета (Нидерланды) и Университета Иллинойса (США) проанализировали белок. Конъюгат ДНК-пептид протягивали через биологическую нанопору MspA с помощью ДНК-хеликазы Hel308. Медленно перемещая его через крошечную нанопору, буквально по одной аминокислоте за раз, исследователи измеряли проходящие ионные токи и определяли по ним последовательность аминокислот с точностью до одной аминокислотной замены. Ведущий автор статьи Генри Бринкерхофф, сотрудник Института нанонаук Кавли Делфтского технического университета, объясняет технологию: «Представьте цепочку аминокислот в одной пептидной молекуле как ожерелье с бусинками разного размера. Затем представьте, что вы открываете кран, медленно опуская это ожерелье в канализацию, которая в данном случае является нанопорой. Если слив блокирует большая бусинка, вода будет утекать тонкой струйкой; если маленькая – воды утечет больше. С помощью нашей техники мы можем очень точно измерить количество воды (на деле — ионный ток)». Эта работа, опубликованная в Science, — прорыв в идентификации белков.

Палеоантропология

8. Ученые нашли и описали первый череп ребенка Homo naledi. Считается, что Homo naledi жили одновременно с современными людьми. Из-за этого, по словам руководителя работы Ли Бергера, профессора Университета Витватерсранда (ЮАР), неясно, кто первым изобрел каменные орудия и ритуальные практики. В журнале PaleoAntropology авторы описали сам череп, а также место и обстоятельства его находки. Череп нашли в системе пещер «Восходящая звезда» (ЮАР), примерно в 12 метрах от места, где впервые обнаружили останки людей этого вида в 2015 году. Форму черепа восстановили, соединив 28 найденных фрагментов костей. Не было ни дубликатов костей черепа, ни других костей тела. Кроме того, нашли шесть зубов, принадлежащих тому же индивиду. Ребенок умер, когда ему было 4–6 лет. Он жил в период 335–241 тысяч лет назад, точнее сказать пока нельзя. Интересно, что череп нашли в удаленной части пещеры, но никаких признаков того, что его туда перенесли животные или кто-то еще, не было.

Генетика

9. Ген рецептора меланокортина MC3R, который традиционно связывают с контролем пищевого поведения и регуляцией обмена веществ, отвечает за рост и половое созревание. Ученые из Великобритании и США выяснили, что люди с мутациями в этом гене в среднем имеют более низкий рост и позже вступают в пубертат. В базе UK Biobank авторы искали людей с мутациями в гене MC3R. Они идентифицировали 812 женщин с одинаковой мутацией в одной из двух копий гена, влияющей на работу рецептора. Период полового созревания у них начался примерно на пять месяцев позже, чем у женщин без мутации. Кроме того, они были ниже ростом и их мышцы были хуже развиты. Далее ученые проанализировали 6 000 участников проекта ALSPAC и обнаружили шесть детей с мутациями в MC3R и задержкой роста. У всех мутация затрагивала только одну копию гена. В другой когорте авторам удалось найти человека с мутацией в обеих копиях. Пубертат у него начался в 20 лет, и он тоже был низкого роста. Ученые предположили, что рецептор опосредует связь между питанием и гормональной регуляцией роста и развития. У мышей мутации в гене MC3R наблюдалась задержка развития. Также выяснилось, что нормальные мыши при недостатке пищи приостанавливают репродуктивный цикл, а мыши с мутацией в MC3R — нет. То есть питание, энергетический баланс и выработка половых гормонов действительно связаны, в том числе через меланокортиновый рецептор. По мнению ученых, детей с задержкой роста и полового развития стоит тестировать на мутации в гене MC3R.

Болезнь Паркинсона

10. Повреждения митохондрий вызывают болезнь Паркинсона, а лекарства против нее могут стать эффективнее благодаря генной терапии. Препарат леводопа, который повышает уровень дофамина в мозге, используют при болезни Паркинсона, однако на поздних стадиях он помогает хуже. Исследователи восстановили способность нейронов превращать леводопу в дофамин у мышей с помощью генной терапии, нацеленной на черное вещество мозга. Сначала они показали, что дофаминергические нейроны в этой области мозга перестают синтезировать дофамин из-за поломки в митохондриальном комплексе I (MCI). Затем продемонстрировали, что если функцию митохондрий восстановить с помощью генной терапии, нейроны снова смогут превращать леводопу в дофамин.

Болезнь Альцгеймера

11. Болезнь Альцгеймера и другие виды деменции развиваются у многих пожилых людей, однако некоторые остаются устойчивыми к заболеванию, даже если в мозге обнаруживаются признаки нейродегенерации. При этом часто люди, устойчивые к БА, заняты интеллектуальным трудом. Новое исследование Массачусетского технологического института показывает, что за сохранение когнитивных способностей отвечает семейство генов MEF2. MEF2 — это фактор транскрипции, важный для развития сердца и нервной системы. Команда ученых проанализировала данные 1 000 человек и обнаружила, что когнитивная устойчивость сильно коррелирует с экспрессией MEF2 и генов, которые он регулирует. Многие из этих генов кодируют ионные каналы, важные для нейронной связи — генерации импульсов и чувствительности к ним. По-видимому, на экспрессию этих генов влияет обогащенность окружающей среды и род занятий человека. Исследователи проверили свои предположения на мышах: одну группу выращивали в клетках без игрушек, а другую — в стимулирующей среде, где были и игрушки, и колесо для бега, которые еще и меняли раз в несколько дней. В мозге мышей из второй группы MEF2 был более активен, а сами мыши лучше справлялись с задачами на обучение и память. Затем ученые проверили, можно ли влиять на симптомы БА, меняя экспрессию MEF2. Сверхэкспрессия MEF2 в мозге молодых мышей с таупатией избавила их от когнитивных нарушений в позднем возрасте. Однако нужно дополнительно исследовать все гены и процессы, на которые влияет MEF2, прежде чем говорить о нем как о терапевтической мишени.

12. Нарушения сна приводят к накоплению бета-амилоида в мозге, поэтому риск болезни Альцгеймера становится выше, если мы плохо спим. Исследователи из США выяснили, что восстановление сна уменьшает накопление бета-амилоидов в мышиной модели болезни Альцгеймера. Авторы приводили сон мышей в норму, воздействуя на ретикулярное ядро таламуса (TRN). Активность TRN повышается во сне и позволяет нам не замечать звуков, света и прочих вещей, которые могут нас разбудить. У модельных животных с БА активность TRN снижена, и они действительно чаще просыпаются и в целом хуже спят. Причем начинается это еще до того, как возникают другие симптомы БА. Ученые заметили, что чем хуже спят больные мыши, тем больше амилоидных бляшек возникает в их мозге спустя несколько месяцев. Используя хемогенетическую систему — технологию, которая позволяет химически активировать определенные клетки, — команда активировала нейроны TRN у мышей. После этого мыши просыпались реже и проводили больше времени в медленном сне. Что примечательно, амилоидных бляшек тоже становилось меньше.

13. Фонд поиска лекарств от болезни Альцгеймера (ADDF) выпустит отчет о клинических испытаниях 2021 года во время 14-й ежегодной конференции CTAD. В отчете собраны данные по 118 клиническим испытаниям лекарств, более 75% которых нацелены не на традиционные тау-белки и бета-амилоиды, а на другие причины и симптомы болезни: воспаление мозга, разрушение нейронов и их связей, неэффективное использование энергии мозгом, патологии сосудов и т. д. Много внимания уделяется тому, чтобы адаптировать уже существующие препараты от других заболеваний для лечения болезни Альцгеймера. В отчете также говорится о 100 КИ, в которых проверяют методы лечения, нацеленные только на поведенческие симптомы болезни Альцгеймера (тревожность и др.), и исследуют способы предотвратить заболевание.

Новости бизнеса

14. Разработчик трансплантационной диагностики Genome Diagnostics (GenDx) инвестировал 1 миллион евро (1,2 миллиона долларов США) в стартап Scope Biosciences. Scope Biosciences (спинаут Wageningen University & Research) разрабатывает технологию ScopeDx на основе CRISPR для диагностики инфекционных заболеваний, включая COVID-19. В августе соучредители компании подробно описали технологию в Nature Communications.