Воскресное чтение. Обзор научной периодики за 10–16 мая (без коронавируса)

Микробиом

1. Большой международный коллектив ученых восстановил состав микробиома из ископаемых человеческих фекалий возрастом от одной до двух тысяч лет, собранных на юго-западе США и в Мексике. Результаты исследования опубликованы в Nature. Из восьми палеофекальных образцов с хорошей сохранностью ДНК авторы работы собрали 498 микробных геномов среднего и высокого качества. Полученные данные о составе кишечной микрофлоры более чем тысячелетней давности сравнили с 789 современными человеческими кишечными микробиомами из восьми стран. Как и следовало ожидать, древние микробиомы ближе к современным микробиомам из непромышленных стран, чем из индустриально развитых. Исследователи отметили, что в древних микробиомах существенно меньше генов, обеспечивающих устойчивость к антибиотикам, и генов, связанных с разрушением муцинов.

2. Американские ученые сообщили, что повреждение спинного мозга у мышей вызывает существенные изменения в кишечной микробиоте и соответствующем вирусном сообществе. Они провели метагеномный анализ фекальных образцов от мышей через 21 день после повреждения спинного мозга на уровне 4 или 10 грудного позвонка. Нарушение спинного мозга в области 10 грудного позвонка частично снижало симпатическую иннервацию кишечника, а в области 4 грудного позвонка — полностью лишало кишечник симпатической иннервации. Авторы работы получили 105 бактериальных геномов, из которых 96 принадлежат новым видам бактерий. Спустя 21 день после повреждения спинного мозга численность преобладающих бактерий кишечника мышей, Lactobacillus johnsonii и CAG-1031 spp., снизилась, а доля потенциально патогенных бактерий, таких как Weissella cibaria, Lactococcus lactis_A, Bacteroides thetaiotaomicron, повысилась. В вирусном кишечном сообществе также произошли изменения. Численность фагов, инфицирующих доминирующих кишечных бактерий CAG-1031, Lactobacillus и Turicibacter, уменьшилась, зато возросла доля фагов, инфицирующих патогенные бактерии.

Антибиотикорезистентность

3. Кишечная палочка Escherichia coli — важный компонент кишечной микробиоты человека, однако если она попадает в кровоток, она вызывает тяжелое заболевание с высокой смертностью. Как у большинства современных бактерий, взаимодействующих с человеком, многие штаммы E. coli обрели антибиотикорезистентность. В новой работе, опубликованной в The Lancet Microbe, исследовалось возникновение и распространение антибиотикорезистентности у E. coli в Норвегии в период с 2002 по 2017 год. Авторы изучили 22 512 клинических изолятов E. coli, вызывавших системную инфекцию. Также они сравнили свои результаты с аналогичным исследованием, касавшимся Великобритании в период с 2001 по 2011 год. Оказалось, что устойчивость к фторхинолонам и одновременная экспрессия β-лактамазы наиболее часто встречались у бактерий штамма CC131. Примечательно, что до 2007 года в Норвегии преобладал вариант CC131, не обладающий антибиотикорезистентностью, а резистентный вариант появился лишь в 2007 году. Это значит, что устойчивость к антибиотикам не является решающим фактором популяционного успеха. Однако даже несмотря на то, что в Норвегии антибиотики применяются ограниченно, с годами доля антибиотикорезистентных форм E. coli все же возрастала.

Молекулярная диагностика

4. Ученые из США и Уганды разработали новый дешевый тест, позволяющий быстро выявлять возбудителя гонореи Neisseria gonorrhoeae, а также определять его чувствительность к ципрофлоксацину. О своем изобретении ученые сообщили в статье, опубликованной в Science Translational Medicine. Тест-система основана на картридж-ПЦР и способна выявить возбудителя в мазке из уретры в течение 15 минут. Быстрая автоматизированная работа с биологическими образцами достигается за счет их нанесения на магнитные шарики. Устройство производит выделение ДНК из образца, ПЦР и анализ результатов, при этом результаты отображаются в приложении на смартфоне. Тест был успешно опробован в венерологических клиниках в Балтиморе, США, и Кампале, Уганда. (Подробнее — на PCR.NEWS.)

5. В статье, опубликованной в ACS Central Science, сообщается о разработке дешевого электрохимического подхода для обнаружения вирусов. Авторы работы создали электрохимическую платформу с золотыми электродами, которая детектирует вирусные частицы и определяет вирусную нагрузку. Для обнаружения папилломавируса человека платформа проводит изотермическую амплификацию и последующее распознавание его генома, основанное на CRISPR. В случае папилломавируса нижний предел обнаружения составляет всего 10⁴ копий вирусной ДНК.

Биомаркеры

6. Согласно работе, опубликованной в JAMA Neurology, низкий уровень N-ацетилглюкозамина в сыворотке может быть биомаркером рассеянного склероза. В исследовании приняли участие 54 пациента с рассеянным склерозом и 66 здоровых добровольцев. В подтверждающее исследование включили 180 пациентов с рассеянным склерозом. У всех участников исследования измеряли концентрацию N-ацетилглюкозамина, а также его стереоизомера N-ацетилгексозамина в крови с помощью тандемной масс-спектрометрии. Уровень обоих соединений у пациентов с рассеянным склерозом оказался статистически достоверно ниже, чем у здоровых добровольцев. Более того, пониженный уровень N-ацетилгексозамина коррелировал с большей степенью инвалидизированности пациента, меньшим объемом таламуса и более тонким волокнистым слоем зрительного нерва.

Новые препараты

7. Британские и латвийские ученые на страницах PNAS сообщили о разработке и тестировании in vitro нового класса противомалярийных препаратов, который блокирует выход плазмодия из эритроцитов. Выход плазмодия из эритроцита обеспечивается активностью его субтилизин-подобной протеазы SUB1. Авторы исследования разработали ингибиторы SUB1, представляющие собой пептидобороновые кислоты и эффективно подавляющие фермент при использовании в наномолярных концентрациях. Дальнейшая оптимизация структур ингибиторов позволила получить их формы, способные проходить через мембрану эритроцита и надолго задерживаться в нем. При этом ингибирование SUB1 происходит внутри клетки.

Редактирование генома

8. В последнее время активно разрабатываются системы для редактирования оснований за счет объединения систем CRISPR-Cas9 с цитидиндезаминазами. Такие системы могут превращать цитозин в тимин, однако вносят много побочных мутаций. Китайские ученые сообщили в Nature Cell Biology о создании новой точной системы редактирования оснований. Система получила название tBE (от англ. transformer base editor). Точность системы повышена за счет добавления к ней ингибитора дезоксицитидиндезаминазы, который может быть расщеплен в подходящих условиях. Изначально система неактивна за счет того, что к ней пришит ингибитор. Когда система находит последовательность-мишень, tBE перестраивается и расщепляет ингибитор, после чего производит конверсию цитозина в тимин. Систему протестировали на мышах, доставив ее в составе двойного аденоассоциированного вируса. В мышиных клетках система создала преждевременный стоп-кодон в гене Pcsk9, участвующем в гомеостазе холестерина, из-за чего уровень белка PCSK9 в плазме крови значительно упал, а общий уровень холестерина в крови снизился на 30-40%.

9. Американские ученые с помощью CRISPR-Cas9 перепрограммировали моноциты в макрофаги или дендритные клетки, о чем сообщили в статье, опубликованной в Cell Reports. Авторы работы доставили рибонуклеопротеиновый комплекс CRISPR-Cas9 в CD14⁺ моноциты, выделенные из человеческой крови, с помощью нуклеофекции, за счет чего добились эффективного нокаута ряда генов. В зависимости от генов-мишеней, моноциты превращались в макрофаги или дендритные клетки. Макрофаги, полученные таким образом, эффективно поглощали клетки возбудителя туберкулеза Mycobacterium tuberculosis, а нокаут гена SAMHD1 в 50 раз повысил заражаемость макрофагов ВИЧ. Разработанный метод быстрого и эффективного перепрограммирования миелоидных клеток может найти применение как в фундаментальной науке, так и в клинической практике.

Генная терапия

10. В The New England Journal of Medicine опубликованы результаты клинических исследований, в которых 50 детей, страдающих тяжелым комбинированным иммунодефицитом из-за недостаточной активности аденозиндезаминазы, получили лентивирусную генную ex vivo терапию. Самоинактивирующиеся лентивирусные частицы, кодирующие человеческую аденозиндезаминазу, были введены в предварительно выделенные из организма пациента CD34⁺ гемопоэтические стволовые клетки, после чего клетки были заново введены в организм. Через 24 и 36 месяцев после редактирования генома гемопоэтических клеток пациенты продемонстрировали 100-процентную выживаемость. Благодаря терапии, 48 из 50 детей, участвовавших в исследовании, были излечены. (Подробнее — на PCR.NEWS.)

Онкология

11. Ученые из США и Нидерландов с помощью GWAS и мультиомиксного анализа выявили генетические локусы, связанные с гистиоцитарной саркомой у прямошерстных ретриверов. Результаты исследования опубликованы в PLoS Genetics. Это летальное заболевание развивается у 20% прямошерстных ретриверов. Исследователи выявили два локуса, связанных с повышенным риском гистиоцитарной саркомы: один находится на пятой хромосоме, второй — на девятнадцатой. Особенно важен ген PIK3R6, локализованный на пятой хромосоме, и ген TNFAIP6 с девятнадцатой хромосомы. Вместе эти локусы объясняют примерно 35% риска развития гистиоцитарной саркомы у прямошерстных ретриверов.

12. Вещество авазопазем-марганец (avasopasem manganese) является миметиком супероксиддисмутазы и в настоящее время находится на последней стадии клинического испытания как вещество, способное снизить токсичность лучевой терапии для нормальных тканей. Однако, как сообщается в статье, опубликованной в Science Translational Medicine, это вещество может быть полезно для лечения рака и с другой точки зрения. Оказалось, что оно увеличивает чувствительность опухолевых клеток к лучевой терапии за счет генерации в них перекиси водорода, что приводит к их повреждениям, воспалению и апоптозу. Действие вещества против злокачественных клеток было подтверждено на ксенографтных опухолях у мышей, в то время как для нормальных клеток авазопазем-марганец не проявлял цитотоксических свойств.

Вакцины

13. Ученые из Исследовательского института Скриппса (США) разработали вакцину от вируса Эбола, основанную на самособирающихся наночастицах. Результаты работы опубликованы в Nature Communications. Авторы получили видоизмененный вирусный гликопротеин GPΔmuc, который образует тримеры и отличается повышенной стабильностью. Модифицированные тримеры GPΔmuc затем помещаются на белковые наночастицы, способные к самосборке. Как показали эксперименты на мышах и кроликах, и тримеры естественного гликопротеина, и наночастицы вызывают образование нейтрализующих антител вирусу Эбола. Авторы работы полагают, что предложенная ими стратегия использования стабилизированных гликопротеинов и самособирающихся наночастиц подойдет для разработки вакцин против других филовирусов.

Новости компаний.

14. Компания BostonGene, филиал которой есть и в России, вступила в коллаборацию по клиническим испытаниям с Онкологическим центром Абрамсона (Abramson Cancer Center) при Университете Пенсильвании. Первый совместный проект двух компаний будет связан с разработкой персонализованных противораковых вакцин. С помощью алгоритмов, разработанных BostonGene, партнеры планируют индентифировать опухолевые неоантигены и описать активацию иммунитета в опухоли с помощью геномных и транскриптомных данных, а также изображений. Финансовые аспекты контракта не были раскрыты.