Воскресное чтение. Обзор научной периодики за 11–17 октября

Фаговая терапия

1. Использование бактериофагов для уничтожения бактерий — альтернатива антибиотикотерапии, к которой бактерии развивают устойчивость. Обычно фаговую терапию изучают in vitro. В таких условиях бактерии взаимодействуют друг с другом и быстро приобретают устойчивость к фагам. В организме человека же, например, в капиллярах и альвеолах легких, формируется своеобразная «микросреда», в которой могут сохраняться чувствительные бактерии. Исследователи из Эксетерского университета и других научных центров Великобритании разработали способ имитации этой микросреды: устройство с десятью тысячами очень маленьких каналов, в каждый из которых помещается от 1 до 6 клеток бактерии Escherichia coli. Поперечное сечение каждого канала сравнимо с размером одиночной Е. coli (≈1 × 1 мкм²), длина канала — 25 мкм. В этих микросредах E. coli не становится генетически устойчивой к фагу, и при взаимодействии с фагом большая часть бактерий погибает.

Ученые обнаружили, что некоторые клетки E. coli могут выжить при фаговой терапии, потому что у них меньше рецепторов, распознающих фаг. Авторы отмечают, что если найдутся новые способы стимулировать синтез фаговых рецепторов в бактериях, перспективы фаговой терапии как жизнеспособной альтернативы антибиотикам улучшатся.

Питание

2. Зеленая средиземноморская диета может помочь при висцеральном ожирении и повысить чувствительность к инсулину. Ученые из Израиля и Германии провели 18-месячное клиническое исследование с участием 294 человек с абдоминальным ожирением или дислипидемией. Участники были рандомизированы в три группы, различающиеся по составу диет: диета, составленная в соответствии с рекомендациями по здоровому питанию (HDG), средиземноморская (MED) и зеленая средиземноморская (green-MED). Группа green-MED дополнительно пила зеленый чай и зеленый коктейль из растения Wolffia globosa (Mankai). Оказалось, что зеленая диета приводит к повышению уровня грелина, измеренного натощак: в группе green-MED уровень грелина был в два раза выше, в группе MED, и в восемь раз выше, чем в группе HDG. При этом ограничение калорий и потеря веса были одинаковыми во всех группах. Грелин — это гормон, стимулирующий аппетит. Он вырабатывается желудком, когда мы не едим (например, во время ночного сна), а после еды его уровень падает. Повышение уровня грелина приводит к улучшению чувствительности тканей к инсулину. Из-за этого, по мнению авторов, зеленая диета оптимизирует микробиом, уменьшает количество жира в печени и улучшает кардиометаболическое здоровье эффективнее других диет.

Косметика

3. Некоторые солнцезащитные кремы становятся неэффективными и токсичными уже через два часа пребывания на солнце. К такому выводу пришли авторы исследования, проведенного совместно учеными из Университета Лидса (Великобритания), Орегонского университета и Университета штата Орегон (США). В солнцезащитных средствах часто содержится оксид цинка (ZnO) — физический фильтр, который эффективно блокирует ультрафиолет. Сам по себе оксид цинка безопасен, но его взаимодействие с другими ингредиентами солнцезащитных кремов исследовано недостаточно. Ученые приготовили смеси UV-фильтров, изучив наиболее распространенные составы солнцезащитных средств. Эти смеси облучали имитатором солнечного излучения и выяснили, что оксид цинка вызывает фотодеградацию других поглотителей ультрафиолета. Защитные свойства кремов, особенно в области UVA, значительно снижаются. Так, за два часа под действием излучения крем, смешанный с частицами оксида цинка, стал защищать от UVA на 84,3–91,8% хуже. За это же время эффективность защиты от UVA исходного солнцезащитного крема (без оксида цинка) снизился только на 15,8%. Кроме того, крем с оксидом цинка стал токсичнее — это подтвердили на эмбрионах рыбок данио, у которых продукты фотодеградации компонентов вызвали морфологические дефекты. Это означает, что такие кремы могут вредить не только людям, но и водным экосистемам.

Оксид цинка используется не во всех кремах. Так, фильтры бисоктризол и DHHB, одобренные в Евросоюзе, демонстрируют хорошую фотостабильность, а данных о токсичных продуктах фотодеградации смесей, содержащих эти компоненты, нет. Важно иметь в виду, что оксид цинка, входящий в состав других косметических средств, может смешиваться с солнцезащитным кремом, если наносить их вместе.

Вирусные инфекции

4. Выяснили, как респираторно-синцитиальный вирус (RSV) выживает в организме. Каждый год только в США около 58 тысяч детей до 5 лет госпитализируются с RSV, при этом 100–500 инфицированных детей умирают. У тяжело переболевших детей на 30–40% чаще развиваются рецидивирующие хрипы или астма. Также ежегодно от вируса умирает около 14 тысяч пожилых людей. RSV производит неструктурный белок 1 (NS1), с которым ранее уже связывали патогенез заболевания. В новой работе исследователи из США и Германии выделили клетки из трахеобронхиального эпителия дыхательных путей человека и инфицировали их RSV. Затем с помощью разработанного ими моноклонального антитела против NS1 и флуоресцентной микроскопии они визуализировали локализацию белка. Геном вируса и другие его белки оставались в цитоплазме, тогда как NS1 проникал в ядро. По результатам ChIP-seq, в ядре NS1 связывался с белками — регуляторами транскрипции в тех областях генома клетки, где расположены гены иммунного ответа, подавляя таким образом их транскрипцию.

Стволовые клетки

5. Ящерицы могут отрастить оторванный хвост, но он уже не будет таким, как прежде: вместо первоначального хвоста с позвоночником и нервами вырастет просто хрящевая трубка. С помощью терапии стволовыми клетками ученые из США заставили гекконов Lepidodactylus lugubris отрастить идеальный хвост, со скелетной и нервной тканью на спинной (дорсальной) стороне и хрящевой тканью — на нижней (вентральной). Работа опубликована в Nature Communications. Сначала ученые проанализировали, как формируются хвосты ящериц во время регенерации по сравнению с эмбриональным развитием. В обоих случаях в процессе участвуют нервные стволовые клетки (NSC). Но во взрослом возрасте NCS производят молекулярный сигнал, который блокирует формирование скелета и нервов и стимулирует рост хряща — обе стороны хвоста получаются «вентральными», образуется хрящевая трубка. При этом даже в отсутствие вентрализующего сигнала взрослые NSC не могут генерировать новую нервную ткань для дорсальной стороны хвоста. Если же имплантировать эмбриональные NSC в поврежденный хвост взрослой ящерицы, они реагируют на сигнал вентрализации и не могут развиться в дорсальные структуры. Команда исследователей использовала CRISPR-Cas9, чтобы создать эмбриональные NSC, которые не реагируют на сигнал вентрализации. Такие клетки имплантировали в культю хвоста взрослой ящерицы, что привело к образованию в отрастающем хвосте скелетных и нервных структур с правильной дорсовентральной ориентацией.

Генетика

6. Некоторые паразитические эукариоты из группы метамонад утратили гены белков, необходимых для копирования ДНК, и используют для этого белки хозяина. Международная команда ученых провела геномный анализ и обнаружила, что у метамонады Carpediemonas membranifera, свободно живущей на дне океана, тоже нет некоторых жизненно важных генов. В частности, у нее отсутствует большая часть генов, кодирующих кинетохорные субъединицы. При этом организм все еще может размножаться. Вероятно, он использует еще не открытые или альтернативные механизмы для копирования ДНК. Авторы предложили гипотезу неканонической репликации ДНК, опосредованной гибридами РНК:ДНК. В теории это возможно, но практического подтверждения пока не существует.

Авторы надеются, что для выяснения механизмов размножения Carpediemonas membranifera и лежащих в основе генов они смогут использовать программу AlphaFold. Эта программа предсказывает 3D-структуру белков на основе генетической последовательности.

7. Ученые определили ген, стоящий за GIP-зависимой первичной двусторонней макронодулярной гиперплазией надпочечников с синдромом Кушинга. Синдром Кушинга вызван избыточным производством кортизола надпочечниками. Чрезмерный уровень этого гормона в организме приводит к гипертонии, увеличению веса, сердечным осложнениям и депрессии. GIP — это глюкозозависимый инсулинотропный пептид, который вырабатывается в слизистой оболочке кишечника в ответ на прием пищи. Исследователи проанализировали образцы крови и надпочечников от 17 пациентов, которым удалили один или оба надпочечника в связи с этим заболеванием. У всех пациентов определялись мутации в гене KDM1A, при этом в образцах наблюдалась апрегуляция экспрессии рецептора GIP. В экспериментах in vitro фармакологическое ингибирование и инактивация KDM1A с помощью CRISPR-Cas9 также привели к повышению экспрессии рецептора GIP как на уровне транскриптов, так и на уровне белка в клетках надпочечника человека.

Грибы, водоросли и цианобактерии

8. Обнаружили новые функции грибковых клеток Хюлле. Грибы не могут убежать от хищников, поэтому развивают другие стратегии защиты. Например, продуцируют химические вещества, которые опасны для потенциальных врагов или просто неприятны им. В новой статье немецкие ученые рассказывают о том, что такие вещества производят клетки Хюлле грибка Aspergillus nidulans для защиты репродуктивных и зимующих структур от грибоядных животных. Было известно, что в геноме A. nidulans закодированы пути биосинтеза ксантонов. Ученые показали, что ферменты и метаболиты этих путей накапливаются в клетках Хюлле. В экспериментах с генноинженерными штаммами A. nidulans они обнаружили, что в отсутствии ксантонов нарушается образование плодовых тел из-за накопления антрахинонов. При этом сами ксантоны не нужны для полового размножения. Когда ученые предоставили грибоядным членистоногим (в т. ч. мокрицам) доступ к различным штаммом грибка, они увидели, что животные избегают поедания репродуктивных частей грибка, производящего ксантоны. При этом ксантоны не были токсичными для членистоногих, они лишь делали гриб и его репродуктивные части непривлекательными.

9. В природе микроскопические фотосинтезирующие организмы живут в губках, кораллах и анемонах, обеспечивая их кислородом и питательными веществами. Авторы статьи, опубликованной в iScience, решили проверить, сможет ли фотосинтез обеспечить кислородом мозг позвоночных. Они вводили зеленые микроводоросли (Chlamydomonas renhardtii) или цианобактерии (Synechocystis) в сердца головастиков шпорцевой лягушки (Xenopus laevis). По кровеносным сосудам микроорганизмы достигли мозга, придавая головастикам ярко-зеленый цвет. Затем ученые изготовили полуинтактные препараты головастиков X. laevis, которые поместили в кислородную пузырьковую ванну с необходимыми питательными веществами, чтобы мозг продолжал работать. Когда исследователи светили на препараты, концентрация O2 в мозге вырастала и оставалась повышенной до выключения света. Обеднение среды кислородом полностью прекращало активность нейронов. Но фотосинтетический O2 восстанавливал ее за 15–20 минут.

По мнению авторов, их открытия могут однажды лечь в основу новых методов лечения инсультов и других гипоксических состояний. Но до этого еще далеко — сначала нужно проверить, смогут ли микроводоросли и цианобактерии жить и производить кислород внутри живых головастиков, не вызывая иммунного ответа.

Психиатрия и неврология

10. Окситоцин иногда применяется при расстройствах аутистического спектра (РАС) у детей, но обоснованность этого метода неясна. Согласно нескольким исследованиям терапия окситоцином улучшает социальные и когнитивные функции у детей с аутизмом, но другие исследования не выявили никакой пользы. В новой работе американские ученые доказали, что окситоцин неэффективен для лечения аутизма. В медицинском центре Университета Дьюка провели плацебо-контролируемое исследование интраназальной окситоциновой терапии с участием 290 детей и подростков в возрасте от 3 до 17 лет. Испытуемых случайным образом распределили в группы окситоцина или плацебо. Назальный окситоциновый спрей вводили ежедневно в течение 24 недель. Хотя окситоцин оказался безопасен, значимых различий между группами по показателям социальных или когнитивных функций исследователи не выявили.

11. С помощью функциональной магнитно-резонансной томографии исследовали мозговой «шум» — моментальные колебания мозговой активности. Ученые выяснили, что этот шум может точно предсказать, поможет ли людям с социальным тревожным расстройством когнитивно-поведенческая терапия (КПТ). В исследовании, опубликованном в Biological Psychiatry, приняли участие 45 пациентов с социальным тревожным расстройством. Авторы наблюдали за их мозгом во время пассивного отдыха и эксперимента, во время которого им показывали злые или радостные лица других людей. Эксперимент повторили дважды с интервалом в 11 недель и зафиксировали колебания сигнала фМРТ. Затем пациенты прошли 9-недельную когнитивно-поведенческую онлайн-терапию. Оказалось, что колебания мозговой активности, измеренные во время показа фотографий людей, надежно предсказывают результат лечения. В частности, чем ниже была вариабельность сигнала в правой зрительной коре и чем выше — в передней поясной извилине, медиальной префронтальной коре и височной коре, тем значительнее снизились симптомы социальной тревожности у пациентов после КПТ.

Болезнь Альцгеймера

12. В крови обнаружили маркеры, сигнализирующие о будущей возрастной нейродегенерации. Ранняя диагностика нейродегенеративных заболеваний очень важна, так как на момент проявления симптомов слабоумия мозг уже сильно поврежден. Ученые из Германии выявили три микроРНК, miR-181a, miR-148a и miR146a, уровни которых были связаны с когнитивной функцией. Они проанализировали данные о биомаркерах крови молодых людей с нормальными когнитивными способностями и пожилых людей с легкими когнитивными нарушениями (MCI). Чтобы получить образцы от здоровых людей, ученые сотрудничали с больницей Мюнхенского университета. Данные пациентов с MCI получены из многолетнего исследования Немецкого центра нейродегенеративных заболеваний (DZNE). Оказалось, что чем ниже уровень этих микроРНК в крови, тем лучше здоровые испытуемые проходят когнитивные тесты. При этом у пациентов с MCI повышенный уровень трех микроРНК был связан с развитием болезни Альцгеймера в течение двух лет.

В экспериментах на мышиной модели ученые определяли микроРНК не только в крови, но и в мозгу. Концентрация трех микроРНК была выше в мозге стареющих мышей с когнитивными нарушениями, чем в мозге когнитивно здоровых мышей. Введение молекул, имитирующих эти микроРНК в нейроны гиппокампа и микроглию изменяло экспрессию генов, связанных с нейропластичностью, обучением и памятью. Кроме того, нарушилась синаптическая и нейронная активность. Ингибиторы микроРНК частично восстанавливали экспрессию генов в мозге мышей. Таким образом, описанные микроРНК могут стать терапетической мишенью при деменции.

Новости бизнеса

13. На этой неделе Merck Global Health Innovation Fund объявил о вложении $5 млн. в Octave Bioscience для поддержки разработки платформы Octave по управлению уходом за пациентами с рассеянным склерозом и другими нейродегенеративными заболеваниями. Платформа измеряет биомаркеры крови пациента для количественной и объективной оценки воспаления и иммунной модуляции; улучшает изображение МРТ и оптимизирует его интерпретацию; и отслеживает симптомы в режиме реального времени с помощью мобильных датчиков и устройств. Всю эту информацию с платформы смогут получать врачи, сами пациенты и те, кто за ними ухаживает.

14. Caris Life Sciences и фармацевтическая компания Ono Pharmaceutical вступили в стратегическое сотрудничество, чтобы использовать технологии молекулярного профилирования Caris для разработки лекарств от рака. Caris предоставит технологии секвенирования, включая анализ жидкой биопсии, который может обнаружить 22 000 генов.