Вычисление браконьеров по геномам бивней и многое другое

Нейродегенеративные заболевания

1. Нейробиологи из США выяснили, что мутация P522R в гене PLCG2 снижает риск развития болезни Альцгеймера. PLCG2 — это компонент сигнального пути TREM2, изменения в котором повышают риск болезни Альцгеймера, и оба этих гена экспрессируются в микроглие. PLCG2 принадлежит к семейству фосфолипаз, и было показано, что вариант P522R увеличивает активность фермента. В конечном итоге эта мутация повышает концентрацию кальция в микроглиальной клетке, активирует фагоцитоз, хемотаксис и индуцирует экспрессию некоторых генов. Ученые использовали индуцированные плюрипотентные стволовые клетки человека, из которых получали микроглию для трансплантации мышам дикого типа и мышам с предрасположенностью к болезни Альцгеймера. Далее они секвенировали общую РНК и РНК единичных клеток, а также провели гистологический анализ. Вариант PLCG2-P522R в микроглие значительно увеличил экспрессию человеческого лейкоцитарного антигена (HLA), а также многих генов индукции презентации антигена, передачи сигналов хемокинов и путей пролиферации Т-клеток, экспрессия которых снижена при болезни Альцгеймера. Следующим шагом исследования может стать поиск препаратов, которые повышают активность фермента PLCG2 и стимулируют защитные функции микроглии.

2. Международная группа ученых в течение нескольких лет собирала образцы биопсии слизистой носа у здоровых людей и пациентов с болезнью Альцгеймера и провела секвенирование РНК единичных клеток из этих образцов. Выяснилось, что при болезни Альцгеймера в нейронах обонятельного эпителия увеличивается секреция бета-амилоида, а также изменяется экспрессия 240 генов, связанных с заболеванием. Кроме того, изменения экспрессии митохондриальных генов в клетках обонятельного эпителия у пациентов были подтверждены функциональными анализами. Авторы продемонстрировали изменение митохондриального дыхания и снижение выработки АТФ. Результаты продемонстрировали важность получения транскриптомных данных на уровне единичных клеток для исследования молекулярных и клеточных механизмов болезни Альцгеймера.

Технологии секвенирования

3. РНК-секвенирование на уровне единичных клеток имеет некоторые ограничения. Так, для создания библиотеки требуется от тысячи клеток, что затрудняет исследование небольших организмов и гистологических препаратов. Ученые из Лозанны придумали элегантный способ обойти это ограничение и разработали DisCo — «детерминированную систему капельного захвата мРНК и совместной инкапсуляции клеток». Этой системе требуется менее 500 клеток. В основе ее работы лежит алгоритм компьютерного зрения для активного обнаружения клеток, их захвата и заключения в капли масла, в которых содержатся шарики с адаптерами. Система отличается высокой эффективностью захвата (более 70%) и пропускной способностью до 350 клеток в час. Для демонстрации принципа работы метода авторы статьи проанализировали кишечные органоиды на разных стадиях развития. Они обнаружили ранее неописанные скопления специфических типов клеток, а также стволовых клеток.

Генетика

4. Исследователи и правоохранительные органы США используют генетический анализ для выявления преступных сетей торговцев слоновой костью. Ученые проанализировали бивни 4320 саванных (Loxodonta africana) и лесных слонов (L. cyclotis), которые были изъяты у браконьеров в период с 2002 по 2019 год в ходе 49 различных правоохранительных операций. Африканский саванный слон находится под угрозой исчезновения, а африканский лесной слон признан исчезающим видом. Ранее ученые составили генетическое древо африканских слонов, собрав и проанализировав их фекалии. Это древо использовалось для определения того, к какой популяции слонов принадлежит каждый бивень. Оказалось, что бивни одного и того же слона иногда попадали в разные поставки, и эта информация использовалась для определения портов, в которых работали браконьеры. В своей новой работе исследователи расширили генетический анализ, чтобы изучить семейные отношения между животными.

5. Секвенирование экзома помогло выявить гены, ответственные за возникновение тяжелой формы мужского бесплодия, называемой необструктивной азооспермией. При этой форме бесплодия эякулят мужчины не содержит сперматозоидов. Было проведено секвенирование экзомов 96 человек с необструктивной азооспермией, у которых обычные генетические тесты не нашли причину заболевания. Дефект, являющийся причиной заболевания, был выявлен в 16 генах у 22 человек (23%). Шесть найденных генов ранее не были описаны у человека (DDX25, HENMT1, MCMDC2, MSH5, REC8, TDRKH), а десять остальных уже были известны (C14orf39, DMC1, FANCM, GCNA, HFM1, MCM8, MEIOB, PDHA2, TDRD9, TERB1). У семи человек мутации были в генах путей репарации ДНК, у трех — в генах постмейотического созревания, и у 12 — в генах, контролирующих мейоз. Некоторые из de novo идентифицированных мутаций связаны с бесплодием у женщин и у мышиных моделей. Исследователи надеются, что полученные данные могут быть использованы для диагностики и лечения необструктивной азооспермии.

Нейробиология

6. Ученые из МТИ и коллабораторы составили транскриптомный атлас клеток сосудов мозга здоровых и больных людей различного возраста. Несмотря на то, что эти клетки составляют всего 0,3% всех клеток мозга, они образуют гематоэнцефалический барьер, который в норме предотвращает проникновение патогенов и токсинов из крови в мозг, при этом пропуская питательные вещества и сигнальные молекулы. Исследование проводили на 100 посмертных фиксированных образцах ткани головного мозга человека и 17 образцах живой ткани головного мозга, удаленной во время операции для лечения эпилепсии. Ученые секвенировали РНК из более чем 16 000 цереброваскулярных клеток и классифицировали их на 11 различных подтипов. При сравнении тканей здоровых людей и людей с болезнью Гентингтона они также обнаружили, что в клетках пациентов наблюдается снижение экспрессии гена MFSD2A, ключевого переносчика липидов через гематоэнцефалический барьер. Потеря этого переносчика может способствовать увеличению проницаемости барьера и ухудшению течения заболевания.

Инфекционные заболевания

7. Введение гемопоэтических стволовых клеток мышам увеличило их выживаемость при сепсисе, вызванном заражением стафилококком. Ученые начали с исследований последствий сепсиса у мышей после заражения бактерией Streptococcus pyogenes. Они наблюдали резкое снижение количества гемопоэтических стволовых клеток (HSPC, ГСК) в костном мозге животных. Далее ученые переливали мышам с сепсисом суспензию здоровых новых HSPC примерно через 24 часа после заражения. Лечение увеличило выживаемость животных на 50–60% по сравнению с контрольной группой. Инфузия HSPC не уменьшала количество бактерий, но она способствовала увеличению популяции иммунных клеток мышей, подавляющих воспаление. Эти данные говорят о том, что HSPC играют важную иммуномодулирующую роль, и это уже может привести к новым терапевтическим стратегиям при сепсисе.

Онкология

8. Исследователи из Испании разработали платформу METPlatform для скрининга препаратов против метастазов в головном мозге на органотипических культурах. Около четверти больных раком подвержены риску метастазирования опухоли в головной мозг. Специфической терапии для этого типа метастазирования не существует, так что вероятность этого осложнения является серьезной и растущей проблемой общественного здравоохранения. Для применения платформы необходимо сначала создать органотипические культуры: как только образцы ткани головного мозга, пораженной метастазами, получены из больниц, они специфическим образом обрабатываются, что позволяет культивировать их в лабораторных условиях. Далее к этим культурам применяется скрининговая платформа METPlatform, которая одновременно анализирует воздействие сотен соединений на опухоль. Этот метод скрининга очень прост и легко применим в лаборатории и не требует сложных технологий: результаты можно получить уже через семь дней. В ходе применения платформы исследователи уже обнаружили несколько перспективных препаратов против метастазов в головном мозге. Среди них есть ингибиторы HSP90, которые уже были испытаны на различных типах опухолей, но никогда — на метастатических опухолях мозга.

Трансплантология

9. С помощью двух ферментов ученые из Канады научились превращать донорские легкие с группой крови А в донорские легкие с группой крови O ex vivo. В эксперименте впервые использовалась система Ex Vivo Lung Perfusion (EVLP), которая перфузирует питательные жидкости через донорские органы, позволяя им нагреваться до температуры тела. Человеческие легкие от доноров с группой крови А были помещены в контур EVLP. Одно легкое обрабатывали ферментами FpGalNAc-деацетилазой и Fp-галактозаминидазой для очистки поверхности органа от антигенов, а другое легкое того же донора оставалось необработанным. Затем исследователи проверили эффективность процедуры, добавив кровь группы О (с высокими концентрациями анти-А-антител) в контур, чтобы имитировать трансплантат, несовместимый по группе крови. Обработка донорских легких ферментами минимизировала связывание антител, отложение белков системы комплемента и опосредованное антителами повреждение по сравнению с контрольными легкими. Результаты показывают, что использование ферментов для превращения любых донорских легких в легкие с универсальной группой крови может быть достигнуто с помощью системы EVLP.

Метилирование ДНК

10. При помощи бисульфитного секвенирования ученые из Университета Калифорнии проанализировали метилом плаценты и обнаружили новые биомаркеры предрасположенности к расстройствам аутистического спектра (РАС). Обнаружение генетических факторов риска развития РАС осложнено взаимодействием генома и среды во время перинатального периода развития. Эпигенетические модификации, такие как метилирование ДНК, отражают молекулярную память о внутриутробных событиях при развитии плода. Исследователи проанализировали 92 образца плаценты, отобранные при родах детей, из которых у 46 развились РАС, а у 46 — нет. Ученые обнаружили ранее не охарактеризованный ген риска LOC105373085, переименованный впоследствии в NHIP. Из 134 дифференциально метилированных областей, ассоциированных с РАС, кластер 22q13.33 соответствует гипометилированному блоку размером 118 т.п.н. В этом локусе NHIP функционально характеризуется как транскрипт, кодирующий ядерный пептид с высоким уровнем экспрессии в головном мозге. Оверэкспрессия NHIP увеличивает клеточную пролиферацию и изменяет экспрессию других генов, про которые уже известно, что они влияют на развитие РАС.

Старение

11. Используя данные UK Biobank, ученые связали длину теломер лейкоцитов с возрастом, полом и этническим происхождением. Теломеры укорачиваются при каждом клеточном делении, поэтому считается, что их длина отражает клеточный возраст и может даже быть биомаркером биологического возраста. Используя данные 474 074 человек из UK Biobank, авторы статьи в Nature Ageing подтвердили известные данные о том, что пожилой возраст и принадлежность к мужскому полу связаны с более короткими теломерами. Кроме того, они отметили связь между этническим происхождением и возрастом отца при рождении и длиной теломер лейкоцитов, а также определили индивидуальную изменчивость длины теломер в течение пяти лет.

Популяционная генетика

12. Исследователи обнаружили следы индийского генетического происхождения у населения современного Таиланда. В первом тысячелетии нашей эры индийская культура повлияла на создание государств в Юго-Восточной Азии, и доказательства этого влияния по-прежнему отражаются в геноме жителей Таиланда. Международная команда исследователей проанализировала SNP десяти отдельных этнических групп Таиланда. Анализ показал, что многие группы обладают не только историческими связями с Индией, но и генетически связаны с бенгальским населением. Некоторые изолированные юго-восточные азиатские группы, тем временем, не имели никаких признаков генетического наследия из Южной Азии.

Молекулярная диагностика

13. Биофармацевтическая компания Zogenix объявила о спонсировании бесплатной программы генетического тестирования для диагностики митохондриальных заболеваний в США. Экспериментальный проект призван помочь любому пациенту бесплатно провести диагностику подозреваемого митохондриального заболевания. Участие в программе должно быть инициировано пациентами: они заполнят онлайн-анкету с симптомами, и пациенту отправится домашний набор для тестирования образца слюны. Zogenix заинтересована в изучении митохондриальных заболеваний, так как в настоящее время испытывает MT1621, препарат для терапии поздней стадии дефицита тимидинкиназы 2. Компания также недавно стала партнером Invitae в рамках своей бесплатной программы генетического тестирования на миодистрофию Дюшенна. 

14. FDA объявило о том, что компания Base10 Genetics отзывает свои наборы для сбора образцов для тестирования на вирусные инфекции RNAstill MTM. Набор предназначен для сбора, транспортировки, инактивации, стабилизации и долгосрочного хранения мазков из носоглотки или ротоглотки для тестирования на патогены, в том числе на SARS-CoV-2, вирус гриппа и бактериальные инфекции. Наборы Base10 были произведены без надлежащей премаркировки от FDA, так как не хватает данных о том, насколько хорошо продукт инактивирует и стабилизирует вирусы при транспортировке и хранении. Если мазки хранятся неправильно, это может привести к ложноотрицательным результатам или к распространению вируса в диагностической лаборатории. Наборы были доставлены в учреждения, где сотрудники не были обучены работе с транспортной средой набора, которая содержит опасные химические вещества. Компания и агентство рекомендуют прекратить использование продукта и возвратить неиспользованные наборы.