Воскресное чтение. Обзор научной периодики за 15–21 апреля

Диагностика

1. Описан новый метод секвенирования РНК — быстрый и дешевый. Одной из основных проблем при секвенировании РНК является правильная подготовка геномной библиотеки — всех полученных кДНК. Для того чтобы различать кДНК, используется так называемый баркодинг — процесс навешивания коротких фрагментов на один из концов кДНК. Именно модификация этого процесса, а также изменение его позиции в порядке действий при секвенировании позволили уменьшить стоимость в 25 раз по сравнению с некоторыми аналогами. При этом точность метода не отличается даже от лучших коммерческих решений. Кроме того, разработчики утверждают, что новый метод секвенирования очень быстр: анализ 192 образцов можно сделать за один день, а сам процесс занимает всего два часа.
2. Получен профиль немелкоклеточного рака легких. К этому типу относится примерно три четверти случаев рака легких. Команда ученых из Китая использовала экзомное и РНК-секвенирование, иммуноокрашивание по белку PD-L1, анализ числа копий и другие методы для получения профиля на основе опухолей 245 человек. Опухоли принадлежали двум группам: у 131 пациента была аденокарцинома, а у 114 развилась эпидермоидная карцинома. Ученые отметили, что 64% пациентов с аденокарциномой и 97% с эпидермоидной карциномой курили. Было найдено много характерных мутаций или генетических аберраций, таких как потеря восьмой хромосомы. Потеря функции фосфатазы PTEN и рост функции белка PIK3CA приводят к подавлению иммунной активности в этих опухолях, в то время как мутации белка KRAS увеличивают количество лимфоцитов в опухолях. Эти факторы соответственно уменьшали и увеличивали продолжительность жизни пациентов.
3. Разработана методика оценки полигенных факторов риска заболеть ожирением. Проблема ожирения стоит очень остро во многих странах, в США от него страдают 40% взрослого населения. Ученые искали ассоциированные с ожирением варианты генов среди 2,1 миллиона вариантов для 119 951 человека. Лучший из пяти разработанных полигенных факторов риска затем был опробован на отдельной группе из 288 016 человек. Разница в средней массе между верхними и нижними 10% по результатам теста составила 13,1 кг, а индекс массы тела различался на 4,8. Средний вес новорожденных почти не отличался в верхних и нижних 10%, но уже к 8 годам разница составила 3,6 кг, а к 18-и достигла 12,2 кг. Исследователи также проследили за жизнью 3772 здоровых людей: из нижних 10% лишь у 1,3% развилось ожирение, в то время как у верхних 10% ожирение развилось у 15,6%. Кроме того, высокий фактор риска оказался ассоциирован с шестью другими заболеваниями, включая диабет, и ростом общей смертности на 19%.
4. Разработан быстрый способ тестирования генно-модифицированных бактерий. Модифицированные бактерии являются перспективными агентами для борьбы с раком и инфекционными заболеваниями, так как имеют сложные системы распознавания своего окружения и многие проникают и накапливаются в опухолях. Генная инженерия дала ученым возможность быстро создавать новые бактерии, но их испытания занимают многие месяцы. Эту проблему решает новый метод — для испытаний используется плашка, в каждую лунку которой помещен сфероид из опухолевых клеток. Для демонстрации авторы метода нашли лучшую бактерию из множества кандидатов, подавляющую колоректальный рак. Ею оказалась бактерия Salmonella typhimurium с геном тета-токсина. В дальнейшем разработчики планируют адаптировать метод для поиска терапии инфекционных заболеваний и болезней ЖКТ.

Медицина

5. Устойчивость к медикаментам бактерий, селящихся в легких больных муковисцидозом, связана с филаментными вирусами, паразитирующими на них. Анализ бактерий Pseudomonas aeruginosa у 110 пациентов показал, что заражение бактерий филаментными фагами коррелирует с их устойчивостью к лекарствам. Фаг Pf уже связывался с повышенной вирулентностью Pseudomonas aeruginosa у животных, теперь исследование показало это и на людях. Фаговая инфекция развивается почти в 45% случаев и встречается чаще у старых больных. Возможно, устойчивость связана с тем, что фаг ускоряет возникновение биопленок и способствует развитию хронической инфекции. Так как антибиотики являются одним из основных средств борьбы с муковисцидозом, это исследование идентифицирует одно из главных препятствий в лечении.
6. Найдена мутация, отвечающая за неправильное развитие поджелудочной железы. Анализ 100 пациентов с дефектами развития поджелудочной железы выявил 9 человек, не несущих ни одну из прежде известных мутаций, вызывающих эту аномалию. Среди них трое оказались носителями мутации в гене репрессора транскрипции CNOT1. Кроме проблем с поджелудочной железой у них наблюдалась голопрозэнцефалия (нерасщепление полушарий переднего мозга). Ученые внесли соответствующую мутацию в геном мышей, и полученные результаты подтвердили, что именно мутации в гене СNOT1 приводят к наблюдаемым симптомам. Возможно, CNOT1 играет важную роль в поддержании плюрипотентности стволовых клеток, что, вероятно, и привело к отклонениям в развитии пациентов с мутациями.
7. Белок LIF может стать ключом к лечению рака поджелудочной железы. Рак поджелудочной железы часто протекает без симптомов, из-за чего лечение начинается лишь после метастазирования. Опухоль поджелудочной железы покрывается белковой оболочкой, которая защищает ее от многих противораковых препаратов. Ученые показали, что эту оболочку синтезируют звездчатые клетки поджелудочной железы. Эти же клетки вырабатывают белок LIF, стимулирующий развитие раковых клеток. Такой «нечестивый союз» периодически становится причиной рака, так как взаимодействие между некогда здоровыми клетками помогает им выживать и в перерожденном виде. Блокирование или уничтожение LIF действительно замедлило рост опухолей, а также увеличило их восприимчивость к лекарствам от рака. Кроме того, у пациентов с раком поджелудочной железы концентрация LIF в крови заметно выше, что может служить надежным маркером для диагностики этого типа рака. Антитела к LIF сейчас проходят клинические испытания.
8. CRISPR-Cas может приводить к заменам оснований в РНК по всему транскриптому. Использование системы CRISPR-Cas для замены нуклеотидов все более популярно. Одна из самых распространенных версий этой системы, редактор цитозина, включает фермент rAPOBEC1, который дезаминирует цитозин в месте, указанном РНК-гидом. Оказалось, что помимо целевого изменения rAPOBEC1 также проводит массовую замену цитозина на урацил в транскриптоме, которая затрагивает до 58% транскриптов. Замены приводят к образованию миссенс- и нонсенс-мутаций, сайтов сплайсинга и изменению 3′ и 5′-некодирующих регионов. На основе известных мутантных версий rAPOBEC1 исследователи создали два варианта этого белка с РНК-редактирующей активностью, уменьшенной в 390 и 3800 раз, и целевой активностью на прежнем уровне. Нецелевые изменения являются важным фактором для терапевтического использования геномного редактирования.

Нейробиология

9. Мозг свиньи показал активность через четыре часа после обезглавливания. Эксперимент, ставящий под вопрос само определение смерти, был проведен на 32 забитых на мясо свиньях. Их мозги были вынуты из черепов и оборудованы катетером для прокачивания жидкости, содержащей кислород и питательные вещества. Жидкость, которую начали подавать через четыре часа после смерти животных, также содержала вещество, не позволявшее нейронам подавать сигналы. Несмотря на это, мозги начали проявлять электрическую активность — ученые были готовы усыпить их в случае подозрения на восстановление сознания. Нейроны нормально потребляли и метаболизировали питательные вещества, иммунная система мозга продолжала работу. Искусственная стимуляция нейронов также подтвердила, что они сохранили способность передавать сигналы. Однако нейронная активность оставалась хаотичной, что свидетельствует об отсутствии функциональности мозга. Мозги сохраняли активность до 36 часов. Эксперимент вызвал немало вопросов, как с точки зрения биоэтики, так и с точки зрения клинической медицины — верно ли текущее определение смерти?
10. Низкочастотный ультразвук влияет на процесс принятия решений. Такую технологию использовали ученые, занимающиеся «антифактическим мышлением» — мыслями о том, что точно не существует в данный момент. В эксперименте ученые давали четырем макакам разные продукты на выбор. После того как обезьяны понимали, какой продукт самый вкусный, им переставали предлагать его. В норме макаки запоминали, что им понравилось больше всего, и когда этот продукт вновь попадал в ассортимент, выбирали его. Однако обработка поясной коры ультразвуком низкой интенсивности привела к ингибированию этого региона, и макаки перестали соотносить вкус отсутствующего лакомства и имеющихся. Они стали выбирать второй по вкусности продукт (который всегда был доступен), даже когда лучший возвращался в меню. Таким образом, исследование показало как связь поясной коры с антифактическим мышлением, так и потенциал ультразвука для модуляции активности мозга, что может оказаться полезно для терапии многих заболеваний нервной системы.

Новые лекарства

11. Разработан новый антибиотик широкого спектра применения — с мышьяком. Арсинотрицин (AST), мышьяксодержащий аналог глутамата, был обнаружен как продукт почвенных бактерий. Это единственный естественный мышьяксодержащий антибиотик. По словам авторов работы, антибиотик не убивает клетки человека. Хотя мышьяк ядовит и канцерогенен, его соединения признаны достаточно безопасными для использования в лечении как инфекционных, так и раковых заболеваний. Новое соединение уже показало эффективность против некоторых печально известных своей устойчивостью бактерий в предварительных тестах. Однако доведение арсинотрицина до коммерчески доступного препарата займет еще немало времени.
12. Эмпаглифлозин, препарат против диабета, помогает при сердечной недостаточности и в отсутствие диабета. Этот препарат был зарегистрирован еще в 2014 году, и принимавшие его пациенты не страдали от сердечной недостаточности, частой у диабетиков 2-го типа. Это побудило ученых исследовать ответственный за феномен механизм. Эмпаглифлозин улучшил сердечную активность как у здоровых свиней, так и у свиней с индуцированной сердечной недостаточностью. Их левые желудочки были менее гипертрофированы, но при этом сжимались сильнее. Изменился и метаболизм: сердце потребляло больше жиров и кетоновых тел и меньше глюкозы, в то время как при сердечной недостаточности сердце в основном потребляет глюкозу, что уменьшает количество вырабатываемой энергии. Сейчас эмпаглифлозин проходит клинические испытания. В случае успеха это будет единственный за 20 лет новый препарат от сердечной недостаточности.
13. Антитело, блокирующее сайт связывания ВИЧ, понижает уровень вируса на протяжении 4 месяцев. 29 добровольцев получали разные дозы нового антитела UB-421 в течение 8 или 16 недель. Все, кроме одного, показали пониженный уровень ВИЧ. Предыдущие попытки использования антител против самого вируса переставали понижать уровень уже через две недели, так как вирус быстро вырабатывал устойчивый штамм. В данном случае устойчивый штамм не появился, как это и ожидалось. Кроме того, антитела оказались безопасны, что важно для антител к белкам человека. Сейчас планируются испытания нового антитела против плацебо для подтверждения эффективности.

Эпидемиология

14. Вакцина против пневмококков резко уменьшила заболеваемость в Кении, даже среди невакцинированных детей. Вакцину PCV10, вводящуюся на шестой, десятой и четырнадцатой неделе жизни, начали использовать в 2011 году, и ее эффект оказался крайне велик: анализ показывает, что заболеваемость детей младше 5 лет упала на 92% по сравнению с периодом от 1999 до 2010 года. Кроме того, заболеваемость невакцинированных детей в возрасте от 5 до 14 лет упала на 74%, а людей старше 15 — на 81%. Это говорит об удивительно большом росте коллективного иммунитета: уменьшение количества потенциальных носителей приводит к тому, что заболеванию трудно распространяться. Ученые отмечают, что не включенные в вакцину пневмококки не заместили включенных, что также подтверждает успешность принятых мер. Однако количество носителей заболевания все еще заметно больше, чем в развитых странах.
15. Вспышки кори уносят жизни там, где раньше болезнь была искоренена. Корь крайне заразна; распространяющееся воздушно-капельным путем вирусное заболевание не очень опасно для взрослых, но у детей и людей с ослабленным иммунитетом может приводить к летальному исходу. Около 100 000 человек ежегодно продолжают погибать от кори. Основным способом борьбы с болезнью стала чрезвычайно эффективная и безопасная вакцинация. Многие страны объявляли об искоренении кори на своей территории, но путешественники периодически приносили болезнь из других стран, что приводило к короткоживущим вспышкам. Однако сейчас рост заболеваемости не ограничен отдельными инцидентами. С 2016 по 2018 год в Европе количество заболевших корью выросло в 15 раз, ученые подозревают, что в некоторых европейских странах вирус вновь стал эндемиком. Из-за высокой заразности для предотвращения распространения вируса требуется уровень вакцинации в 93–95%, а это означает, что даже небольшой процент непривитых может привести к возвращению кори. В связи с этим ВОЗ включила антипрививочное движение в список 10 главных угроз для здоровья. Если процент вакцинированных продолжит падать, последствия для человечества могут быть крайне серьезными.