Воскресное чтение. Обзор научной периодики за 15–21 июня (без коронавируса)

Онкология

1. Найден новый эффективный способ отслеживать движение одиночных клеток (например, метастаз) по живому организму. Основа современных методов прижизненной молекулярной визуализации — введение в организм контрастных соединений и наблюдение за их передвижением с помощью различных видов томографии. Однако, поскольку контрастные агенты распространяются неравномерно и могут незапланированно покидать клетки-мишени, с помощью этого способа трудно провести точную оценку распределения клеток. В работе, опубликованной на этой неделе в Nature, эта проблема устранена. По новой методике в организм (пока всего лишь в организм иммунодефицитной мыши) вводятся одиночные клетки рака молочной железы человека, насыщенные мезопористыми наночастицами кремнезема. Движение этих клеток по организму мыши прослеживают с помощью позитронной эмиссионной томографии, потому что в наночастицах сконцентрирован радиоактивный изотоп галлия ⁶⁸Ga.

2. Разработана персонализированная платформа для мониторинга циркуляции опухолевой ДНК в крови. В основе процесса лежит секвенирование ДНК, что значительно повышает чувствительность тестов за счет использования данных о нормальном и опухолевом геноме конкретного пациента. Эту платформу проверили на 176 образцах плазмы 105 пациентов с различными видами рака, и оказалось, что она способна обнаружить одну мутантную молекулу ДНК на сто тысяч нормальных. Такая чувствительность особенно важна для пациентов с маленькими или остаточными опухолями; в плазме 8 из 20 пациентов, у которых удаляли меланому, были обнаружены следы опухолевой ДНК, говорящие о рецидиве. Новый тест более эффективный и менее инвазивный, чем все его предшественники, однако требует дальнейшего изучения и доработки.

3. В Science опубликовали статью, посвященную относительно быстрому, несложному и нетоксичному методу изготовления персонализированных противоопухолевых вакцин. Чтобы предотвратить рецидив рака, мертвые опухолевые клетки пациента иммобилизуют на гидрогелевом матриксе в том месте, откуда удалили опухоль. Тогда организм генерирует сильный локальный иммунный ответ, способный помешать повторному развитию случаев рака кожи и кишечника. Для лучшего результата клетки покрывают составом, который активируется ближним инфракрасным светом и усиливает противоопухолевый иммунитет. Эксперименты проводили на мышиной модели.

4. Исследователи из Университета Британской Колумбии разработали тест для выявления одного из самых опасных типов рака яичников. Он называется PrOTYPE (Predictor of high-grade serous Ovarian carcinoma molecular subTYPE) и позволяет с 95-процентной точностью определить подтип высокодифференцированной серозной карциномы яичника, имея лишь маленький образец опухолевой ткани. Проанализировав 1650 опухолей, ученые выбрали 55 генов, по экспрессии которых можно определить тип заболевания.

Геномика и протеомика

5. Исследователи изучили десятки древних и современных вирусных геномов и выяснили, что вирусы кори и чумы крупного рогатого скота разошлись на филогенетическом древе приблизительно в 6 веке до н.э., то есть на 1400 лет раньше, чем до сих пор было принято считать. Геном вируса кори реконструировали из образца легких человека, погибшего от этого заболевания в 1912 году, сравнили с образцом 1960 года и со 127 современными. Все вышеперечисленные геномы сопоставили с геномами вируса чумы рогатого скота и вируса PPRV, который также поражает рогатый скот. С помощью метода молекулярных часов им удалось установить, что вирус скота переселился к человеку и изменил направление эволюции в период от 1174 до 165 года до н.э. Эта информация подтверждает теорию о том, что корь появилась вместе с крупными городскими центрами Евразии и Юго-Восточной Азии.

6. Протеомы сотни организмов из широкого набора таксономических категорий изучили европейские исследователи. Обнаруженные белки они сопоставили с данными базы TrEMBL. В работе был использован недавно разработанный метод хроматографии на чипе и глубокое машинное обучение. Чтобы получить максимальное разнообразие белков, в ходе исследования изучили 19 видов архей, 49 бактерий, 14 вирусов и 32 эукариотических организма. Всего идентифицировали более 340000 белков. Полученные данные помогут сравнивать эволюционно далекие друг от друга виды на белковом уровне. Например, при обнаружении нового белка с неизвестной функцией в этой базе данных можно будет найти его гомолог, функция которого уже установлена. Впрочем, не со стопроцентной вероятностью: функции 38,4% идентифицированных белков все еще неизвестны.

7. Исследователи расшифровали большую часть (79–94%) генома медицинской пиявки Hirudo medicinalis и узнали нечто новое о причинах ее целебных свойств. В генах пиявки закодировано 15 известных нам антикоагулянтов, таких как гирудин, бделлин и гуамерин, и еще 17 веществ, которые, вероятно, выполняют ту же функцию. К тому же, это всего лишь третий секвенированный геном пиявки, так что он станет важным вкладом в эволюционную геномику.

8. С помощью секвенирования РНК одиночных клеток ученые составили карту постнатального развития Т-клеток в тимусе человека. Методом проточной цитометрии из клеток тимуса выделяли клетки-предшественники, экспрессирующие маркерный мембранный белок CD34, и CD34-отрицательные клетки, уже прошедшие несколько стадий дифференцировки. Именно их РНК исследователи секвенировали и изучали. Это первое такое исследование, посвященное клеткам человека; несмотря на различия в устройстве иммунной системы, в большинстве подобных работ до сих пор использовали мышей. Информация о развитии Т-клеток необходима для дальнейшего развития иммунотерапии и терапии болезней иммунной системы, в том числе она может помочь ускорить выздоровление людей, претерпевших пересадку костного мозга.

9. Сравнительная геномика показала, что в геноме современного человека сохранилось около 2% ДНК неандертальца. Теперь эти 2% можно изучать с помощью стволовых клеток. Используя индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК), полученные от людей из разных районов Великобритании и Северной Европы, ученые вырастили органоид человеческого мозга и наблюдали за его развитием. 22 из 24 аллелей, которые, согласно последним исследованиям, принадлежали неандертальцам и кодировали особенности фенотипа и наследственные заболевания, были обнаружены в нескольких линиях стволовых клеток человека. Судя по транскриптомной информации, многие из неандертальских генов до сих пор принимают активное участие в формировании мозга человека. Также к неандертальцам восходят аллели, отвечающие за цвет волос и кожи европейцев.

Эпигенетика

10. Обнаружена связь между паттернами метилирования ДНК клеток выстилки матки и эндометриозом на различных стадиях. Различия в метилировании возникают потому, что эпигенетическое программирование контролируют стероидные гормоны прогестерон и эстрадиол в различных комбинациях. Исследователи взяли эндометриальные стромальные фибробласты у здоровых женщин и установили, как стероидные гормоны влияют на их метилирование. Эстрадиол вызвал метилирование в 2047 CpG сайтах, прогестерон — всего лишь в 505, а их сочетание — в 569. При эндометриозе число сайтов метилирования значительно снижается. В результате нарушается работа множества клеточных механизмов, поскольку сайты метилирования, подверженные воздействию стероидных гормонов, находятся на участках ДНК, кодирующих белки различных сигнальных путей и белки адгезии. Эти данные позволяют по-новому взглянуть на роль эндометриоза в дисфункции половой системы.

Микробиомика

11. Согласно статье, опубликованной на этой неделе в Nature biotechnology, ремоделирование кишечного микробиома мышей препятствует развитию у них атеросклероза. Исследователи обнаружили, что циклические D,L-α-пептиды превращают микробиом, развивающийся, когда организм питается по западному образцу (много красного мяса, молочных продуктов, искусственных подсластителей и соли; малые количества фруктов, овощей, рыбы и зерновых культур), в микробиом, обычный для тех, кто потребляет мало жиров. Уровень холестерина в плазме и частота образования атеросклеротических бляшек у мышей на западной диете с делецией рецептора липопротеинов низкой плотности (распространенная модель атеросклероза) значительно снижались при приеме циклических D,L-α-пептидов перорально. Несмотря на многообещающий результат, применение любых антибиотиков сводит на нет благотворный эффект от направленных изменений микробиома.

12. Исследователи обнаружили механизм образования колоректального рака, в котором участвует микробиота кишечника. Для его изучения специально создали трансгенную мышь с повышенной экспрессией Zeb2 и, как следствие, повышенной частотой возникновения колоректального рака. Когда клетки кишечного эндотелия экспрессируют ген-регулятор эпителиально-мезенхимального перехода Zeb2, проницаемость стенки кишечника для бактерий повышается, и начинается воспаление и спонтанное развитие колоректального рака. Однако если при этом истощать микробиоту антибиотиками, вероятность образования опухоли значительно снижается.

13. Кишечные бактерии группы Providencia могут управлять поведением своего хозяина. Обитая в пищеварительном тракте свободноживущей нематоды Caenorhabditis elegans , они выделяют тирамин. Тирамин-бета-гидроксилаза хозяина превращает его в октопамин, который активирует рецептор OCTR-1 ноцицепторных нейронов и вызывает у нематоды реакцию избегания по отношению к той или иной пище. Также стало известно, что C. elegans, колонизированные Providencia, предпочитают пищу, содержащую бактерии этой группы. Таким образом, бактерия, родственники которой вызывают у человека инфекции мочеполовых путей и диарею, способна перехватить управление поведением нематоды, чтобы поддерживать комменсалистические отношения.

Молекулярная биология

14. При донорстве печени пригодность органа для пересадки определяют на основе субъективной клинической оценки. Однако недавно был разработан способ, позволяющий отыскивать подходящие для трансплантации органы среди тех, что были отвергнуты специалистами. Он основан на измерении клиренса лактата (скорости его выведения из крови) во время нормотермической машинной перфузии, которая помогает поддерживать в органе жизнь до пересадки. Новый метод показал, что из 31 печени, охарактеризованной как неподходящая, 22 оказались функциональны, и ни у кого из получивших эти органы пациентов, не произошло отказа трансплантата в течение 90 дней после пересадки.

15. Т-клетки с химерным рецептором антигена (chimeric antigen receptor, CAR) могут эффективно бороться со старением. CAR — это рекомбинантный трансмембранный белок, в состав которого входят высокоселективный рецептор от моноклонального антитела, трансмембранный домен и внутриклеточные домены, способные активировать Т-клетку. Исследователи сконструировали CAR, специфичный к рецептору урокиназы, который в большом количестве появляется на поверхности стареющих клеток. Таким образом им удалось увеличить выживаемость мышей с аденокарциномой легких и восстановить гомеостаз ткани у мышей с фиброзом печени.