Воскресное чтение. Обзор научной периодики за 17–24 ноября 2019 года

Молекулярная диагностика

1. Транскриптом человека секвенирован при помощи метода Oxford Nanopore Technologies. Нанопоровое РНК-секвенирование не требует синтеза кДНК — секвенируется непосредственно молекула РНК, проходящая через пору. Ученые из Великобритании, Канады и США использовали этот метод для анализа всех полиаденилированных РНК клеточной линии человека GM12878. Они отсеквенировали 9,9 миллиона последовательностей на 30 проточных ячейках MinION в шести учреждениях. Медианная длина прочтенного фрагмента составила 771 основание, максимальная превышала 21 000. Из них ученые собрали более 33 тысяч РНК. По их мнению, этот метод выгодно отличает от других методов секвенирования РНК сочетание возможности чтения нативной РНК и большой длины ридов. Авторы предлагают стратегии для идентификации модифицированных оснований РНК, длины поли(А)-хвостов и гаплотипов транскриптов.

2. Анализ экспрессии генов позволит диагностировать невосприимчивость к стандартному методу лечения лейшманиоза. Такой невосприимчивостью обладает порядка трети пациентов, что приводит к большой трате времени и ресурсов. Ученые из США и Бразилии решили найти маркеры такого состояния. Они проанализировали экспрессию генов в областях поражения кожи при лейшманиозе до лечения и нашли гены, экспрессия которых сильнее всего изменилась по сравнению со здоровой кожей. Затем выделили отличия в экспрессии, характерные для пациентов, не отвечающих на терапию. В качестве маркеров, предсказывающих успех лечения, были выбраны три гена, отвечающих за цитолиз, а также паразитарная нагрузка. Точность предсказаний оказалась очень высокой (до 96%), что дает возможность использовать этот метод в диагностике. А таргетное воздействие на эти гены, возможно, повысит эффективность терапии.

3. Исследователи из Ирландии и Австралии провели полновиромный анализ кишечника здоровых людей и людей с болезнью Крона — обширным воспалением желудочно-кишечного тракта. Оказалось, что у здоровых все бактериофаги размножаются литически, лизогенных фагов обнаружить не удалось. А у людей с воспалением кишечника происходит массовая активация лизогенных фагов, что усиливает симптомы воспаления (так как высвобождает большое количество бактериальных антигенов) и приводит к замещению литических фагов. Стабильность вирусной популяции при этом падает. Эти данные проливают свет на динамику микробных сообществ кишечника при болезни Крона и подсказывают новую мишень для диагностики.

4. Липопротеины низкой плотности («плохой холестерин») широко известны как маркер сосудистых заболеваний. Действительно, их повышенная концентрация связана с развитием атеросклероза, однако при инфаркте, например, в 75% случаев она не указывает на высокий риск. Липопротеины низкой плотности делятся на три класса A, I и B, от менее к более плотным. Ученые из США проверили, как каждый из этих классов влияет на сосудистые заболевания. Иcпользуя отношение концентраций NO и пероксинитрита ONOO^- как маркер вызванного липопротеинами эпителиального стресса, они измерили вредность различных фракций. Выяснилось, что хотя липопротеины низкой плотности, как правило, оказывают негативный эффект, липопротеины класса B намного сильнее угнетает функцию эпителия, а высокие концентрации липопротеинов класса А, наоборот, даже несколько улучшает ее. Таким образом, эффективным маркером риска является именно содержание липопротеинов класса B по сравнению с двумя другими, а не липопротеины низкой плотности в целом.

Медицинская генетика

5. У трех американцев голландского происхождения — двух братьев и сестры, чьи родители были родственниками, еще в юношеском возрасте была диагностирована гипертриглицеридемия — аномально высокое содержание жиров в крови. Проведенное более чем через 30 лет генетическое исследование с помощью панели LipidSeq показало, что причиной заболевания стала редкая, ранее не известная мутация в гене липопротеинлипазы. Каждый из больных был гомозиготным по этой мутации. В результате уровень жиров в крови мог превысить норму более чем в 30 раз, у женщины он достигал 7200 мг в 100 мл. Кровь больных по цвету стала сходной с молоком, что неудивительно: жирность многих видов молока меньше. Из-за этой аномалии все трое больных постоянно страдали от панкреатита. По счастью, ограничивающая жиры диета позволила снизить уровень жиров до нормального и остановить панкреатит.

6. Найден возможный способ лечения детской прогерии, или синдрома Хатчинсона — Гилфорда, редкого генетического заболевания, которое вызывает преждевременное старение. Больные дети, как правило, не достигают совершеннолетия, средняя продолжительность их жизни — 13 лет. Причина болезни — мутация в гене ламина А, приводящая к нестабильности ядра и генома. (Ламины играют важную роль в сборке ядра по завершении деления, сцепление гетерохроматина с ядерной оболочкой и т.д.) Авторы статьи в Nature Communications показали, что дефективные теломеры больных прогерией увеличивают экспрессию теломерной некодирующей РНК, которая индуцирует клеточный ответ на поврежденную ДНК, что ведет к раннему клеточному старению. Ингибирование этих РНК при помощи антисмысловых олигонуклеотидов предотвращает клеточное старение и увеличивает продолжительность жизни мышей с прогерией. Пока — только мышей. Однако этот подход может помочь в борьбе не только с прогерией, но и со старением: дефекты ламина А наблюдаются и в этом случае.

7. На мышах испытано лекарство против болезни Краббе — наночастицы с ферментами. Болезнь Краббе — генетическое заболевание, вызванное мутациями в гене галактозилцерамидазы, приводящими к демиелинизации нейронов и нарушениям развития моторики и интеллекта. Терапия осложняется тем, что просто через кровь фермент не может попасть в мозг из-за гематоэнцефалического барьера. Итальянские ученые создали наночастицы из полилактида-ко-гликолида, к которым пришили пептиды, направляющие частицы в мозг, а внутрь поместили агрегаты галактозилцерамидазы. Частицы испытали на мышиной модели: они преодолели гематоэнцефалический барьер и восстановили активность галактозилцерамидазы до нормы. Хотя механизм преодоления еще неясен и наночастицы не смогли попасть в спинной мозг, есть надежда на их применение в терапии болезни Краббе и других заболеваний, лечение которых требует доставки веществ в мозг.

Инфекционные заболевания и вакцины

8. Китайские ученые решили проверить, что позволяет вирусу птичьего гриппа связываться с человеческими клетками. Они исследовали гемагглютинины — белковые рецепторы на поверхности вирусной частицы, которые отвечают за ее взаимодействие с клеткой-мишенью. Выяснилось, что гемагглютинин штамма H7N9 способен связываться как с птичьим рецептором, так и с человеческим. Анализ структуры гемагглютинина показал, что для связывания с человеческим рецептором необходима мутация, вызывающая замену G186V, которая позволяет ранее известной мутации Q226L эффективно изменить структуру белка. Возможно, замена G186V произошла раньше, чем Q226L. Таким образом, хотя вирус птичьего гриппа довольно слабо связывается с человеческими клетками, он постоянно адаптируется, и в будущем это может привести к эпидемиям.

9. Глистная инвазия заметно меняет иммунный фон человека. Немецкие ученые выяснили, как это влияет на выработку иммунного ответа к вакцинам. Для этого они прививали от гриппа мышей, зараженных гельминтом Litomosoides sigmodontis. Выяснилось, что у зараженных грызунов ответ на повторно введенный вирус гриппа много слабее. Такой эффект наблюдался и у мышей, которых вылечили от глистов. Заражение гельминтами привело к изменению состава иммунных клеток: Т-лимфоцитов, продуцирующих интерлейкин-10, стало существенно больше, а интерлейкин-10 подавил иммунизацию. Это исследование позволяет предположить, что вакцины могут быть менее эффективными во многих регионах мира — по оценкам, гельминтами заражено около 2 миллиардов людей.

10. Большое разнообразие антигенов в вакцине может мешать выработке иммунитета. К такому выводу пришла международная группа ученых, занимающихся испытаниями вакцины против ВИЧ. Многие вакцины включают в себя несколько вирусных антигенов, так как антитела к ним позволяют бороться с разными стадиями заболевания. Так, антитела к полипротеину Gag помогают контролировать возврат болезни после ее подавления, а антитела к белку оболочки Env позволяют защититься от заболевания в начале инфекции. Однако выяснилось, что большое количество антигенов в вакцине приводит к снижению реакции на каждый из них: добавление Env к вакцине с Gag и вирусной полимеразой Pol уменьшает активность CD4+ Т-лимфоцитов и число дискретных эпитопов (epitope breadth). Таким образом, конкуренция антигенов может снизить эффективность вакцинации.

Эпидемиология

11. В США растет угроза восточного лошадиного энцефалита. Это переносимое комарами заболевание поражает дендритные клетки и клетки Лангерганса. Большинство (96%) зараженных не замечают никаких симптомов, но среди тех, у кого симптомы развиваются, более 33% погибают, а у выживших остаются тяжелые повреждения нервной системы — вирус может распространиться по лимфатическим сосудам и вызвать системную инфекцию. Быстрое прогрессирование заболевания в таких случаях (менее 5 дней) часто не позволяет вовремя начать лечение. Вирус восточного лошадиного энцефалита уже вызывал вспышки заболевания в прошлом, однако сейчас количество случаев растет: в 2019 году в США их было зафиксировано 36, из них 13 с летальным исходом (в 2009–2018 годах количество случаев заболевания не превышало 15 в год). Поскольку растет и заболеваемость другими арбовирусными инфекциями, такими как лихорадка Западного Нила и лихорадка денге, в медицинских кругах США заговорили о недостаточности профилактических мер.

12. Летучие мыши-вампиры переносят многие заболевания, в том числе бешенство. В настоящий момент основным способом борьбы остается уничтожение этих животных, так как их вакцинация обходится дорого, а эффект дает незначительный. Ученые из США, Великобритании и Перу испытали в природе модель распространяемой вакцины — такой, которая передается от вакцинированной особи другим. Для этого был использован родамин Б — красный флуоресцентный краситель, надолго остающийся в организме. Гель с родамином наносили мыши на спину, а затем мыши проглатывали его во время груминга — вылизывания шерсти друг у друга. Если мышь проглотила гель (то есть «получила вакцину»), фолликулы ее собственной шерсти содержали родамин, их свечение можно было наблюдать под микроскопом. Эксперименты в трех колониях мышей показали высокую эффективность такого метода: количество «вакцинированных» животных увеличилось более чем в два раза. Исследователи утверждают, что такие показатели делают вакцинацию более выгодной, чем истребление.

13. Использование паразитической бактерии вольбахии как средства контроля популяции комаров-переносчиков давно рассматривалось в качестве возможного способа борьбы с лихорадкой денге. Два года назад малайзийские ученые выпустили в шести местах комаров Aedes aegypti, несущих штамм вольбахии wAlbB, устойчивый к высоким температурам. Этот штамм вызывает цитоплазматическую несовместимость: потомство самцов, зараженных вольбахией, и здоровых самок погибает, что дает преимущество зараженным самкам. Теперь ученые оценили эффективность принятых мер. Вольбахия успешно распространилась в дикой популяции комаров рядом с местами внедрения. В этих районах заболеваемость лихорадкой денге упала на 40% по сравнению с контрольными территориями. Удалось снизить заболеваемость даже там, где не дали результатов традиционные методы борьбы с лихорадкой — использование инсектицидов и уничтожение биотопов, в которых комары размножаются.

Микробиом и центральная нервная система

14. Финские ученые предположили, что антибиотики могут привести к болезни Паркинсона. Они собрали сведения о 13 976 людях с болезнью Паркинсона, в контрольную группу вошли 40 697 человек. Риск болезни сильнее всего возрастал у принимавших антибиотики группы макролидов и линкозамидов — на 42%. Эффект проявлялся через 10–15 лет после приема антианаэробиотиков и тетрациклинов и через 1–5 лет после приема сульфонамидов и триметоприма. По мнению авторов исследования, увеличение риска связано с отрицательным влиянием антибиотиков на микрофлору кишечника — для многих заболеваний кишечника связь с болезнью Паркинсона уже показана.

Доставка лекарств

15. Американские ученые создали искусственные протоклетки, обладающие положительным и отрицательным хемотаксисом. Управляемое движение липосом важно для создания эффективных средств доставки лекарственных препаратов, но до сих пор надежно продемонстрировать такое движение не удавалось. Сотрудники Пенсильванского университета добились успеха, встроив в липосомы несколько ферментов. Так, каталаза обеспечила положительный хемотаксис в градиенте своего субстрата — перекиси водорода, в то время как уреаза вызывала отрицательный хемотаксис: липосомы «отталкивались» продуктами реакции в сторону меньшей концентрации субстрата. Липосомы с АТФазами двигались против градиента при малых концентрациях АТФ, а при больших начинали перемещаться по градиенту под давлением продуктов реакции. Таким образом, ученые создали контролируемую систему транспорта в обе стороны.