Воскресное чтение. Обзор научной периодики за 25-31 марта

Питьевая вода

1. Международная группа ученых исследовала образцы воды с 12 городских станций очистки в семи европейских странах на предмет антибиотикорезистентных бактерий. В образцах, взятых как из неочищенного входящего потока, так и из очищенного, с помощью количественной ПЦР были идентифицированы 229 генов антибиотикорезистентности, 5 генов домашнего хозяйства и 25 мобильных элементов, влияющих на резистентность. Наибольший процент генов устойчивости обнаружили в странах южной Европы — Испании, Португалии. Это соответствует данным о применении антибиотиков в этих странах, а главное, клиническим данным по антибиотикорезистентности. Некоторые гены устойчивости повсеместно встречались в образцах неочищенной воды (устойчивость к тетрациклину, аминогликозиду, бета-лактаму), другие коррелировали с локацией. В образцах очищенной воды большая часть антибиотикорезистентных бактерий отсутствовала. Статья опубликована в Science Advances. Кстати, на прошлой неделе в Genome Research вышла статья об антибиотикорезистентных Enterococcus faecium из неочищенной воды в госпиталях и станции очистки воды в Великобритании.
2. Загрязнение воды тяжелыми металлами — не менее важная проблема; более 140 млн человек в мире пьют воду, загрязненную мышьяком. В NatureChemical Biology ученые из Университета Эдинбурга описали биосенсор, совместимый со смартфоном и способный детектировать опасные концентрации мышьяка. Генномодифицированные бактерии Escherichia coliнаходятся в пластиковом контейнере, заполненном гелем, и при добавлении воды, содержащий ионы мышьяка даже в концентрации менее 0.1 ppb, вырабатывают флуоресцентные белки. Биосенсор испытывали на образцах из колодцев Бангладеша, где грунтовые воды содержат большие количества этого элемента. Этот подход применим и для детекции других тяжелых металлов, например ртути.

Новые концепции для фармакологии

3. Междисциплинарная команда из Великобритании и Венгрии опубликовала статью о взаимодействии в клетке белков аутофагии(механизма утилизации ненужных компонентов) и белков возбудителей инфекции. Исследователи провели скрининг протеомов 56 видов бактерий, в том числе туберкулезной палочки и представителей родов Salmonella,Shigella, Listeria, Staphylococcus, чтобы идентифицировать белки, которые могут избирательно взаимодействовать с рецепторами аутофагии. Оказалось, что эти рецепторы предпочтительнее связываются с видоспецифичными бактериальными белками, а не с теми, что встречаются у разных родов, с белками патогенов — чаще, чем с белками непатогенных видов. Возможно, мутации в рецепторах аутофагии могут сделать хозяина более чувствительным к инфекциям. Бактерии, в свою очередь, могут воздействовать на механизмы аутофагии, защищаясь от «поедания». Так, сальмонелла использует для предотвращения аутофагии белок YhjJ, который взаимодействует с клеточным белком LC3, а также разрезает другие белки аутофагии. Понимание этих процессов способно открыть пути к созданию новых лекарств.
4. Исследователи из Дании и Нидерландов описали группу веществ, которые стимулируют рост мышечной массы, регенерацию и укрепление костей. Они назвали их «ингибиторы сигнального пути рецепторов активина» (IASP). Этот сигнальный путь найден практически во всех клетках, различные IASP блокируют разные его участки. Эффект продемонстрирован на клетках крови, мышечной и костной ткани. Всего за неделю мышечная масса подопытных мышей выросла на 19%, кроме того, препарат противодействовал остеопорозу. Недостаток IASP в том, что они способствуют не только росту костей и мышц, но и росту числа эритроцитов и увеличению количества эритропоэтина. У любых пациентов, кроме страдающих от анемии, это может привести к образованию тромбов. Исследователи работают над этой проблемой и уже создали группу молекул, селективно воздействующих на мышечные и костные клетки. Сейчас они сконцентрировались на укреплении костей и установили, что прием препарата на основе одной из молекул класса IASP за три недели усиливает прочность бедренной кости у мыши на 48%. Авторы работы полагают, что в случае успешных клинических испытаний этот препарат сможет облегчить страдания стареющих людей. Статья опубликована в FASEB Journal.
5. Группа, возглавляемая исследователями из клиники Мэйо (США), выяснила,что течение диабета при ожирении облегчается удалением из жировой ткани стареющих клеток, часто называемых «зомби-клетками». Дело в том, что стареющие клетки могут вызывать воспаление и дисфункцию жировой ткани, что провоцирует развитие инсулинорезистентности. Как было показано ранее, зомби-клетки способствуют остеопорозу, мышечной слабости, дегенерации нервов и болезням сердца. Авторы статьи, опубликованной в Aging Cell, удаляли их у трансгенных мышей лекарственной активацией промоторов, запускающих гибель стареющих клеток, либо комбинацией так называемых сенолитических препаратов. У мышей с ожирением после такой обработки выросли уровни глюкозы и инсулина в крови, снизились воспалительные реакции и нормализовалась функция жировых клеток. Сенолитики также улучшили работу почек и сердца, функционирование которых часто нарушается при диабете.
6. В Science Advances опубликовали статью о стимуляции иммунитета при помощи нановакцин. Известно, что кишечный микробиом может способствовать развитию метаболического синдрома, изменяя иммунные реакции. Подобные изменения делают особей с метаболическими нарушениями невосприимчивыми к традиционным вакцинам против гриппа и полиомиелита. Плохой ответ на вакцины можно вызвать у мышей и хронической обработкой антибиотиками, что подтверждает роль микробиоты. Авторы исследования выяснили, что наиболее часто используемый тип нановакцины, на основе поли(лактокогликолевой) кислоты (PLGA), неэффективен в случае мышей с метаболическим синдромом, инициированным кишечным микробиомом. Они использовали другой биоматериал — поли(2-гидроксиэтил-метакрилат), функционализированный пиридином (Pyr-pHEMA), — который формирует стабильный наногель с белковыми антигенами, и эта вакцина вызвала у таких мышей гораздо более сильный иммунный ответ. Исследователи выяснили, что Pyr-pHEMA стимулирует Толл-подобный рецептор 2 (TLR2), важный для распознавания патогенных бактерий. Исследователи полагают, что нановакцина способна модулировать состав микробиома кишечника.

Медицинская генетика

7. Ученые из Каролинского института в Стокгольме детектировали новое заболевание, которое назвали миоглобинопатией. Это первое заболевание, связанное с мутацией в гене миоглобина, белка, который связывает кислород в мышцах, создавая тем самым резерв, способный восполнить его временную нехватку. Мутацию обнаружили в шести не связанных друг с другом семьях в Европе, у которых были сходные симптомы и характерная картина при биопсии мышц. Болезнь обычно проявляется в 40–50 лет. Она затрагивает как осевую мускулатуру, так и мускулатуру конечностей, на поздних стадиях также респираторные мышцы и мышцы сердца. Изображения, полученные методом инфракрасной микроскопии, позволили охарактеризовать химический состав и структуру белков, и продемонстрировать присутствие окисленных липидов внутри поврежденных мышечных клеток. Статья опубликована в Nature Communications.
8. В Nature Human Behavior представлены результаты полногеномного поиска ассоциаций (GWAS) с табакокурением у 165 436 человек из Японии. Исследователи определили 7 новых локусов, ассоциированных с курением, в том числе три ассоциированных с количеством сигарет, выкуриваемых за день, и четыре ассоциированных с особенностями начала курения (возрастом и т.п.). Также они определили 11 заболеваний, имеющих общие генетические причины с курением, включая некоторые виды рака и сердечно-сосудистые заболевания.
9. А в Nature Genetics международная команда описывает создание и тестирование набора предикторов шизофрении с использованием самой большой референсной панели по локусам количественных признаков, отвечающим за экспрессию мРНК (eQTL), в дорсолатеральной префронтальной коре головного мозга. Изучение связей между экспрессией генов и болезнью, как отмечают авторы, позволяет оценить влияние генов со скромными величинами эффекта, которые, однако, все вместе определяют существенную долю риска. Исследователи применили предикторы к 40299 случаям шизофрении и 65264 контролям, что позволило выявить 413 ассоциаций в 13 регионах мозга. В частности, были идентифицированы 67 генов, не относящихся к MHC, из них 14 ранее не выявленных с помощью GWAS, а также 36 путей метаболизма, ассоциированных с болезнью. Для 67 не-MHC генов определили специфические группы пре- и постнатальной экспрессии.

Новости молекулярной диагностики

10. ArcherDx, Университетский колледж Лондона и Институт Фрэнсиса Крика заключили соглашение о сотрудничестве. Цель — разработка метода неинвазивной диагностики рецидивов рака легких на основе технологии якорной мультплексной ПЦР (anchored multiplex PCR, AMP), которая выявляет внеклеточную циркулирующую опухолевую ДНК. Исследование будет проводиться как часть более крупного проекта — «Отслеживание эволюции рака легких в ходе лечения» (Tracking Lung Cancer Evolution Through Treatment, TRACERx), спонсируемого Университетским колледжем Лондона. Предполагается, что этот метод не только будет способствовать внедрению подходов персонализированной медицины в клиническую онкологию, но и даст фундаментальные научные результаты.
11. Illumina совместно с Центром геогенетики Копенгагенского университета и Фонда Лундбека исследует влияние инфекционных патогенов на эволюционную историю некоторых неврологических и психических заболеваний. Международная междисциплинарная команда, включающая специалистов по археологии, популяционной генетике, нейрогенетике, создаст два пула данных — 5000 древних человеческих геномов и геномы возбудителей инфекций. Оба пула данных будут выложены в открытый доступ. Команда собирается использовать систему NovaSeq 6000 и секвенировать до 20 миллиардов древних фрагментов ДНК каждые 2 дня. Хотя исследователи Illumina и не участвуют в проекте напрямую, компания в рамках сотрудничества планирует развивать методы секвенирования древней ДНК, давать консультации по подготовке образцов и создании библиотек, а также по анализу и хранению данных.
12. Ученые из Уэкснеровского медицинского центра Университета штата Огайо создали тест «у постели больного» на преэклампсию, опасное состояние, возникающее при беременности и в послеродовой период примерно у каждой десятой женщины. Преэклампсия может привести к поражению внутренних органов, смерти матери и плода. Иногда осложнения развиваются стремительно, а известные симптомы — повышение давления и повышенное содержание белка в моче — неспецифичны, поэтому простой диагностический тест крайне необходим. Исследователи выяснили, что белок в моче женщин с преэклампсией имеет аномальную конформацию, из-за чего присоединяется к красителю конго красному. Это позволило создать элементарный тест: образец мочи смешивают с раствором красителя и помещают каплю в центр кружка на фильтровальной бумаге. В случае отрицательной реакции краситель остается в центре, в случае преэклампсии белок связывается с красителем и окрашенное пятно расползается по бумаге. При клинических испытаниях тест показал чувствительность 80%, специфичность 89%, точность 87% и отрицательную прогностическую ценность 92%. Технологию лицензировала компания GestVision, которая займется и ее оптимизацией.