Воскресное чтение. Обзор научной периодики за 25 ноября — 1 декабря

Противоинфекционные препараты

1. Несмотря на то, что исследования антител к вирусу Эбола ведутся уже достаточно давно, результаты полноразмерных клинических испытаний c участием всех разработанных на данный момент препаратов, опубликованы в New England Journal of Medicine только 27 ноября. Исследовали 4 препарата, три из которых — моноклональные антитела (MAb114) или коктейли из трёх антител (ZMapp и REGN-EB3), а также химическое вещество ( remdesivir). Всего в испытаниях принимал участие 681 пациент, плацебо, по этическим соображениям, не использовалось, а в качестве контроля выступал коктейль ZMapp, как разработанный первым из эффективных противовирусных препаратов. Несмотря на то, что ни один из изученных препаратов не обеспечивал излечение 100% пациентов, антитело MAb114 и коктейль REGN-EB3 показали значительно большую эффективность, по сравнению с двумя другими молекулами. При лечении этими препаратами выживало почти 70% заболевших, в то время как при использовании ремдезивира и ZMapp, выживаемость была не более 50%. Ввиду этого, с 9 августа 2018 года, вся терапия была переведена исключительно на использование REGN-EB3 и MAb114. Испытания показали, что для достижения полной защиты пациентов от инфекции необходимы дополнительные фундаментальные исследования. Вместе с тем, новые препараты антител позволяют надеяться на выздоровление 70% заболевших, что было немыслимо для поражённых вирусом Эбола в «долекарственную» эпоху.

2. Последние десятилетия отмечены разработкой многих эффективных противовирусных препаратов (в ХХ веке это считалось практически нереальным), но приоритет в эффективности борьбы с вирусами все еще принадлежит вакцинам. В процессе первой фазы испытаний вакцины против вируса Эбола исследователи выделили иммунодоминантные эпитопы гликопротеинов вируса. Всего исследователям удалось идентифицировать девять эпитопов, часть из которых была консервативна в различных изолятах. Работа, опубликованная в Cell Reports, является первым детальным исследованием иммунодоминантных эпитопов вируса Эбола. Полученные данные, по мнению авторов, позволят повысить эффективность разрабатываемых вакцин.

3. На фоне Эболы вирус лихорадки денге кажется почти безвредным. Смертность от тяжёлой формы лихорадки не превышает 1%. Тем не менее, если EBV инфицирует десятки или, максимум, сотни человек в год, то от инфекции вирусом лихорадки денге страдают десятки, если не сотни, миллионов людей. Поэтому разработка противовирусных препаратов и в этом случае идёт полным ходом и в различных направлениях. Интересный подход был предложен авторами статьи в Nature Chemistry. ДНК-аптамеры, специфичные к поверхностному белку вирусного капсида, но не обладающие высокой аффинностью, объединили в структуру, напоминающую пятиконечную звезду, созданную путём компьютерного дизайна шпилек в составе молекулы ДНК. «Звезда смерти» по структуре комплементарна профилю поверхности вирусного капсида и несёт целых 10 аптамеров, что многократно повышает их связывающую способность за счёт повышенной авидности «звёздочки». Исследователи надеются, что разработка может быть использована и для быстрой детекции, и для терапии вируса лихорадки Денге.

4. Помимо экзотических способов борьбы с вирусной инфекцией, активно исследуются и собственные защитные системы организма. В журнале Nature Communications опубликованы результаты углублённого анализа сайтов белков, модифицируемых убиквитин-подобным полипептидом ISG15. Продукция этого белка активируется при вирусной и бактериальной инфекции, а его функция состоит в том, чтобы вывести из игры некоторые вирусные и клеточные белки, поскольку убиквитинилирование белка, как правило, приводит к его деградации. Активность ISG15 связана и с аутофагией, то есть с самоочищением клетки, которое особенно актуально при инфекции, когда в клетке образуются многочисленные продукты распада. Другим интересным фактом оказалось то, что фермент, «снимающий» ISG15 с белка и тем самым блокирующий деградацию, по-разному модулирует бактериальную и вирусную инфекции. В то время как неактивный мутант USP18 повышает устойчивость к вирусным инфекциям, животные, несущие эту мутацию, оказываются более чувствительны к инфекции листериями. Сложные паттерны ответа на инфекцию, связанные с ISG15 ещё предстоит выявить, однако понятно, что при инфекции модификация белков ISG15 значительно модифицирует метаболизм клеток — в первую очередь, клеток печени. Изучение системы ISG15-USP18 позволит лучше понять, как можно использовать собственные защитные системы организма для борьбы с патогенами.

5. Одними из известных медиаторов включения защитных систем организма являются дендритные клетки. Их классическая роль состоит в презентации чужеродных антигенов иммунной системе и её активации в ответ на вторжение патогена. Дендритные клетки формируют мостик между врождённым и адаптивным иммунитетом. При инфекции ВИЧ система врождённого иммунитета «чувствует» присутствие вирусной РНК и активирует продукцию противовирусных интерферонов. ВИЧ подавляет экспансию дендритных клеток, что приводит к развитию инфекции. В работе, опубликованной в Cell reports, исследователи решили скомпенсировать супрессию дендритных клеток, используя лиганд киназы Flt3, вызывающий их специфическую пролиферацию. Эксперименты с мышиной моделью инфекции ВИЧ показали, что активация пролиферации дендритных клеток Flt3L в значительной степени подавляет вирусную инфекцию и вызывает задержку размножения вируса. Полученные данные могут послужить основой для разработки терапии, действующей на самых ранних стадиях инфекции, когда существуют шансы блокировать встраивание вируса в геном хозяина, усилить иммунный ответ и полностью ликвидировать инфекцию.

6. Стратегия непрямых действий, которая потенциально может развиться из предыдущей работы, становится популярной в борьбе как с вирусами, так и с бактериями. В эпоху массового проявления антибиотикорезистентности, успех могут иметь подходы, действующие одновременно на несколько систем патогена, обуславливающих его вирулентность. Таким образом можно вызвать «перегрузку» адаптивных способностей микроорганизма и достичь его элиминации в отсутствие развития новой резистентности. Стафилококки относятся к одним из наиболее сложных патогенов с точки зрения развития антибиотикорезистентности. Поиск новых антибиотиков, способных блокировать стафилококковую инфекцию, ведётся постоянно. Скрининг, построенный на ингибировании механизма биосинтеза тейхоевой кислоты, компонента клеточной стенки грамположительных бактерий, выявил вещество, обозначенное как MAC-545496. Вещество связывалось с транскрипционным фактором, и эффект его ингибирования оказался плейотропным: у бактерий не только повышалась чувствительность к бета-лактамным антибиотикам, но и нарушалось формирование биоплёнок, что значительно снижало устойчивость патогена к защитным системам организма. Работа опубликована в Nature Chemical Biology. Таким образом, ингибиторы транскрипционных факторов, управляющих вирулентностью бактерии, могут стать новым инструментом борьбы с мультирезистентными организмами.

7. Резистентность вырабатывается не только у бактерий, но и у вирусов. При этом, как показано на примере ВИЧ и вируса гепатита С, мутации, обуславливающие резистентность, часто приводят к снижению фитнеса патогена (например, падению скорости репликации, уменьшению числа вирионов и т.д.) Существует подтверждённая концепция того, что снижение фитнеса вирусов под действием нейтрализующих антител может приводить к полной потере инфекционности. Однако, как показали японские исследователи, вездесущий вирус гриппа научился обходить это правило. Мутантный вирус, устойчивый к действию химического препарата, Балоксавир марбоксила был идентифицирован ещё во время клинических испытаний этого лекарства, однако вопрос его фитнеса не изучался. Японские исследователи показали, что такой мутантный вирус, полученный от пациентов в Японии, к сожалению, нисколько не потерял ни в эффективности репликации, ни в способности к заражению на модели хорьков, которая в случае гриппа считается максимально близкой к человеку. (Подробнее — на PCR.news.)

Диагностика

8. Накопленная в последние годы информация о фенотипической антибиотикорезистентности (например, об активности клеточных насосов-антипортеров или об интенсивности формирования биоплёнки), может быть конвертирована в специфические паттерны экспрессии РНК бактерии, обуславливающие такую резистентность. Об этом — работа, опубликованная в Nature Medicine. Использование методов машинного обучения позволит различать резистентные и чувствительные штаммы фенотипически, пользуясь такими паттернами и их изменением во времени. Комбинация этих данных с информацией о генетических детерминантах резистентности даёт возможность проводить анализ патогена со степенью достоверности, равной, а в некоторых случаях и превышающей возможности «золотого стандарта» — микробиологического теста. Время, необходимое для проведения такого теста, составляет несколько часов, тогда как микробиологический анализ спектра антибиотикорезистентности требует нескольких дней или даже недель.

CRISPR/Cas

9. Модификация генома с использованием CRISPR/Cas9 является перспективным инструментом генотерапии и модификации генома в целом. Однако наличие неспецифической активности Cas9 пока не позволяет применять этот инструмент в клинике. Разработка подходов, повышающих специфичность нуклеазы, ведётся интенсивно и в различных направлениях. Одним из них является ингибирование нуклеазы белками бактериофагов, являющимися природными инструментами борьбы фагов с бактериальным иммунитетом. Контролируемое сокращение времени активности Cas9 может повысить специфичность, а точное знание о механизме ингибирования может способствовать созданию малых молекул — модуляторов активности и специфичности Cas. В работе, опубликованной в Cell Reports, исследователи описали белок AcrIIA5, ингибирующий широкий спектр ортологов Cas9. Ингибитор действует только на активность RuvC-домена, не затрагивая HNH нуклеазу, и не мешает Cas9 связываться с мишенью. Такие характеристики открывают различные возможности манипуляции активностью нуклеаз семейства Cas9.

Иммунитет

10. Выше мы неоднократно упоминали T-клеточный иммунитет как один из главных «оппонентов» вирусной инфекции. Конечным эффектором этой ветви иммунитета являются клетки, известные как Т-киллеры (CTL). Они формируют иммунологический синапс с атакуемой клеткой, после чего секретируют перфорин, разрушающий плазматическую мембрану. В образовавшуюся пору CTL впрыскивает протеолитический коктейль, который уничтожает атакуемую клетку. При этом перфорин почему-то неспособен разрушить мембрану самих CTL. Работа, проливающая свет на невосприимчивость CTL к собственным перфоринам, опубликована в Nature Communications. Главной причиной «иммунности» CTL к перфоринам, по мнению авторов, является особая структура мембран этих клеток в области синапса. Более плотная организация липидов мембраны в этой области блокирует доступ перфорина за счёт значительно повышенной гидрофобности. Вдобавок экспонированный на мембране в этих участках фосфатидилсерин «отталкивает» перфорин от поверхности CTL, формируя дополнительный «периметр» вокруг Т-клеток.

Онкология

11. Теория, рассматривающая опухолевую трансформацию в качестве «испорченного варианта» эмбриональных клеточных программ, известна давно и получила ряд подтверждений. Примечательно, что и процесс метастазирования опухоли имеет аналог при эмбриональном развитии. Это процесс инвазии плаценты плода в ткань матки, обеспечивающий плоду питание. Исследователи выяснили, что у парнокопытных плацентарная инвазия затруднена по сравнению с человеком, и одновременно опухоли этих животных значительно меньше склонны к метастазированию, чем опухоли человека. Выясняя причины таких расхождений, исследователи проанализировали транскриптом фибробластов людей и животных в модели инвазии метастазирующей опухолью. Выяснилось, что в изменениях транскриптомов человека и коров в модели инвазии имеются существенные отличия. Когда несколько генов, продукция которых в человеческих фибробластах была значительно выше, «выключили» при помощи РНК-интерференции, устойчивость модельной ткани к инвазии опухоли возросла. По мнению исследователей, опубликовавших свою работу в Nature Ecology and Evolution, дальнейшие исследования будут способствовать выяснению механизмов метастазирования и разработке эффективных противораковых препаратов.

12. Глиобластома является одной из самых агрессивных и трудно поддающихся терапии опухолей. Одной из относительно эффективных терапевтических стратегий при глиобластоме является воздействие на так называемые аналоги стволовых клеток (GSC), которые являются резервуаром для развития глиобластомы. В работе, опубликованной в EMBO, исследователи показали, что паракаспаза MALT1, ассоциированная с лизосомами, необходима для поддержания жизнеспособности GSC. Делеция MALT1 приводит к утрате злокачественных свойств GSC, а действие на паракаспазу фармакологических ингибиторов повторяет эффект делеции, приводя к увеличению числа лизосом и пертурбациям в процессе аутофагии. В конечном итоге, это приводит к лизосомо-зависимой смерти опухолевых стволовых клеток. Таким образом, MALT1 является, по мнению авторов, весьма перспективной мишенью для терапии глиобластомы.

Микробиом

13. Симбиотические бактерии продолжают удивлять многообразием своего воздействия на организм. Известно, что физические упражнения оказывают положительное влияние на уровень сахара в крови при диабете и предиабетических состояниях. Однако также известно, что в определённых случаях физические упражнения не имеют значительного эффекта. Исследователи изучили микробиом 39 мужчин, находящихся в предиабетическом состоянии и обнаружили, что у некоторых исследуемых физические упражнения вызвали трансформацию кишечной микробиоты, которая коррелировала с улучшением гомеостаза глюкозы и повышением чувствительности к инсулину. У таких людей микробиом обладал повышенной эффективностью синтеза короткоцепочечных жирных кислот и катаболизма разветвлённых аминокислот. В отличие от этих исследуемых, микробиом другой группы производил различные метаболические «яды». У этих людей физические упражнения слабо влияли на гомеостаз глюкозы и чувствительность к инсулину. Трансплантация микробиот из обеих групп исследуемых модельным мышам показала, что бактерии из первой (но не второй) группы способны вызвать у мышей эффект, аналогичный коррекции метаболизма инсулина и глюкозы при физических упражнениях. Анализ видового состава микробиома дал возможность предсказать варианты гликемического ответа ещё для 30 исследованных людей. Данные, опубликованные в журнале Cell Metabolism, могут помочь повысить эффективность применения физических нагрузок при диабете и, возможно, при других патологических состояниях.

Физиология бактерий

14. Бактерии, которые, казалось бы, изучены весьма глубоко, вполне способны преподносить исследователям сюрпризы. В Science опубликовано исследование, в котором показано, что белок ParB, связывающийся с бактериальной центромерой parS и отвечающий за сегрегацию бактериальных хромосом, имеет домен, обладающий цитидинтрифосфатазной активностью. Белок ParA, с которым ParB взаимодействует, имеет АТФазную активность, и поэтому долгое время рассматривался, как единственный источник энергии для процесса сегрегации хромосом. Оказалось, что это не так, и что ЦТФаза в составе ParB также необходима для сегрегации. Более того, авторы работы обнаружили домен, гомологичный ЦТФазе ParB, в ряде других белков, что указывает на распространённость этого способа регуляции активности и извлечения энергии в микроорганизмах.

15. Другая интересная микробиологическая работа опубликована в Cell. Исследователи модернизировали E.coli таким образом, что бактерия использует для получения углерода исключительно углекислый газ. Для достижения этого результата кишечной палочке пришлось не только «подсадить» ферменты цикла Кальвина, но и провести искусственную эволюцию в хемостате, постепенно ограничивая все источники углерода кроме CO₂. Изотопное мечение подтвердило: полученный штамм получает углерод исключительно из углекислоты.