Клеточный сортинг на новом уровне и другие новости недели

Респираторная инфекция у динозавров, редактирование РНК и митохондриальной ДНК, геномы Шотландии бронзового века — в обзоре статей за 7-13 февраля.

Художник:
Наталья Дюкова

Палеоветеринария

1. Впервые выявлены признаки респираторной инфекции у ящеротазового динозавра. Вопреки названию, ящеротазовые — более близкие родственники птиц, чем птицетазовые динозавры; прослеживается их сходство с современными птицами и в физиологии дыхания. У представителя диплодоцинов, останки которого обнаружили в 1990 году в штате Монтана в США, на двух шейных позвонках, в участках, примыкающих к воздушному мешку (предполагается, что у зауропод они тоже были), обнаружили специфические макроскопические дефекты. Они не могут быть последствиями травмы. В наше время респираторные инфекции, приводящие к повреждению костей, свойственны птицам. К ним относится, например, аспергиллёз, вызываемый грибами. Авторы исследования предполагают, что динозавр страдал от подобного заболевания, хотя точно назвать возбудителя невозможно. Кэри Вудруф, первый автор статьи, говорит: «Все мы испытывали подобные симптомы: кашель, затрудненное дыхание, жар. И вот перед нами динозавр возрастом 150 миллионов лет, который, похоже, чувствовал себя таким же жалким, как и мы, когда болеем».

Древние геномы

2. Ученые из Университетов Эдинбурга и Хаддерсфилда проанализировали геномы древних людей с Оркнейских островов — архипелага на севере Великобритании. Ранее были изучены геномы эпохи неолита из этой местности. Более 5 000 лет назад, когда зарождалось фермерство, архипелаг был культурным центром региона, однако, по археологическим данным, после этого на Оркнейских островах наступил период изоляции. В новой работе изучили 22 генома бронзового века и три генома железного века с Оркнейских островов. Оказалось, что на протяжении бронзового века иммиграция с материка всё же происходила, причем иммигрировали преимущественно женщины, тогда как мужская линия оставалась в основном местной. Такой паттерн миграции в целом нехарактерен для Европы того времени. Исследование опубликовано в PNAS.

Редактирование нуклеиновых кислот

3. В Кембридже показали принципиальную возможность тканеспецифичного редактирования митохондриальной ДНК in vivo в соматических тканях. В клетки сердца мыши доставляли редактор оснований, используя аденоассоциированные вирусы. Это достижение приближает ученых к разработке генной терапии заболеваний, обусловленных мутациями в митохондриальной ДНК (они довольно часто встречаются). В работе использован особый редактор оснований DdCBE, который направленно заменяет C:G на T:A в митохондриальной ДНК. Эффективность in vivo редактирования составила 10–20% у взрослых мышей и 20–30% у новорожденных. Возможное применение методики для генной терапии в настоящее время ограничено преимущественно тем, что используемый редактор оснований способен осуществлять лишь одну конкретную замену. Кроме того, для него важен нуклеотидный контекст, что ещё сильнее осложняет применение.

4. Метод праймированного редактирования генома (prime editing) привлекает внимание исследователей, так как не подразумевает внесения двухцепочечного разрыва, в отличие от метода CRISPR-Cas9. В то же время его эффективность не всегда высока и зависит от особенностей редактируемых клеток. Группа австрийских и швейцарских ученых попыталась выяснить, какие системы репарации клетки важны для осуществления праймированного редактирования, и случайно выявила потенциальный способ повышения его эффективности. Изучая редактирование в клетках линии HAP1 (это практически гаплоидная линия), исследователи увидели, что удаление почти любого из компонентов системы репарации ошибочно спаренных нуклеотидов (MMR, mismatch repair) увеличивало эффективность редактирования в 2–6,8 раз. Эти данные подтвердились и на других типах клеточных линий с подавленной системой репарации ошибочно спаренных нуклеотидов. Точность редактирования при этом не страдала. Авторы других недавно вышедших статьи и препринта также попробовали применить подавление компонентов MMR для увеличения эффективности редактирования.

5. Статья в Nature Biotechnology сообщает о редактировании РНК in vivo. Существующие подходы используют аденозиндеаминазы, воздействующие на РНК (ADAR, adenosine deaminase acting on RNA). Эти ферменты заменяют аденозин на инозин, который для трансляционного аппарата аналогичен гуанидину. Ранее для редактирования использовали экзогенный ADAR, но авторы новой работы модифицировали РНК с помощью эндогенного фермента. Необходимо лишь доставить в клетки комплементарную РНК с одним некомплементарным нуклеотидом: напротив аденозина, подлежащего замене, должен располагаться цитозин. Кольцевые молекулы РНК (cadRNA), которые не имеют свободных концов, распознаваемых системой деградации РНК, и поэтому длительное время не разрушаются, доставлялись в клетки аденоассоциированными вирусами. Через 8 недель после инъекции эффективность редактирования гена mPCSK9 в клетках печени мыши достигла 53%. В мышиной модели мукополисахаридоза I типа эффективность редактирования преждевременного стоп-кодона достигла 17%, а накопление гликозаминогликанов снизилось на 33%. Авторы напоминают, что редактирование РНК, в отличие от ДНК, не сопряжено с риском внесения внецелевых мутаций, которые впоследствии нельзя исправить. Кроме того, кольцевые РНК можно применять и при редактировании ДНК как более устойчивые аналоги гидовых РНК.

CAR T-терапия

6. Диффузная глиома ствола головного мозга и другие H3K27M-мутантные диффузные срединные глиомы поражают центральную нервную систему. Прогнозы крайне неблагоприятны — в среднем пациенты выживают 10 месяцев после постановки диагноза. В настоящее время для них доступна лишь паллиативная радиотерапия. На этой неделе в Nature опубликовали результаты первой фазы клинических испытаний CAR T-терапии, нацеленной на дисиалоганглиозид GD2, экспрессия которого типична для глиомы. Инъекции CAR T-клеток получили четыре пациента. У трех улучшилось функционирование нервной системы, и они получили вторую доза CAR T-клеток, которая также вызвала улучшение. Важно, что анти-GD2 CAR T-клетки не были токсичны для нормальных клеток мозга, хотя GD2 экспрессируется и в них. Клинические испытания терапии будут продолжены.

Неинвазивная диагностика

7. Индийская компания PredOmix предложила метод одновременной диагностики четырех видов рака, наиболее часто встречающихся у женщин: молочной железы, эндометрия, шейки матки и яичников. Метаболом сыворотки крови исследуют методом масс-спектрометрии высокого разрешения, а затем полученные данные анализируют с использованием алгоритмов машинного обучения. Разработчики использовали 1369 образцов — по 200-300 образцов для каждого вида рака и столько же в контрольной группе. Половину образцов взяли для тренировки алгоритмов, а вторую половину — для их тестирования. Авторы заявляют, что точность постановки диагноза составила 98%.

8. В Nature вышла статья, описывающая раннее предсказание преэклампсии по присутствию в крови беременной женщины внеклеточной РНК 18 генов. Преэклампсия — частое осложнение во время беременности, причина 14% материнских смертей. При ранней диагностике и интенсивном уходе за матерью с высоким риском осложнения смертность можно значительно снизить. Предложенные маркеры выявляют риск преэклампсии на сроке беременности 516 недель. Они описывают состояние по крайней мере пяти систем органов матери: мозга, печени, почек, мышц и костного мозга. Диагностический метод пока не валидирован в клинических испытаниях, но может быть рекомендован к ним. Помимо выявления общего риска преэклампсии, подобный тест поможет оценить угрозу для конкретных органов.

Микробиомика

9. Ученые провели анализ микробиома атмосферы до высоты 3500 метров. Сбор образцов производили в Германии с использованием метеорологической вышки и исследовательского самолета, а метагеномный анализ — в Сингапуре. Состав микробиома (он включает в себя бактерии и грибы) на высоте менее 300 метров зависел от времени суток, а на высотах более 1000 метров в течение суток сохранял постоянство и включал в себя более 10000 различных видов микроорганизмов. На максимальной высоте (более 3000 метров) обнаружено много видов бактерий, устойчивых к радиации. Это наводит на мысль, что микробиом атмосферы, как и океана, образован постоянными по составу слоями. Авторы проанализировали зависимость видового состава от метеоусловий и выдвинули гипотезы о том, как на нем может отразиться глобальное потепление. Среди возможных последствий они называют усиленный обмен бактериями между слоями и увеличенную скорость их передвижения, что может привести к быстрому распространению, например, возбудителей болезней растений. (Подробнее на PCR.NEWS.)

Репортёры

10. Исследователи из Великобритании представили в Science Signaling репортёр для изучения активации экспрессии гена p53 in vivo. Он представляет собой флуоресцентный белок iRFP под контролем промотора гена p53. Предыдущие версии p53-репортёра экспрессировали флуоресцентные белки видимого диапазона (например, EGFP), а живые ткани плохо пропускают видимый свет. Белок iRFP флуоресцирует в ближнем инфракрасном диапазоне. У генно-модифицированной мыши, несущей новый репортёр, флуоресцентный сигнал тканей детектировался в ответ на облучение или воздействие парацетамола или тетрахлорметана. У белка iRFP довольно продолжительное время жизни в клетке, поэтому динамическую картину активации p53 наблюдать не получится. Однако устойчивость флуоресцентного белка имеет и  преимущества: возможен анализ тканей в течение длительного времени после воздействия.

Органоиды

11. Эмбриоидные тельца — 3D-органиоды, имитирующие развитие эмбриона. Полученные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека эмбриоидные тельца позволяют обходить этические ограничения, связанные с использованием эмбриональных тканей в исследованиях. Статья в eLife всесторонне рассматривает процесс дифференциации клеток в эмбриоидных тельцах и подтверждает, что они подобны процессам, протекающим в эмбрионах. В частности, клетки экспрессируют маркеры, соответствующие разным стадиям развития клеток эмбриона. В конечном счете клетки эмбриоидных телец образуют кластеры из более чем 60 первичных клеточных культур, соответствующие различным эмбриональным тканям и стволовым клеткам. Возможность получать эмбриоидные тельца из клеток людей с разной генетикой позволит исследовать влияние различных генетических вариантов на развитие и дифференциацию клеток, а тем самым и генетические предпосылки развития болезней.

Генетика сельскохозяйственных растений

12. Китайские ученые добились резистентности пшеницы к мучнистой росе, сохранив скорость роста и урожайность пшеницы дикого типа. Для этого они ввели делецию размером 304 т.п.н. в MLO — локус резистентности к мучнистой росе. Изменения в этот локус пытались вносить и ранее, но полученные мутанты медленно росли. Ученые выяснили, что определенная делеция вызывает перестройки хроматина, приводящие к активации TaTMT3B — транспортера моносахаридов. Этот эффект нивелирует нарушения в росте растения, вызванные делецией. Авторы подчеркивают, что скрещиванием или de novo введением делеции методом CRISPR в другие сорта можно также добиться их устойчивости. Новый сорт был получен всего за 2-3 месяца.

13. Ученые из США проанализировали генетику сорго, чтобы определить факторы устойчивости к тле. Последняя волна размножения тростниковой тли на Гаити в 2015 году уничтожила 70% урожая. В последующие годы на острове широко распространились устойчивые сорта. Авторы выяснили, что за устойчивость отвечает вариант гена RMES1, исторически зародившийся в Эфиопии. Программы обмена зародышевой плазмой сорго между странами значительно смягчили эффект «бутылочного горлышка», через которое прошла гаитянская популяция сорго. Авторы поднимают проблему, связанную с развитием генетических технологий: когда новые сорта становятся объектом интеллектуальной собственности, свободный мировой обмен ими затрудняется. При этом отдельные популяции из-за низкого генетического разнообразия с трудом адаптируются к новым условиям — например, новым видам вредителей.

Технологии

14. Компания Becton Dickinson представила новую технологию клеточного сортинга CellView Image Technology, возможности которой продемонстрированы в недавней статье в Science. Технология подразумевает сортинг клеток на основе их морфологии и локализации флуоресцентно меченых белков. Том Полен, президент и генеральный директор компании Becton Dickinson, говорит, что их технология использует 11 нефлуоресцентных параметров изображений, в то время как предыдущим аналогам были доступны лишь три. Скорость сортинга достигает 15000 клеток в секунду. Основа метода — алгоритмы обработки сигналов, на разработку которых ушли годы. Пока неизвестно, когда платформа станет коммерчески доступной.

Добавить в избранное

Вам будет интересно