Воскресное чтение. Обзор научной периодики за 7–13 марта

Визуализация ВИЧ в организме человека, искусственный партеногенез у млекопитающих и эволюция субантарктических пингвинов в обзоре научных новостей прошедшей недели.

Художник:
Наталья Дюкова

Трансляция

1. Международная группа ученых описала механизм внесения замен в аминокислотную последовательность белка без изменения последовательности мРНК в условиях дефицита триптофана в клетках человека. Замена происходит без сдвига рамки считывания. Исследователи показали, что в этом случае на место триптофана встает фенилаланин, и этот процесс специфичен. Дефицит триптофана часто наблюдается в раковых клетках из-за повышенной экспрессии в них индоламин-2,3-диоксигеназы 1 (IDO1). Оказалось, что замены триптофана на фенилаланин в белках часто наблюдаются в раковых клетках. Они универсальны для различных типов раковых опухолей: специфичные замены триптофана на фенилаланин были характерны для 9 из 11 проанализированных типов рака. Авторы предполагают, что это явление можно использовать для иммунотерапии рака, так как пептиды с такой заменой входят в репертуар антигенов, презентуемых на поверхности раковой клетки и вызывающих T-клеточный ответ.

Модификации РНК

2. Ученые из Бирмингемского университета и коллабораторы исследовали на дрозофилах роль посттранскрипционной модификации мРНК — 2'-O-метилирования рибозы. Ранее было известно, что метильную группу в этот сайт могут вносить ферменты CMTr1 и CMTr2, которые экспрессируются в нейронах. Мыши, нокаутные по CMTr1 и CMTr2, погибают в ходе эмбрионального развития. А вот дрозофилы, нокаутные как по одному из этих генов, так и по обоим, были жизнеспособны. Авторы показали, что у мушек, нокаутных по CMTr1 и CMTr2, снижена трансляция в синапсах нейронов. Они предполагают, что 2'-O-метилирование рибозы способствует локализации транскриптов в синапсах. При этом нет свидетельств того, что эта модификация увеличивает стабильность транскриптов. Мушки, нокаутные по генам CMTr1 и CMTr2, проявляли сниженные способности в тестах на память.

Диагностика рака

3. Ученые из Испании и Германии предложили метод диагностики протоковой аденокарциномы поджелудочной железы по составу фекальной микробиоты. Они показали, что определенное сочетание 27 микроорганизмов в образцах кала является маркером рака поджелудочной железы. При этом авторы исключили из этого набора неспецифичные микроорганизмы, например, являющиеся маркерами воспаления. Метагеномный анализ образцов кала проводили на испанской группе пациентов (она включала 57 случаев недавно диагностированного рака, 50 контрольных случаев и 29 пациентов с хроническим панкреатитом). Далее метод валидировали на группе из 76 пациентов и здоровых контролей из Германии и показали, что он имеет достаточно высокую предсказательную способность. Метод улучшили, дополнив его маркером CA 19-9 в сыворотке крови — на настоящий момент это единственный одобренный FDA неинвазивный маркер рака поджелудочной железы.

Структурные исследования

4. Ученые из США опубликовали структуру белкового капсида норовируса GII.4 — наиболее распространенного возбудителя вирусного гастроэнтерита в мире. Ранее полученные структуры не обладали нативной симметрией. Исследователи получили как кристаллическую структуру с разрешением 3,0 Å, так и структуру в растворе методом криоэлектронной микроскопии с разрешением 3,8 Å. Новая особенность, которую им удалось выявить, — высокая подвижность вирусного белка VP1, который оказался способен принимать разные конформации за счет «шарнира». Авторы предполагают, что одна из конформаций соответствует покоящемуся состоянию, а другая, «возбужденная», каким-то образом способствует вхождению вируса в клетку. Покоящееся состояние стабилизировано ионом двухвалентного металла, место связывания которого расположено в области «шарнира». От вирусного гастроэнтерита погибает более 200 тысяч человек в год, и авторы надеются, что их структурные исследования позволят оптимизировать создание вакцины.

Искусственный партеногенез

5. Китайские ученые получили мышь путем партеногенеза, внося в определенные участки генома изменения в сторону как метилирования, так и деметилирования ДНК. Ооциты оплодотворяли полярными тельцами — побочными клетками, получающимися в ходе мейоза при формировании ооцитов. Полярные тельца принадлежали той же самке — этим способом осуществляется партеногенез у птиц и рептилий. Изменения в метилировании вносили в семь контрольных областей импринтинга путем инъекции РНК модифицированного Cas9, слитого с метилтрансферазой, или конструкции dCpf1-Tet1, нацеленной на таргетное деметилирование, а также гидовых РНК. На стадии бластоцисты в возрасте 3,5 дней эмбрионы подсаживали самкам. Из одного модифицированного эмбриона развилось потомство без аномалий в развитии.

Предсказания структур белков

6. Программа на базе искусственного интеллекта AlphaFold2, созданная для предсказания третичных структур белков, способна предсказывать структуры гетеродимерных комплексов белков. Об этом сообщают ученые из Швеции в Nature Communications. AlphaFold2 позволяет также оценивать степень достоверности существования таких комплексов. Около 60% комплексов в тестовом испытании были определены успешно. Наиболее точно программа определяет взаимодействия посредством альфа-спиралей или бета-листов, с меньшей эффективностью — взаимодействия посредством выпетливающихся участков полипептидных цепей. Также эффективность выявления бактериальных белковых комплексов была выше, чем эукариотических. Ограничение метода в настоящее время — невозможность предсказания структур более высокого порядка, включающих в себя несколько субъединиц. Авторы оценивают, что почти 20 тысяч из 64 тысяч структур парных взаимодействий в протеоме человека могут быть предсказаны AlphaFold2 с частотой ошибок 1%, что является беспрецедентным результатом по соотношению точности и временных затрат.

ВИЧ

7. Распределение ВИЧ в организме инфицированных людей визуализировали, используя позитронно-эмиссионную томографию. Ученые использовали широко нейтрализующее антитело, специфичное к белку Env и меченое изотопом 89Zr, который имеет период полураспада 3,2 дня и распадается с испусканием позитронов. Меченое антитело вводили внутривенно. Процедура была одобрена FDA. Ранее визуализацию вируса иммунодефицита производили только в организме обезьян. В исследовании участвовали пациенты с большой вирусной нагрузкой и те пациенты, которые долгое время получали антиретровирусную терапию, а также контрольная группа неинфицированных людей. У инфицированных людей вирус был выявлен в лимфоидной ткани и тканях кишечника, что ранее наблюдалось в подобных экспериментах на обезьянах. Помимо этого, накопление вируса наблюдалось в костном мозге и носовых раковинах, в том числе у пациентов, у которых вирус подавлен антиретровирусной терапией. Исследование было проведено на небольшой выборке, и авторы не исключают возможных неспецифических взаимодействий антитела, которые могли исказить результаты исследования. Изучение резервуаров накопления ВИЧ в организме важно для улучшения эффективности терапии ВИЧ.

Популяционная геномика

8. Митохондриальную ДНК часто рассматривают как нейтральный генетический маркер, однако гены митохондриальной ДНК играют важнейшую роль в организме и могут быть подвержены отбору. Международный коллектив ученых исследовал митохондриальные геномы 62 субантарктических, или папуанских, пингвинов из девяти различных локаций в Южном океане. Они формируют четыре отдельные эволюционные линии. Похоже, что эволюционному отбору у этих линий подверглись гены комплексов I и V дыхательной цепи. Авторы предполагают, что такой отбор обусловлен различными климатическими условиями, в которых находились эти популяции пингвинов, так как энергетические процессы клетки могут влиять на особенности согрева организма и сбережения тепла. Отбор по генам компонентов комплекса I дыхательной цепи ранее был обнаружен у людей из Сибири и у атлантического лосося, поэтому комплекс I дыхательной цепи может быть вовлечен в адаптацию к холоду. Кроме того, отбор по ряду аллелей митохондриальных генов, как было показано ранее, обусловлен адаптацией к патогенам, и в этом случае расхождение между линиями пингвинов связано с их пространственной изоляцией друг от друга.

9. Когда часть вида проходит через «бутылочное горлышко», происходит как вымывание некоторых генетических вариантов, так и закрепление каких-то вариантов, не специфичных для популяции в целом. Во время последнего оледенения группа людей оказалась изолированной ледниками в области Берингова пролива, где оставалась в течение нескольких тысяч лет. Ученые исследовали геномы современных американских популяций, вклад коренных американцев в которые велик, чтобы выявить общие для них и редкие для остального человечества однонуклеотидные замены. Таких замен оказалось 20 424. Для сравнения, событие миграции из Африки, когда популяция также прошла через «бутылочное горлышко», отмечено в современных геномах 17 490 вариантами. Интересно, что события изоляции при миграции из Африки и изоляции в районе Берингова пролива были последовательными для популяции коренных американцев, поэтому они представляют хорошую модель прохождения двух «бутылочных горлышек». Оказалось, что варианты, свойственные евразийской популяции, практически не выявляются у потомков коренных американцев, то есть последствия второго «бутылочного горлышка» стирают последствия первого. Функционально новые возникшие замены связаны с сердечной функцией и меланогенезом. Возможно, что отбор был направлен на снижение пигментации кожи, которое способствовало формированию витамина D в условиях недостатка солнечного света.

10. В Current Biology опубликовали исследование геномов народа охотников и собирателей Чабу в Эфиопии и четырех народов, также происходящих от древних охотников и собирателей. Народ Чабу представлен сейчас примерно двумя тысячами человек. Люди народа Чабу оказались генетически близки к древним людям, заселившим Юго-Западную Эфиопию более 4 500 лет назад. В отличие от соседних народов, народ Чабу подвергается уменьшению популяции на протяжении последних 1400 лет. Среди адаптационных механизмов, способствующих сохранению популяции охотников и собирателей в условиях конкуренции с народами, освоившими сельское хозяйство, ученые называют географическое сокращение местности проживания, перемещение в районы, непривлекательные для сельского хозяйства, адаптацию к различным культурным практикам, включая новые практики питания, установление экономических отношений в виде обмена.

Возрождение вымерших видов

11. Международный коллектив ученых обратился к любопытной теме возрождения древних животных. Вопрос, на который они искали ответ — возможно ли изменить геном существующего сейчас животного так, чтобы оно превратилось в представителя недавно вымершего вида? Как модельное животное отлично подошла крыса с острова Рождества, которая вымерла на границе XIX–XX веков. Геном удалось прочитать с высокой степенью покрытия — 60x. Тем не менее, около 5% генома невозможно восстановить, даже используя геном современной коричневой крысы в качестве референса. Туда входили гены иммунного ответа и обоняния. Это значит, что методами геномного редактирования невозможно воссоздать вымерший вид из современного — в лучшем случае мы получим какой-то гибридный вид; вероятно, наиболее определяющие фенотип этого вида гены не будут воспроизведены. Том Гилберт из университета Копенгагена, один из авторов исследования, так отозвался о возможности возрождения, например, мамонта: «Если вы хотите создать странного слона с шерстью, который будет жить в зоопарке, возможно, и неважно, что вы упустите некоторые поведенческие гены. Но это поднимает много этических проблем».

Гормоны

12. Социальное поведение рыбок Danio rerio изучили в условиях нокаута одного из рецепторов окситоцина — Oxtr или Oxtrl. Нокаут Oxtr оказал более сильное влияние на социальное поведение рыбок, чем нокаут Oxtrl. Рыбки, нокаутные по рецептору окситоцина, были склонны к социальному поведению (приближение к своему сородичу за прозрачной перегородкой) в несколько более раннем возрасте, чем рыбки дикого типа. Однако во взрослом возрасте нокаутные рыбки постепенно теряли эту склонность, что не было свойственно рыбкам дикого типа. Любопытно, что на пике своей социальной активности нокаутные рыбки превосходили рыбок дикого типа. В способности образовывать сплоченную стаю нокаутные рыбки не отличались от рыбок дикого типа в возрасте четырех недель, но в возрасте восьми недель стая нокаутных рыбок была менее сплоченной, чем из рыбок дикого типа. Нокаут рецептора окситоцина не оказал влияния на агрессивность рыбок — частота проявления агрессивного поведения не была повышенной. В целом, нокаут рецептора окситоцина имеет не прямое про- или антисоциальное влияние на поведение рыбок, его эффект зависит от возраста.

Ксенотрансплантация

13. Медицинская школа Университета Мэриленда сообщает о смерти первого в мире человека, которому пересадили сердце генетически модифицированной свиньи. С момента операции он прожил два месяца. Дэвиду Беннетту было 57 лет. За несколько дней до смерти его состояние ухудшилось, и ему была оказана паллиативная помощь. Ученые выражают восхищение невероятной смелостью Дэвида и благодарны ему за его историческую роль в развитии области ксенотрансплантации. Несколько недель после трансплантации в условиях иммуносупрессии сердце работало полноценно, без каких-либо признаков отторжения, что позволяет ученым быть оптимистично настроеными относительно дальнейших перспектив ксенотрансплантации. Подробности об операции по пересадке сердца генно-модифицированной свиньи Дэвиду Беннетту читайте здесь. 

Молекулярная диагностика

14. Портативное устройство для изотермической амплификации с количественной детекцией продукта по изменению цвета представили разработчики из Греции и Великобритании. Прибор помещается в ладони, а амплификация производится в обычных пластиковых пробирках. Встроенная камера делает снимки через определенные промежутки времени и по параметрам пикселей на изображении строит зависимость яркости изображения от времени. Авторы утверждают, что предел детекции сопоставим с ПЦР в реальном времени с флуоресцентной детекцией. С использованием системы удалось определить мутацию BRAF V600E как в образцах выделенной ДНК в присутствии фона из геномной ДНК без мутации, так и в образцах фиксированной раковой ткани пациентов. Также систему применили для детекции РНК SARS-CoV-2 в методике, совмещающей изотермическую амплификацию с обратной транскрипцией. Чувствительность метода составила 97% при предварительном выделении РНК и 83% при постановке реакции непосредственно с мазка.

Добавить в избранное

Вам будет интересно