SciNat за январь 2020 #1: новое поколение БЦЖ, зап...
SciNat за январь 2020 #1: новое поколение БЦЖ, запеченные корни от древних людей и защита от малярийных комаров
05 января 2020, 06:03
В первую неделю 2020 года мы встречаем изобилие статей на медицинские темы. В них ученые рассказывают о борьбе с туберкулезом, малярией, раком молочной железы, болезнями желудочно-кишечного тракта и даже с избыточным весом. Также мы узнаем о том, как применять CAR-T терапию для лечения солидных опухолей, что нового скрывают пирамидальные нейроны и почему крахмал помог нашим предкам путешествовать.
: гендерное неравенство иммунитета, искусственный интеллект vs. рентгенолог и лекарство от аппетита
Инфекционные болезни, вакцинация. Туберкулез — заболевание, которое вызывают микобактерии Mycobacterium tuberculosis. Самым известным способом предотвращения этой болезни считается вакцина БЦЖ, с которой многие дети сталкиваются еще в детском саду. Одной инъекции достаточно, чтобы приобрести иммунитет к туберкулезу, проказе и ряду других микобактериозов. Однако эффективность БЦЖ считается далекой от совершенства: многие взрослые, которые получили противотуберкулезную вакцину, заражались Mycobacterium tuberculosis. Исследователям из Университета Питтсбурга удалось найти способ повысить успешность БЦЖ: они изменили способ введения вакцины. Традиционно БЦЖ вводят подкожно, реже — аэрозольно. Исследователи провели опыт на макаках, которым вводили вакцину внутривенно. Такая иммунизация индуцировала иммунный ответ CD4 и CD8 Т-клеток в крови, селезенке, лимфоузлах и в паренхиме легких. Через 6 месяцев после вакцинации макак заражали Mycobacterium tuberculosis. Из девяти испытуемых только одна обезьяна заболела воспалением легких. Новый способ введения БЦЖ значительно повышает эффективность вакцины — остается лишь дождаться результатов клинических исследований на людях. — Prevention of tuberculosis in macaques after intravenous BCG immunization, Tuberculosis vaccine finds an improved route, биомолекула:Болезнь, не думавшая сдаваться.
Искусственный интеллект, скрининг. Диагностика рака молочной железы зависит от того, насколько быстро и точно врачи проанализируют маммограмму. Во всем мире существуют программы скрининга рака молочной железы, однако их результаты все еще нуждаются в совершенствовании. В новой статье Nature американские ученые рассказали о новой системе искусственного интеллекта, которая может повысить точность скрининга. Исследование результатов работы компьютерной программы показало, что искусственный интеллект может диагностировать рак молочной железы с такой же точностью, что и опытные радиологи. Искусственный интеллект снижает количество ложноположительных и ложноотрицательных результатов рака молочной железы: 1,2–5,7% для ложноположительных и 2,7–9,4 % для ложноотрицательных. Однако серьезным ограничением для использования ИИ остается то, что программу учили распознавать заболевание на снимках тех пациенток, у которых был подтвержден диагноз. — International evaluation of an AI system for breast cancer screening, AI shows promise for breast cancer screening, биомолекула:Рак молочной железы с семейной историей.
Молекулярка, метаболизм. Метформин — препарат, который обычно назначают для лечения сахарного диабета 2 типа. Это лекарство снижает уровень глюкозы в крови, облегчая симптомы болезни. Недавно ученые обнаружили новый эффект метформина — его способность устойчиво снижать массу тела. Выяснилось, что это вещество вызывает секрецию белка GDF15, который подавляет аппетит. Эффект метформина подтвердился сразу в двух сериях экспериментов на мышах. У группы мышей, которых кормили обогащенной жирами пищей и вводили метформин, повышался уровень GDF15. В результате животные потребляли меньше пищи, чем мыши из контрольной группы, а также теряли в весе. — GDF15 mediates the effects of metformin on body weight and energy balance, биомолекула:Кардиопротекция при сахарном диабете.
Иммунология, половой диморфизм. Наблюдения показывают, что гуморальный иммунный ответ на иммунизацию и инфекцию у особей мужского пола ниже, чем у женского. Китайским исследователям удалось найти причины такого полового диморфизма. Выяснилось, что причина скрывается в В-клетках, которые по-разному работают у мужчин и женщин. Важная роль принадлежит рецептору GPR174, связанному с Х-хромосомой. GPR174 в организме мужчин подавляет зародышевые центры вторичных лимфоидных органов. Этот эффект по-разному настраивает гуморальный иммунитет для женских и мужских особей,тем самым определяя половой диморфизм. — A GPR174—CCL21 module imparts sexual dimorphism to humoral immunity.
Малярия, молекулярка. Один из популярных способов борьбы с малярийными комарами — противомоскитные сетки. Их обрабатывают пиретроидами — искусственными ядами, токсичными для насекомых. Но за последнее время малярийные комары приобрели устойчивость к химикатам, из-за чего обработанные сетки уже не спасают от переносчиков болезни. Ученые из Великобритании и Греции выяснили, в чем заключается защитная реакция насекомых. Оказывается, устойчивые комары при приближении к обработанной ядохимикатом поверхности начинают вырабатывать защитный белок SAP2. Это вещество помогает комарам узнавать яд и избегать контакта с тем участком поверхности, на которой содержатся пиретроиды. Если лишить комаров гена, который кодирует белок SAP2, малярийные комары теряют восприимчивость к распознаванию токсинов. — A sensory appendage protein protects malaria vectors from pyrethroids, биомолекула:Малярия. 15 фактов о болотной лихорадке, Спецпроект: Пестициды.
Микробиом, адаптивный иммунитет. Бактерии, которые обитают в кишечнике человека, постоянно взаимодействуют с организмом хозяина посредством биомолекул. В их числе — первичные желчные кислоты, которые помогают усваивать липиды и жирорастворимые вещества. Небольшая часть этих кислот попадает в толстую кишку, где их модифицируют кишечные бактерии. Получившиеся в результате вещества выполняют функции гормонов и регулируют уровень холестерина в организме. В новой статье Nature ученые рассказывают о том, что этим роль бактериальных желчных кислот не ограничивается. Популяции кишечных бактерий, которые производят желчные метаболиты, повышают количество рецепторов RORγ и увеличивают уровень Т-клеток. Это способствует восприимчивости кишечника к болезням пищеварения, включая язвенный колит. — Microbial bile acid metabolites modulate gut RORγ+ regulatory T cell homeostasis, биомолекула:Микробиом кишечника: мир внутри нас.
: развитие "хищных" растений, неформатные нейроны и древняя история кори
Молекулярка, малярия. Артемизинины — группа препаратов, показавших свою эффективность в борьбе с тропической малярией. Но в последние годы эффективность комбинированной терапии с помощью артемизинина снизилась из-за появления популяций комаров, устойчивых к лекарству. Резистентность к препарату связана с мутацией белка Kelch13 в организме комара. Инактивация восьми белков комара, включая Kelch13, делает паразитов устойчивыми к артемизининам. Анализ показал, что белки группы Kelch необходимы для эндоцитоза гемоглобина из клеток хозяина. При этом артемизинины активируются с помощью продуктов разложения гемоглобина. Получается, что на комаров с мутациями в белке Kelch13 лекарство не действовало потому, что защитная реакция в организме хозяина не могла запуститься. — A Kelch13-defined endocytosis pathway mediates artemisinin resistance in malaria parasites, Uncovering the ART of antimalarial resistance, биомолекула:Малярия. "Болотная лихорадка" тогда и сейчас, Названы лауреаты Нобелевской премии-2015 по физиологии и медицине.
Молекулярка. Клетки строго контролируют количество белковых регуляторов — рибосом и шаперонов, поддерживая их на оптимальном для гомеостаза уровне. Большинство механизмов контроля связаны с обратной транскрипцией мРНК. Однако есть и исключения — например, тубулины регулируются высокоспецифичной деградацией мРНК. Недавно ученым удалось раскрыть этот регуляторный механизм. При избытке тубулина в клетках активируется белок TTC5, который связывается с альфа- и бета-тубулинами, вызывая деградацию мРНК. — TTC5 mediates autoregulation of tubulin via mRNA degradation, Gene expression regulated by RNA stability.
Древние люди, расселение. Одним из новшеств рациона питания древнего человека стало употребление в пищу растений, содержащих крахмал. Раскопки в Южной Африке показали, что наши предки ели крахмалистые корни уже 170 тысяч лет назад. Более того — древние люди термически обрабатывали растения. Ученые обнаружили обугленные корневища растения рода Hypoxis, которые содержат много крахмала. Представители рода Hypoxis широко распространены в Африке, Америке, Австралии и в Азии. Возможно, что доступность растительных углеводов помогла древним людям переселяться и осваивать новые места обитания. — Cooked starchy rhizomes in Africa 170 thousand years ago, биомолекула:Кто все эти люди?!
Нейробиология. Кора больших полушарий развивается неравномерно. В частности, кортикальные слои мозга утолщены в сравнении с другими слоями. Ученые из Германии изучали пирамидальные нейроны, которые взяли из кортикальных слоев мозга человека. Материал для исследования удалось получить из мозговой ткани пациентов с эпилепсией, которые подверглись частичной резекции мозга. В пирамидальных нейронах кортекса ученые обнаружили неизвестные ранее потенциалы действия дендритов, которые активируются кальцием. Их механизм действия отличался от классического принципа "всё или ничего", что обусловливает более сложную функцию таких нейронов. — Dendritic action potentials and computation in human layer 2/3 cortical neurons.
Молекулярка, рак. CAR-T терапия уже показала достаточную эффективность для лечения пациентов с разными формами лейкозов. Однако перспективы CAR-T для терапии солидных опухолей сильно ограничены. В новой статье Science исследователи представляют новый способ нацеливания CAR-T клеток на белковую мишень клаудин-6 в твёрдых образованиях. Модифицированные CAR-T, упакованные в РНК-вакцину из наночастиц, доставляли в лимфоидные органы. Такой способ нацеливает технологию CAR-T на солидные опухоли и способствует размножению CAR-T клеток. — An RNA vaccine drives expansion and efficacy of claudin-CAR-T cells against solid tumors, биомолекула:Способны ли CAR-Т-клетки уничтожить опухоль?
Наука и общество. Корь — одна из самых эпидемичных болезней современности: в 2017 году от нее погибли 142 000 человек. Недавно ученые выяснили, что вирус кори проник в человеческую популяцию еще в IV веке до н.э. Как раз в это время древние города стали достаточно большими, чтобы инфекция успешно распространялась среди городского населения. Такая хронология основана на техническом анализе: ученые провели реконструкцию вируса кори, взятого из образца лёгкого девочки, умершей в 1912 году. — Study pushes emergence of measles back to antiquity, биомолекула:Корь: война с детской чумой продолжается.
Эволюция формы. На обложке Science — микроструктура листа плотоядного растения Utricularia gibba. С помощью чашевидного листа эти растения ловят добычу. Реконструировать двухслойную структуру растения удалось с помощью анализа генов и компьютерного моделирования. — Evolution of carnivorous traps from planar leaves through simple shifts in gene expression.