НАУКА и ОБЩЕСТВО 2025. НАУКА. 15
523 • Революция в лечении диабета: генно-модифицированные донорские клетки
• Крупнейший опрос Nature показал раскол среди физиков по вопросу о природе реальности
• Мутагенез генома бактерии повысил выработку необходимых для генной терапии плазмид
• Пептид MOTS-c. «Гормон подвижности» защитил мышцы крыс от истощения в период отсутствия нагрузок
Ученые раскрыли механизмы поддержания определяющего жизнь баланса между программируемой гибелью клеток и регенерацией тканей
В международном журнале Frontiers in Microbiology опубликованы результаты крупного междисциплинарного исследования, посвящённого сравнительной оценке трёх передовых технологий высокопроизводительного секвенирования — Pacific Biosciences (PacBio), Oxford Nanopore Technologies (ONT) и Illumina — применительно к профилированию микробиома почв России на основе гена 16S рРНК. Работа была выполнена в рамках взаимодействия, организованного АМКСБ, которая выступила платформой для объединения компетенций специалистов в области молекулярной биологии, микробиологии, почвоведения и биоинформатики. В проекте участвовали исследователи Российского университета дружбы народов (РУДН), ФНКЦ физико-химической медицины им. Ю.М. Лопухина, а также Сибирского федерального научного центра агробиотехнологий СО РАН. АМКСБ удалось создать эффективную многопрофильную команду, благодаря совокупным компетенциям которой под инициативой руководителя рабочей группы «Промышленная биотехнология» АМКСБ, доцента Института экологии РУДН - Алексея Ватлина – проект был реализован на высоком международном уровне и доведён до одного из важных этапов научной деятельности.
Исследователи проанализировали три различных типа почв, применив для каждой платформы стандартизированные биоинформационные пайплайны и нормализовав глубину секвенирования (10 000, 20 000, 25 000 и 35 000 ридов на образец). Были изучены как полная последовательность 16S рРНК-гена (V1-V9), так и его отдельные регионы (V4, V3–V4). Результаты показали, что платформы длинных чтений дают сопоставимые оценки бактериального разнообразия при одинаковой глубине прочтений, однако PacBio продемонстрировала особую эффективность в обнаружении таксонов низкой численности. Благодаря технологии HiFi ридов, PacBio обеспечивает исключительное качество данных, минимизируя ошибки и позволяя получать максимально достоверную картину микробного состава образцов. Это делает PacBio особенно ценным инструментом при изучении сложных микробных сообществ, где важно выявить даже редкие организмы. Интересно, что, несмотря на более высокий уровень ошибок на сырых прочтениях, ONT продемонстрировала снижение ошибки результатов по отношению к PacBio для доминирующих, широко представленных таксонов при значительном увеличении общей глубины прочтений на образец.
Исследователи проанализировали три различных типа почв, применив для каждой платформы стандартизированные биоинформационные пайплайны и нормализовав глубину секвенирования (10 000, 20 000, 25 000 и 35 000 ридов на образец). Были изучены как полная последовательность 16S рРНК-гена (V1-V9), так и его отдельные регионы (V4, V3–V4). Результаты показали, что платформы длинных чтений дают сопоставимые оценки бактериального разнообразия при одинаковой глубине прочтений, однако PacBio продемонстрировала особую эффективность в обнаружении таксонов низкой численности. Благодаря технологии HiFi ридов, PacBio обеспечивает исключительное качество данных, минимизируя ошибки и позволяя получать максимально достоверную картину микробного состава образцов. Это делает PacBio особенно ценным инструментом при изучении сложных микробных сообществ, где важно выявить даже редкие организмы. Интересно, что, несмотря на более высокий уровень ошибок на сырых прочтениях, ONT продемонстрировала снижение ошибки результатов по отношению к PacBio для доминирующих, широко представленных таксонов при значительном увеличении общей глубины прочтений на образец.
Революция в лечении диабета: генно-модифицированные донорские клетки
Американские ученые разработали технологию, которая помогает пациентам с диабетом самостоятельно генерировать инсулин.
В США была произведена первая в мире успешная трансплантация генетически модифицированных островковых клеток пациенту с диабетом 1-го типа. В процессе не использовалась иммуносупрессивная терапия. Прорыв американских ученых был описан в журнале The New England Journal of Medicine.
Первым пациентом, прошедшим процедуру, стал 42-летний мужчина, страдающий диабетом 1-го типа уже 37 лет. Донором клеток стал 60-летний мужчина, пишет Live Science.
Ученые научились менять донорские клетки так, чтобы организм реципиента не воспринимал их как враждебные. Они убрали с поверхности клеток специальные «метки» HLA, которые обычно вызывают атаку иммунитета. Благодаря этим изменениям, организм принимает новые клетки, и человеку не нужно принимать лекарства, подавляющие иммунитет.
Больному сделали 17 уколов, в общей сложности введя около 80 млн модифицированных клеток. Чтобы убедиться, что новый метод работает, врачи ввели еще и немного клеток, измененных только частично. Как и ожидалось, организм пациента их уничтожил. А вот полностью модифицированные клетки успешно прижились и работали нормально на протяжении всего периода наблюдения, который продлился 12 недель.
Ученые измерили количество C-пептида, которое показывает, что пересаженные клетки начали производить инсулин. До этого исследования уровень собственного инсулина у пациента был настолько низким, что его не удавалось даже определить.
https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa2503822
https://science.mail.ru/news/6844-peresadka-kletok-protiv-diabeta/
Крупнейший опрос Nature показал раскол среди физиков по вопросу о природе реальности
Квантовую механику активно применяют не только в науке, но и при некоторых расчетах, связанных с работой электроники. Несмотря на заметные практические результаты, эта отрасль науки не имеет единых взглядов на то, как на самом деле устроена та самая физическая реальность, которую квантовая механика призвана описывать.
Журнал Nature провел по электронной почте крупнейший из когда-либо реализованных опросов ученых, связанных с квантовой механикой. Всего на его вопросы ответило около 1 100 человек. Ключевым из них был пункт о том, как они оценивают коллапс волновой функции — мгновенное изменение параметров квантовомеханического объекта, происходящее в момент измерения этого самого параметра. В научпопе его самым известным примером служит судьба кота Шредингера: в зависимости от результата измерения он либо мертв (с вероятностью 50%) либо жив (с той же), но до проведения измерения узнать это невозможно.
В опросе 36% процентов исследователей показали себя сторонниками копенгагенской интерпретации: по их мнению, в момент измерения реально меняются физические параметры измеряемой подсистемы. Однако когда их спросили, уверены ли они в этом, половина сообщила, что нет. Более или менее уверенных в разной степени оказалось лишь порядка 18% опрошенных. 47% опрошенных посчитали, что такая интерпретация — скорее удобный инструмент расчетов, чем физическая реальность.
15% заявили, что они сторонники многомировой интерпретации квантовой механики. По ней после измерения условный шредингеровский кот может быть как мертв, так и жив одновременно: просто сам акт измерение создает два отдельных мира, в одном из которых кот выживает, в другом — погибает. 7% заявили, что они сторонники интерпретации квантовой механики де Бройля-Бома.
Карлтон Кэйвс, физик-теоретик из Университета Нью-Мексико (США), считает, что сложившаяся ситуация неидеальна: «Это просто стыд, что у нас нет истории, которую мы могли бы рассказать людям — истории о том, что есть реальность». Другие опрошенные Nature ученые, напротив, находят ситуацию даже забавной, считая ее «ведущей к креативности».
https://naked-science.ru/article/physics/krupnejshij-opros-nature
Биологи впервые построили карты пространственной организации генома E.Coli c ультравысоким разрешением
Раскрытие роли пространственной организации генома в регуляции экспрессии генов является одной из ключевых задач современной молекулярной биологии. Значительный прогресс в этой области был достигнут при изучении 3D генома человека и других эукариотических организмов. Аналогичные работы на эубактериях и других прокариотических организмах ранее не выявили прямой связи между пространственной организацией хромосом этих организмов и функциональной организацией их генома. В новом исследовании биологи МГУ с коллегами впервые смогли построить карты пространственной организации генома E.Coli c ультравысоким разрешением.
Результаты исследования, поддержанного Российским научным фондом (грант №21-64-00001), опубликованы в журнале Nature.
«Такого беспрецедентно высокого разрешения карт 3D генома Е.coli (10 пар нуклеотидов) удалось достичь благодаря адаптации протокола Микро-С для работы с прокариотическими организмами, хромосомы которых не организованы в нуклеосомы», — говорит Алексей Гаврилов, ведущий научный сотрудник группы пространственной организации генома Института биологии гена РАН.
Ученый также отметил, что ключевую роль в раскрытии функций индивидуальных белков в формировании пространственной организации генома E.coli сыграл анализ мутантных штаммов, полученных в лаборатории Евгения Нудлера. Анализ карт 3D генома E.coli ультравысокого разрешения позволил выявить особые пространственные структуры (шпильки и кластеры шпилек), обеспечивающие инактивацию горизонтально перенесенных генов. Также показано, что контакты между такими шпильками могут удерживать рядом участки хромосомы, содержащие горизонтально перенесенные гены, что должно способствовать дальнейшему переносу этих генов посредством рекомбинации. Разрушение шпилек посредством вытеснения стабилизирующих их белков бактериальной хромосомы (так называемых гистоноподобных белков) приводит к активации транскрипции горизонтально перенесенных генов. Учеными также было выявлено, что активные опероны образуют отдельные контактные домены, в рамках которых предпочтительно контактируют области начала и терминации транскрипции. Это может способствовать переносу завершившей работу РНК-полимеразы к промотору и, соответственно, обеспечению высокого уровня транскрипции.
«Результаты работы будут способствовать раскрытию механизмов горизонтального переноса генов у бактерий и разработке подходов для подавления переноса генов устойчивости к антибиотикам», — отметил Сергей Разин, заведующий кафедрой молекулярной биологии биологического факультета МГУ.
Мутагенез генома бактерии повысил выработку необходимых для генной терапии плазмид
Плазмидную ДНК широко применяют в генной терапии, но стоимость ее производства достигает 100 тыс. долларов за грамм. Исследователи из США провели мутагенез генома E. coli, чтобы повысить выработку плазмид бактериальной клеткой. В результате число репортерных плазмид, экспрессирующих GFP, выросло в 5,93 раза, число плазмид gWiz, разработанных для экспрессии в клетках млекопитающих, — в 1,93 раза, а аденоассоциированного вирусного вектора pAAV-CAGG-eGFP — в 8,7 раза. Причина такого роста — в том числе мутация R584H в гене recG, кодирующем хеликазу. Если убрать мутацию из генома бактерии, то число плазмид снизится на 63%.
Плазмидная ДНК — необходимый компонент генной терапии. По мере внедрения терапии в клиническую практику растет и нужда в такой ДНК. Но в E. coli плазмид не так уж и много, а изолировать их дорого, так что стоимость грамма изолированной плазмидной ДНК может достигать 100 000 долларов. Снизить цену можно, увеличив число плазмид в бактериальной клетке, желательно, не изменяя последовательность самой плазмиды.
После мутагенеза штамма NEB 5α и внесения репортерных плазмид авторы оценили состояние последних. NEB 5α в основном производили сверхспирализованые мономеры, вариант М1 — димеры и тетрамеры, М2 — тримеры, пентамеры и гексамеры. Вероятно, мультимеризация происходила из-за изменений в гене recA1 и стимулирования рекомбинации.
Ген recA1 удалили из генома бактерии с помощью системы CRISPR-Cas9 и провели еще раунд мутагенеза. Полученный вариант M3 производил мономерные плазмиды в большом количестве. Авторы опробовали еще две плазмиды — gWiz, разработанную для экспрессии в клетках млекопитающих, и pAAV-CAGG-eGFP, аденоассоциированный вирусный вектор для применения в генной терапии. Количество всех плазмид выросло в M3. Мутагенез не затронул плазмиды.
Полногеномное секвенирование M3 выявило 85 мутаций в геноме бактерии. Дополнительный анализ позволил предположить, что причина роста числа плазмид — в том числе в мутации recG R584H. Так, если ее убрать из генома M3, то число плазмид снизится на 63%. Но, походе, что другие мутации тоже влияют на фенотип — одной только мутации recG недостаточно для увеличения числа плазмид в штамме дикого типа. recG кодирует хеликазу, участвующую в репарации ДНК и регрессии репликативной вилки. Замена R584H может изменить функцию RecG таким образом, что в контексте дополнительных мутаций этот белок способствует созданию клеточной среды, благоприятной для репликации плазмиды, — потенциально за счет изменения динамики репликативной вилки, снижения стрессовых реакций или косвенного усиления специфичных для плазмиды механизмов репликации.
https://microbialcellfactories.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12934-025-02821-x
Пептид MOTS-c. «Гормон подвижности» защитил мышцы крыс от истощения в период отсутствия нагрузок
Ученые выяснили, что защитить мышцы крыс от слабости и истощения при длительном отсутствии нагрузок может пептид MOTS-c. Это вещество иногда называют «гормоном подвижности», поскольку оно вырабатывается в клетках при физической активности, увеличивая выносливость мускулов. Пептиды MOTS-c вводили крысам при семидневной имитации невесомости, и это позволило полностью сохранить выносливость их мышц и препятствовало уменьшению объема мышечной массы на 10–15% по сравнению с животными, не получавшими инъекции. Открытие потенциально может быть полезно при разработке препаратов для поддержания здоровья космонавтов в условиях низкой гравитации и пациентов с продолжительным постельным режимом. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Muscle Research and Cell Motility.
Мышечная масса космонавтов при низкой гравитации за две недели сокращается на 20%. Это явление — атрофию (истощение) мышц — испытывают также пациенты, вынужденные долгое время соблюдать постельный режим, пожилые и даже здоровые люди, столкнувшиеся с резким снижением физической активности как, например, в период карантина 2020 года. Помимо объема и массы мускулы без регулярных тренировок также утрачивают выносливость. Это происходит из-за изменения типа волокон, из которых состоят мышцы.
Так, медленные волокна помогают поддерживать осанку и переносить длительную однообразную нагрузку как при марафонском забеге. Быстрые позволяют совершать резкие, сильные, но непродолжительные движения, например, прыжок. В медленных волокнах больше митохондрий — компонентов клеток, отвечающих за производство энергии, что и позволяет им работать длительное время.
В периоды физической активности митохондрии вырабатывают пептид MOTS-c — «гормон подвижности», — который нужен для поддержания правильной работы как медленных мышечных волокон, так и самих клеточных компонентов. При отсутствии длительных и постоянных физических нагрузок этот пептид не выделяется, из-за чего митохондрии хуже работают, мышцы слабеют, медленных волокон становится меньше, и человек может уставать даже от короткой прогулки.
Ученые из Института медико-биологических проблем РАН (Москва) в эксперименте на крысах показали, что введение MOTS-c при недельном отсутствии нагрузок предотвращает атрофию мышц, превращение медленных волокон в быстрые и снижение выносливости. Для этого животных разделили на три группы по восемь особей. Крысы контрольной группы жили в обычных лабораторных клетках. Животных других групп содержали в специальных клетках для разгрузки задних конечностей — крыс подвесили так, чтобы задние лапы не касались опоры.
Из-за этого их камбаловидные мышцы — медленные мышцы, участвующие в ходьбе, — были полностью лишены нагрузки, как при невесомости. При этом животные могли перемещаться по клетке в любом направлении, используя только передние лапы. Крысы одной из групп в условиях такой разгрузки ежедневно получали искусственно синтезированный крысиный MOTS-c.
После семи дней эксперимента ученые отметили, что содержание пептида в мышцах у животных, не получавших пептид при разгрузке, снизилось на 60% по сравнению с контрольной группой. Авторы также исследовали камбаловидные мышцы крыс. Оказалось, что недельная «невесомость» сократила объем быстрых волокон на треть у обеих групп с разгрузкой по сравнению с контрольной группой. Однако объем медленных волокон у крыс, получавших MOTS-c, сократился всего на 15–20%, тогда как у животных без лечения этот показатель достиг 30–35%.
Результаты исследования позволили получить новые данные о клеточных и молекулярных механизмах, которые регулируют работу мышц у животных. Так, ученым удалось выяснить, что пептид MOTS-c препятствует атрофии мускулов у крыс, хотя ранее было известно лишь о влиянии на их выносливость. Сейчас исследования сосредоточены на лабораторных животных, но потенциально, если соединение будет эффективно и для человека, оно может помочь в разработке препаратов для защиты мышц космонавтов в условиях низкой гравитации, пациентов, прикованных к постели, и других людей с низкой физической активностью, например, пожилых или с сидячей работой.
https://link.springer.com/article/10.1007/s10974-025-09700-3