НАУКА и ОБЩЕСТВО 2025. НАУКА. 17
455 • В России обнаружили новые биомаркеры болезней печени, диабета и артрита
• Раковые клетки могут редактировать РНК своих генов, чтобы выжить
• Во рту человека обнаружена гигантская ДНК
• Пептиды действуют как «садовники микробиома»
В России обнаружили новые биомаркеры болезней печени, диабета и артрита
По словам научного сотрудника Института искусственного интеллекта МГУ Содбо Шарапова, авторы исследования создали крупнейшую в мире коллекцию гликомов и геномов, которая включает более 10 тыс. образцов
Международная исследовательская группа выявила связь ряда участков генома человека с развитием таких заболеваний, как патологии печени, диабет и артрит, и предложила новые биомаркеры для более точной диагностики. Об этом сообщила пресс-служба Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова.
"Ученые из лаборатории искусственного интеллекта в биоинформатике и медицине Института искусственного интеллекта МГУ, возглавляющие международный исследовательский консорциум, впервые выявили роль 16 участков генома человека в регуляции N-гликозилирования белков плазмы крови и установили связь этих участков с заболеваниями печени и воспалительным ответом. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications", - говорится в сообщении.
N-гликолизирование белков плазмы крови представляет собой механизм присоединения к ним сложных углеводов (гликанов), определяющих их функцию и стабильность. Более половины всех белков плазмы крови человека подвергаются этому процессу, а его нарушения играют роль в развитии различных заболеваний. Авторы впервые выявили 16 участков генома человека, замены в которых влияют на этот механизм.
"Анализ данных генов показал, что, помимо влияния на уровни гликанов, они также участвуют в патогенезе таких заболеваний, как диабет I и II типов, ревматоидный артрит, системная красная волчанка, ишемическая болезнь сердца, подагра, а также в ряде онкологических заболеваний. Более того, ученые установили причинно-следственные связи между нарушениями липидного обмена и уровнем определенных гликанов в плазме крови", - отметили в МГУ.
Раковые клетки могут редактировать РНК своих генов, чтобы выжить
Ученые Московского физико-технического института (МФТИ) совместно с коллегами из Первого МГМУ имени И.М. Сеченова и Института биоорганической химии имени М.М. Шемякина систематизировали процессы редактирования РНК, происходящие в раковых клетках. Они выяснили, что раковые клетки для выживания способны вносить “правки” в РНК своих генов. Учёные предполагают, что в будущем отредактированные опухолевые РНК смогут служить принципиально новыми биомаркерами для диагностики, прогноза и персонализации онкологических заболеваний. Работа опубликована в международном научном журнале Frontiers in Bioscience-Landmark.
Редактирование РНК — это важный естественный клеточный механизм, при котором специальные ферменты вносят изменения в уже синтезированные молекулы РНК, корректируя генетическую информацию в клетке. Такие правки помогают клетке гибко управлять работой генов, создавая дополнительные варианты белков. Этот механизм также позволяет здоровым клеткам эффективно защищаться от некоторых вирусов, а раковым клеткам позволяет быть устойчивым к терапии.
При этом вирусные РНК клетка организма редактирует до такой степени, что РНК теряют способность кодировать вирусные белки. В результате они становятся бесполезны для вируса и блокируют его размножение. Если этот природный механизм даёт сбой, возникают опасные «ошибки» — неправильно изменяются важные белки, отключаются защитные системы, что может привести к бесконтрольному делению клеток и развитию опухолей.
Перспективным направлением исследования является разработка CRISPR-систем нового поколения, где вместо классического фермента Cas9 (редактирует ДНК) используются модифицированные версии ADAR и APOBEC. Такой подход позволяет корректировать именно РНК — исправлять 'опечатки' в уже синтезированных молекулах, не затрагивая геном. Это особенно важно для раковых клеток, где массовые изменения редактирования РНК (например, в Alu-элементах) нарушают работу сотен генов.
По словам исследователей, предварительные данные показывают, что направленная коррекция процессов редактирования может подавлять программы канцерогенеза в опухолевых клетках. В будущем такое таргетирование РНК может открыть путь к созданию персонализированной терапии, адаптированной под конкретные профили редактирования РНК в опухолях конкретных пациентов.
В дальнейшем учёные планируют разработать инструменты для точного прогнозирования течения рака на основе анализа редактирования РНК.
https://mipt.ru/news/rakovye-kletki-mogut-redaktirovat-rnk-svoikh-genov-chtoby-vyzhit-
Секвенирование длинных фрагментов ДНК из почвы обнаружило новые таксоны бактерий и биоактивные молекулы
Нанопоровое секвенирование позволяет получать длинные прочтения, что облегчает сборку геномов ранее не исследованных организмов. Это могло бы помочь в изучении некультивируемых бактерий, однако ДНК, выделенная из почвы обычными методами, сильно фрагментирована. Исследователи из Рокфеллеровского университета разработали метод выделения высокомолекулярной ДНК из образцов почвы, собрали и проанализировали беспрецедентный объем генетической информации (около 2,5 терабаз из одного образца). Они также предсказали структуру нерибосомных антимикробных пептидов, которые могут синтезировать микроорганизмы, на основе кластеров биосинтетических генов, обнаруженных в их геномах.
Метагеномика (секвенирование ДНК, выделенной из целых микробных сообществ) позволяет исследовать геномы некультивируемых микроорганизмов. Этому способствует секвенирование длинных прочтений, например, нанопоровое. Длинные риды упрощают сборку полноразмерных последовательностей геномов. Однако для использования преимуществ длинных прочтений необходима высококачественная нефрагментированная ДНК. Исследователи из лаборатории генетически кодируемых малых молекул в Рокфеллеровском университете (Нью-Йорк, США) предлагают метод, позволяющий получать протяженные фрагменты метагеномной ДНК из образцов почвы для последующего нанопорового секвенирования. Таким способом авторы прочитали сотни полных кольцевых геномов из одного образца почвы и в них идентифицировали новые пути синтеза антибиотиков.
Обычно при исследовании метагеномов можно получить представление об их разнообразии, секвенируя ампликоны участков генов 16S рибосомной РНК. Также можно получить протяженные последовательности геномов путем сборки из коротких фрагментов (metagenome-assembled genome, MAG). Однако сборка может быть неполной и неточной, что затрудняет исследование генетического потенциала микроорганизмов. Например, кластеры биосинтетических генов (BGC — компактно расположенные гены ферментов, необходимых для синтеза одного метаболита) могут иметь длину в десятки или сотни тысяч пар оснований, и их сложно собирать из 150-нуклеотидных ридов.
Авторы нового исследования разработали пайплайн для выделения ДНК из почвы и подготовки образца для секвенирования, который позволяет получать риды длиной в десятки и сотни тысяч пар оснований (медианная длина N50 превышает 30 т. п. н.). Это дает возможность собирать последовательности длиной в миллионы пар нуклеотидов, иначе говоря, полные кольцевые геномы бактерий.
Предложенный подход расширяет возможности метагеномики по изучению огромного генетического разнообразия некультивируемых бактерий и поиску биоактивных молекул, которые они могут синтезировать.
Во рту человека обнаружена гигантская ДНК
Исследователи из Токийского университета сделали удивительное открытие: в ротовой полости людей были обнаружены Inocles — гигантские элементы ДНК, которые ранее найти не удавалось. По всей видимости, они играют ключевую роль в адаптации бактерий к постоянно меняющейся среде полости рта. Открытие, опубликованное в журнале Nature Communications, позволяет по-новому взглянуть на то, как бактерии в полости рта колонизируют организм человека и сохраняются в нём, что может иметь значение для исследований в области здоровья и микробиома.
Одна из областей биологии человека, которая сейчас является одной из самых популярных, — это микробиом. Сюда входят такие хорошо изученные области, как микробиом кишечника и полости рта. Вдохновившись недавними открытиями в области внеклеточной ДНК в микробиоме почвы, научный сотрудник проекта Юя Кигути и его команда обратили внимание на большую коллекцию образцов слюны. Ученые задались вопросом, можно ли найти что-то подобное в человеческой слюне.
«Мы знаем, что в микробиоме полости рта обитает множество различных видов бактерий, но многие из их функций и способов их выполнения до сих пор неизвестны, — говорит Кигучи. — Изучая этот вопрос, мы обнаружили Inocles — пример внехромосомной ДНК, то есть фрагментов ДНК, которые существуют в клетках, в данном случае в бактериях, но вне их основной ДНК. Это как найти книгу с дополнительными примечаниями, прикреплёнными степлером, и мы только начинаем их читать, чтобы понять, для чего они нужны».
Обнаружить Inocles было непросто, поскольку традиционные методы секвенирования фрагментируют генетические данные, что делает невозможным восстановление крупных элементов. Чтобы решить эту проблему, команда применила передовые методы секвенирования, которые позволяют захватывать гораздо более длинные участки ДНК. Нагиса Хамамото разработал метод preNuc для избирательного удаления ДНК человека из образцов слюны, что значительно повысило качество секвенирования длинных участков ДНК. Это позволило впервые собрать полные геномы бактерий Inocles, которые, как оказалось, относятся к виду Streptococcus salivarius, хотя определить сам вид было непросто.
https://scientificrussia.ru/articles/vo-rtu-celoveka-obnaruzena-gigantskaa-dnk
Пептиды действуют как «садовники микробиома»
Пептиды, называемые альфа-дефензинами, определяют, какие кишечные бактерии будут процветать, а какие погибнут.
Поддержание жизнеспособности и количества полезных бактерий в нашем кишечнике — это крупный бизнес, основанный на модных диетах и пищевых добавках, которые, как утверждается, являются ключом к здоровью кишечника. Исследователи с медицинского факультета и факультета естественных наук Сиднейского университета обнаружили, что гены играют активную роль в формировании бактериальных сообществ, что ставит под сомнение идею о том, что на здоровье кишечника влияет только питание.
«После десятилетий исследований, установивших связь между микробиомом кишечника и почти всеми хроническими заболеваниями, может показаться, что мы все находимся в заложниках у бактерий, живущих внутри нас», — сказал доктор Стюарт Массон из Центра Чарльза Перкинса, первый автор нового исследования, опубликованного в EMBO J.
«Хотя кишечные микробы, безусловно, влияют на всё — от диабета до депрессии, — это исследование показало, что наш организм не является просто пассивным носителем».
Исследователи обнаружили, что мыши с определенными генами вырабатывают природные пептиды – или небольшие белки – называемые альфа-дефензинами, которые действуют как садовники микробиома, формируя то, какие кишечные клопы процветают, и отсеивая нежелательные бактерии. Важно отметить, что пептиды альфа-дефензина также обнаружены у людей, что, по мнению исследователей, имеет большое значение для здоровья человека.
У этих мышей был более здоровый микробиом, и у них гораздо реже развивалась резистентность к инсулину — ключевая причина диабета 2-го типа и сердечных заболеваний.
Профессор Дэвид Джеймс, временно исполняющий обязанности директора Центра Чарльза Перкинса, сказал: «Наша работа показывает, что ДНК активно участвует в формировании здорового микробиома кишечника, и эти пептиды, формирующие микробиом, однажды могут стать новым оружием против ожирения и диабета».
«Наша работа ясно показывает, что воздействие на микробиом кишечника с помощью этих пептидов приносит пользу одним людям, но не другим, — сказал он. — Это подчёркивает как потенциал персонализированной медицины, так и потенциальную опасность попыток изменить наш микробиом кишечника с помощью добавок или даже модных диет, пока мы не узнаем больше о том, как наш организм поддерживает здоровый микробиом, уникальный для каждого из нас».
«Мы стоим у истоков прецизионной медицины, и перспективы выглядят многообещающе, но нам предстоит пройти долгий путь».
https://www.embopress.org/doi/full/10.1038/s44318-025-00555-5