НАУКА и ОБЩЕСТВО 2025. НАУКА. 5
133 • Ученые узнали, как устроено распознавание чужеродной ДНК
• Исследование томских генетиков позволит улучшить диагностику ряда наследственных заболеваний
• Описан новый вид бактерий из горячего источника Северной Осетии
• Звездчатые клетки печени, утратившие Rspo3, меняют защитную функцию на разрушительную
• Предрасположенность к бегу на короткие дистанции связали с вариантом гена GALNT13
Ученые узнали, как устроено распознавание чужеродной ДНК
Исследователи из Лаборатории анализа метагеномов Сколтеха под руководством Артема Исаева совместно с коллегами из Великобритании изучили метилтрансферазу BREX системы, и благодаря установлению структуры белка смогли изменить его специфичность к ДНК-сайтам, что позволило также значительно усилить антивирусную защиту.
Бактериофаги — самая распространенная форма жизни на Земле. Они заражают бактериальные клетки и оказывают значительное влияние на структуру микробного сообщества. Чтобы отражать атаки фагов, бактерии развили свои собственные механизмы защиты, самыми распространенными из которых являются системы рестрикции-модификации (R-M) и CRISPR-Cas.
В дополнение к этому бактерии кодируют арсенал из нескольких сотен более редких и малоизученных систем защиты, некоторые из которых, как например BREX, используют модификацию собственной ДНК для отличения ее от ДНК вирусов, но устроены такие системы значительно сложнее, чем классические R-M системы.
«Мы в лаборатории занимаемся изучением BREX-системы с момента ее открытия. Она достаточно сложна, так как состоит из шести белков, и интересна тем, что совмещает классический принцип метилирования ДНК с новыми механизмами защиты от вирусной инфекции. В этой работе мы постарались разобраться, как происходит распознавание чужеродной и собственной ДНК BREX-системой и какую роль в этом играет белок метилтрансфераза — BrxX. Наши коллеги из лаборатории Дмитрия Гилярова разрешили структуру белка BrxX в комплексе с сайт-специфичным ДНК-субстратом и смогли расшифровать, каким образом происходит распознавание конкретных букв (нуклеотидов) в BREX-сайте.
Располагая этой информацией, мы смогли провести мутагенез белка BrxX и тем самым запрограммировать его на распознавание новых ДНК-сайтов. Неожиданным образом это также значительно усилило противовирусную активность BREX-системы», — поделилась первый автор работы Алена Дробязко, выпускница аспирантуры Сколтеха
https://naked-science.ru/article/column/raspoznavanie-chuzherodno
Исследование томских генетиков позволит улучшить диагностику ряда наследственных заболеваний
Сотрудники НИИ медицинской генетики Томского национального исследовательского медицинского центра РАН предложили новый метод оценки клинической значимости микроструктурных хромосомных перестроек (CNV, вариация числа копий) на Х-хромосоме. Об этом сообщила пресс-служба ТНИМЦ РАН.
Х-сцепленная умственная отсталость встречается у 1 из 600 мужчин. Это наследственное заболевание, вызванное мутациями в генах, локализованных на Х-хромосоме.
«Микроструктурные перестройки на Х-хромосоме могут приводить к задержке умственного развития. Мы провели поиск таких микроперестроек у 1175 пациентов с помощью современного молекулярно-цитогенетического метода диагностики — хромосомного микроматричного анализа. Почти у трёх процентов пациентов, большая часть из которых мужского пола, были обнаружены микроструктурные изменения на Х-хромосоме, при этом в 70 процентах случаев эти изменения наследовались от здоровой матери. Некоторые перестройки у наших пациентов были описаны впервые в мировой практике», — рассказала научный сотрудник лаборатории инструментальной геномики НИИ медицинской генетики Томского НИМЦ РАН кандидат биологических наук Екатерина Толмачёва.
На основе собственных данных учёные предложили полуколичественную балльную оценку патогенетической значимости CNV на Х-хромосоме, с учётом характера инактивации Х-хромосомы, которая может маскировать проявление хромосомного заболевания у матери. Этот показатель, в дополнение к рекомендациям Российского общества медицинских генетиков по хромосомному микроматричному анализу, позволит уточнить оценку клинической значимости CNV, выявленных на Х-хромосоме.
«Результаты проведённого исследования позволяют улучшить диагностику целого ряда наследственных заболеваний и расширить понимание механизмов их возникновения, в том числе связанных с наличием хромосомного нарушения на Х-хромосоме у матери. Данная информация позволит семьям, столкнувшимся с подтверждённым заболеванием у ребёнка, спланировать следующие беременности, чтобы избежать повторения ситуации. Это становится возможным с использованием передовых технологий пренатального и преимплантационного генетического тестирования микроструктурных хромосомных перестроек, разработанных в НИИ медицинской генетики Томского НИМЦ», — отметил руководитель исследовательского коллектива, заместитель директора по научной работе ТНИМЦ РАН, руководитель лаборатории онтогенетики НИИ медицинской генетики ТНИМЦ РАН доктор биологических наук, профессор РАН Игорь Лебедев.
https://www.ras.ru/news/shownews.aspx?id=f15fc62a-cb9e-462c-9d50-5e8b096112a4#content
https://molecularcytogenetics.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13039-025-00703-w
Описан новый вид бактерий из горячего источника Северной Осетии
Микробиологи выделили из горячего источника Северной Осетии ранее неизвестную бактерию Tenuifilum osseticum. Этот микроорганизм выглядит как тонкие палочки длиной 5—10 микрометров, растёт при температурах от 30 °C до 55 °C и превращает простые сахара, полисахариды и белки в уксусную кислоту, водород и углекислый газ.
Поскольку некоторые термофильные бактерии используются в биотехнологии для получения ферментов и полезных соединений, новый вид потенциально может оказаться ценным не только с фундаментальной, но и с практической точки зрения. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Systematic and Applied Microbiology.
Горячие источники — место обитания большого количества уникальных термофильных микроорганизмов, способных жить при высоких температурах — более 50 °C. Такая способность объясняется тем, что их белки (в том числе ферменты) не теряют работоспособности при нагревании, в отличие от белков других организмов. Некоторых термофилов человек использует в биотехнологических целях. Так, например, из бактерии Thermus aquaticus, обнаруженной в термах Йеллоустонского национального парка, был выделен термоустойчивый фермент ДНК-полимераза Taq. Он широко используется в биологии и медицине для проведения ПЦР-анализов, с помощью которых, в частности, выявляют инфекции, такие как COVID-19. Однако в большинстве горячих источников микробные сообщества остаются неисследованными, что ограничивает круг потенциально полезных для биотехнологии термофильных микроорганизмов.
Сотрудникам ФИЦ Биотехнологии РАН удалось выделить из гидротермального источника, расположенного на территории Северной Осетии, новый вид бактерий. Авторы назвали микроорганизм Tenuifilum osseticum. Он представляет собой неспоровую тонкую палочку толщиной 0,13–0,2 микрометра и длиной 5–10 микрометров.
https://www.ras.ru/news/shownews.aspx?id=f15fc62a-cb9e-462c-9d50-5e8b096112a4#content
https://molecularcytogenetics.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13039-025-00703-w
Звездчатые клетки печени, утратившие Rspo3, меняют защитную функцию на разрушительную
Главными «виновниками» фиброза печени считаются звездчатые клетки. Авторы статьи в Nature проанализировали роль этих клеток в норме — ранее она была изучена слабо — и показали, что звездчатые клетки печени выполняют защитную функцию и способствуют правильному зонированию печени. При патологиях, например, метаболически ассоциированной жировой болезни печени, в звездчатых клетках снижается экспрессия белка Rspo3, из-за чего клетки теряют функциональность и начинают способствовать разрушению печени.
Звездчатые клетки печени играют центральную роль в развитии фиброза этого органа. Однако их функции в норме оставались малоизучены. Крупный международный коллектив установил, что звездчатые клетки необходимы для защиты печени, поддержания ее организации и функционирования. Однако вышедшие из строя звездчатые клетки, по-видимому, теряют способность выполнять свою основную роль и вместо этого начинают разрушать печень.
Функции звездчатых клеток в здоровой печени изучали на мышах. Для этого звездчатые клетки уничтожили с помощью Cre-индуцибельной экспрессии рецептора дифтерийного токсина. Проточная цитометрия клеток печени, обедненной звездчатыми клетками, не выявила значимых изменений иммунного профиля. Однако печень имела меньшие размеры и содержала сниженное число гепатоцитов. Также в ней отмечались низкие уровни мРНК Ccnd1 — активного фактора пролиферации гепатоцитов.
Исходя из полученных данных, авторы решили выяснить роль звездчатых клеток в регенерации печени. После частичной (70% объема) гепатэктомии печень мышей, лишенная звездчатых клеток, восстанавливалась хуже. Соотношение массы печени и тела оставалось на меньших показателях, чем в контроле, а количества Ki-67+ и циклин D1+ гепатоцитов были снижены, как и уровни мРНК Mki67 и Ccnd1. На поздних стадиях в печени наблюдалась компенсаторная гиперпролиферация, характерная для состояний с нарушениями регенерации этого органа. Аналогичный эффект давало истощение звездчатых клеток через час после частичной гепатэктомии. Индукция пролиферации клеток печени с помощью TCPOBOP — агониста конститутивных рецепторов андростана — подтвердило, что этот процесс нарушался в отсутствие звездчатых клеток.
Наконец, ученые проанализировали роль RSPO3 и изменений его экспрессии в клинически значимом контексте. Они измерили уровень этого белка в звездчатых клетках, выделенных из моделей фиброза печени различного генеза — токсического, билиарного или связанного с метаболически ассоциированной жировой болезнью печени (МАЖБП). Он был значительно снижен во всех случаях, причем по мере прогрессии заболевания продолжал снижаться. Изучив данные пациентов, исследователи обнаружили, что более высокая экспрессия RSPO3 ассоциирована со сниженной смертностью при МАЖБП и лучшими клиническими исходами. Они полагают, что динамическая регуляция уровня RSPO3 может лечь в основу терапевтических вмешательств при хронических заболеваниях печени.
Предрасположенность к бегу на короткие дистанции связали с вариантом гена GALNT13
Ученые выявили вариант гена GALNT13, связанный с выдающимися способностями к бегу на короткие дистанции (спринту). Интересно, что эта последовательность встречается в три раза чаще у африканцев, чем среди европейцев, азиатов и латиноамериканцев. Поскольку ген GALNT13 связан с формированием мышечных волокон быстрого типа, он может служить не только одним из маркеров при оценке предрасположенности спортсменов к высоким достижениям в спринте, но также использоваться в медицине для подбора персонализированных методов лечения патологий мышечной ткани. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Biology of Sport.
Предрасположенность человека к особым спортивным достижениям чаще всего оценивают по его внешним особенностям. Кроме того, существуют коммерческие ДНК-тесты, в которых анализируются неспецифические, хотя и важные с точки зрения здоровья гены. Они вовлечены в регуляцию липидного и углеводного обмена, клеточного дыхания, адаптацию мышц к физическим нагрузкам и другие процессы. Однако универсальных генетических маркеров, указывающих на выдающийся спортивный потенциал во всех популяциях, до сих пор найти не удавалось. В первую очередь это связано с тем, что большинство существующих исследований проводилось исключительно на европейцах с ограниченным количеством участников, а методы полногеномного генотипирования (определения всех генов) применялись на небольших выборках спортсменов.
Ученые из Федерального научно-клинического центра физико-химической медицины имени Ю.М. Лопухина ФМБА России (Москва) и Казанского государственного медицинского университета (Казань) в составе крупного международного коллектива проанализировали полногеномные данные 554 высококвалифицированных спринтеров различных этнических групп, включая ямайских, афроамериканских, японских, белорусских, литовских, российских, австралийских, бельгийских, греческих и польских атлетов. Из них более 80 спринтеров выигрывали медали на Чемпионатах мира и Олимпийских играх, либо устанавливали мировые рекорды. В качестве группы сравнения исследователи использовали данные 3090 людей, не занимающихся спортом. Оказалось, что один из вариантов гена GALNT13 выступает ключевым маркером, определяющим спринтерские способности, то есть навык бега на короткие дистанции. Сам по себе ген GALNT13 кодирует белок, регулирующий образование новых нервных клеток путем синтеза ряда необходимых для этого процесса веществ (гликанов и протеогликанов) в центральной нервной системе.
Дополнительное исследование российских ученых установило, что активность гена GALNT13 связана с количеством быстросокращающихся мышечных волокон — важнейшей физиологической характеристикой, необходимой для бега на короткие дистанции. Исследователи подчеркивают, что эта характеристика важна не только с точки зрения спортивной физиологии, но и в аспекте медицины. Так, нарушение молекулярных механизмов, определяющих развитие мышечных волокон быстрого типа, связано с развитием мышечных дистрофий, нарушениями обмена веществ и потерей мышечной массы и силы у пожилых людей (саркопенией). Таким образом, знание генов, отвечающих за развитие мышечных волокон разных типов, важно при разработке методов диагностики и персонализированных подходов в лечении заболеваний, связанных с особенностями мышечной ткани.
Примечательно, что вариант гена GALNT13, повышающий спринтерские способности, почти в три раза чаще встречается в африканских популяциях (38%), чем у европейцев (14%), восточных азиатов (12%) и латиноамериканцев (12%). Это генетическое преимущество частично объясняет, почему атлеты западноафриканского происхождения доминируют в спринтерских дисциплинах на мировом уровне.
Китайские исследователи утверждают, что разработали «коктейльную» нановакцину для предотвращения образования бляшек в артериях — основного фактора сердечных заболеваний, которые являются основной причиной смерти во всем мире. Нановакцина была разработана группой исследователей из таких институтов, как Нанкинский университет науки и технологий и Китайский университет науки и технологий и нацелена на состояние, известное как атеросклероз, которое вызывает образование бляшек — отложений жировых веществ, холестерина и клеточных отходов — в артериях, что может привести к образованию тромбов, инсульту и сердечным приступам.
Для создания группа прикрепила антиген, который запускает, либо усиливает иммунный ответ против атеросклероза к крошечным наночастицам оксида железа. Когда полученную нановакцину вводили мышам, которых кормили пищей с высоким содержанием холестерина, команда обнаружила, что вызванный иммунный ответ был способен снизить развитие атеросклероза.
«Наши результаты показывают, что двухкомпонентная стратегия доставки нановакцины эффективна против атеросклероза», — заявила команда в статье, опубликованной в рецензируемом журнале Nature Communications 2 марта. В ближайшее время планируются испытания на людях.
*на обложке - видео победитель премии EVIDENT «Изображение года» 2024 (взято с сайта: EVIDENT Image of the Year Award 2024) «Огромная и безграничная Вселенная», снято Чжиган Чжэном из Китая. Процесс кристаллизации аминокислот.