НАУКА и ОБЩЕСТВО 2025. НАУКА. 6
133 • Ивановские ученые получили вещество для повреждения «вредоносных» ДНК
• Жительница Ростовской области родила тройню с идентичной ДНК
• IPANEMAP Suite: набор инструментов для моделирования структуры РНК на основе зондирования
• Ученые разработали экспресс-тест для выявления устойчивых к антибиотикам бактерий
• Обнаружены новые гены, мутации в которых ассоциированы с биполярным расстройством
Ивановские ученые получили вещество для повреждения «вредоносных» ДНК
Соединение для повреждения генома раковых клеток, вирусов и бактерий разработали ученые Института химии растворов РАН. Новое вещество встраивается между фрагментами ДНК, «как горошина между перинами», что нарушает стабильность молекулы и не дает клетке копировать наследственный материал, а также использовать его для биосинтеза белков. Полученные результаты могут стать основой для создания новых лекарственных препаратов, сообщили РИА Новости в пресс-службе Минобрнауки.
Спиралевидная структура ДНК возникает не только из-за притяжения оснований разных молекул, но и из-за взаимодействия соседних азотистых оснований одной цепи – так называемого стекинга. Этот эффект, связанный с электронным строением азотистых оснований, удерживает соседние фрагменты наподобие стопки монет, рассказали специалисты Института химии растворов РАН.
Если что-то встраивается «между монетами», то затрудняются процессы копирования (репликация) и «считывания» ДНК для последующего синтеза белков (транскрипция). Способные на такое взаимодействие вещества (интеркалирующие) рассматриваются учеными как альтернатива существующим онкопрепаратам и антибиотикам из-за другого механизма действия на «вредоносную» ДНК, который также ведет к гибели клетки.
Специалисты Института химии растворов РАН (Иваново) синтезировали новое вещество для «встраивания» между соседними азотистыми основаниями. В отличие от существующих интеркаляторов, новое соединение при облучении светом способно вызывать необратимые повреждения ДНК. Согласно сообщению пресс-службы Минобрнауки, новая молекула относится к порфиринам и способна встраиваться в области, где в составе ДНК превалируют пары аденин-тимин (АТ).
«В процессе работы удалось получить объемный порфирин, способный к встраиванию в АТ-области и вызывающий существенные нарушения в конформации нуклеиновой кислоты», —приводятся в сообщении слова заведующей лаборатории «Физическая химия супрамолекулярных систем на основе макроциклических соединений и полимеров» Института химии растворов РАН Наталья Лебедева.
Результаты представлены в International Journal of Biological Macromolecules.
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S014181302410222X
В отличие от химических пестицидов, биологические способы защиты растений от вредных организмов более экологичны и безопасны. Красноярские учёные сравнили эффективность биологических и химических средств защиты растений. Результаты показали, что пестициды остаются чуть более эффективными в борьбе с вредителями и болезнями. Но биологические средства на основе микроорганизмов представляют перспективную и безопасную альтернативу. Результаты исследования опубликованы в сборнике конференции Web of Conferences.
В современном сельском хозяйстве особое внимание уделяется получению высококачественных экологически чистых урожаев. Для этого важно не только защищать растения от вредителей, но и решить вопрос безопасности для здоровья человека и окружающей среды. Поэтому последние годы в качестве альтернативы химическим пестицидам активно изучаются биологические средства защиты — микробиологические препараты. Они безопасны для человека и воздействуют исключительно на вредные организмы.
Сотрудники Красноярского научного центра СО РАН оценили эффективность биологических и химических средств защиты при выращивании ячменя и выяснили, могут ли биологические средства защиты растений по эффективности сравниться с химическими.
Специалисты оценили эффективность применения биологических препаратов на основе Триходермы (Trichoderma harzianum subsp. Trigo) и химических средств защиты при выращивании ярового ячменя сорта Оплот. Предпосевная обработка семян значительно снизила количество спор на зерне — на 81 % для биологических и 83 % для химических препаратов. Это повысило лабораторную всхожесть семян на 12 % при использовании биопрепарата и на 13 % при применении химического препарата. Кроме того, обе схемы защиты увеличили выживаемость растений. Химические препараты оказали более выраженный эффект, увеличив выживаемость на 16 %, а биологические — на 15 %. Результаты также показали, что обработка исследуемыми препаратами увеличила урожайность ячменя: на 17% при применении биологических препаратов; на 22 % для использования химических пестицидов.
https://www.ras.ru/news/shownews.aspx?id=3b839b87-944e-4c7c-be62-d25cc056d210#content
Понимание того, как физические упражнения повышают чувствительность организма к инсулину (Si), включает в себя сложные молекулярные сигнальные процессы. В представленном исследовании изучены изменения экспрессии генов в скелетных мышцах, связанные с Si, с учётом половых различий, объёма и интенсивности физических упражнений, чтобы определить фармакологические мишени, имитирующие пользу от физических упражнений. Пятьдесят три участника STRRIDE I и II прошли восьмимесячный курс аэробных тренировок. Экспрессия генов оценивалась с помощью технологий Affymetrix и Illumina, а Si измерялась с помощью внутривенных тестов на толерантность к глюкозе. Новый протокол исследования, объединяющий литературные данные и моделирование на основе данных, выявил причинно-следственные связи и непосредственные мишени для транскрипции. У женщин количество тренировок в первую очередь влияло на мишени транскрипционных факторов, которые, как правило, подавляли активность, в то время как у мужчин интенсивность тренировок влияла на мишени, которые активировали активность. К распространённым транскрипционным факторам относятся ATF1, CEBPA, BACH2 и STAT1. К мишеням транскрипции, связанным с Si, относятся TACR3 и TMC7 для эффектов, связанных с интенсивностью, и GRIN3B и EIF3B для эффектов, связанных с количеством тренировок. Были идентифицированы два ключевых пути, опосредующих улучшение Si: передача сигналов эстрогена и передача сигналов PKC, оба сходятся на рецепторе эпидермального фактора роста (EGFR) и других соответствующих мишенях. Молекулярные пути, лежащие в основе улучшения Си, варьировались в зависимости от пола и параметров физической нагрузки, что указывает на потенциальные лекарственные мишени для скелетных мышц, такие как EGFR, для воспроизведения метаболических преимуществ физических упражнений.
https://academic.oup.com/narmolmed/advance-article/doi/10.1093/narmme/ugaf010/8099937
Жительница Ростовской области родила тройню с идентичной ДНК
В перинатальном центре Ростовской области родилась тройня мальчиков с одинаковой ДНК. Такое случается раз на 200 млн беременностей. О случае сообщили в пресс-службе медицинского учреждения.
Изначально мама забеременела двойней, но затем оказалось, что зигота — диплоидная клетка, образующаяся в результате оплодотворения, — поделилась на три будущих эмбриона. Ультразвуковое исследование подтвердило беременность тройней.
Монохориальная монозиготная триамниотическая тройня бывает лишь один раз на 200 млн беременностей — все три плода имеют идентичные ДНК.
Как отметил главный врач ГБУ «Перинатальный центр РО» Максим Уманский, совместное существование трех плодов в одной плаценте может грозить высоким риском развития акушерских синдромов.
«Мы наблюдали эту сложнейшую беременность с первых недель и до момента родоразрешения», — подчеркнул Уманский.
Роды случились на 34-й неделе беременности. На свет появились три мальчика. Мама и дети находятся на совместном пребывании, набирают вес и готовятся к выписке.
IPANEMAP Suite: набор инструментов для моделирования структуры РНК на основе зондирования
Помимо последовательности, в структуре РНК закодировано множество функций, которые зачастую трудно определить с помощью физико-химических методов. Включение экспериментальных данных низкого разрешения, таких как результаты химического анализа, в вычислительное прогнозирование значительно повышает точность моделирования структуры РНК. Хотя методы анализа структуры РНК со средней и высокой пропускной способностью широко доступны, последующий процесс анализа может быть сложным и включать в себя использование нескольких программ и ручное редактирование данных. Кроме того, для правильной интерпретации данных требуется надлежащая параметризация программного обеспечения и строгая последовательность в процессе анализа.
За последние несколько лет было разработано множество высокопроизводительных экспериментальных и вычислительных систем, которые предлагают разнообразные возможности для анализа структурного зондирования с высокой пропускной способностью.
Сегодня нашему вниманию предлагается ещё одна платформа прошедшая апробацию в лаборатории Бруно Саргуэля (https://microb-up.u-paris.fr/annuaire/bruno-sargueil/) во Французском национальном центре научных исследований - IPANEMAP Suite (Integrative Probing Analysis of Nucleic Acids Empowered by Multiple Accessibility Profiles).
IPANEMAP Suite представлен как инструмент, который помогает пользователям переходить от химического анализа необработанных данных к визуально информативным моделям вторичной структуры.
В статье показано, что способность IPANEMAP Suite выполнять интегративное моделирование с использованием нескольких наборов данных химического зондирования и филогенетических данных может быть полезна для получения точных моделей вторичной структуры. Подход платформы, основанный на проектах, обеспечивает полный контроль и позволяет получать результаты, пригодные для публикации, упрощая весь процесс анализа структуры РНК.
Ipanemap Suite свободно доступен по адресу https://github.com/sargueil-citcom/ipasuite по лицензии GPL-3.0
Ученые разработали экспресс-тест для выявления устойчивых к антибиотикам бактерий
Ученые предложили определять устойчивость бактерий к антибиотикам с помощью экспресс-теста на основе рамановской спектроскопии. Этот подход основан на том, как свет рассеивается на бактериях. При использовании нового метода анализ занимает 1,5 часа, тогда как стандартные тесты требуют одних-двух суток. Благодаря такому экспресс-тесту врачи смогут быстро определять чувствительность к антибиотикам и подбирать наиболее эффективную терапию. Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в журнале Open Biology.
По статистике, в 2019 году около 4,95 миллионов смертей во всем мире были связаны с устойчивостью бактерий к антибиотикам, при этом 1,97 миллиона из них оказались напрямую вызваны нечувствительными к лекарствам микроорганизмами. Поэтому важно оперативно отслеживать бактерий, которые начинают проявлять признаки устойчивости к тем или иным препаратам, чтобы при лечении пациентов сделать выбор в пользу других лекарств — тех, что пока эффективны. Традиционные тесты, с помощью которых бактерий проверяют на устойчивость, требуют от суток до двух для получения результатов. В это время врачи вынуждены назначать лечение, опираясь на собственный опыт, что не всегда является правильной стратегией.
Ученые из Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (Москва) с коллегами разработали тест, который сокращает время ожидания результатов до 1,5 часов. В основе подхода лежит рамановская спектроскопия — метод, который позволяет идентифицировать соединения по их взаимодействию co светом.
Для проведения экспресс-теста из клинического образца (выделений со слизистых оболочек, мочи и других) выделяют бактериальную культуру, затем ее обрабатывают растворами с разными концентрациями антибиотика, добавляют особый индикатор активности метаболизма (обмена веществ) клеток и проводят спектральный анализ. Он позволяет за полтора часа определить изменения в метаболизме бактерий и сделать вывод о минимальной концентрации препарата, необходимой для подавления роста микроорганизма. Так, при разрушении антибиотиком компонентов клетки — например клеточных стенок и мембран, рибосом и других — активность метаболизма клеток снижается, что служит признаком их повреждения или гибели.
Исследователи проверили с помощью нового подхода чувствительность бактерий Escherichia coli и Klebsiella pneumoniae, вызывающих кишечные инфекции, пневмонию и заболевания мочевыводящих путей, к трем распространенным антибиотикам — ампициллину, канамицину и левофлоксацину. Результаты совпали с данными, полученными с использованием стандартного метода Etest, который широко используется в клинической практике. Это подтверждает надежность новой методики при значительном снижении длительности эксперимента.
Разработка позволит врачам быстро и точно определять минимальную концентрацию антибиотиков, необходимую для подавления роста бактерий, что существенно ускорит процесс лечения и снизит риск неправильной терапии.
Обнаружены новые гены, мутации в которых ассоциированы с биполярным расстройством
Ученые из Исландии и Великобритании выявили два новых гена — HECTD2 и AKAP11, — мутации потери функции в которых с повышенной частотой встречаются при биполярном аффективном расстройстве (БАР). Белковые продукты обоих генов функционально связаны с GSK3β — ключевым ферментом сигнального пути, который ингибируется литиевыми препаратами, широко применяемыми для лечения БАР. Это не только углубляет понимание механизмов болезни, но и открывает новые подходы к разработке более безопасных аналогов лития.
Биполярное аффективное расстройство (БАР) характеризуется чередованием эпизодов мании и депрессии. Оно встречается примерно у 2% населения и является одной из ведущих причин инвалидизации пациентов с психиатрическими патологиями. При этом наследуемость БАР достигает 60–85%.
Ученые из исландской компании DeCODE genetics, которая исследует геномы жителей Исландии, и их коллеги решили сосредоточиться на более редких мутациях, которые могут стоять за конкретными механизмами патогенеза БАР. Результаты опубликованы в журнале Nature Genetics
Исследователи проанализировали данные полногеномного секвенирования (WGS) 4197 пациентов c БАР из Исландии, 1881 пациента с БАР из базы UK Biobank, а также для метаанализа были взяты экзомные данные 13 933 случаев БАР из базы BipEx. Для сравнения использовались геномные данные более 600 000 человек без этого диагноза. В отличие от традиционных GWAS, изучающих распространенные генетические варианты, в этой работе особое внимание уделялось редким loss-of-function (LOF) мутациям, которые полностью нарушают функцию генов и встречаются менее чем у 0,02% населения.
Редкие loss-of-function (LOF) варианты в генах HECTD2 и AKAP11 значительно чаще встречались у пациентов с биполярным аффективным расстройством. В метаанализе отношения шансов (OR) составили 9,1 и 11,8 соответственно, то есть при диагнозе БАР эти мутации обнаруживались в 9 или 12 раз чаще.
Оба выявленных гена функционально связаны с GSK3β — основной мишенью для солей лития, что объясняет терапевтическую эффективность препаратов этого типа при биполярном расстройстве. Однако у препаратов лития есть серьезные побочные эффекты: нефротоксичность (риск развития хронической болезни почек у 15–20% пациентов при длительном приеме), эндокринные нарушения (гипотиреоз в 30% случаев, гиперпаратиреоз), неврологические осложнения (тремор, когнитивные нарушения). Обнаружение LOF-мутаций в генах HECTD2 и AKAP11 при БАР не только дополняет картину патогенеза заболевания, но и предлагает молекулярные мишени для разработки новых лекарств. Связь биполярного расстройства с GSK3β-путем объясняет механизм действия солей лития и указывает направления для разработки более безопасных терапевтических подходов.
* Работа «Морская вселенная», была финалистом в профессиональной категории конкурса ASM 2019 года. Джени Ким использовала микроорганизмы из многочисленных мест. Фотография Американского общества микробиологии Agar Art 2019 конкурс «Морская вселенная», Джени Ким