Обзор: "НАУКА и ОБЩЕСТВО 2024". НАУКА. 18
27 Вторая половина ноября: российские ученые ведут борьбу с устойчивостью бактерий к антибиотикам; физики экспериментально подтвердили существование нового типа сверхпроводимости; на заседании рабочей группы по нормативному правовому регулированию и биоэтике в сфере генетических технологий обсудили этико-правовые вопросы в пищевой и кормовой промышленности; учёные установили, что рак языка у молодых пациентов может являться отдельной молекулярной формой; белок PDAP1 необходим для репликации вируса гепатита A; как и клетки головного мозга, клетки почек способны "запоминать".
Российские ученые ведут борьбу с устойчивостью бактерий к антибиотикам
В медицинском сообществе растет обеспокоенность снижением эффективности антибиотиков. Специалисты отмечают, что арсенал препаратов для борьбы с тяжелыми инфекциями становится все более ограниченным.
Проблема устойчивости микроорганизмов к лекарствам возникла около 80 лет назад с началом использования пенициллина. Ситуация значительно усугубилась во время пандемии коронавируса из-за массового применения антибиотиков. В результате бактерии выработали защитные механизмы против ранее эффективных препаратов.
В настоящее время медики вынуждены использовать дорогостоящие антибиотики резерва. По словам Татьяны Сергеевой, заведующей отделением клинической фармакологии Боткинской больницы, курс лечения тяжелой госпитальной инфекции может достигать 300 тысяч рублей.
В бактериологической лаборатории Боткинской больницы проводятся исследования для определения чувствительности микроорганизмов к различным препаратам. Около 20% всех анализов показывают наличие устойчивости бактерий к антибиотикам. Специалисты подчеркивают, что микроорганизмы способны адаптироваться к новым препаратам за несколько лет, в то время как разработка новых антибиотиков занимает десятилетия.
Среди перспективных направлений борьбы с резистентностью рассматривается применение бактериофагов и разработка новых вакцин против опасных бактерий, таких как стрептококк и клебсиелла. Однако эксперты подчеркивают, что ключевым фактором остается рациональное использование существующих антибиотиков.
Физики экспериментально подтвердили существование нового типа сверхпроводимости
Международная коллаборация физиков под руководством ученых из Йельского университета в США представила самые убедительные на сегодня подтверждения существования нового типа сверхпроводящих материалов. Доказательство существования нематической фазы вещества — научный прорыв, открывающий путь к созданию сверхпроводимости совершенно новым способом.
В теории сверхпроводимости есть раздел, описывающий, как протекание электрического тока без сопротивления можно объяснить электронной нематичностью — фазовым состоянием вещества, при котором частицы нарушают свою вращательную симметрию.
В химических соединениях, теоретически способных обеспечивать существование нематической фазы, при комнатной температуре для электрона горизонтальные и вертикальные направления потенциального движения неразличимы по свойствам. Однако при более низких температурах электроны могут перейти в «нематическую» фазу. В ней одно из направлений становится для частиц предпочтительным. Иногда электроны могут начать колебаться, отдавая предпочтение то одному, то другому направлению. Это явление называется нематическими флуктуациями.
Десятилетиями физики безуспешно пытались доказать существование сверхпроводимости, вызванной нематическими флуктуациями, и наконец-то им удалось подтвердить существование нужной фазы вещества в смеси селенидов железа и серы.
«Это идеальные материалы для нашего исследования, поскольку они демонстрируют нематический порядок и сверхпроводимость без магнетизма, который затрудняет их изучение», — отметил Эдуардо Х. да Силва Нето (Eduardo H. da Silva Neto), руководитель проекта.
Ученые охладили экспериментальные образцы до температуры менее 500 милликельвин. В таких условиях все движения и колебания атомов практически прекращаются. Для наблюдения за материалом авторы статьи использовали сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), который позволяет получать изображения квантовых состояний электронов.
Исследователи сосредоточились на образцах с максимальными нематическими флуктуациями, чтобы обнаружить «энергетическую щель» — показатель наличия и силы сверхпроводимости. Результаты эксперимента показали существование нужного разрыва. Он точно соответствовал теоретическим параметрам сверхпроводимости, вызванной электронной нематичностью.
Теперь ученые могут не фокусироваться на магнитных параметрах сверхпроводимости, как это было принято ранее. Одно из направлений будущих исследований — управление нематическими флуктуациями, что потенциально может привести к созданию сверхпроводников, работающих при более высоких температурах.
Результаты экспериментов опубликованы в журнале Nature Physics.
https://naked-science.ru/article/physics/nematic-superconductivity
На заседании рабочей группы по нормативному правовому регулированию и биоэтике в сфере генетических технологий обсудили этико-правовые вопросы в пищевой и кормовой промышленности
Мероприятие прошло под сопредседательством главы Минобрнауки России Валерия Фалькова, члена президиума Российской ассоциации содействия науке Марии Воронцовой и заместителя начальника Управления Президента Российской Федерации по научно-образовательной политике Елены Нечаевой.
Напомним, по поручению Президента России разработана единая Федеральная научно-техническая программа развития генетических технологий до 2030 года, ее реализация началась в 2019 году. В рамках программы работают группы, которые занимаются разными аспектами: развитием инфраструктуры, кадровым обеспечением и правовым регулированием.
«Создание нормативной основы в области гентехнологий является необходимым условием достижения одной из национальных целей развития Российской Федерации — технологического лидерства», — подчеркнул Министр.
На заседании обсудили:
- необходимость формирования правовых основ единого рынка в сфере пищевой продукции и обращения кормов на уровне Евразийского экономического союза;
- важность определения единых стандартов и этических принципов при проведении исследований различных видов биотехнологических продуктов для пищевой или кормовой промышленности, в том числе исследований с использованием лабораторных животных;
- основные направления и модели развития законодательства в сфере использования новейших технологий в области пищевой и кормовой промышленности, основанные на определении специальных правовых режимов микроорганизмов и их метаболитов. Эти предложения разработаны при участии НОЦ правового обеспечения биоэкономики и генетических технологий Университета имени О.Е. Кутафина (МГЮА).
Также на встрече озвучили предложения по совершенствованию законодательства в сфере развития генетических технологий, которые обсудят на ближайшем заседании Совета по реализации Федеральной научно-технической программы развития генетических технологий на 2019–2030 годы.
https://minobrnauki.gov.ru/press-center/news/novosti-ministerstva/91628/
Учёные установили, что рак языка у молодых пациентов может являться отдельной молекулярной формой
Исследователи НИИ онкологии Томского НИМЦ РАН с помощью технологий пространственной транскриптомики и полнотранскриптного исследования единичных клеток выявили существенные различия в опухоли и опухолевом микроокружении молодых пациентов с диагнозом рак языка по сравнению с пациентами старшего возраста.
Результаты исследования опубликованы в высокорейтинговом научном журнале Scientific reports (Q1).
— Технология пространственной транскриптомики позволила «рассмотреть» злокачественную опухоль на уровне единичных клеток и с сохранением их расположения. Мы увидели, что по сравнению с пациентами старшего возраста у молодых больных иммунный ответ в центре опухоли подавляется больше, в то время как на периферии иммунная система активно работает против опухоли. Это говорит о том, что у молодых иммунная система более сохранна и, возможно, они являются лучшими кандидатами для иммунотерапии, — рассказала научный сотрудник лаборатории биологии опухолевой прогрессии НИИ онкологии Томского НИМЦ РАН Марина Патышева.
Ещё один аспект, который выявили исследователи — сосудистая мимикрия, более свойственная раку языка в молодом возрасте. При этом явлении опухолевые клетки формируют подобия кровеносных сосудов. «Опухоль пытается себя „накормить” и подключается к кровеносной системе, и эти сосудистые опухолевые образования поддерживаются макрофагами, которые в норме, наоборот, должны с ними бороться», — отметила научный сотрудник лаборатории биологии опухолевой прогрессии НИИ онкологии Томского НИМЦ РАН, канд. мед. наук Елена Колегова.
— Также мы установили, что для молодых пациентов характерна повышенная активность MAPK-сигнального пути, что является ключевым механизмом неконтролируемого роста опухолевых клеток, — подчеркнула Елена Колегова. «Молекулярные различия центра опухоли и её инвазивного края, которые мы обнаружили, могут стать важным этапом в понимании патогенеза рака языка у молодых пациентов», — добавила Марина Патышева.
По словам учёных, результаты проведённого исследования позволяют говорить о том, что рак языка у молодых пациентов — отдельная молекулярная форма, требующая особого подхода к диагностике, терапии и послеоперационному ведению больных.
Изучение рака полости рта ведётся в НИИ онкологии Томского НИМЦ РАН на протяжении многих лет. В 2022 году томские учёные актуализировали проблему молодого рака и инициировали создание консорциума «Этиология и патогенез рака полости рта пациентов молодого возраста» на базе НИИ онкологии Томского НИМЦ РАН, куда также вошли представители ведущих профильных учреждений страны.
— Совместными усилиями мы исследуем роль наследственных генетических вариантов, соматических мутаций, иммунной системы и микробиома в развитии и прогрессировании рака полости рта в молодом возрасте. Итогом совместной работы становятся новые решения для эффективной ранней диагностики и терапии данного заболевания, — подчеркнул врио директора НИИ онкологии Томского НИМЦ РАН, академик РАН Евгений Чойнзонов. По его словам, механизмы развития рака полости рта у молодых пациентов до сих пор до конца не изучены, что связано, в том числе, с трудностями в наборе исследовательского материала. Консорциум, объединяющий высококвалифицированных специалистов из разных регионов, помогает решить эту задачу.
Следующая цель учёных — провести новый этап, расширив группу пациентов и добавив новые современные методы анализа. «Кроме пространственной транскриптомики, мы проведём мультиомиксное исследование на уровне ДНК, РНК и микробиома», — рассказали исследователи.
https://www.ras.ru/news/shownews.aspx?id=167bf65d-2547-46e6-b100-220f6b1724d0#content
Белок PDAP1 необходим для репликации вируса гепатита A
Авторы статьи в Science Advances обнаружили, что белок PDAP1 играет решающую роль в репликации вируса гепатита A (HAV). Этот небольшой фосфопротеин взаимодействует с эукариотическим белком eIF4E, который необходим для трансляции РНК HAV. В то же время PDAP1 по-видимому, способствует адаптации клеток к стрессу эндоплазматического ретикулума (ЭПР), как при вирусной инфекции, так и при других состояниях.
Ученые из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл обнаружили, что белок PDAP1 необходим для репликации вируса гепатита А (HAV). HAV – это высококонтагиозный пикорнавирус, вызывающий инфекционный гепатит (болезнь Боткина). В отличие от вирусов гепатитов B и C, HAV не приводит к хроническим заболеваниям печени, но может сопровождаться тяжелыми симптомами, иногда протекает с острой печеночной недостаточностью и может закончиться летальным исходом. Эффективные вакцины против гепатита А существуют с 1990-х годов, но прививки против этого заболевания обычно не входят в нацкалендари, а делаются по эпидпоказаниям, перед поступлением в детские учреждения или в группах риска. Открытие нового белка, ответственного за репликацию вируса, может способствовать разработке новых противовирусных препаратов.
Вирус гепатита А существенно отличается от других пикорнавирусов и все еще недостаточно изучен, несмотря на его широкое распространение. В частности, его трансляция требует участия эукариотического кэп-связывающего белка eIF4E, хотя его геном кэпа не имеет; трансляция других пикорнавирусов от этого белка не зависит.
Геномные CRISPR-скрининги выявили и другие белки человека, необходимые для репликации HAV. Авторы нового исследования в одной из своих предыдущих работ провели CRISPR скрининг более 19000 генов и установили, что белок PDAP1, ранее неизвестный в контексте репликации вируса, критически важен для жизненного цикла HAV. Другая исследовательская группа показала, что PDAP1 имеет решающее значение для защиты В-клеток от гибели, индуцированной стрессом. Можно было предположить, что экспрессия этого белка в клетках печени растет на фоне стресса, вызванного инфекцией, и это облегчает вирусу его использование.
Чтобы изучить роль PDAP1 в репликации вируса гепатита А, исследователи создали с помощью CRISPR-Cas9 линию клеток гепатомы человека с дефицитом экспрессии PDAP1. При инфекции HAV в этих клетках уровень вирусной РНК был в 50–75 раз ниже, чем в нормальных. В PDAP1-дефицитных клетках также была подавлена репликация вируса, экспрессирующего нанолюциферазу (NLuc), при этом восстановление экспрессии PDAP1 с помощью лентивирусной трансдукции восстанавливало репликацию вируса.
Для исследования роли PDAP1 в репликации HAV in vivo исследователи получили мышей с нокаутом гена Pdap1 в гепатоцитах. Такие мыши демонстрировали полную устойчивость к инфекции HAV. Вирусная РНК отсутствовала их в фекалиях, а уровень маркера повреждения печени — аланинаминотрансферазы (АЛТ) в сыворотке оставался в норме.
Затем ученые провели ряд экспериментов, чтобы выяснить, как именно PDAP1 способствует репликации HAV. С помощью иммунопреципитации и масс-спектрометрии они обнаружили, что PDAP1 взаимодействует с eIF4E, который участвует в инициации трансляции. Это взаимодействие необходимо для трансляции РНК HAV, которая, в свою очередь, необходима для репликации вируса. Мутации в PDAP1, нарушающие связывание с eIF4E, ингибировали трансляцию и репликацию вирусного генома.
Кроме того, ученые обнаружили, что PDAP1 взаимодействует с eIF1AX, еще одним фактором инициации трансляции, и что это взаимодействие тоже важно для трансляции вирусной РНК HAV. Эти результаты подтверждаются экспериментами с нокаутом eIF1AX, которые показали, что этот фактор необходим как для трансляции, так и для репликации HAV.
Ученые также исследовали роль PDAP1 в ответе клеток на стресс эндоплазматического ретикулума (ЭПР). При заражении клетки вирусом в ЭПР накапливаются вирусные или неправильно свернутые белки. Оказалось, что PDAP1 необходим для базальной экспрессии белка XIAP (ингибитор апоптоза), а также для повышенной экспрессии белков BiP (шаперон ЭПР), ATF4 (фактор транскрипции) и CHOP (проапоптотический белок) в условиях стресса ЭПР. Эти белки способствуют выживанию клеток в условиях стресса. Отсутствие этих белков в печени мышей с нокаутом Pdap1, вероятно, связано с нарушением трансляции, учитывая неконтролируемое увеличение экспрессии их мРНК при стрессе.
Таким образом, PDAP1 — многофункциональный белок, который играет важную роль как в репликации вируса гепатита А, так и в поддержании жизнеспособности клеток печени; он обеспечивает трансляцию белков, необходимых для адаптации к различным видам стресса. Авторы исследования считают, что PDAP1 может быть перспективной мишенью для разработки новых противовирусных препаратов. Более того, экспрессия PDAP1 повышается и в опухолевых клетках; понимание его роли в реакции на стресс может быть важным и для молекулярной онкологии.
https://pcr.news/novosti/belok-pdap1-neobkhodim-dlya-replikatsii-virusa-gepatita-a/
Как и клетки головного мозга, клетки почек способны "запоминать"
Ученые обнаружили, что молекулярные механизмы памяти функционируют в клетках за пределами нервной системы.
Исторически нейроны были клетками, наиболее тесно связанными с памятью. Но далеко за пределами мозга клетки почек также могут хранить информацию и распознавать паттерны аналогично нейронам, сообщают исследователи 7 ноября в журнале Nature Communications.
“Мы не утверждаем, что такой тип памяти помогает вам выучить тригонометрию, или вспомнить, как ездить на велосипеде, или сохранить ваши детские воспоминания”, - говорит Николай Кукушкин, нейробиолог из Нью-Йоркского университета. “Это исследование дополняет представление о памяти, но не ставит под сомнение существующие представления о памяти в мозге”.
В ходе экспериментов клетки почек продемонстрировали признаки так называемого “эффекта сосредоточенного пространства”. Эта хорошо известная особенность работы памяти в мозге способствует запоминанию информации небольшими порциями с течением времени, а не большим объемом сразу.
За пределами мозга клеткам всех типов необходимо отслеживать информацию. Один из способов, с помощью которого они это делают, - это белок, отвечающий за обработку памяти, называемый CREB. Он и другие молекулярные компоненты памяти содержатся в нейронах и ненейронных клетках. Хотя клетки состоят из схожих частей, исследователи не были уверены, работают ли они одинаково.
В нейронах при прохождении химического сигнала клетка начинает вырабатывать CREB. Затем белок активирует другие гены, которые еще больше изменяют клетку, запуская механизм молекулярной памяти. Кукушкин и его коллеги решили определить, реагирует ли CREB в ненейронных клетках на поступающие сигналы таким же образом.
Исследователи внедрили искусственный ген в клетки эмбриональной почки человека. Этот искусственный ген в значительной степени соответствует естественному участку ДНК, который активирует CREB, связываясь с ним, — область, которую исследователи называют геном памяти. Введенный ген также содержал инструкции по производству светящегося белка, обнаруженного у светлячков.
Затем команда наблюдала, как клетки реагируют на искусственные химические импульсы, имитирующие сигналы, запускающие механизмы памяти в нейронах. “В зависимости от того, сколько света вырабатывает [светящийся белок], мы знаем, насколько сильно был включен этот ген памяти”, - говорит Кукушкин.
Различные временные схемы импульсов приводили к различным реакциям. Когда исследователи применяли четыре трехминутных химических импульса, разделенных 10 минутами, излучение через 24 часа было сильнее, чем в клетках, где исследователи применяли “массированный” импульс, одиночный 12-минутный импульс.
“Этот [массово-пространственный] эффект никогда не наблюдался вне мозга, всегда считалось, что это свойство нейронов, мозга, при котором формируется память”, - говорит Кукушкин. “Но мы предполагаем, что, возможно, если вы дадите клеткам, не входящим в состав мозга, достаточно сложные задания, они также смогут сформировать память”.
Нейробиолог Ашок Хегде (Ashok Hegde) называет это исследование “интересным, потому что они широко применяют то, что обычно считается принципом нейробиологии, для понимания экспрессии генов в ненейронных клетках”. Но пока неясно, насколько эти результаты применимы к другим типам клеток, говорит Хегде из Колледжа Джорджии и Государственного университета в Милледжвилле. Тем не менее, он говорит, что это исследование может когда-нибудь помочь в поиске потенциальных лекарств для лечения заболеваний человека, особенно тех, при которых происходит потеря памяти.
https://www.sciencenews.org/article/brain-kidney-cells-memory
*АМКСБ в стиле Архипа Куинджи