Генетика

• Что известно сейчас о пангеномах (то есть наборах всех-всех генов для конкретного вида) и их исследовании у сельскохозяйственных видов, например, сои или риса, как эта информация может быть использована для фундаментальной и прикладной науки — об этом говорится в обзоре Plant pangenomes for crop improvement, biodiversity and evolution. Это хорошая собирательная статья, в целом, без особых деталей, понятно и просто рассказывающая о текущем положении дел в пангеномике и ее ближайшем будущем. — Plant pangenomes for crop improvement, biodiversity and evolution.
  
  

  

• Существуют мутации герминальные (или мутации зародышевой линии, происходящие в половых клетках) и соматические (накапливающиеся по мере жизни организма; в разных клетках они могут быть разные). Герминальные передаются из поколения в поколение, а вот соматические — нет. Но и те, и другие мутации отличают нас друг от друга, а также клетки внутри каждого человека между собой, приводя к генетическому мозаицизму. В обзоре рассказывается о накопившихся знаниях об этих мутациях, об их детекции и анализе (биоинформатических методах), взаимодействии между мутациями и немного о будущем этой всей области. — Genetic variation across and within individuals.
• В обзоре сравнили имеющиеся методы работы с короткими тандемными повторами (повторяющимися мотивами длиной 1-6 н.п.): генотипирование, секвенирование (длинными и короткими ридами), биоинформатические методы работы с результатами, а также использование полученной информации во врачебной практике, то есть при определении статуса заболевания (например, хореи Гентингтона или синдрома хрупкой Х-хромосомы). В обзоре поднимается важный вопрос поддержки биоинформатических программ и устранения в них ошибок (потому что люди могут менять места работы, и ошибки в программах могут оставаться неисправленными). — Sequencing and characterizing short tandem repeats in the human genome.
• Горизонтальный перенос генов у эукариот — насколько он распространен и что о нем известно? Как теория и предположения соотносятся с результатами анализа данных? Об этом — в обзоре Horizontal gene transfer in eukaryotes: aligning theory with data.
• Те возможности, которые принесли с собой секвенирование генома и экзома, способствовали лучшему пониманию причин развития и диагностики редких генетических заболеваний. Новые подходы, например, секвенирование длинными ридами, позволяют усовершенствовать определение вредных мутаций, потенциально приводящих к развитию заболевания. Возможности генетического тестирования быстро растут, добавляя в себя и омиксные данные (транскриптом, метаболом, эпигеном и другие), но вместе с тем они приносят и проблемы — нужно правильно понять результаты, как минимум. Об этом всем (как связана медицина и генетическое тестирование, текущее положение дел, проблемы, потенциальные решения и будущее) рассказывается в обзоре The expanding diagnostic toolbox for rare genetic diseases.

Иммунология

• Знаете ли вы, что женщины чаще страдают от аутоиммунных заболеваний, а мужчины более восприимчивы к некоторым вирусным, бактериальным, паразитарным и грибковым инфекциям? Такие различия напрямую связаны с нашими половыми хромосомами. Хотя половые гормоны явно способствуют половым различиям в составе и функциях иммунных клеток, наличие двух Х-хромосом у женщин предполагает, что дифференциальная экспрессия многочисленных иммунных генов, связанных с Х-хромосомой, может также влиять на врожденную и адаптивную функцию иммунных клеток, обусловленную полом, в норме и при заболеваниях. В обзоре The conneXion between sex and immune responses (обратите внимание как креативно обыграли Х-хромосому в заголовке) рассматриваются половые различия в составе и функциях иммунной системы, исследуется взаимное влияние гормонов и генетики. Авторы фокусируются на генетическом и эпигенетическом вкладе, ответственном за экспрессию генов, связанных с Х-хромосомой, и на том, как это влияет на иммунные реакции, обусловленные полом, также и в контексте инфекций и системного аутоиммунитета. — The conneXion between sex and immune responses, «Биомолекула»: «Почему женщины живут дольше».

Нейронаука

• Среди нейробиологов уже общепринято, что воспоминания хранятся в нейронных ансамблях, называемых энграммами. Любопытно, что когда два воспоминания формируются друг за другом с коротким временным интервалом, часть их энграмм перекрывается, и воспоминания становятся связанными, сохраняя при этом и свою индивидуальность. Авторы обзора суммируют основные принципы связывания памяти посредством перекрытия энграмм, которые прояснились благодаря экспериментальными исследованиям и моделированию. Энграммы это, конечно, не абстракция, в основе каждой лежит своя особая конфигурация синаптических связей и молекулярных «отпечатков». Авторы предлагают собственную динамическую соматосинаптическую модель, в соответствии с которой воспоминания распределяются между нейронами, но остаются разделенными (индивидуальными) посредством различных конфигураций синапсов и дендритов. Обзор будет интересен и полезен всем, кто интересуется механизмами памяти. — Engram mechanisms of memory linking and identity.
• Те, кому не посчастливилось потерять обоняние во время пандемии COVID-19, на собственном опыте осознали важность этой сенсорной системы в нашей жизни. Но в практическом плане обонятельная система является идеальной для исследования того, как мозг преобразует сенсорные входы в поведение. Обоняние — это не только нос. Запахи нужно не только обнаружить, но еще и различить и разложить по категориям. Это уже работа нервных сетей. Глобально задача обонятельной системы состоит в том, чтобы преобразовать многомерное пространство обонятельных стимулов в гораздо меньшее пространство воспринимаемых объектов, то есть наделить запахи смыслом. Наше текущее понимание того, как нейронные цепи решают эту задачу, в первую очередь пришло из наблюдений за зрительной и слуховой системами. Там всё выполняют оптимизированные иерархические цепи, которые имеют дело с потоком непрерывных физических измерений (то есть пока ваши глаза открыты, они нон-стопом воспринимают поток фотонов). Обонятельная система, напротив, борется с плохо определенным многомерным пространством стимулов и дискретными стимулами. Запахи — это растворенные в воздухе молекулы веществ, где-то их больше, где-то их меньше, и не чувствовать запахи постоянно вообще-то нормально. Для того чтобы справляться с такой задачей, обонятельная система использует архитектуру цепи, которая является поверхностной и параллельной, что существенно отличается от других сенсорных систем. В обзоре представлены недавние наблюдения сделанные в системах позвоночных и беспозвоночных, обонятельное «кодирование» с механизмами восприятия и поведения, управляемого запахами. — Common principles for odour coding across vertebrates and invertebrates, «Биомолекула»: «Обоняние: от носа к мозгу, спотыкаясь и падая».
• Потерять речь в результате паралича — это большой удар для любого человека. Однако можно обойти повреждения двигательных путей, вызывающих немоту, и путем прямого декодирования речи из неповрежденной корковой активности восстановить естественную коммуникацию. Недавние открытия помогли понять, как ключевые особенности производства речи облегчаются координированной активностью тех корковых областей, которые отвечают за артикуляцию и планирование движений. Авторы обзора с красноречивым названием The speech neuroprosthesis освещают прогресс в области декодирования речи. В статье обсуждаются нейронные интерфейсы с высоким пространственно-временным разрешением и то, как адаптация современных алгоритмов вычисления привела к быстрому и существенному прогрессу в декодировании нейронной активности в текст, слышимую речь и движения лица. Из обзора очевидно, что речевые нейропротезы уже имеют уровни производительности, которые превосходят скорости коммуникации, предлагаемые любыми другими вспомогательными коммуникационными технологиями. Учитывая ускоренный темп прогресса в этой области, авторы предлагают ключевые метрики оценки скорости и точности, чтобы помочь стандартизировать будущие исследования. Хотя восстановление естественной речи является долгосрочной целью, результаты, приведенные в обзоре, внушают оптимизм. — The speech neuroprosthesis, «Биомолекула»: «Что такое ней­ро­про­те­зи­ро­ва­ние? Это вредно?».
• В процессе развития центральной нервной системы (ЦНС) нервные клетки-предшественники генерируют нейроны и глию двумя разными способами. При прямом нейрогенезе дочерние клетки дифференцируются непосредственно в нейроны или глию, тогда как при непрямом нейрогенезе нейроны или глия генерируются после одного или нескольких делений дочерних клеток. Интересно, что непрямой нейрогенез не случаен, он имеет свои закономерности и следствия. Вероятно, именно повышенный непрямой нейрогенез мог способствовать расширению передней части ЦНС, так заметному у всех двусторонне-симметричных (Bilateria). Повышенный непрямой нейрогенез мог быть и эволюционным драйвером формирования складок в коре головного мозга млекопитающих и, возможно, даже внес вклад в эволюцию гоминид. В обзоре описывается непрямой нейрогенез у нескольких модельных видов и людей, а также освещаются некоторые молекулярно-генетические механизмы, которые контролируют этот важный процесс и доказывается его важность для эволюции мозга и когнитивных способностей. — Indirect neurogenesis in space and time.

Неврология

• Вероятно, все вы слышали про асимметрию мозга. Она бывает функциональная и структурная и является основополагающим принципом организации мозга. Недавние исследования показывают существенную индивидуальную изменчивость этих асимметрий, которую необходимо учитывать в клинической практике. Скажем, у большинства людей речевые центры располагаются в левом полушарии, но есть люди, у которых они находятся в правом. Клиницисты такие случаи ни в коем случае не должны игнорировать. Собственно, об этом и многом другом рассказано в обзоре Clinical implications of brain asymmetries. Авторы также подчеркивают значимость асимметрии для начальных симптомов при нейродегенеративных заболеваниях и их значение для лечения, включая стимуляцию мозга. На основе совокупности множества данных делается вывод, что изменения в асимметрии мозга недостаточно специфичны, чтобы выступать в качестве диагностических маркеров, но могут служить значимыми биомаркерами симптомов или ответов на лечение в определенных контекстах. — Clinical implications of brain asymmetries

Микробиология

• Несмотря на успехи антиретровирусной терапии, большую загадку для ученых и врачей представляют клетки-резервуары ВИЧ-1: эти клетки содержат полногеномную ДНК вируса и плохо поддаются лечению, а иммунная система человека их не распознает из-за латентного состояния вируса. Авторы нового обзора показывают, что клетки-резервуары все-таки имеют иммунные сигнатуры, которые могут быть распознаны иммунными клетками хозяина, так что иммунная система зараженного ВИЧ-1 человека отчасти может с ними справляться. Однако клетки-резервуары могут эволюционировать, вновь становясь незаметными для иммунитета. Как балансирует сложная система противоборства иммунной системы и клеток-резервуаров, узнаем из нового обзора. — Immune targeting of HIV-1 reservoir cells: a path to elimination strategies and cure, «Биомолекула»: «Своими руками: человек против ВИЧ».

Нейронауки

• В новом обзоре, посвященном болезни Паркинсона, детально анализируются гены, вовлеченные в патогенез заболевания, и его различные патогенные механизмы. Авторы обзора задались найти наиболее перспективные гены-мишени для лечения болезни Паркинсона. Они фокусируются на нескольких белках, для которых показано участие в болезни Паркинсона, и сигнальных путях, в которые они вовлечены, чтобы найти в этих путях потенциальные конвергентные участки, приводящие к болезни Паркинсона. — Key genes and convergent pathogenic mechanisms in Parkinson disease, «Биомолекула»: «Болезнь Паркинсона: что изучать? как изучать?».
• Клетки микроглии составляют самую крупную популяцию паренхимных макрофагов в ткани мозга. В ходе развития мозга клетки-предшественницы микроглии интенсивно пролиферируют и колонизируют развивающийся мозг. Авторы нового обзора фокусируются на происхождении клеток-предшественниц нейроглии, путях, по которым они проникают в мозг, и обсуждают различные молекулярные и немолекулярные факторы (например, наличие свободного места в ткани), определяющие их судьбу. — The molecular determinants of microglial developmental dynamics, «Биомолекула»: «Микроглия: роль „иммунных“ клеток центральной нервной системы в здоровом мозге и при ней­ро­де­ге­не­ра­тив­ных заболеваниях».

Рак

• Американские ученые выпустили обзорную статью, посвященную использованию антител в терапии рака, и обсуждают особенности клинически значимых антител. С помощью терапевтических антител раковые клетки уничтожают напрямую или опосредованно. Первоначально для терапии рака предлагалось использовать только специфичные антитела, потом их объединили в комплекс с лигандом. Антитела из числа ингибиторов контрольных точек активируют T-клетки, которые уничтожают клетки опухолей. Недавно арсенал «кандидатов в терапепевтические антитела» пополнился еще и биспецифическими антителами. — Cancer therapy with antibodies, «Биомолекула»: «Терапевтические антитела».
• Помимо традиционных подходов к терапии рака, таких как хирургия, лучевая терапия, химиотерапия, таргетная и/или иммунотерапия, разрабатываются противораковые препараты на основе нуклеиновых кислот, которые можно применять как в качестве монотерапии, так и в сочетании с другими препаратами. К числу препаратов на основе нуклеиновых кислот относят вирусные векторы, а также наночастицы, содержащие мРНК и другие нуклеотиды. В новом обзоре описываются разработка и оценка клинической активности основанных на нуклеиновых кислотах подходов терапий вирусной и невирусной природы. Кроме того, подробно описывается действие таких препаратов на пациентов с солидными опухолями. — Nucleic acid-based drugs for patients with solid tumours.
• Перспективная мишень для новых противораковых препаратов — иммунногенная клеточная смерть, при которой клетка не успевает адаптироваться к стрессовым условиям. В настоящее время активно разрабатываются подходы, направленные на вызывание иммунногенной клеточной смерти. Вызвать иммуногенную клеточную гибель у строго определенного вида клеток непросто, в частности, в силу биологии раковой клетки. В новом обзоре подробно обсуждается, что следует учитывать при разработке терапии рака, основанной на индукции иммунногенной клеточной гибели. — Targeting immunogenic cell stress and death for cancer therapy.

Химия

• Новый обзор посвящен синтетическим клеткам, «заправленным» ДНК, как, возможно, одной из самых минималистических форм жизни. Авторы подробно рассматривают шаги, предпринятые в отношении создания абсолютно искусственной клетки и полагающиеся на достижения в области ДНК-нанонаук. Они показывают, как ДНК может служить инструментом для создания синтетических клеток и синтетических внутриклеточных клетки и как ДНК может контролировать сложное поведение клетки. — DNA-empowered synthetic cells as minimalistic life forms.

Иммунология

• Один из недавних обзоров посвящен «обонятельной иммунологии» — иммунологии слизистой оболочки носовой полости, которая отвечает за восприятие запахов и нередко становится мишенью патогенов. Авторы обзора подробнейшим образом описывают анатомию носовой слизистой оболочки, акцентируя внимание на ее уникальной иммунологической составляющей и описывают патогены и заболевания, которые начинаются со слизистой оболочки носа. — Olfactory immunology: the missing piece in airway and CNS defence, «Биомолекула»: «Обоняние: от носа к мозгу, спотыкаясь и падая».

Молекулярная биология клетки

• Ферроптоз — это особый вид программируемой клеточной гибели, который сопровождается железозависимым перокислением мембранных липидов. Авторы нового обзора обобщают все, что известно на данный момент об этом типе программируемой клеточной гибели: молекулярные детали происходящего в клетке, подвергающейся ферроптозу, включая его регуляцию. — The cell biology of ferroptosis.
• Присоединение остатков жирных кислот, или S-ацилирование (обычно под ним понимают S-пальмитоилирование), как обратимая постррансляционная модификация оказывает существенное влияние на сигнальные пути внутри клетки. Баланс между S-ацилированием и S-деацилированием играет роль во множестве процессов: работе врожденного иммунитета, протекании воспаления, обмене глюкозы и жиров и многих других. В новом обзоре рассматриваются ферменты, осуществляющие S-ацилирование и обратный процесс, их регуляция и связь с развитием различных заболеваний, в частности, аутоиммунных. — Mechanisms and functions of protein S-acylation.

Технологии

Искусственный интеллект и эпилепсия

Искусственный интеллект (ИИ) стремительно меняет здравоохранение, особенно в области лечения эпилепсии, где его применение значительно расширилось в последнее десятилетие. Интеграция ИИ обещает революционный успех в диагностике и терапии этого сложного расстройства, однако его внедрение в клиническую практику пока не достигло ожидаемых результатов. В этом обзоре ученые представили современные разработки ИИ, использующие данные нейровизуализации, электроэнцефалографии, электронные медицинские карты и медицинские устройства для улучшения диагностики и лечения эпилепсии. Также приведены сведения о возможностях ИИ в прогнозировании и обнаружении приступов, в эффективности хирургических вмешательств и нейростимуляции. — Artificial intelligence in epilepsy — applications and pathways to the clinic, «Биомолекула»: «Эпилепсия, методы ее лечения и роль вальпроевой кислоты в терапии заболевания».

Синтетическая микробиология

Микроорганизмы, благодаря своей способности процветать в разнообразных средах и взаимодействовать с химическими веществами на микроуровне, предлагают перспективные решения для устойчивого развития. Благодаря синтетической биологии у ученых есть возможность модифицировать микроорганизмы, перестраивая их регуляторные сети, тем самым повышая их полезность для различных целей. В этом обзоре исследователи рассматривают многочисленные научные проекты, направленные на решение проблем устойчивости с помощью синтетической биологии, и подчеркивают ключевые вопросы микробиологических исследований, которые могут ускорить эти разработки. Авторы обзора предлагают классификацию этих усилий по трем основным направлениям — фабрика, ферма и поле — в зависимости от степени взаимодействия модифицированных микроорганизмов с естественной средой. Различные приложения внутри одной области сталкиваются с общими фундаментальными проблемами, что открывает продуктивные возможности для междисциплинарного сотрудничества между учеными, работающими в традиционно разрозненных областях. — Synthetic microbiology in sustainability applications, «Биомолекула»: «Синтетическая биология: от наблюдения к вмешательству».

Ультразвук для тканевой инженерии

Совмещение клеток, биоматериалов и биоактивных факторов с биофизическими сигналами открывает новые возможности для регенеративной и персонализированной медицины, а также для разработки и тестирования лекарств. Однако создание сложных тканей, интегрирующих несколько типов клеток и функций, остается вызовом, требующим сочетания передовых технологий, таких как 3D-печать, с инновационными методами сборки и стимуляции клеток. Ультразвук обещает стать важным инструментом в тканевой инженерии благодаря своей биосовместимости и способности проникать в глубокие слои тканей. В этом обзоре исследователи рассматривают использование ультразвука для удаленного управления и сборки биологических компонентов, а также для запуска клеточных процессов с помощью чувствительных к ультразвуку веществ. Кроме того, анализируется роль ультразвука в созревании тканей, воздействии на микросреду и программировании клеток. Также обсуждаются текущие ограничения технологии и перспективы широкого применения ультразвука в создании искусственных тканей. — Ultrasound-assisted tissue engineering, «Биомолекула»: «Искусственные органы и тканевая инженерия».

Роботы — медицинские устройства

Малогабаритные беспроводные мягкие роботы могут быть спроектированы как имплантируемые или носимые устройства для различных биомедицинских приложений. Их гибкость, адаптивность и биосовместимость делают их перспективными кандидатами для обеспечения точного и удаленного мониторинга и диагностики заболеваний. Однако клиническая трансляция беспроводных мягких роботизированных медицинских устройств остается сложной задачей. В этом обзоре исследователи предоставляют всесторонний обзор роботизированных технологий, методов навигации и проблем трансляции беспроводных мягких роботизированных медицинских устройств. Сначала ученые обсуждают безопасность и биосовместимость с биологической и технической точки зрения, а затем рассматривают методы навигации для преодоления биологических барьеров для доставки, мобильности и извлечения. Наконец, они обозначают ключевые проблемы разработки продукта, а также нормативные и этические соображения, которые следует учитывать для обеспечения клинической трансляции беспроводных мягких роботизированных медицинских устройств. — Clinical translation of wireless soft robotic medical devices, «Биомолекула»: «Микро-/​нанороботы — новые Друзья человечества».

Общие проблемы в области здравоохранения

Глобальная проблема устойчивости к лекарствам

Устойчивость к противомикробным препаратам ставит под угрозу эффективность лечения трех наиболее распространенных инфекционных заболеваний — малярии, ВИЧ и туберкулеза. Разработка новых препаратов и протоколов лечения, способных предотвратить и преодолеть эту устойчивость — важная задача. В этом обзоре ученые рассматривают текущее состояние проблемы и основные молекулярные механизмы, лежащие в основе устойчивости к лекарствам при этих заболеваниях. Также они обсуждают существующие стратегии борьбы с устойчивостью, разрабатываемые в рамках исследований и создания методов лечения нового поколения. Эти подходы варьируются в зависимости от типа инфекции и специфики механизмов устойчивости. Кроме того, рассматривается возможность обмена знаниями и технологиями между исследователями, занимающимися разными заболеваниями, с целью разработки инновационных решений для снижения устойчивости и ускорения открытия новых методов терапии. — Combating antimicrobial resistance in malaria, HIV and tuberculosis.

Вредные пищевые тренды

Ультраобработанные продукты и пищевые добавки стали частью современного рациона, и все больше исследований подтверждают их связь с заболеваниями кишечника, такими как колоректальный рак и синдром раздраженного кишечника. Многие из таких продуктов содержат пищевые добавки, которые сами по себе могут отрицательно влиять на здоровье кишечника. Например, доказано, что некоторые эмульгаторы, подсластители, красители, микрочастицы и наночастицы воздействуют на микробиом, проницаемость и устойчивость кишечника. Основные сведения об их вреде представлены в эпидемиологических исследованиях, в то время как данные о воздействии пищевых ингредиентов получены исключительно в результате доклинических исследований in vitro или на животных. Исследований, изучающих влияние ультраобработанные продукты и пищевых продуктов на здоровье кишечника у людей, значительно меньше. В этом обзоре авторы оценили данные о влиянии ультраобработанных продуктов и пищевых добавок на здоровье кишечника и обсудили их клиническое значение. — Ultra-processed foods and food additives in gut health and disease.