October 4th, 2017

Как длинные РНК победили короткие

Физико-химические условия на древней Земле благоприятствовали отбору более длинных молекул РНК, в которых могло быть записано больше информации.



как длинные РНК победили короткие
Гидротермальный источник в Атлантике.

Считается, что жизнь на Земле начиналась с молекул, которые могли создавать копии самих себя, одновременно запоминая попадающие в них изменения-мутации. По наиболее распространённой гипотезе, такими молекулами были РНК, поскольку именно РНК могут без посторонней помощи выполнять некоторые химические реакции – например, осуществлять собственную сборку из нуклеотидов. Так что в изначальные времена на Земле «обитали» весьма самостоятельные молекулы, способные размножаться без посторонней помощи. ДНК, будучи более стабильной, чем РНК, но не обладающая каталитическими способностями, появилась позже как ёмкость для хранения информации.



как длинные РНК победили короткие
«Черный курильщик» – гидротермальный источник на дне океана.

Какие молекулы при этом получали бы преимущество? Напрашивающийся ответ – более короткие, потому что их быстрее скопировать, то есть у них была бы выше скорость размножения и они попросту отбирали бы все ресурсы у более длинных молекул. Но, поскольку принципы кодирования информации у тех и у других одинаковые, то короткие РНК будут менее информативными, то есть более простыми, более примитивными. Однако преимущество всё же осталось за длинными РНК, именно они могут держать в себе достаточно информации для производства белка, без чего дальнейшее развитие жизни не произошло бы. Как объяснить такой парадокс (естественно, не используя в качестве аргументов «стремление к совершенству» и прочую подобную мистику)?

как длинные РНК победили короткие

Возможное решение предложили исследователи из Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана (Германия). Согласно одной из моделей развития жизни, первые молекулы-репликаторы могли размножаться в сквозных порах, покрывавших породы на дне древнейшего океана. Если такая пора находилась рядом с геотермальным источником, то в ней образовывалась разность температур: у её отверстия циркулировали потоки очень горячей воды, нагревавшие верхнюю половину поры. Раствор, находившийся здесь, нагревался тоже, увеличивался в объёме и выходил наружу, а вместо него с противоположного отверстия в пору заходили новые порции веществ, необходимых для биохимического синтеза. Как вели себя в таких условиях РНК разной длины, нахоящиеся в поре? Дитер Браун (Dieter Braun) и его коллеги в статье в Nature Chemistry высказывают предположение, что длинные РНК могли уходить в холодную зону вследствие термофореза. Так называют отталкивание частиц нагретыми телами: если у нас есть неравномерно нагретая частица, то от её более тёплой поверхности молекулы среды (например, газа) будут отталкиваться сильнее, чем от более холодной, то есть сама частица получает сильный импульс в более холодную сторону. Из-за этого, например, покрываются пылью поверхности, обращённые к нагревательному прибору.

В жидкости на термофорез влияет заряд частицы: известно, что больший заряд тянет в холодную сторону. Значит, длинные РНК, обладающие большим зарядом, будут оставаться в поре, тяготея к холодной её стороне, тогда как короткие с большей вероятностью будут подниматься к горячему отверстию и вымываться из «микрореактора». Так условия среды будут благоприятствовать более длинным, более сложным молекулам.

Для проверки гипотезы исследователи использовали стеклянный капилляр, заполненный фрагментами ДНК и всеми необходимыми реагентами для их репликации. ДНК взяли потому, что для РНК, по словам авторов работы, нет удовлетворительного лабораторного метода размножения в отсутствие ДНК-матрицы, тогда как для ДНК нужно было только воссоздать условия обычной полимеразной цепной реакции (ПЦР), которая сейчас широко используется даже в клинических анализах. Кроме того, поведение обеих нуклеиновых кислот при термофорезе не слишком отличается. Когда, имитируя доисторическую пору, в трубке создали градиент температуры, оказалось, что более длинные молекулы действительно склонны оставаться внутри, где похолоднее. Как результат, количество длинных молекул росло, тогда как короткие, скапливающиеся у нагретого конца, вылетали наружу и постепенно «вымирали».

Конечно, возникает вопрос, достаточно ли было таких горяче-холодных пор на заре жизни, чтобы позволить длинным информационным молекулам занять Землю. Одно дело – современная лаборатория, другое – доисторический океан. Однако некоторые биохимики (например, Ирен Чен (Irene Chen) из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре) полагают, что тут необязательно полагаться только на гидротермальные источники, такой градиент температур мог возникать из-за неравномерного нагрева на солнце. Так что «экологические ниши», благоприятные для сложных молекул, могли попадаться на Земле намного чаще, чем может показаться на первый взгляд.

Автор: Кирилл Стасевич

Ссылка на источник

Buy for 20 tokens
Российские силовики продолжают бороться с врачами и их пациентами: в последние дни стало известно о двух уголовных делах по тяжелым антинаркотическим статьям. Реальные сроки грозят врачу, выдавшему тяжелой больной ампулу обезболивающего из собственных запасов, а также матери тяжелобольного…

Россиянину вместо пересадки головы имплантируют стальной стержень

Российскому программисту Валерию Спиридонову, страдающему синдромом Верднига-Гоффмана и отказавшемуся от пересадки головы, имплантируют стальной стержень для поддержания позвоночника.

Россиянину вместо пересадки головы имплантируют стальной стержень

Об этом Валерий Спиридонов сам рассказал журналистам. «К счастью, при моем заболевании существует вполне опробованная, проводимая достаточно часто в подобных случаях операция по имплантации стального стержня для поддержания позвоночника в прямом, а не согнутом, как у меня, состоянии», — сказал Спиридонов.

Операция будет проведена российскими хирургами. Конечно, она не вернет пациенту возможности полноценно двигаться, однако сможет значительно облегчить его состояние.

Напомним, что Валерий Спиридонов, из-за своей болезни прикованный к инвалидной коляске, готовился стать первым в мире пациентом, голову которого пересадят на тело донора. Планировалось, что эту операцию проведет итальянский нейрохирург Серджио Канаверо, и стоить она будет около 10 миллионов евро.

Однако Канаверо недавно изменил свои планы: его пациентом, первым перенесшим пересадку головы, станет гражданин Китая. Операция будет проводиться на территории этой страны за счет средств, выделенных правительством.

Автор: Юлия Бондарь


Ссылка на источник

Компьютерное моделирование помогло инактивировать вирус гриппа мини-белками

Разработан высокопроизводительный подход для поиска терапевтических мини-белков против клинически значимых мишеней. При помощи компьютерного моделирования международный коллектив ученых проверил взаимодействие десятков тысяч небольших белков длиной в среднем 40 аминокислот с гемагглютинином вируса гриппа и ботулотоксином. Путем последовательного отбора молекул с самой высокой эффективностью связывания ученым удалось найти мини-белок, который эффективно защитил мышей от гриппа. Исследование опубликовано в Nature.

компьютерное моделирование помогло инактивировать вирус гриппа

Одним из самых эффективных терапевтических подходов в лечении некоторых заболеваний является применение белков, которые связываются с важными мишенями на поверхности вирусов или раковых клеток и инактивируют их. К примеру, для «выключения» поверхностных белков часто используются антитела к этим белкам. Однако антитела имеют сложную структуру, поэтому они зачастую нестабильны и их дорого производить. Более перспективное направление — поиск небольших белковых ингибиторов, которые просты в производстве, термостабильны и при попадании в организм не вызывают иммунного ответа.

Для оптимизации и масштабирования поиска терапевтических мини-белков ученые из университета Вашингтона с коллегами объединили несколько высокопроизводительных методов — компьютерное моделирование, синтез олигонуклеотидов (коротких цепочек ДНК) на чипах, дрожжевой дисплей и секвенирование.

В своей работе ученые поставили задачу подобрать белки, связывающиеся с двумя клинически значимыми мишенями — гемагглютинином вируса гриппа (HA) и ботулотоксином B (BoNT). Гемагглютинин гриппа представлен на поверхности вирусной частицы и необходим для ее прикрепления к клеткам. Его «выключение» при помощи антитела или мини-белка приводит к снижению патогенности вируса. Ботулотоксин — это нервно-паралитический бактериальный токсин, попадание в организм которого приводит к развитию ботулизма. Связывание ботулотоксина препятствует его проникновению в нейроны и развитию токсической реакции.

Чтобы смоделировать связывание мини-белков с мишенями, авторы создали «виртуальные библиотеки» из тысяч аминокислотных последовательностей с несколькими вариантами конформации. Для «обычных» больших белков предсказать укладку полипептидной цепочки невозможно либо очень сложно из-за большого количества возможных вариантов, однако в данном случае ученые работали с последовательностями около 40 аминокислот, для которых хорошо предсказывается вторичная структура. Пользуясь тем, что обе выбранные мишени были ранее закристаллизованы в комплексе с ингибиторами, ученые выбрали ключевые участки мишеней, связывание с которыми инактивировало бы их.

Выбрав при помощи моделирования около десяти тысяч вариантов ингибиторов для HA и BoNT, авторы синтезировали последовательности ДНК, кодирующие эти мини-белки (современные технологии синтеза олигонуклеотидов позволяют синтезировать до десяти тысяч последовательностей длиной около ста нуклеотидов одновременно). Затем полученные «гены» ввели в дрожжевые клетки. В результате клетки на своей поверхности содержали все варианты выбранных мини-белков (в этом суть технологии дрожжевого дисплея).

Клетки инкубировали с разными концентрациями флуоресцентно меченых мишеней, а затем при помощи клеточного сортера отбирали варианты, наиболее эффективно связывающие мишени в самой маленькой концентрации. Со второй попытки ученым удалось создать библиотеку, в которой три процента молекул хорошо связывали HA (342 молекулы).



компьютерное моделирование помогло инактивировать вирус гриппа
Сравнение смоделированного взаимодействия (зеленым цветом) и реального (полученного при помощи рентгеноструктурного анализа;
оранжевым цветом для молекулы HB1.6928.2.3 и розовым для Bot.671.2.1). Во врезе детализированное взаимодействие мини-белка
с мишенью на уровне аминокислотных остатков

По итогам следующих этапов отбора авторы оставили восемь анти-ботулиновых молекул и шесть анти-гемагглютининовых для испытаний на клетках. Лучшие из них (HB1.6928.2.3 для гемагглютинина и Bot.671.2.1 для ботулотоксина) закристаллизовали вместе с мишенями и показали, что они не только связывают идентифицированные ранее ключевые участки мишени, но и дополнительно взаимодействуют с соседними поверхностями, усиливая эффект. Противогриппозный мини-белок также сравнили с существующим антителом для гемагглютинина и обнаружили, что его эффективная концентрация в сто раз меньше, чем для антитела.

Молекулу HB1.6928.2.3 также проверили на мышах. Интерназальное введение (в нос) ингибитора как до, так и после инфекции летальной дозы вируса привело к тому, что ни одна мышь не погибла. Кроме того, молекула оказалась гиперстабильной и практически не вызывала иммунного ответа в организме животных, поэтому ученые предположили, что она должна хорошо работать в качестве профилактического средства, предотвращая развитие болезни в течение долгого времени после применения.

Об эффективности препаратов на основе связывающих «вредные» мишени белков мы уже писали: к примеру, здесь можно прочитать, как моноклональное антитело излечило подопытных животных от смертельной лихорадки Марбурга, а здесь — как антитела могут помочь против болезни Альцгеймера.

Автор: Дарья Спасская

Ссылка на источник

Пересадка головы возможна: доказано на крысах

Спинной мозг срастается, двигательная активность восстанавливается, даже если головной мозг полностью отделен от спинного. Эксперимент доктора Канаверо с крысами доказал возможность пересадки головы, но еще важнее это для лечения тяжелых травм и параличей.

пересадка головы возможна

Разработанный Серджио Канаверо протокол Gemini был использован в эксперименте на 15 крысах, девять из которых подверглись сращению спинного мозга по методу, разработанному итальянским доктором, а шесть выступили в роли контрольной группы. Эксперимент был поставлен при участии китайских хирургов под руководством Сяопиня Женя (Xiaoping Ren), легенды трансплантологии из Харбинского медицинского университета. Результаты эксперимента были опубликованы в CNS Neuroscience&Therapeutics. По словам доктора Канаверо, Жень Сяопин является единственным человеком, способным возглавить такой сложный проект.

Операционный протокол Gemini предполагает использование инъекций полиэтиленгликоля (PEG) для сращивания нервных волокон спинного мозга. В ходе эксперимента спинной мозг был перерезан у пятнадцати крыс; девяти из них вводили PEG для восстановления нервных волокон, контрольной группе из 6 крыс вводили физраствор. В течение трех дней после операции животным вводили антибиотик. У всех девяти крыс из первой группы восстановилась двигательная активность, в ходе эксперимента умерла только одна крыса из контрольной группы.
Read more...Collapse )


Ссылка на источник

Прогрессирование болезни Альцгеймера замедлили иммунотерапией

Американские и швейцарские ученые сообщили об успехе ранних клинических испытаний биопрепарата, замедляющего развитие болезни Альцгеймера. Отчет о работе опубликован в журнале Nature.



прогрессирование болезни Альцгеймера замедлили иммунотерапией
Нейрофибриллярные клубки в гиппокампе пациента с болезнью Альцгеймера

Болезнь Альцгеймера — наиболее распространенное нейродегенеративное заболевание и ведущая причина деменции (приобретенного слабоумия) в мире. По современным представлениям, нейродегенерация при ней обусловлена накоплением в мозге двух патологических форм белков: бета-амилоида (в виде бляшек) и гиперфосфорилированного тау-белка (в виде нейрофибриллярных клубков). Предыдущие попытки контролировать синтез или выведение бета-амилоида к существенным успехам не привели.

Новый препарат адуканумаб, разработанный компаниями Biogen и Neurimmune, представляет собой моноклональные человеческие антитела, которые селективно связываются с растворимой и нерастворимой формами бета-амлоида и способствуют их удалению из нервной ткани. Происхождение этих антител заслуживает особого внимания — их обнаружили у пожилых людей с естественной устойчивостью к развитию болезни Альцгеймера.

В клинических испытаниях Ib фазы (направленных на выяснение безопасности, переносимости, фармакокинетики, фармакодинамики и оптимальной дозировки препарата) приняли участие 165 пациентов с ранней стадией заболевания. Им ежемесячно в течение года вводили различные дозы адуканумаба или плацебо. Отложения бета-амилоида в мозге визуализировали ПЭТ-сканированием, а прогрессирование симптомов оценивали с помощью шкал деменции и психического статуса CDR-SB и MMSE.

Выяснилось, что адуканумаб дозозависимо уменьшил накопление бета-амилоида в мозге пациентов, а также замедлил, хотя и ненамного, прогрессирование когнитивных нарушений. При этом частота побочных эффектов оказалась довольно высокой: из-за них 20 пациентов были вынуждены досрочно прервать свое участие в испытаниях. Наиболее часто наблюдались микрокровоизлияния и отек мозговой ткани, которые проходили сами по себе через 4–12 недель.

По словам авторов работы, к полученным результатам надо подходить с осторожностью — небольшой масштаб пилотных испытаний не позволяет сделать однозначные выводы об эффективности и безопасности препарата. Убедительные данные должны быть получены в ходе двух крупных полуторалетних испытаний III фазы, которые ведутся в настоящее время и включают 2700 участников.

Недавно положительные результаты дал другой подход к лекарственной терапии болезни Альцгеймера. Препарат LMTX, который предотвращает образование и накопление клубков тау-белка, в III фазе клинических испытаний замедлил прогрессирование деменции примерно на 80 процентов. Интересно, что такой эффект наблюдался только у пациентов, которые не принимали другие препараты от болезни Альцгеймера.

Другой научный коллектив сообщил, что ему удалось обратить снижение интеллекта у 10 пациентов с ранними стадиями заболевания с помощью оптимизации метаболизма по специально разработанному протоколу MEND.

Автор: Олег Лищук

Ссылка на источник

Хорошее настроение повысило эффективность прививки от гриппа

Настроение в день вакцинации может повлиять на эффективность противогриппозной прививки. Это установили британские исследователи, изучившие влияние настроения и других аспектов жизни пожилых людей на выработку антител в их крови в ответ на разные вирусы гриппа. Статья опубликована в журнале Brain, Behavior, and Immunity и доступна для прочтения на сайте PubMed.

хорошее настроение повысило эффективность прививки от гриппа

Ежегодно от эпидемии гриппа умирает от 250 до 500 тысяч человек по всему миру, бóльшая часть которых — люди пожилого возраста (от 65 лет). В настоящее время самый эффективный способ предотвращения развития заболевания — это профилактическая вакцинация. Эффективность такой вакцинации, однако, также снижается с возрастом пациента: профилактическая вакцина защищает пожилых людей от заболевания в 17–53 процентах случаев (для сравнения, эффективность воздействия таких профилактических препаратов на молодых людей — от 70 до 90 процентов).

На эффективность вакцинации, помимо возраста, влияют и другие факторы, участвующие в регуляции иммунитета: как физиологические (например, ожирение), так и психические (например, настроение), а также особенности поведения и распорядка дня (например, питание и физическая активность). Однако ранее большинство этих факторов были изучены по отдельности, что не позволяет сделать точных выводов о явном воздействии какого-либо из них на эффективность профилактической вакцинации, в особенности у людей пожилого возраста.

Авторы новой работы проверили эффективность вакцинации пожилых людей и изучили, в какой мере на нее влияют различные факторы, как психические (настроение и подверженность стрессу), так и связанные с особенностями поведения и распорядка дня (питанием, физической активностью и сном).

Для проведения исследования ученые привлекли 138 человек в возрасте от 65 до 85 лет и собрали данные об их возрасте, образовании, физических параметрах (рост и вес), а также взяли у каждого образец крови для выявления уровня противогриппозных антител (иммуноглобулина G, сокращенно IgG). Так как история получения профилактических прививок могла повлиять на эффективность лечения на момент исследования, ученые отобрали только тех, кто получил вакцину за год до начала эксперимента.

В течение шести недель до проведения вакцинации участники исследования предоставляли ученым данные о своей ежедневной активности, питании и настроении. Затем каждому из них была сделана прививка от гриппа (в день прививки участники также прошли опрос, позволявший определить их настроение). Через четыре и шестнадцать недель после прививки исследователи снова собрали у участников образцы крови — для определения кратковременной и долговременной эффективности препарата.

При анализе крови ученые проверили выработку иммуноглобулина G в ответ на штаммы вирусов гриппа A (двух подтипов: H1N1 и H3N2) и гриппа B. Анализ показал, что в крови участников исследования уровень антител, воздействующих на грипп B и подтип гриппа A H3N2, был достаточно высок еще до вакцинации. Поэтому на дальнейшем этапе исследование сосредоточилось на влиянии различных факторов на выработку антител в ответ на самый опасный из изученных вирусов — H1N1.

Ученые проверили связь между уровнем антител в крови после вакцинации и самыми разными факторами: количеством питательных веществ в диете (например, витаминов, цинка и железа) участников эксперимента, их ежедневной физической активностью, качеством сна, уровнем стресса и настроением до, во время и после введения вакцины. Ученые выяснили, что из всех факторов на уровень иммуноглобулина G в крови в ответ на H1N1 значимо влияло только настроение, причем хорошее настроение в день вакцинации имело самый большой эффект (p < 0,001) и коррелировало с повышенным уровнем антител.

Результаты, полученные учеными, указывают на важность влияния психологических аспектов на эффективность противовирусной профилактической вакцинации среди пожилых людей, которые в силу понижения иммунитета с возрастом входят в группу риска. Кроме того, для дальнейшего исследования влияния настроения на эффективность противовирусных препаратов необходимо провести эксперимент с участием представителей других возрастных групп.

Помимо факторов, влияющих на эффективность прививки от гриппа, ученые также изучают ее позитивное воздействие на различные аспекты здоровья человека. Например, здесь вы можете узнать о том, как вакцинация беременных женщин защищает от гриппа их младенцев, а здесь — о том, как вакцинация снижает риск мертворождения.

Автор: Елизавета Ивтушок


Ссылка на источник

Как питание не по часам влияет на микробиом

Исследователи из Медицинского колледжа Бэйлора обнаружили, что сбой циркадных ритмов у мыши может повлиять на функцию печени, реакцию организма на пищу, а также состав микробиоты пищеварительного тракта. В этом исследовании, опубликованном в American Journal of Obstetrics and Gynecology, исследователи впервые показали, что печеночные гены у мышей связаны с биологическими ритмами, микроорганизмами, обитающими в кишечнике, и метаболизмом.

как питание не по часам влияет на микробиом
«Организм способен изменять свой метаболизм разными способами. Мы изучили два из них. Один связан с циркадными ритмами – нашими внутренний часами, которые помогают организовать деятельность организма. А другой действует через микробиом – бактерии, живущие в желудочно-кишечном тракте», — объясняет ведущий автор исследования, доктор Дерек О’Нил (Derek O’Neil), постдокторант в области акушерства и гинекологии в Бэйлоре.

Для изучения взаимосвязи между биологическими часами и микробиомом ученые модифицировали гены мышей, убирая из печени только тот ген, который опосредует её синхронизацию с ритмами – ген Npas2. Затем они наблюдали эффект в тесте на циркадную активность, который чаще всего используется в науке. Это ограниченное кормление, при котором помимо всего ещё сорваны обычные часы кормления. И вместо того, чтобы иметь неограниченный доступ к пище в течение 12 часов в ночное время (обычное время кормления для мышей), мыши получали его всего лишь в течение четырёх дневных часов.

Две группы мышей (нокаутированные и контроль) жили в таком режиме в течение 17 дней. До, во время и после тестирования исследователи брали образцы кала, по которому определяли тип микробов, и измеряли, какое количество пищи животные не съедали и насколько у них менялась масса.

Результаты показали, что изменение биологических часов печени животных привело к изменениям в микробиоме кишечника. У мышей, лишённых гена Npas2, состав бактерий значительно модифицировался в сторону более патогенных микроорганизмов. Кроме того, хоть обе группы мышей и съедали примерно одинаковое количество полностью сбалансированной пищи, но в весе потеряли больше обычные мыши, чем нокаутные.
«Нокаута гена, который управляет циркадными ритмами в печени, было достаточно, чтобы не только изменить устойчивость мышей к потере веса при ограниченном кормлении, но повлиять на микроорганизмы кишечника. Это первое научное исследование, которое показывает чёткие доказательства сложного взаимодействия между системой биологических ритмов, кишечной флорой и обменом веществ хозяина в условиях пищевого стресса», — отметил старший автор – доктор Керсти Аагаард (Kjersti Aagaard), профессор акушерства и гинекологии в Бэйлоре.

Учёные отмечают, что их работа может иметь потенциальную пользу для клиники. Но к области их интересов всё-таки ближе беременность и неонатальный период жизни. Они предполагают, что их выводы могут привести к появлению большего количества исследований, направленных на углубление понимания сложных взаимодействий между нарушениями циркадных ритмов как матери, так и ребёнка в неонатальном периоде жизни, микробиомом и поддержанием обмена веществ и веса женщины.

Текст: Анна Хоружая


Ссылка на источник

Почувствуй ритм: как биологические часы привели к Нобелевской премии

Так уж получилось, что на протяжении сотен тысяч лет мы живём в условиях, когда в среднем каждые 12 часов день сменяет ночь и наоборот. А так как ключевой фактор выживания для каждого организма – это приспособление к этим самым условиям, природа просто не могла не «наградить» живые существа соответствующими механизмами, которые бы помогали им комфортно себя чувствовать и плодить себе подобных. И таким полезным «подарком» эволюции стали внутренние часы или, по-другому, циркадные (циркадианные) ритмы, за открытие молекулярных основ которых в 2017 года присудили Нобелевскую премию в области физиологии или медицины.



почувствуй ритм
Джеффри Холл, Майкл Росбаш, Майкл Янг

Разумеется, «идут» часы у, скажем, белого полярного медведя или коалы  очень по-разному, и тем не менее представляют собой универсальный молекулярный инструмент, характерный вообще для всех живых существ, начиная от древнейших цианобактерий и заканчивая «венцами творения». Такие дневные и ночные циклы помогают им оптимизировать свой метаболизм и своё поведение так, чтобы время их максимальной активности оборачивалось для них максимальной пользой. С латыни «circa» переводится как «вокруг», а «dies» — «день».

Так и получается, что мы живем и функционируем «вокруг дня», а ночью наша активность в основном уходит на спад. Вся эта система состоит из трёх основных компонентов: автономного 24-часового генератора ритма или осциллятора, механизмов, которые связывают этот генератор с внешними стимулами (секундомеры; например, свет), и выводных «устройств», которые, основываясь на показателях первых двух блоков, обеспечивают своевременное планирование физиологических процессов.

Read more...Collapse )

Ссылка на источник

Галлюцинации при болезни Паркинсона связали с нарушением нейронных связей

Возникновение галлюцинаций при болезни Паркинсона связано с нарушением функциональных связей головного мозга. Это выяснили голландские ученые, которые провели исследование фМРТ в состоянии покоя с участием пациентов, страдающих от заболевания. Статья опубликована в журнале Radiology.

галлюцинации при болезни Паркинсона связали с нарушением нейронных связей

Болезнь Паркинсона — это нейродегенеративное заболевание, в основном поражающее людей в преклонном возрасте. Механизмы его возникновения и прогрессирования до сих пор не изучены до конца, однако известно, что причиной возникновения болезни Паркинсона является разрушение нейронов, вырабатывающих дофамин — нейромедиатор, участвующий как в формировании «системы вознаграждения» головного мозга, так и в обеспечении когнитивной деятельности.

Самым распространенным симптомом паркинсонизма является нарушение моторных функций, например гипокинезия (снижение двигательной активности) или тремор конечностей. Деменция и зрительные (реже — слуховые) галлюцинации также относятся к частым симптомам заболевания — от них страдают около 50 процентов пациентов. Считается, однако, что эти симптомы возникают как следствие приема препаратов, направленных на облегчение нарушений моторных функций. Возможная связь между возникновением галлюцинаций и обширными нарушениями головного мозга пациентов до сих пор исследована не была.

Авторы новой работы изучили связь между возникновением галлюцинаций при болезни Паркинсона и функциональной целостностью нейронных связей головного мозга. Для этого они отобрали 55 пациентов, страдающих от заболевания, 15 из которых также испытывали зрительные галлюцинации. В контрольную группу вошли 15 добровольцев без неврологических заболеваний.

Исследование функциональных связей головного мозга было проведено при помощи фМРТ в состоянии покоя (англ. resting-state fMRI) — метода функциональной МРТ, направленного на изучение головного мозга вне выполнения какой-либо деятельности или прямого воздействия экспериментальных стимулов.

Ученые обнаружили нарушения нейронных связей у всех пациентов в сравнении с контрольной группой. Однако мозг пациентов, испытывающих галлюцинации, отличался нарушением функциональных связей между областями, отвечающими как за обработку визуальной информации, так и за некоторые когнитивные функции (такие как внимание и память), — то есть областями лобных и височных долей головного мозга.



галлюцинации при болезни Паркинсона связали с нарушением нейронных связей
Области с нарушением функциональных нейронных связей среди (А) пациентов с болезнью Паркинсона (в сравнении с контрольной группой)
и (В) среди пациентов, испытывающих галлюцинации (в сравнении с остальными группами)

По мнению авторов работы, полученные в ходе исследования данные помогут исследователям в дальнейшем разрабатывать новые методы лечения и профилактики заболевания и связанных с ним галлюцинаций — возможно, путем инвазивной стимуляции зон мозга с нарушенными нейронными связями.

В настоящий момент ученые разрабатывают и другие способы лечения болезни Паркинсона и ее синдромов. Например, из этой заметки вы можете узнать о том, как ученые нашли способ восстанавливать выработку дофамина путем перепрограммирования нейронов. Также о роли генной терапии в лечении болезни вы можете прочитать здесь, а об успехах в лечении болезни Паркинсона свиными клетками — здесь.

Автор: Елизавета Ивтушок

Ссылка на источник

Последний общий предок жил на водороде

Одноклеточный организм, давший начало всем доменам земной жизни, жил рядом с вулканическими горячими источниками на дне океана и питался выходящим из них водородом.



последний общий предок жил на водороде
Гидротермальный источник в Атлантике.

Все живые существа на земле делятся бактерий, архей и эукариот, к которым принадлежим и мы с вами. (Есть ещё вирусы, но, поскольку они представляют собой, грубо говоря, белково-нуклеиновые комплексы, то их ставят несколько в стороне от тех, кто состоит из клеток.)

В очень далёком прошлом все три домена жизни – бактерии, археи и эукариоты – сходились в одной точке, которая называется последним универсальным общим предком, или LUCA (Лука) – last universal common ancestor.



последний общий предок жил на водороде
Температура вблизи «чёрных курильщиков» может достигать 350°С.

Лука жил на Земле примерно 3,5–3,8 млрд лет назад, и в нём уже были запечатлены все основные черты земной жизни: его наследственная информация в виде генетического кода хранилась в ДНК, белки состояли из 20 аминокислот, энергия запасалась в виде АТФ и т. д. Но это только в самых общих чертах. Нам, конечно, хочется знать больше подробностей про жизнь Луки, а как их узнаешь без машины времени? Палеонтологических останков от древнего одноклеточного, естественно, не осталось. Так что в нашем распоряжении есть только один способ: выискивать признаки последнего общего предка в геномах современных форм жизни.

Суть такого метода интуитивно понятна: если, например, мы видим, что у кишечной палочки и у нас есть какой-то общий ген, то мы можем с уверенностью сказать, что этим геном нас наградил некий общий предок, от которого произошли и люди, и бактерии. Понятно, что вряд ли подобные гены будут абсолютно одинаковыми, всё-таки за миллионы лет эволюции в них могут накопиться различия, влияющие или не влияющие на их функции. Но, так или иначе, учитывая такие различия, всё-таки можно сказать, насколько «молод» или «стар» конкретный ген, какая у него «родословная» и т. д.

Однако, если мы возьмёмся сравнивать геномы бактерий, то столкнёмся с существенной проблемой, которая называется горизонтальный перенос генов. Как известно, бактерии могут передавать генетическую информацию не только по линии предок–потомок, но и просто друг другу. Горизонтальный перенос в бактериальном мире чрезвычайно распространён, так что порой бывает трудно сказать, откуда у той или иной группы бактерий взялся какой-то конкретный ген: то ли они пришёл из глубины веков (и тогда мы можем говорить о том, что он был у предков этой группы), то ли он пришёл откуда-то со стороны, от другой группы бактерий.

Тем не менее, исследователям из Дюссельдорфского университета им. Генриха Гейне удалось преодолеть трудность, связанную с горизонтальным переносом. Пытаясь уточнить портрет последнего универсального общего предка, они искали гены, которые были бы общими для бактерий и для архей, но при том бактерий и архей сравнивали не по одиночке – по одной разновидности от тех и от других – а парами. То есть смысл был в том, чтобы найти такие гены, которые были бы одновременно у двух разных бактерий и у двух разных архей – в таком случае уменьшалась вероятность того, что гены разошлись по бактериям и археям в результате горизонтального переноса.

Первоначально в распоряжении авторов работы было 6 млн генов, из 286 000 семейств; после подробного анализа из 6 млн осталось всего 355 – очевидно, именно они с большой вероятностью и были в геноме Луки.

О чём можно судить по этим 355 генам? В статье в Nature Microbiology авторы пишут, что, судя по всему, последний общий предок был анаэробом, что неудивительно – в те времена кислорода в атмосфере было мало, и преимущество было за теми, чей обмен веществ не был на него завязан. Кроме того, Лука, очевидно, был термофилом и питался водородом.

Сейчас на Земле тоже есть археи, которые в качестве источника энергии (то есть своеобразной пищи) используют H2, окисляя его и превращая в метан. Такой тип метаболизма считается довольно древним, и ранее уже высказывались предположения, что древнейший всеобщий предок жил именно на водороде, но теперь это удалось показать с помощью сравнительного генетического анализа.

Ныне живущие «водородопожиратели» берут его из самых разных источников, в том числе и от микробов, которые сами производят H2. Но во времена Луки никаких таких микробов ещё не было, поэтому ему, очевидно, приходилось селиться рядом с гидротермальными источниками на океанском дне, которые были для него поставщиков водорода – и здесь его термофильность, то есть способность жить и развиваться при высоких температурах, пришлась как нельзя кстати.

Вообще, гидротермальные источники, или «чёрные курильщики», пользуются большой популярностью в теориях возникновения жизни. Так, в прошлом году мы писали о том, что физические условия вблизи «чёрных курильщиков» могли благоприятствовать ещё доклеточной эволюции, когда в древнем океане «обитали» только древнейшие молекулы РНК, и впоследствии эволюция РНК сделала возможным появление клеточных организмов.

Учитывая, что Лука, скорее всего, тоже держался рядом с гидротермальными источниками, их смело можно назвать колыбелью земной жизни.

По материалам Science.

Автор: Кирилл Стасевич

Ссылка на источник