Добро пожаловать, Гость!20 Апр 2024, 11:06:28
Войдите или зарегистрируйтесь.
1 час 1 день 1 неделя 1 месяц Навсегда 

[Vinni]

Необычный метод избавил мышь от рассеянного склероза

Когда ученые из Университета Юты (США) ввели стволовые клетки человека в тело мыши, которая не могла ходить из-за болезни, схожей с рассеянным склерозом (РС), они ожидали, что эти клетки будут отвергнуты организмом грызуна. В результате оказалось, что они действительно не были приняты, но до этого мышь начала снова ходить. Это неожиданное открытие может стать важным шагом на пути борьбы с РС у людей.

Рассеянный склероз – это заболевание иммунной системы, при котором поражается миелиновая оболочка, покрывающая и изолирующая волокна головного и спинного мозга и зрительного нерва. Как только изоляция пропадает, в нервах происходит замыкание, они перестают корректно функционировать, что часто сопровождается тем, что человек не может ходить.

В ходе данного исследования (которое началось в Калифорнийском университете (США)) стволовые клетки нервной системы человека были выращены в чашке Петри, а затем введены в тело болеющей мыши. Клетки были выращены не в таких «скученных» условиях, как обычно, что способствовало тому, что они были «невероятно активны».

Буквально через неделю после того как клетки были введены в тело мыши, они исчезли. Произошло то, что было ожидаемо – клетки были отвергнуты организмом животного. Однако по прошествии 10-14 дней мышь опять ходила и бегала. После 6 месяцев болезнь не возвратилась.

Внезапное выздоровление мыши произошло благодаря тому, что стволовые клетки излучали химические сигналы, которые давали команды клеткам грызуна восстанавливать поврежденный миелин. В ходе тестов, которые были проведены затем в других лабораториях, стволовые клетки, выращенные в таких же условиях, продемонстрировали те же самые результаты.

Сейчас запланированы дополнительные исследования, во время которых ученые будут выяснять безопасность лечения и устойчивость результатов. Исследователи надеются, что клинические тесты на людей также уже не за горами.

«Мы хотим стараться продвигаться как можно скорее и осторожнее, - говорит доктор Том Лейн (Tom Lane), который был во главе исследования наряду с доктором Дженн Лоринг (Jeanne Loring) из Центра регенеративной медицины при Исследовательском институте Скриппса (США). – Я очень хочу увидеть то, что сможет продвинуть лечение и облегчить страдания, которые переживают пациенты с РС».

Источник:http://nauka21vek.ru/archives/58523

[Vinni]

Симбионтов в обиду не даем

В последнем номере журнала Nature опубликована работа, в которой описывается механизм, с помощью которого животные защищают во время инфекций полезных симбиотических бактерий, живущих в желудочно-кишечном тракте. По-видимому, этот механизм еще и вносит дополнительный вклад в борьбу с инфекциями.

У человека заболевшего, скажем, гриппом портится аппетит. Это всем хорошо известно на личном примере. Эта реакция свойственна не только человеку, но и животным. У нее есть вполне логичное объяснение: когда животное больно, ему выгоднее с точки зрения выживания не тратить энергию на поиск пищи, а расходовать ее на выздоровление. Кроме того, патогену тоже придется голодать вместе с новым хозяином, а это помогает избавиться от инфекции скорее.

Неприятность заключается в том, что бактериям желудочно-кишечного тракта тоже приходится тяжело, а когда животное выздоравливает, их помощь очень важна, чтобы снова набрать вес. Оказалось, что организм хозяина поддерживает своих симбионтов сахаром фукозой, который в тяжелые моменты оказывается прикреплен снаружи к эпителиальным клеткам тонкого кишечника. В таком виде бактерии могут им питаться.

У здоровых мышей никакой фукозы не вырабатывалось, но уже через пару часов после индукции у животных системного воспаления и начала добровольного голодания фукоза начинала появляться на поверхности клеток. За продукцию фукозы эпителиальными клетками отвечает белок фукозилтрансфераза 2, который кодируется геном FUT2. У мышей, лишенных обеих копий этого гена, оказалась интересная особенность. Пока все мыши были здоровы, мыши без гена FUT2 ничем не отличались от обычных мышей. После индукции воспаления все мыши совершенно одинаково не ели и худели. Зато когда воспаление закончилось, мыши с хотя бы одной функциональной копией гена, равно как и мыши с двумя копиями, набирали вес гораздо быстрее, чем мыши, у которых фермент фукозилтрансфераза 2 полностью отсутствовал. При этом никаких изменений в активности ферментов, вырабатываемых организмом хозяина, не произошло. Зато если мышам с активной фукозилтрансферазой 2 давали антибиотики, убивающие бактерии-симбионты, наблюдался такой же замедленный набор веса. Вывод однозначен: без фукозилтрансферазы 2 бактерии-симбионты плохо переживали воспаление и не могли после выздоровления выполнять свои функции.

В ходе исследования также выяснилось, что мышам, у которых отсутствовали оба гена FUT2, патогены, дополнительно присутствовавшие в желудочно-кишечном тракте, вредили гораздо сильнее. Во-первых, они активнее синтезировали белки, связанные с патогенностью. Во-вторых, авторы провели дополнительный эксперимент. Они заразили мышей условно патогенной бактерией Citrobacter rodentium. У здоровых мышей она обычно не вызывает проблем. Она и не вызывала: ни у мышей с фукозилтрансферазой 2, ни у мышей без фермента. Зато после индукции воспаления через четыре дня оказалось, что мыши, зараженные Citrobacter rodentium и лишенные фукозилтрансферазы 2, теряют вес гораздо быстрее. Вообще говоря, это довольно распространенная история, когда организм, ослабленный основным заболеванием, не выдерживает атаки какого-нибудь дополнительного патогена, который в нормальном состоянии не смог бы причинить вреда и вообще давно тут жил.

У человека часто бывает, что к вирусной инфекции присоединяется бактериальная. Бактерия жила у него в носоглотке давно, но иммунитет сдерживал ее натиск, пока не оказался ослаблен вирусом. Поэтому назначение антибиотиков при инфекции, которая начиналась как вирусная, часто бывает оправдано.

Таким образом, связанный с фукозой механизм поддержки эндосимбионтов, действует сразу в двух направлениях: первое – он помогает бактериям дожить до того времени как снова можно будет есть и быстрее восстановить организм, и второе – помогает отразить нападение дополнительных инфекций.

Интересно, что примерно у 20% людей отсутствуют функциональные копии генов, ответственных за выработку фукозы. Считается, что это связано с болезнью Крона, представляющей собой хроническое воспаление желудочно-кишечного тракта без особенных причин, и смертностью от сепсиса у маленьких детей. Из всего этого можно сделать вывод, что описанный механизм связан, в первую очередь, с таким эволюционно важным умением, как способность переносить инфекцию без потерь. С точки зрения приспособленности вида это почти также важно, как уметь с ней бороться.

Источник:http://polit.ru/article/2014/10/03/ps_symbionts/

[Vinni]

Разрыв шаблона. Что мы не знаем о нервном импульсе?

Согласно традиционной теории нервного проведения, два нервных импульса, следующие из противоположных концов нервного волокна, должны взаимоуничтожаться при столкновении. Новое исследование, проведенное в Институте Нильса Бора показывает, что два сталкивающихся нервных импульса запросто проходят друг через друга и продолжают свое движение без изменений. Эта находка поддерживает теорию, предполагающую, что нервное проведение функционирует по принципу распространения механических волн.

Старая модель

В 1952 Ходжкин и Хаксли ввели модель, в которой нервные сигналы были описаны как электрический ток вдоль нервного волокна, который обеспечивается ионным токопроводимостью клеточной мембраны. Механизм приводился в действие благодаря электрически заряженным частицам (ионам натрия и калия) по обе стороны от мембраны нерва (внутренней и внешней), которые меняются местами в результате стимуляции. Эта замена создавала электрический ток, в результате которого в нервном волокне возникал потенциал действия.

Эта модель была главенствующей на протяжении более 60 лет. Во всех медицинских учебниках и учебниках по биологии было сказано, что функция нервов состоит в проведении электрического тока вдоль нервного пути. Однако эта модель не могла объяснить многих явлений, которые известны о функциях нерва.

Новая модель

Исследователи из Института Нильса Бора при университете Копенгагена недавно провели эксперименты, которые поставили под сомнение классическую модель.

"Согласно теории ионных токов, электрический сигнал распространяется по нерву из инактивной области, и нерв может обеспечить проведение нового импульса только после короткого бездеятельного периода восстановления (рефрактерная фаза). Поэтому, два электрических импульса, посланные из противоположных концов нерва, должны остановиться после столкновения, т.е. при попадании в эту интактную область", - комментирует Томас Хаймбург, профессор и глава Membrane Biophysics Group в Институте Нильса Бора при университете Копенгагена.

Томас Хаймбург и его исследовательская группа провели лабораторный эксперимент, используя нервы земляных червей и омаров. Нервы отделялись и использовались в эксперименте по стимуляции нервных волокон с помощью электродов, закрепленных на обоих концах нерва. После этого они измеряли сигналы на пути их следования.

"Наше исследование показало, что сигналы проходили друг через друга абсолютно беспрепятственного и неизменно. Также, как это делают механические (например звуковые) волны. Механическая волна не останавливается, когда она встречает другую механическую волну на своем пути. Обе волны продвигаются беспрепятственно. Механизм нервной передачи может быть объяснен фактом того, что импульс как физическая волна в форме звукового импульса, солитона, который проходит по мембране нервного волокна", - объясняет Томас Хаймбург.

Подтверждение теории

Когда импульс перемещается вдоль пути нерва, мембрана претерпевает локальные изменения от жидкой до более твердой формы. Мембрана незначительно сжимается, и это сжатие приводит к возникновению электрического импульса в результате пьезоэлектрического эффекта.

Томас Хаймбург: "Электрический сигнал таким образом не основывается на электрическом токе, но обуславливается механической силой".

Томас Хаймбург, вместе с профессором Эндрю Джексоном, в 2006 году выдвинули теорию, которая определяла нервное проведение подобным образом. Их исследования с тех пор были направлены на подтверждение этой теории, и новые экспериментальные данные представили дополнительное подтверждение для нее.

ИвМ: Пока лично у нас сохраняется приличная доля скепсиса в отношении данного открытия, будем следить за дальнейшими публикациями по теме.

Первоисточник:http://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX..
Перевод:https://vk.com/wall-59738645_492

[Vinni]

От комаров мы взяли самое лучшее

Некоторые виды могут существовать в условиях такого сильного обезвоживания, которое для остальных совершенно несовместимо с жизнью, при этом их тело теряет более 97% содержащейся в нем воды. Биологи нашли, какие гены и как делают это невозможное возможным, свои результаты они опубликовали в журнале Nature Communications.

С российской стороны в работе участвовали специалисты Института фундаментальной биологии и медицины Казанского федерального университета, факультета биоинженерии и биоинформатики, биологического факультета и Института физико-химической биологии им. Белозерского МГУ, а также Научно-исследовательского института физико-химической медицины.

Приспособление к обезвоживанию дает организмам способность выживать в, казалось бы, совсем не годящейся для жизни среде: в температурном диапазоне от –270 до +102 градусов, в вакууме, при экстремально высокой дозе радиации и пр. Такая способность может также радикально продлить срок жизни, позволяя переживать в высушенном состоянии десятки и даже тысяч лет перед тем, как вновь насытиться водой и вернуться к активной жизнедеятельности.

У многоклеточных животных такая способность встречается редко. Самый большой и сложно устроенный представитель фауны, который это умеет, относится к насекомым, причем это единственный пример в мире беспозвоночных членистоногих. Это личинка комара-звонца Polypedilum vanderplanki. Комары-звонцы – мелкие летающие над водой насекомые, человека они не кусают, а их личинки знакомы всем любителям аквариумных рыбок под названием мотыль.

Ученые сравнили геномы двух видов комаров-звонцов: P. vanderplanki, который способен переносить обезвоживание, и P. nubifer, который этим качеством не обладает. Цель состояла в том, чтобы сравнить их и найти то, что на генном уровне обеспечивает устойчивость к дегидратации.

О том, как раскрывали секрет комара, рассказал первый автор статьи, ведущий научный сотрудник и руководитель лаборатории «Экстремальная биология» Института фундаментальной медицины и биологии Казанского федерального университета Олег Гусев.

– Почему именно комары-звонцы?

– Я со студенческого возраста занимался экстремальными адаптациями, и мой научный руководитель в Японии сказал мне: выбирай чемпионов, таких животных, аналогов которым нет. Личинки комара – это очень интересный пример того, как на пустом месте за довольно непродолжительный срок может появиться суперустойчивость. Это такой аналог людей Х, где одна или несколько мутаций давали суперспособность живым существам.

Комары-звонцы – это огромная группа, но почему-то среди 350 видов, живущих по всему миру, появился один, который выработал у себя способность переживать полное обезвоживание (это называется криптобиоз). Он может выживать даже в вакууме, в открытом космосе.

Это очень интересный биологический феномен – возникновение с нуля идеальной защиты. И это привлекательная модель для сравнительной геномики, чтобы понять, что должно было измениться, чтобы появилось такая устойчивость. Кроме того, этот вид – самый сложный из криптобионтов, животных, которые могут переживать экстремальное обезвоживание.

P. vanderplanki обитает в Африке, в Нигерии, где десять месяцев засухи в году. Другой вид, P. nubifer, – это типичный представитель комаров-звонцов. Эти виды очень похожи, но, если сушить личинок тех и других, в одном случае это будет смерть, в другом – выживание.

Геномы у них маленькие и очень схожи друг с другом. Но при обезвоживании у нигерийского комара активировались особые группы генов, они в его геноме размножились и обеспечили синтез белков, которые давали молекулярную защиту. Они направлены на то, чтобы не хранить воду внутри, а отдавать ее наружу и замещать другими молекулами в качестве молекулярного щита.

– А что это за гены?

– Мы считаем, сундучок с сокровищами только приоткрылся: куда ни взгляни, в этом организме нам открываются удивительные вещи. Первое – у него появляются белки, которые при дегидратации замещают воду. Они называются LEA-белками, эти белки обычно накапливаются в семенах растений, благодаря чему семена устойчивы к высушиванию. И оказалось, что у животных, способных к криптобиозу, эти белки тоже появились. Скорее всего, эти гены были перенесены в их геном бактериями. И мы нашли этому подтверждение.

Вторая группа – это гены антиоксидантов. При высушивании в клетках накапливается большое количество свободных радикалов. С ними борется система антиоксидантной защиты, но ее одной недостаточно. Комары в дополнение к классическому набору антиоксидантов развили у себя в геноме дополнительный набор антиоксидантов, которые при этом активируются.

Третья группа – это группа ферментов, которые предотвращают старение белков. С возрастом некоторые аминокислоты повреждаются, поэтому белки стареют, клетка стареет и умирает. Но есть фермент, который умеет частично восстанавливать поврежденные аминокислоты. А у комара помимо одного такого гена есть еще 13 дополнительных генов.

Кроме того, комары-звонцы – единственные насекомые, у которых есть гемоглобин, используемый для дыхания. Их личинки – это мотыль, они красные. И у них есть гены гемоглобина, которые при обезвоживании активизируются.

Наконец, один из важнейших компонентов устойчивости – сахар трегалоза. Вода в теле личинки при обезвоживании замещается на комбинацию белков и сахар-трегалозу. И гены фермента, который делает этот сахар, тоже активизируются.

– Имеет ли ваше исследование какое-то практическое применение?

– При подаче на одну из грантовых программ один рецензент написал: «Ну это же у вас комары, как вы можете перенести их на людей? Одно дело комаров сушить, другое – людей…». Но этот комментарий неверен. Комары – это пример для подражания, биомиметики, когда мы пытаемся использовать способности другого вида на пользу человеку.

Мы планируем и уже ведем несколько постгеномных направлений исследований. Первое касается нового подхода в биотехнологии. С использованием ДНК комара мы получили генные конструкции для переноса нужного гена и уже готовимся их патентовать для синтеза целевых белков в культуре клеток комара.

Второе – мы пытаемся научить клетки животных (например, ооциты) и человека обходиться без воды.

Теперь мы знаем, какие компоненты для этого нужны. В составе международной группы на базе Казанского университета мы работаем над этим. Особенно приятно, что сейчас эти наши исследования, их различные направления получили поддержку сразу из нескольких российских источников, включая Министерство образования, Российский научный фонд и Российский фонд фундаментальных исследований.

– А где это может пригодиться?

– Сейчас огромное значение приобретают биобанки для длительного хранения биоматериала, например банки пуповинной крови. На сегодня они очень зависимы от электроэнергии. Мы занимаемся возможностями сохранения в жизнеспособном состоянии клеток без воды (а значит, в перспективе и холодильники не нужны). Представьте, какие возможности открываются для, например, военных технологий: в полевых условиях можно высушенные клетки крови залить водой, а потом использовать.

– Расскажите, как вы сотрудничали с зарубежными учеными и какая часть исследований делалась в России.

– Вся история про комара очень международная. Он живет в единственном месте в Нигерии. И 20 лет назад один японский ученый раскопал статьи и организовал группу, занимающуюся криптобиозом. Я после получения PhD какое-то время работал в этой группе, и у нас возникла идея объединенного проекта.

Но так сложилось, что основная часть секвенирования и значительная часть генетического анализа данных была сделана в России, в группе Марии Логачевой и Алексея Кондрашова.

Это достаточно уникальный случай, когда самая высокотехнологическая, приборная часть осуществилась в России.

Сформированная на средства мегагранта лаборатория, по сути дела, вытянула на себе весь генетический проект. Наша группа в Казанском университете проводила аннотацию геномов, сравнение данных и часть секвенирования и анализа отдельных групп генов делались в Японии.

Но одним из локомотивов этой работы были российские ученые, и я считаю, что это очень хорошо.

[Vinni]

Обходной путь в борьбе со старением

Биологи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (University of California, Los Angeles, UCLA) идентифицировали ген, активация которого в ключевых системах органов способна замедлить процесс старения всего организма.

В экспериментах на плодовых мушках биологи активировали ген фермента AMPK (аденозинмонофосфат-активируемая протеинкиназа, adenosine monophosphate-activated protein kinase), являющегося ключевым сенсором энергии в клетках. Этот ген активируется при понижении уровня клеточной энергетики.

Повышение количества AMPK в кишечнике плодовых мушек увеличило продолжительность жизни насекомых на 30 процентов – примерно до восьми недель против обычных шести. Кроме того, мухи дольше оставались здоровыми.

Это исследование, опубликованное в журнале Cell Reports, имеет большое значение для замедления старения человека и поможет отсрочить развитие возрастных заболеваний, считает старший автор статьи Дэвид Уокер (David Walker), адъюнкт-профессор интегративной биологии и физиологии UCLA.

«Мы показали, что активация этого гена в кишечнике или в нервной системе приводит к замедлению процесса старения вне той системы органов, в которой этот ген активирован», – поясняет доктор Уокер.

По его мнению, важность полученных им и его коллегами результатов состоит в том, что увеличение продолжительности здоровой жизни человека, предположительно, требуют защиты многих органов и систем организма от разрушительного действия старения, но доставка антивозрастных препаратов в головной мозг или в другие ключевые органы может оказаться технически сложной. Это исследование показывает, что активация AMPK в более доступном органе, в таком как, например, кишечник, может в конечном итоге замедлить процесс старения по всему организму, включая головной мозг.

В организме человека есть ген AMPK, но, как правило, его активность не достигает высокого уровня, уточняет ученый.

«Вместо того чтобы по отдельности изучать болезни старения – болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера, рак, инсульт, сердечно-сосудистые заболевания, диабет – мы считаем возможным вмешаться в процесс старения и отсрочить начало многих из этих заболеваний», – продолжает Уокер, научный сотрудник Института молекулярной биологии (Molecular Biology Institute) UCLA. «До этого еще далеко, и достижение этой нашей цели, конечно, займет много лет, но мы думаем, что она реалистична».

Плодовая муха Drosophila melanogaster – хорошая модель для изучения старения организма человека, потому что ученые не только идентифицировали все ее гены, но и знают, как включить или выключить тот или иной ген. Всего в ходе этой работы исследователи изучили около 100 тысяч генов.

Первый автор статьи Мэттью Алгрейт (Matthew Ulgherait) сосредоточил свое внимание на клеточном процессе, известном как аутофагия, посредством которого расщепляются и удаляются старые и поврежденные клеточные компоненты. Избавляя клетку от этого «мусора», прежде чем он нанесет ей вред, аутофагия защищает ее от старения, а AMPK, как уже было показано ранее, активирует этот процесс.

Алгрейт изучил, приводит ли активация AMPK к повышению скорости аутофагии у мух.

«Когда Мэтт активировал AMPK в нервной системе, он увидел свидетельства повышения уровня аутофагии не только в мозге, но и в кишечнике. И наоборот: активация AMPK в кишечнике вызывала повышение уровня аутофагии в мозге – и, возможно, и в других местах», – комментирует доктор Уолкер. «Это действительно интересное открытие».

Многие нейродегенеративные заболевания, включая болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона, связаны с накоплением белковых агрегатов – типа клеточного мусора – в головном мозге, отмечает доктор Уокер.

«Мэтт вышел за рамки корреляции и установил причинно-следственную связь», – объясняет ученый. «Он показал, что активация аутофагии является как необходимым, так и достаточным условием антивозрастных эффектов и что можно обойти AMPK и таргетировать непосредственно аутофагию».

AMPK, напоминает Уокер, считается ключевой мишенью метформина – препарата, используемого для лечения диабета 2 типа, и метформин активирует AMPK.

Источник: https://vk.com/wall-24398207_15002

[Vinni]

Найден способ удлинения теломер для продления жизни
Ученые из Стэнфордского университета разработали метод стимуляции концевых участков хромосом, которые отвечают за старение человека.
Теломеры — это концевые участки хромосом, которые выполняют защитную функцию. Существует так называемый предел Хейфлика, связанный с сокращением длины теломер — количество делений соматических клеток приблизительно равно 50, после чего клетки начинают проявлять признаки старения. Как показали исследования, восстанавливать ДНК способен фермент теломераза, который воздействует на теломеры, восстанавливая их изначальную длину.
Новая технология использует модифицированную РНК, несущую в себе ген обратной теломеразной транскриптазы (TERT). Введение рибонуклеиновой кислоты многократно повышает активность теломеразы на 1−2 дня, за которые та активно удлиняет теломеры, и запрограммированная РНК распадается. Полученные в итоге клетки ведут себя аналогично «молодым» и делятся во много раз интенсивнее, чем клетки контрольной группы.
Таким образом удалось удлинить теломеры более чем на 1000 нуклеотидов, что эквивалентно нескольким годам человеческой жизни. Что важно, процесс совершенно безопасен для здоровья и не приводит к неконтролируемому делению клеток: иммунная система просто не успевает отреагировать на введенную в организм РНК, которая бесследно распадается. Открытие поможет увеличить количество клеток для исследований медицинских препаратов и моделирования заболеваний, а в перспективе и для продления жизни.