В этой статье мы сделали обзор на новые публикации в Nature и Science. Из них вы узнаете о том, что общего у болезней мозга и микробиоты, что такое артрогрипоз, а также про то, как эволюционировали колибри. Желаем приятного чтения!
Экология
Подножный корм из насекомых
Животноводство занимает 70–80% сельскохозяйственных угодий в мире, но производит лишь ∼18% всех калорий и 25% всех белков, потребляемых человеком. Для выращивания соответствующих кормовых культур для скота используется 33% мировых пахотных земель. Очевидно, что угроза продовольственной безопасности может возникнуть в результате любого изменения климата, экстремальных погодных явлений, таких как длительные засухи и наводнения, текущих проблем с глобальными цепочками поставок и непредсказуемых геополитических конфликтов. В этой связи расширение масштабов традиционного сельского хозяйства и животноводства не является устойчивым решением, поскольку эти отрасли сами по себе являются движущей силой климатического кризиса. Изменение образа жизни в сторону вегетарианства и веганства способны помочь в обеспечении большей стабильности производства продуктов питания, однако глобальный спрос на мясо по-прежнему высок. Именно поэтому крайне важно рассмотреть более эффективные способы выращивания скота.
Неожиданным и очень эффективным решением являются насекомые. Выращивание насекомых в качестве корма для животных может выгодно дополнить уже существующие источники питания, которые в основном состоят из рыбной и соевой муки. Их использование может повысить устойчивость, поскольку насекомые могут превращать малоценные органические отходы (например, фрукты, овощи и даже навоз) в высококачественные корма. Ингредиенты насекомых также являются ценным источником питания для животных со многими возможными преимуществами для здоровья. — Источник: Insects as feed for livestock production.
Медицина
Октябрьский переполох: действительно ли колоноскопия спасает жизни
В октябре масштабное рандомизированное клиническое исследование в Европе представило свои первоначальные результаты, согласно которым колоноскопия как инструмент скрининга отнюдь не спасает столько жизней, сколько ожидалось. Исследователи были озадачены, ведь колоноскопия долгое время считалась настоящей историей успеха в скрининге рака. Джейсон Доминиц, врач Управления здравоохранения ветеранов в Сиэтле, штат Вашингтон, говорит: это было всё равно, что предположить, будто маммография только одной груди лучше, чем сканирование обеих. Это не имело смысла. Последовало безумие в СМИ, и заголовки были прямолинейными, заявляя, что колоноскопия может быть неэффективной или вообще не предотвращать смертельные случаи. Однако действительно ли это так? «Очень важно не просто читать заголовок», — говорит Доминиц, который является директором программы скрининга колоректального рака, проводимой Министерством по делам ветеранов США.
Колоректальный рак является третьей наиболее распространенной формой рака и второй ведущей причиной смерти от рака в мире после рака легких. В 2020 году он был диагностирован у 1,9 миллиона человек по всему миру, и 900 000 человек умерли от него. Показатели являются самыми высокими в странах с высоким уровнем дохода, но растут в странах с низким и средним уровнем дохода. Существует множество доказательств того, что раннее выявление болезни спасает жизни. По данным NCI, если колоректальный рак обнаруживается до того, как он может распространиться, 5-летняя выживаемость составляет около 91%, по сравнению с 15%, если рак дал метастазы. Есть признаки того, что программы скрининга изменили ситуацию, особенно в Соединенных Штатах. В 2000 году 38% взрослых американцев старше 50 лет проходили скрининг; к 2018 году эта цифра выросла до 66%. За этот период заболеваемость колоректальным раком снизилась, а смертность сократилась с 20 до 13 на 100 000 человек.
Колоноскопия долгое время была самой популярной формой скрининга колоректального рака в Соединенных Штатах. Однако ученые изо всех сил пытались сравнить эффективность колоноскопии с эффективностью менее инвазивных методов, таких как внешняя визуализация, методы взятия образцов кала или гибкая сигмоидоскопия, которая исследует только половину толстой кишки.
В октябре 2022 года Бретхауэр и его коллеги, имея данные наблюдения примерно за десять лет, опубликовали свои привлекающие внимание результаты, по-видимому, предполагающие, что колоноскопия принесла меньшую пользу, чем ожидалось. Риск развития рака среди тех, кто был приглашен на колоноскопию, снизился всего на 18%, а риск смерти не снизился. Но само исследование предлагало несколько слоев интерпретации, которые представляли колоноскопию в более благоприятном свете. В целом, только 42% людей в группе, которых пригласили на колоноскопию, действительно ее сделали. Анализ исследователей показал, что если бы уровень соблюдения был 100%, тест снизил бы риск рака на 31% и снизил бы риск смерти от колоректального рака на 50%.
Так или иначе, исследователи продолжают отслеживать существующие данные для уточнения рекомендаций, но специалисты говорят, что для колоректального рака любой вид скрининга лучше, чем ничего. До сих пор неясно, какой тест лучше, говорит Доминиц. Но анализы кала, сигмоидоскопия и колоноскопия эффективны до тех пор, пока люди их проводят. «Скрининг работает, — говорит он, — только если он сделан». — Источник: Colonoscopies save lives. Why did a trial suggest they might not?.
Эволюция
Секрет эволюции колибри: потерять, чтобы выиграть
Потрясающие зависание колибри в воздухе — это не только удивительно красиво, но еще и невероятно энергозатратно. Хотя многое известно о физиологии этого движения, мало что известно о генетике, лежащей в основе эволюции этих птиц и появления этой способности.
Наша талантливая соотечественница — автор этой работы — с коллегами проанализировали геномы птиц для поиска ключевых изменений, облегчающих это высокоэнергетическое передвижение. Авторы осуществили сборку генома длиннохвостого колибри-отшельника и проверили гены, которые были инактивированы в линии предков колибри. Они обнаружили, что ген, кодирующий глюконеогенный мышечный фермент FBP2, был утрачен в процессе эволюционирования парящего полета. А нокаут этого гена в клеточных линиях птиц повышает регуляцию гликолиза и усиливает митохондриальное дыхание, что коррелирует с увеличением числа митохондрий, что приводит к более высокой энергоэффективности. Эти результаты иллюстрируют, как потеря гена может быть эволюционно выгодной, и позволяют предположить, что утрата FBP2, вероятно, была ключевым шагом в эволюции метаболических мышечных адаптаций, необходимых для удивительного парящего полета колибри. — Источник: Loss of a gluconeogenic muscle enzyme contributed to adaptive metabolic traits in hummingbirds.
Физиология
Механочувствительность и деформации суставов
Артрогрипоз — это состояние, характеризующееся ограничением подвижности суставов вследствие укорочения соединительной ткани, сухожилий и/или мышц. Это генетическое заболевание поражает 1 из 3000 новорожденных во всем мире. Дистальный артрогрипоз (ДА) представляет собой подтип артрогрипоза — редкое заболевание, которое преимущественно поражает суставы дистальных отделов конечностей, включая запястья, кисти, лодыжки и стопы и вызывает контрактуры, вследствие чего конечность не может полностью согнуться или разогнуться.
Первоначально с ДА связывали мутации в генах, кодирующих белки сократительного аппарата скелетных мышц. Однако недавно было показано, что мутации в генах с важными функциями за пределами скелетных мышц также вызывают ДА. Один такой случай и был проанализирован в данной работе со страниц Science, в которой с использованием мышиной модели было показано, что чрезмерная активность PIEZO2, соматосенсорного механосенсорного ионного канала в сенсорных нейронах, также может вызывать ДА. Сверхактивный PIEZO2 вызывает анатомические дефекты из-за повышенной активности периферической нервной системы во время постнатального развития. При этом ботулинический токсин (ботокс) и диетическая жирная кислота, обычно встречающаяся в рыбе, модулируют активность PIEZO2 и уменьшают дефекты суставов. Это раскрывает роль соматосенсорных нейронов: чрезмерная механочувствительность в этих нейронах нарушает развитие скелетно-мышечной системы. — Источник: Excessive mechanotransduction in sensory neurons causes joint contractures.
Как микробиота влияет на нейродеградацию
Известно, что накопление определенных форм тау-белка в головном мозге связано с потерей нервных клеток, воспалением и снижением когнитивных функций при болезни Альцгеймера и некоторых других нейродегенеративных заболеваниях. Аполипопротеин-Е (АРОЕ) — сильнейший генетический фактор риска болезни Альцгеймера, регулирует воспаление головного мозга и тау-опосредованное повреждение головного мозга. Однако выяснилось, что кишечная микробиота также регулирует воспаление головного мозга. Тем не менее, то, как именно кишечные микробы взаимодействуют с APOE и тау-белками, остается неясным. Недавние исследования показали, что изоформы APOE, которые сильно влияют на риск болезни Альцгеймера и регулируют тау-опосредованную нейродегенерацию, по-разному влияют на микробиоту кишечника. Поэтому важны дальнейшие исследования, чтобы охарактеризовать вклад микробиоты кишечника в таупатию и нейродегенерацию.
Используя в своей работе мышиную модель тау-опосредованного повреждения головного мозга, авторы обнаружили, что манипуляции с микробиотой кишечника приводят к значительному снижению воспаления, тау-патологии и повреждения головного мозга. Мышиная модель — трансгенные мыши, экспрессирующие изоформы APOE человека (ApoE3 и ApoE4), подверглись манипуляциям с кишечной микробиотой с использованием двух подходов: (1) выращивания в стерильной среде и (2) краткосрочного лечения антибиотиками в раннем возрасте. Морфология астроцитов и микроглий, а также транскриптомный анализ показали, что манипуляции с микробиотой кишечника приводят глиальные клетки в более гомеостатическое состояние. А результаты анализа микробиома и метаболитов позволяют предположить, что продуцируемые микроорганизмами короткоцепочечные жирные кислоты являются медиаторами оси нейровоспаление—нейродегенерация. Авторы демонстрируют, что кишечные бактерии играют причинную роль в тау-опосредованной нейродегенерации посредством модуляции воспаления на периферии и в центральной нервной системе. Причем это нейровоспаление возникало как в зависимости от изоформы АРОЕ, так и в зависимости от пола. Эти данные, несомненно, раскрывают механистические и трансляционно значимые взаимосвязи между микробиотой, иммунным ответом и тау-опосредованной нейродегенерацией. — Источник: ApoE isoform– and microbiota-dependent progression of neurodegeneration in a mouse model of tauopathy.