https://www.eflm.eu/upload/newsletters/2019-Jan-Feb-EuroLabNews.pdf
Перевод от гугла.

Каждый квадратный дюйм поверхности нашего тела, от нашей кожи до эпителия нашего кишечника, заполнен динамическим микробным сообществом, состоящим из бактерий, архей, грибов, простейших и вирусов. Этот микроскопический мир все вместе называют микробиотой или микробиомом. Как первый слой нашей самой интимной среды, неудивительно, что микробиом оказывает влияние на наше здоровье и болезни. Действительно, все больше и больше исследований показывают, что все большее число заболеваний связано с изменениями в микробиоме (Young 2017). Хотя изучение таких отношений все еще находится в зачаточном состоянии, микробиом влечет за собой обещание предоставить новые возможности для медицины. Во-первых, даже если причинно-следственная связь неясна, простое обнаружение существенной корреляции изменений микробиома с болезненным состоянием может проложить путь для разработки новых диагностических инструментов.

Усилия в этом направлении направлены на такие заболевания, как рак, которые были выявлены на ранней стадии. значительно увеличит шансы на успешное лечение (Garrett 2015). Во-вторых, если изменения микробиома являются одними из причин прогрессирования заболевания или связаны с некоторыми из нежелательных симптомов, то вмешательства в микробиом могут представлять новую возможность лечения. Селективные антибиотики, пребиотики (соединения, способствующие росту определенных полезных микробов) или пробиотики (продукты питания или продукты, содержащие полезные микробы) являются возможными способами изменения микробного состава определенных ниш. В конечном счете, идея полной трансплантации микробиома от здорового донора реципиенту была успешно реализована для кишечника (Borody and Khoruts 2012).

Чтобы распутать связь микробиома с нашим здоровьем и болезнью, необходимо тщательно изучить, что такое «здоровый» микробиом и как он может изменяться в зависимости от таких параметров, как возраст, диета или привычки. За последнее десятилетие или около того были предприняты значительные усилия для понимания того, каковы параметры нормальности у здоровых людей и как это изменяется при болезненных состояниях. В целом, большинство исследований показали, что межиндивидуальная изменчивость может быть очень высокой, и что влияние окружающей среды, такое как диета, имеет тенденцию быть более важным, чем географическое происхождение или генетический фон. Разнообразие микробных сообществ, обнаруженных в популяциях человека, иногда можно сгруппировать в так называемые экотипы, такие как энтеротипы в кишечнике (Arumugam et al. 2011) или стоматологические типы во рту (Willis et al. 2018). Вместо дискретных стабильных категорий, таких как группы крови, экотипы микробиомов должны рассматриваться как динамические равновесия, разделенные градиентами промежуточных композиций (Knights et al. 2014). Кроме того, эти широкие классификации, как правило, определяются доминирующими наиболее многочисленными видами, и можно найти много различий в отношении состава менее распространенных видов. Многие исследования обнаружили корреляцию между численностью определенных видов и изменениями в рационе питания или привычками. Такие корреляции часто включают виды от средней до низкой численности и, как правило, их трудно интерпретировать с точки зрения причинно-следственных связей. Что касается изменений микробиома при болезненных состояниях, то одной общей темой является дисбактериоз или измененный эквилибрий. О таком дисбиозе часто свидетельствует потеря биоразнообразия в микробиоме, при котором в большей части популяции преобладает один или несколько видов. Напротив, здоровые микробиомы, как правило, имеют более высокие индексы биоразнообразия, с большим количеством видов, с более сбалансированными пропорциями.

Особый интерес для клинической лаборатории представляет то, как состав микробиома может быть таким, каким он был, хотя микробиом был тщательно изучен в течение прошлого столетия с помощью традиционных методов, таких как микроскопия, и методов, основанных на культивировании, они строго ограничены. Лишь недавно достижения в технологиях секвенирования позволили нам получить быстрый, практически беспристрастный, экономичный и всесторонний доступ к составу микробиома. Эти методы, которые в совокупности часто называют «метагеномикой», могут быть разными, в зависимости от того, как они нацелены. Краткое изложение основных подходов приведено в таблице ниже. Вкратце, такие методы начинаются с выделения ДНК, содержащейся в интересующем образце. Какой тип образца и как его получают, очень важен, так как различия в протоколах отбора образцов могут привести к различиям в исследованиях, проведенных в разных лабораториях. Например, оральный мазок, образец мокроты и промывание полости рта могут сообщать информацию о микробиоме полости рта, но они будут действовать иначе. Зачастую исследование или клинический вопрос определяют, какой тип образца является наиболее подходящим. После извлечения ДНК доступно несколько вариантов. Наиболее беспристрастный подход к анализу этой ДНК заключается в использовании метагеномного подхода с использованием дробовика, при котором все содержание ДНК в образце разрезается, секвенируется и анализируется. Разрешение, которое может быть обеспечено этим подходом, очень высоко. Полные геномы для наиболее распространенных видов могут быть собраны, и можно получить информацию даже на уровне штамма. Кроме того, поскольку образцы из всего генома отбираются, становится возможным получить не только наиболее вероятную таксономическую принадлежность каждой анализируемой последовательности, но также и то, какие белки кодируются, что обеспечивает информацию о функциональном потенциале. Если функциональное профилирование является основной целью, альтернативный подход заключается в использовании метатранскриптомики, которая нацелена на молекулы РНК в образце, а не на ДНК, таким образом предоставляя информацию о том, какие пути активно экспрессируются. Наконец, более целенаправленные подходы, такие как метабаркодирование, позволяют амплифицировать конкретную область ДНК с помощью «универсальных» праймеров. Такие метабаркодированные подходы являются наиболее экономически эффективными, если относительная пропорция различных таксонов является интересующим параметром.

Молекулярный контроль макроскопических сил способствует формированию органов позвоночных при эмбриональном развитии. Статья [Nerurkar2019] и пресс-релиз [Evarts2019] представили очень интересные результаты для размышлений.

Молекулярные градиенты были установлены в качестве ключевой движущей силы клеточной организации в формировании ранних структур во время эмбрионального развития [Free2019].

Отслеживание движений клеток энтодермы из интервальных экспериментов, изучающих, как клетки становятся тканью (интернализуются) для формирования задней кишки у развивающегося эмбриона цыпленка; время кодируется цветом трека от 0 часов (фиолетовый) до 16 часов (белый) [Evarts2019].

Микрофотография клеток энтодермы у эмбрионов кур. Клетки визуализируются путем направленной экспрессии зеленого флуоресцентного белка (зеленого); белок клеточной адгезии Е-кадгерин визуализируется красным цветом [Evarts2019].

(Для справки) FGF или Факторы роста фибробластов, относятся к семейству факторов роста, участвующих в ангиогенезе, заживлении ран и эмбриональном развитии. Факторы роста фибробластов — это гепарин-связывающие белки. Было доказано, что взаимодействия с расположенными на поверхности клеток протеогликанами необходимы для передачи сигнала факторов роста фибробластов. Факторы роста фибробластов играют ключевую роль в процессах пролиферации и дифференцировки широкого спектра клеток и тканей.

Рекомендую пройти по ссылке SuppL Info и посмотреть 7 видео, чтобы у Вас сложился точный образ формирования ткани из клеток [Nerurkar2019].

Литература

{Nerurkar2019} Nandan L. Nerurkar, ChangHee Lee, L. Mahadevan, and Clifford J. Tabin. Molecular control of macroscopic forces drives formation of the vertebrate hindgut // Nature 565 (7740), 480–484 (2019). doi 10.1038/s41586-018-0865-9

{Evarts2019} Holly Evarts. How Stem Cells Self-Organize in the Developing Embryo // Press-Relis URL 16/1/2019 Новое исследование использует визуализацию в реальном времени, чтобы понять критический шаг в раннем эмбриональном развитии - как гены и молекулы контролируют силы, управляющие появлением формы в развивающемся эмбрионе.

{Free2019} Tristan Free. Cellular organization in embryonic development: it’s all in the concentration // BioTechniques 29/1/2019

Кончается январь 2019. Кто у нас сейчас молекулой месяца является в PDB? О! Да, это флуорецентный РНК аптамер!

Флуоресцентные РНК-аптамеры

Флуоресцентный аптамер с кличкой «шпинат», с РНК светло-оранжевого цвета и зеленым флуорофором

РНК-аптамеры разрабатываются для отслеживания молекул внутри живых клеток

Ученые постоянно ищут новые инструменты для более детального изучения клеток. Зеленый флуоресцентный белок является примером инструмента, который открыл совершенно новые двери. С его помощью мы можем пометить конкретные белки, а затем посмотреть, что они делают внутри живых клеток. Недавно разработаy новый инструмент, который позволяет наблюдать РНК аналогичным образом. Сама РНК не является флуоресцентной, поэтому задача заключается в создании короткой РНК, которая может связываться с флуорофором (небольшой флуоресцентной молекулой) и усиливать его флуоресценцию. Затем мы можем встроить эту РНК в естественную РНК, такую ​​как рибосомальная или некодирующая белки длинноцепочечная РНК. Когда флуорофор добавляется в клетку, он связывается с модифицированной РНК, и можно наблюдать, куда флуорофор идет. Злорово! Не правда ли?

Эволюционирующие аптамеры

SELEX (systematic evolution of ligands by exponential enrichment = систематическая эволюция лигандов путем экспоненциального обогащения) была использована для обнаружения этих полезных молекул РНК, связывающихся с флуорофором. Процесс начинает смешивать флуорофор со многими случайными последовательностями РНК, а затем выделять любые, которые связываются. Затем они случайным образом модифицируются, и лучшие снова выбираются. После нескольких раундов модификации и отбора был обнаружен «аптамер», который связывается с флуорофором и усиливается его флуоресценцию. Показанный здесь аптамер, был прозван «шпинат», был обнаружен с помощью этого процесса с использованием флуорофора, подобного флуорофору зеленого флуоресцентного белка.

Проблемы структуры

Аптамер Spinach представляет собой длинную шпильку с замысловато сложенным участком в центре, который окружает флуорофор. РНК всегда трудно кристаллизовать, поэтому для определения ее структуры были использованы две хитрости. В записи PDB 4kzd (показанной на иллюстрации выше) петля на одном конце была разработана для связывания с антителом, которое помогает в формировании стабильной кристаллической решетки. В записи PDB 4ts2 (показанной ниже в JSmol) петля была обрезана, что облегчило молекулам сквозную упаковку для образования кристалла.

Три флуоресцентных аптамера, с РНК светло-оранжевого и розового цвета и флуорофорами ярких цветов

Палитра аптамеров

Были обнаружены другие флуоресцентные аптамеры разных цветов. Это очень полезно, поскольку позволяет пометить несколько разных типов молекул РНК в одной клетке, используя разные цвета для их различения. Кроме того, такие методы, как FRET, могут использоваться для контроля расстояний между различными флуорофорами в живых клетках. На рисунке показаны три примера: желтый кукурузный аптамер (запись PDB 5bjp), оранжевый Mango-II (запись PDB 6c63) и красный DIR2 (запись PDB 6db8).

Подробнее о структуре РНК-аптамера по кличке «шпинат»

Чтобы посмотреть эту структуру более подробно, нажмите на изображение для интерактивного JSmol на сайте PDB-101_Molecule of the Month_Fluorescent RNA Aptamers в самом низу перед списком литературы.

Аптамер «шпинат» окружает его флуорофор, образуя жесткий карман, который усиливает флуоресценцию молекулы. Одна сторона флуорофора упаковано против G-квадруплекса (окрашено в розовый цвет), а другая - покрыта триплетом нуклеотидного основания (окрашено в пурпурный цвет). Дополнительный гуанин (белый) взаимодействует с краем флуорофора и помещает его в карман.

Январь 2019, David Goodsell doi 10.2210/rcsb_pdb/mom_2019_1

О Молекуле Месяца

«Молекула месяца RCSB PDB» Дэвида С. Гудселла (Исследовательский институт Scripps и RCSB PDB) представляет краткие отчеты по выбранным молекулам из банка данных белков.

Привычное нам SIR для Рената Сибгатулиуна (Sibgatulin Renat) наполняется новым дополнительным смыслом в связи с семейством белков Сиртуины (англ. sirtuins или Silent Information Regulator 2 proteins, SIR2) — семейство эволюционно консервативных НАД-зависимых белков, обладающих деацетилазной или АДФ-рибозилтрансферазной активностью. Название семейству дано в честь одного из представителей – дрожжевого белка SIR2. Сиртуины обнаружены у многих живых организмов, от бактерий до млекопитающих, и вовлечены в регуляцию важных клеточных процессов и метаболических путей.

Сиртуины составляют третий класс гистоновых деацетилаз, требующих для протекания реакции НАД+ в качестве кофактора, что является принципиальным отличием от гистоновых деацетилаз классов I и II.

Подробнее Сиртуины + Sirtuin.

KEGG: Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes — веб-ресурс, предоставляющий доступ к ряду биологических баз данных и инструментам для анализа биологических и медицинских данных, созданный в 1995 году в рамках проекта «Геном человека». С момента создания интегрированная база данных KEGG значительно расширилась и на данный момент (2017) насчитывает шестнадцать баз данных, для удобства поиска разделенных на четыре категории: системная информация (данные о метаболических путях, модулях генов и т. д.), геномная информация (данные об отдельных генах, геномах различных существ, ортологичных группах), химическая информация (данные о химических реакциях, происходящих в живых организмах) и информация, связанная непосредственно со здоровьем человека (данные о человеческих болезнях, лекарствах и т. д.). Также KEGG предоставляет ряд инструментов для удобной работы с базами данных и анализа хранящейся в них информации.

Идея Ильи Потапенко о красоте и важности Киотской энциклопедии генов и геномов для нашего проекта CellBook + CellBook была высказана почти 2 года назад на канале #cellbook 7/4/2017. Но идея не захватила массы сразу, к сожалению! Теперь просматривая Энциклопедию в целом обращаю Ваше внимание, что хорошим путеводителем по ней является статья, которая входит в число добротных статей русскоязычного раздела Википедии KEGG. Кстати, это, действительно, добротная статья, которая намного более английского аналога в Wiki, и которая за разумное время позволяет Вам понять суть энциклопедии.

Давнее моё желание перестать пользоваться в биологии словом "взаимодействие = interaction", заменяя его везде, где это точно определено, на "биологическое действие = biological action", очень выпукло иллюстрируют прогулки по Киотской энциклопедии генов и геномов.

Удачи Вам всем в научных поисках.