Новости

В хаосе первых месяцев пандемии коронавирусов онколог и генетик Ами Бхатт была заинтригована широко распространенными сообщениями о рвоте и диарее у людей, инфицированных вирусом SARS-CoV-2.    "В то время считалось, что это просто респираторный вирус", - говорит она. Бхатт и ее коллеги, заинтересовавшись возможной связью между вирусом и желудочно-кишечными симптомами, начали собирать образцы кала у людей с COVID-19.    За тысячи миль от лаборатории Бхатт в Стэнфордском медицинском центре в Калифорнии врач-гастроэнтеролог Тимон Адольф был озадачен сообщениями о кишечных симптомах у инфицированных людей. Адольф и его коллеги из Медицинского университета Инсбрука в Австрии тоже начали собирать образцы - биопсии тканей желудочно-кишечного тракта.    Спустя два года после начала пандемии предусмотрительность ученых окупилась: обе группы недавно опубликовали результаты, свидетельствующие о том, что частицы вируса SARS-CoV-2 могут оставаться в кишечнике в течение нескольких месяцев после первичного заражения. Эти результаты пополнили растущее число доказательств, подтверждающих гипотезу о том, что сохраняющиеся фрагменты вируса - "призраки" коронавируса, как назвала их Бхатт, - могут способствовать развитию загадочного состояния, называемого длительным COVID.    Несмотря на это, Бхатт призывает ученых сохранять непредвзятость и предупреждает, что исследователи еще не установили связь между персистирующими фрагментами вируса и длительным COVID. "Необходимо провести дополнительные исследования, а это непросто", - говорит она.    Длительный COVID часто определяется как симптомы, сохраняющиеся после 12 недель после острой инфекции. Более 200 симптомов ассоциируются с этим расстройством, тяжесть которого варьирует от легкой до изнурительной. Теории его возникновения различны и включают в себя вредные иммунные реакции, крошечные тромбы и сохраняющиеся вирусные резервуары в организме. Многие исследователи считают, что сочетание этих факторов способствует глобальному бремени болезни.    Первые признаки того, что коронавирус может сохраняться в организме, появились в работе , опубликованной в 2021 году гастроэнтерологом Саурабхом Механдру из Медицинской школы Икан при Маунт-Синай в Нью-Йорке и его коллегами. К тому времени стало ясно, что клетки, выстилающие кишечник, вырабатывают белок, который вирус использует для проникновения в клетки. Это позволяет SARS-CoV-2 инфицировать кишечник.    Механдру и его группа обнаружили вирусные нуклеиновые кислоты и белки в тканях желудочно-кишечного тракта, собранных у людей, которым диагноз COVID-19 был поставлен в среднем за четыре месяца до этого. Исследователи также изучили В-клетки памяти участников, которые являются ключевыми игроками в иммунной системе. Исследователи обнаружили, что антитела, вырабатываемые этими В-клетками, продолжают развиваться, что говорит о том, что через шесть месяцев после первоначальной инфекции эти клетки все еще реагируют на воздействие SARS-CoV-2.    Вдохновленные этой работой, Бхатт и ее коллеги обнаружили, что несколько человек продолжали выделять вирусную РНК в стуле через семь месяцев после первоначальной легкой или умеренной инфекции SARS-CoV-2, т.е. намного позже, чем прекратились респираторные симптомы.    Адольф говорит, что статья 2021 года вдохновила его группу исследовать образцы биопсии на наличие признаков коронавируса. Они обнаружили, что у 32 из 46 участников исследования, у которых была легкая форма COVID-19, через семь месяцев после острой инфекции в кишечнике были обнаружены вирусные молекулы. Примерно у двух третей из этих 32 человек симптомы КОВИДа сохранялись долгое время. Но у всех участников этого исследования было воспалительное заболевание кишечника, аутоиммунное расстройство, и Адольф предупреждает, что полученные им данные не свидетельствуют о наличии активного вируса у этих людей или о том, что вирусный материал вызывает длительный COVID.    В то же время, другие исследования указывают на наличие вирусных резервуаров за пределами кишечника. Еще одна группа исследователей изучила ткани, собранные при вскрытии 44 человек, у которых был диагностирован COVID-19, и обнаружила доказательства наличия вирусной РНК во многих местах, включая сердце, глаза и мозг. Вирусная РНК и белки были обнаружены через 230 дней после заражения. Исследование еще не прошло экспертную оценку.    Почти у всех людей в этой выборке была тяжелая форма COVID-19, но в ходе отдельного исследования двух людей, у которых была легкая форма COVID-19 с последующим длительным течением симптомов COVID, вирусная РНК была обнаружена в аппендиксе и молочных железах. Патологоанатом Джо Йонг из Института молекулярной и клеточной биологии Агентства по науке, технологиям и исследованиям в Сингапуре, который является соавтором этого отчета, предполагает, что вирус может проникать в макрофаги, которые можно обнаружить в различных тканях организма, и прятаться в них.    Все эти исследования подтверждают возможность того, что долгосрочные вирусные резервуары способствуют длительному течению COVID, но исследователям необходимо проделать дополнительную работу, чтобы окончательно доказать эту связь, говорит Механдру. Им нужно будет документально подтвердить, что коронавирус развивается у не иммунокомпрометированных людей, и связать такую эволюцию с длительными симптомами COVID. "Сейчас есть неофициальные доказательства, но есть и много неизвестных", - говорит Механдру.    Бхатт надеется, что появятся образцы для проверки гипотезы о вирусном резервуаре. Например, Национальный институт здравоохранения США проводит большое исследование под названием RECOVER, целью которого является устранение причин длительного COVID, и в ходе которого будут взяты биопсии из нижних отделов кишечника некоторых участников.    Но Адольф говорит, что ему не нужно ждать исследование стоимостью в миллиард долларов, чтобы получить больше образцов: организация людей с длинным COVID связалась с ним и предложила прислать образцы от членов организации, которые после перенесенных инфекций делали биопсию по разным причинам, например, для диагностики рака. "Это действительно случайность, ткани могут быть взяты отовсюду", - говорит он. "Но они не хотят ждать".

Наш кишечник является домом для бесчисленных бактерий, которые помогают нам переваривать пищу. Но что именно делают микроорганизмы, какие ферменты они вырабатывают и когда? И как бактерии метаболизируют полезные для здоровья продукты, которые помогают нам избежать болезней?    Чтобы получить ответы на эти вопросы, исследователи кафедры биосистемных наук и инженерии Цюрихского технологического института модифицировали бактерии таким образом, чтобы они работали как регистраторы информации об активности генов. Это важный шаг на пути к использованию сенсорных бактерий в медицине в будущем для таких целей, как диагностика и понимание того, какая диета подходит для конкретного человека.    Бактерии в кишечнике постоянно адаптируют экспрессию своих генов к условиям окружающей среды, которые связаны с питанием, здоровьем и болезнями. Неинвазивные измерения экспрессии бактериальных генов в кишечнике важны для понимания физиологии и патофизиологии микробиоты in vivo. Существующие методы не дают достаточной информации о транзиторных или проксимальных событиях в кишечнике без использования инвазивных подходов, которые нарушают нормальную физиологию или неприменимы в клинической практике.    Функция регистрации геномных данных разрабатывалась в течение последних нескольких лет исследователями под руководством профессора биологической инженерии Рэндалла Платта. Для этого они использовали технологию CRISPR-Cas. Чтобы использовать эту технологию для регистрации данных, исследователи не стали заниматься фрагментами ДНК вирусов, а сосредоточились на другом: механизм можно использовать таким образом, чтобы бактерии включали фрагменты своей собственной мессенджер-РНК (мРНК) в массив CRISPR. Молекулы мРНК - это план, по которому клетки производят белки. Таким образом, фрагменты мРНК могут показать, какие гены используются для создания белков для выполнения клеточных функций. Запись транскрипции путем извлечения спейсеров CRISPR из РНК (Record-seq) позволяет сконструированным бактериям непрерывно записывать историю экспрессии генов в популяции бактерий. Со временем фрагменты внутриклеточной РНК преобразуются в ДНК и интегрируются в качестве исторической записи спейсерных последовательностей в массивы CRISPR под действием интеграционного комплекса, содержащего слитный белок Cas1 обратной транскриптазы (RT-Cas1) и Cas2.    Чтобы сделать метод эффективным, ученые внедрили CRISPR-массив бактерии вида Fusicatenibacter saccharivorans в штамм Escherichia coli. Перенос включал в себя прототип фермента под названием обратная транскриптаза, который способен транскрибировать РНК в ДНК. Этот фермент также транскрибирует информацию в мРНК в форму ДНК, которая вместе с сопутствующими CRISPR-ассоциированными белками необходима для включения фрагмента ДНК в массив CRISPR. Затем исследователи ввели эти модифицированные Escherichia coli мышам, отобрали у животных образцы фекалий и выделили бактериальную ДНК, которую затем проанализировали с помощью высокопроизводительного секвенирования ДНК. Последующая биоинформатическая оценка позволила им проработать массу данных и восстановить генетическую информацию фрагментов мРНК. Это позволило ученым определить неинвазивным способом, как часто кишечные бактерии производили ту или иную молекулу мРНК за время их пребывания в организме, и, таким образом, какие гены являются активными.    "Этот новый метод позволяет нам получать информацию непосредственно из кишечника, не нарушая его функций, - говорит Платт. "Метод имеет большие преимущества перед эндоскопией, которая может быть неприятной для пациентов и всегда связана с нарушением работы кишечника. Бактерии очень хорошо умеют регистрировать условия окружающей среды и адаптировать свой метаболизм к новым обстоятельствам, таким как изменение рациона питания", - объясняет Платт. В экспериментах с мышами, которым давали различную пищу, исследователи смогли показать, как бактерии адаптировали свой метаболизм к соответствующему питанию. Отчет о результатах исследования был опубликован 13 мая в журнале Science.    Исследователи хотели бы и дальше развивать этот метод, чтобы в один прекрасный день изучить пациентов, чтобы понять, как диета влияет на экосистему кишечника и как это отражается на здоровье. В будущем они надеются использовать этот метод для определения диетического статуса детей или взрослых. Кроме того, исследователи смогли распознать воспалительные реакции в кишечнике. Они вводили сенсорные бактерии мышам с воспалением кишечника, а также здоровым контрольным мышам и смогли определить специфический профиль мРНК кишечных бактерий, которые переключаются в режим воспаления.    Текущее исследование позволяет исследователям отличать два штамма бактерий друг от друга на основе индивидуальных генетических "штрих-кодов". В будущем это позволит исследовать на лабораторных животных функцию генных мутаций в бактериях и сравнивать профиль мРНК различных бактерий, например, нормальных по сравнении с мутантными. Благодаря молекулярному регистратору данных впервые можно определить этот профиль по мере прохождения бактерий через кишечник в режиме реального времени.    Другим возможным направлением было бы дальнейшее развитие системы для различения профилей РНК бактерий в тонком и толстом кишечнике. Кроме того, функция регистрации данных может быть включена в другие типы бактерий. Это открыло бы возможности для применения в экологическом мониторинге. Например, анализ почвенных бактерий с поля сельскохозяйственных культур позволил бы установить, применялись ли гербициды.    Исследователи подали патентные заявки на сам метод и на характерные профили РНК, которые являются сигнатурами определенных пищевых молекул и индикаторами здоровья кишечника. Прежде чем сенсорные бактерии можно будет использовать за пределами лаборатории - в том числе у пациентов, - ученым еще предстоит прояснить различные вопросы безопасности и законодательства, поскольку бактерии были генетически модифицированы.     "В принципе, существуют способы использования живых генетически модифицированных микроорганизмов в качестве диагностических или терапевтических агентов в медицине при соблюдении определенных условий, - объясняет Платт. Можно, например, модифицировать сенсорные бактерии таким образом, чтобы они нуждались в определенных питательных веществах и поэтому могли выжить только в кишечнике пациента. Как только эти бактерии покинут кишечник, они погибнут".     Интеграция соответствующих механизмов безопасности - это следующий шаг на пути к применению метода в медицине.