Новости

Горизонтальный перенос генов (ГПГ) и дупликация генов часто рассматриваются как отдельные механизмы, приводящие к эволюции новых функций.     Однако мобильные генетические элементы (МГЭ), участвующие в ГПТ, могут копировать сами себя, поэтому положительный отбор на МГЭ может стимулировать дупликацию генов. Отбор на более высокую экспрессию генов может способствовать быстрой эволюции дублированных генов через различные молекулярные механизмы. Кроме того, дупликация генов давно признана важнейшим шагом в эволюции новых функций и признаков. По этим причинам дупликация генов является важным эволюционным механизмом для быстрой адаптации к новым метаболическим и экологическим нишам. Недавно дублированные и, таким образом, функционально избыточные гены часто возвращаются к состоянию с одной копией в отсутствие отбора, что позволяет предположить, что для поддержания дублированных генов необходим отбор. Действительно, отбор на сильную экспрессию генов является ключевым фактором для сохранения дублированных генов антибиотикорезистентности (ARG) на плазмидах. Кроме того, недавние метагеномные исследования показывают, что вариации числа копий в микробиоме человека являются обычным явлением и влияют на здоровье человека.    Лабораторные эксперименты показали, что положительный отбор может стимулировать быструю эволюцию дупликаций генов благодаря быстрой кинетике таких молекулярных механизмов, как тандемные амплификации. В то время как в ряде исследований изучались тандемные дупликации и амплификации генов в условиях лабораторного отбора на резистентность к лекарственным препаратам или специфические метаболические функции, лишь в немногих работах изучалась роль МГЭ в развитии дупликаций генов.    Вслед за Partridge et al. мы определяем МГЭ как "элементы, способствующие внутриклеточной мобильности ДНК (например, от хромосомы к плазмиде или между плазмидами), а также те, которые обеспечивают межклеточную мобильность ДНК". В наших экспериментах мы сосредоточились на транспозонах и плазмидах, которые, как известно, опосредуют горизонтальный перенос ARG в микробных сообществах. Наш биоинформационный анализ более широко рассматривает гены, кодирующие компоненты МГЭ, включая гены, вовлеченные в функции транспозонов, интеграз, бактериофагов и плазмид.    Ранее мы показали, что антибиотики выбирают перемещение транспозируемых ARG с хромосом на плазмиды с несколькими копиями, поскольку увеличение числа копий ARG на плазмидах с несколькими копиями приводит к повышению экспрессии этих генов и, следовательно, к повышению резистентности. Основываясь на этих данных, мы предположили, что антибиотический отбор также будет благоприятствовать дупликациям ARG, возникающим в результате внутрихромосомных транспозиций. Мы проверили эту гипотезу с помощью математического моделирования, экспериментальной эволюции и секвенирования генома, чтобы подтвердить расположение и количество копий транспонируемых ARG в эволюционировавших популяциях.    Основываясь на этих экспериментальных данных, мы предположили, что использование антибиотиков должно обогащать специфические популяции бактерий с дублированными ARG. В нескольких недавних исследованиях сообщалось о случаях дупликации генов в клинических изолятах, резистентных к антибиотикам, с использованием секвенирования с длинным прочтением или qPCR для измерения числа копий генов резистентности. Однако неизвестно, отражают ли эти случаи более широкую тенденцию. Чтобы ответить на этот вопрос, мы изучили распределение дублированных генов в десятках тысяч полных бактериальных геномов, которые были секвенированы с помощью технологии секвенирования с длинным прочтением.    До настоящего времени лишь немногие исследования систематически изучали дублированные гены в бактериальных геномах, что связано со сложностью определения идентичных повторов последовательностей с помощью технологий секвенирования второго поколения с коротким прочтением. Такие повторы последовательностей способствуют дупликации генов, но также затрудняют их обнаружение с помощью секвенирования с коротким прочтением из-за неточностей в выравнивании прочтений. Эти проблемы также мешают сборке генома из сложных метагеномных образцов. Секвенирование с длинными считываниями очень важно, поскольку длинные считывания могут охватывать повторяющиеся регионы, включая транспозоны и дублированные гены. Это позволяет устранить неоднозначность в изменении числа копий, включая сосуществование плазмид в данном изоляте или метагеномном образце.    Объединив моделирование, эксперименты и биоинформационный анализ, мы показали, что МГЭ служат мощным фактором дупликации генов, что дупликации генов, опосредованные МГЭ, часто носят адаптивный характер, что дублированные ARG более многочисленны в изолятах от людей и домашнего скота (микробная среда, наиболее связанная с использованием антибиотиков), что дублированные ARG более многочисленны в клинических изолятах, резистентных к антибиотикам, и что вероятность ассоциации дублированных ARG с МГЭ гораздо выше, чем ARG с одной копией. Мы изучили распределение дублированных ARG в 18 938 полных бактериальных геномах с экологическими метаданными. Дублированные ARG в значительной степени обогащены бактериями, выделенными от человека и домашнего скота. Дублированные ARG дополнительно обогащены в независимом наборе из 321 антибиотикорезистентного клинического изолята.     Полученные нами данные свидетельствуют о том, что дублированные гены часто кодируют функции, подвергающиеся положительному отбору и горизонтальному переносу генов в микробных сообществах.

В 1920-х годах греческий врач Георгиос Папаниколау разработал метод скрининга рака шейки матки, который и сегодня часто используется и известен как "ПАП-мазок".     При взятии ПАП-мазка (ПАП-теста) медицинский работник берет мазок клеток с шейки матки для дальнейшего анализа в лаборатории, включая цитопатологическое исследование. Регулярное использование мазка по Папаниколау у женщин в возрасте от 21 до 65 лет позволило снизить заболеваемость и смертность от рака шейки матки не менее чем на 80% только в США. 95% случаев рака шейки матки в мире вызваны персистирующей инфекцией шейки матки вирусом папилломы человека (ВПЧ). Однако другие инфекции, передающиеся половым путем (ИППП), и распространенные неинфекционные заболевания с сопутствующими морфологическими изменениями также могут быть выявлены с помощью ПАП-мазка. Бактерии    Бактериальный вагиноз (БВ) - наиболее распространенная причина ненормальных выделений у молодых женщин, имеющих характерный "рыбный" аммиачный запах. Хотя эта инфекция не считается ИППП, она связана с тяжелыми редкими осложнениями, включая воспалительные заболевания органов малого таза, бесплодие и преждевременные роды. Во влагалище обычно в изобилии присутствуют Lactobacillus spp., которые являются грамположительными бациллами (рис. 1).     Однако если нормальная флора влагалища нарушается из-за большого количества грамотрицательных бактерий, таких как Gardnerella vaginalis или Mobiluncus, то может возникнуть БВ. На мазках из влагалища "клетки-подсказки", которые представляют собой клетки сквамозного эпителия с коккобациллами, выглядят как темно-фиолетовое окрашивание, а мутный вид свидетельствует о БВ. В цервиковагинальных образцах, обычно встречающихся у женщин, использующих внутриматочные спирали, также могут быть видны скопления нитевидных бактерий, характерных для видов Actinomyces. В случаях, относящихся к бактериальной этиологии, окрашивание палочек или нитей обычно позволяет заподозрить инфекцию. С другой стороны, несмотря на то, что Chlamydia trachomatis является одной из наиболее распространенных бактериальных ИППП, диагноз по мазку не является окончательным, поскольку цитопатология неспецифична. Интерпретация включает визуализацию воспалительного экссудата и воспалительных клеток. Часто требуется дополнительное обследование. Рисунок 1. Бациллы Lactobacilli spp. в составе нормальной флоры (красная стрелка, вверху слева и вверху посередине). Пример клетки-подсказки (красная стрелка): промежуточная сквамозная клетка, покрытая виноградоподобными короткими коккобациллами (Gardnerella vaginalis) со смещением в сторону нормальной флоры (вверху справа). То, что на первый взгляд кажется клеткой-подсказкой (красная стрелка), при ближайшем рассмотрении оказывается промежуточной сквамозной клеткой, окруженной нормальной флорой (внизу слева). Фолликулярный цервицит, вызванный хламидийной инфекцией (внизу справа). Обратите внимание на лимфогистиоцитарные агрегаты с полиморфными лимфоцитами и гистиоцитами (красная стрелка).  Паразиты    Trichomonas vaginalis - распространенная ИППП, которая в значительной степени ассоциируется с повышенным риском ВИЧ-инфекции среди женщин. У большинства пациенток наблюдаются такие симптомы, как жжение, зуд и выделения из влагалища. T. vaginalis - это паразитические жгутиковые простейшие. Как правило, они имеют грушевидную форму, и в них можно увидеть окрашенное ядро (рис. 2). Рисунок 2. Грушевидные кругло-овальные Trichomonas spp. (красные стрелки) размером 15-30 мкм, встречающиеся поодиночке и группами, известные как "партии трих". Обратите внимание на бледно-везикулярное эксцентрично расположенное ядро и эозинофильные цитоплазматические гранулы. Также выявлены реактивные цитологические изменения (черная стрелка), такие как увеличение ядер и перинуклеарные ореолы. (Фото: Edina Paal, VA Medical Center, Washington DC). Грибки    Дрожжевые инфекции (вульвовагинальный кандидоз), вызванные инфекцией Candida, встречаются у 75% женщин в тот или иной момент их жизни. Классическая клиническая картина включает зуд, эритему и густые белые "творожистые" выделения. Также отмечается повышенная связь с ВИЧ-инфекцией, диабетом и любыми причинами иммуносупрессии (например, трансплантация, химиотерапия, стероиды). Морфологически обнаруживаются почкующиеся дрожжевые формы (конидии, маленькие и овальные, размером 3-6 мкм) и псевдогифы (длинные нитевидные споры). Сочетание псевдогиф и дрожжевых форм называют "палочками и камнями", а часто встречаются сквамозные клетки, выстроенные вдоль псевдогиф, которые называют "шашлыком" (рис. 3). Обратите внимание, что истинной септации не обнаруживается.    В мазках иногда обнаруживаются поверхностные инфекции слизистой оболочки, сопровождающиеся увеличенными гиперхроматическими ядрами с ореолами, которые можно спутать с внутриэпителиальными сквамозными поражениями низкой степени. Рисунок 3. "Шашлык": переплетение промежуточных и поверхностных сквамозных клеток с псевдогифами Candida spp. (красная стрелка, вверху). Частично вылеченная кандидозная инфекция. Обратите внимание на плохо сформированные гранулированные псевдогифы (красная стрелка) со значительным эффектом лечения (красная стрелка, внизу). Вирусы    ВПЧ, с которым связан риск развития рака шейки матки, остается наиболее важным микроорганизмом, выявляемым в ПАП-мазках. Учитывая связь ВПЧ с развитием рака, очень важно исследовать образцы на наличие поражений шейки матки и сопутствующих патологий. ВПЧ в категории низкого риска обычно ассоциируется с низкоградиентными сквамозными интраэпителиальными поражениями, а ВПЧ в категории высокого риска - с высокоградиентными сквамозными интраэпителиальными поражениями и инвазивной сквамозно-клеточной карциномой. Другие вирусные этиологии, наблюдаемые в ПАП-мазках, включают вирус простого герпеса (HSV) и цитомегаловирус (CMV). Инфекция HSV может протекать бессимптомно, но наиболее распространенным симптомом является развитие везикулопустулезных или небольших язвенных поражений на гениталиях. Классическими цитопатологическими признаками HSV-инфекции являются: многоядерность, слипание ядер и маргинация хроматина. Инфекции CMV встречаются редко, обычно протекают бессимптомно и могут быть преходящими. На мазках инфицированные клетки могут выглядеть с внутриядерными включениями, окруженными ореолом. Заключение    Несмотря на то, что ПАП-мазок регулярно проводится у женщин и позволяет поставить предварительный диагноз, современные разработки в области молекулярных технологий (например, ПЦР) меняют эту область. Существует несколько молекулярных платформ, доступных для клинико-диагностических лабораторий для тестирования на ВПЧ и даже для генотипирования штаммов с целью определения уровня риска. Очень важно, что оставшийся образец после жидкостного ПАП-теста также может быть отправлен на анализ ДНК ВПЧ, что ускоряет время выполнения и избавляет от необходимости дополнительного отбора образцов у пациента. Совсем недавно на рынке появился тест на основе ПЦР (Cepheid), который позволяет диагностировать все три этиологии - БВ, кандидоз и трихомониаз - в течение 60 минут по одному образцу. Таким образом, детальное исследование мазка из папиллом, является первым шагом в диагностике и дальнейшем обследовании всех этих инфекционных заболеваний. От редакции: приносим свои извинения за не совсем точный перевод некоторых терминов, не совпадающий с терминологией, принятой в РФ.