CRISPR/Cas9 затормозила прогресс бокового амиотрофического склероза у мышей
Ученые с помощью технологии редактирования генома CRISPR/Cas9 сумели в эксперименте на мышах задержать развитие симптомов неизлечимого нейродегенеративного заболевания — бокового амиотрофического склероза (болезнь Лу Герига) и улучшить выживаемость животных на 25 процентов. О результатах исследования говорится в статье, опубликованной в журнале Science Advances.
Боковой амиотрофический склероз (БАС, ALS) разрушает двигательные нейроны, что приводит к прогрессирующей мышечной слабости, дегенерации мышц, и, в конечном итоге, к параличу и смерти в течение трех-пяти лет после возникновения симптомов. Известны только два случая, когда течение болезни стабилизировалось — так произошло с физиком Стивеном Хокингом и гитаристом Джейсоном Беккером.
Лекарства позволяют отсрочить летальный исход, но лишь на несколько месяцев. В пяти-десяти процентах случаев болезнь наследуемая, и часть таких случаев (от 12 до 20 процентов) связывают с мутациями в гене SOD1. С помощью мутации в этом гене ученые создают модели болезни на животных, и у этих животных развивается прогрессирующее нейродегенеративное заболевание, которое повторяет признаки БАС: дегенерацию нейронов, истощение мышц и паралич. С другой стороны, поскольку известен конкретный ген-«виновник», с помощью технологии CRISPR/Cas9 можно попытаться его «починить», мы уже сообщали об определенных успехах в лечении БАС на отдельных клетках. Группа ученых из университета Беркли решила пойти дальше, и под руководством Дэвида Шеффера (David Schaffer) решила испытать CRISPR/Cas9 на модельных животных, мышах с БАС, нарушив экспрессию SOD1 в их спинном мозге.
Новорожденным мышам с мутацией ввели комплекс нуклеазы Cas9 и направляющей РНК (sgRNA), которая нацеливается на нужный ген (hSOD1, взятый от человека). После инъекции поведение мышей наблюдали, отслеживая темпы наступления болезни, массу тела, и сохранность моторных функций. Через четыре недели после инъекции у них брали образцы тканей, и отправляли на дальнейший анализ. В тканях животных измеряли содержание мутантного белка и оценивали количество мутантных вставок в последовательность ДНК путем глубокого секвенирования.
Анализ лизатов (продуктов распада клеточных мембран) спинного мозга выявил трехкратное снижение мутантных белков в поясничном регионе у мышей, пролеченных с помощью CRISPR (P = 0.001), и их снижение в 2,5 раза в грудной области (P < 0.05). Однако в шейном отделе спинного мозга разница оказалась не значимой (P > 0.5).
Глубокое секвенирование позволило обнаружить инсерции и делеции нуклеотидов (то есть мутации ДНК, изменения ее последовательности) трансгена hSOD1: их оказалось в семь раз больше в поясничной (P = 0.01) и в 14 раз больше в грудном отделе спинного мозга (P < 0.05) в группе CRISPR по сравнению с контролем. Разница в шейном отделе также оказалось не значимой (P > 0.05).
Что касается терапевтических эффектов, начало болезни (оно отсчитывалось по достижению животным максимального веса) наступило на 33 дня позже в экспериментальной группе, и варьировалось от 119 до 133 дней у обработанных животных по сравнению с 77 до 98 днями в контрольной группе (P = 0.0001). Средняя выживаемость увеличивалась на 28-30 дней у обработанных мышей, и варьировала от 142 до 167 дней жизни у обработанных животных по сравнению с 114 до 136 дней у контрольных животных (Р < 0,0001). Животные из группы CRISPR дольше держали здоровый вес, и оказались более активными, чем их «коллеги» из группы контроля (P < 0.0001), это выражалось в количестве витков колеса, в котором бегали грызуны. Кроме того, у грызунов оказалось на 50 процентов больше моторных нейронов, по сравнению с группой контроля.
Также ученые отмечают более медленные темпы потери веса после наступления болезни у группы CRISPR, а это свидетельствует о меньшей мышечной атрофии. Однако с момента наступления болезнь прогрессировала одинаково и в контрольной, и в CRISPR-группе, то есть летальный исход наступал одинаково скоро.
Таким образом, действие CRISPR/Cas9 привело к снижению в спинном мозге белка, кодируемого мутантным геном SOD1, а это способствовало выживаемости моторных нейронов, и положительному терапевтическому исходу. Прогресс болезни, однако, не замедлился, и ученые связывают это с действием астроцитов, которые избирательно убивают моторные нейроны, и на которые редактирование генов, судя по всему, действует недостаточно.
Существуют и другие гены, ответственные за БАС, и один из них нашли в прошлом году, на средства, собранные во время знаменитого флешмоба #icebucketchallenge. Также мы рассказывали о технологии CRISPR/Cas9 и CRISPR-системах вообще.
Анна Зинина
Это первый случай заражения людей этим паразитом
Австралийские врачи обнаружили в мозге жительницы Нового Южного Уэльса личинку паразитического червя Ophidascaris robertsi, взрослые особи которого живут в пищеводе и желудке ковровых питонов. До этого пациентку больше года лечили от эозинофильной пневмонии — однако установить ее причину удалось только когда, женщина начала жаловаться на забывчивость и усиление депрессии, после чего медики сделали томографию мозга и биопсию. Как отмечается в статье для журнала Emerging Infectious Diseases, это первый известный случай заражения человека O. robertsi. Скорее всего, женщина проглотила яйца паразита вместе с листьями съедобных растений, которые собирала на озере около дома. Дикие и домашние животные часто передают людям паразитов и возбудителей инфекций. Такие случаи, как правило, не удивляют врачей и хорошо поддаются лечению. Тем не менее, порой люди заражаются от животных по-настоящему экзотическими болезнями. Например, недавно мы рассказывали о том, как игуана укусила трехлетнюю девочку за руку и инфицировала ее нетуберкулезной микобактерией Mycobacterium marinum. А британские медики выявили у мужчины, которого покусал бродячий кот, совершенно новый вид патогенных бактерий из рода Globicatella. Похожий пример описала команда врачей, которую возглавил Санджайа Сенанаяке (Sanjaya N. Senanayake) из Службы здравоохранения Канберры. В центре внимания специалистов оказалась 64-летняя жительница Нового Южного Уэльса, которая в январе 2021 года попала в больницу местного уровня с жалобами на боли в животе, диарею, сухой кашель и ночную потливость. Эти симптомы длились на протяжении трех недель. Компьютерная томография выявила поражение легких по типу матового стекла и повреждение печени и селезенки, а концентрация эозинофилов в жидкости, полученной при бронхоскопии, составила около 30 процентов. При этом никаких признаков злокачественных новообразований, инфекций, паразитов и аутоиммунных заболеваний выявить не удалось. В результате женщине диагностировали эозинофильную пневмонию неясной этиологии и прописали преднизолон, благодаря которому ее состояние частично улучшилось. Однако спустя три недели пациентку доставили в больницу в Канберре с рецидивом лихорадки и постоянным кашлем на фоне приема преднизолона. Здесь ее осмотрели Сенанаяке и его коллеги. Повторная компьютерная томография подтвердила, что у женщины поражены легкие, печень и селезенка, но выявить причину ее состояния не удавалось. Судя по результатам анализов, она не была заражена патогенными бактериями или грибками, в ее крови не было антител к паразитическим плоским червям шистосоме, эхинококку и двуусткам, а в фекалиях отсутствовали их яйца. Поскольку в молодости пациентка путешествовала по Южной Африке, Азии и Европе, медики предположили, что она может быть заражена кишечными угрицами (Strongyloides), и в дополнение к преднизолону и микофеноловой кислоте прописали ей ивермектин в течение двух дней подряд и повторную дозу через две недели. К середине 2021 года состояние легких и печени у пациентки, судя по результатам компьютерной томографии, улучшилось, хотя поражение селезенки сохранилось. В январе 2022 года врачи назначили ей меполизумаб, благодаря чему концентрация эозинофилов в крови пришла в норму, что позволило уменьшить дозу преднизолона без усиления респираторных синдромов. Однако затем в течение трех месяцев на фоне приема меполизумаба, микофеноловой кислоты и преднизолона женщина начала жаловаться на усиление депрессии (от которой она страдала и прежде) и забывчивость. Чтобы понять причину этих новых симптомов, Сенанаяка и его коллеги провели пациентке магнитно-резонансную томографию головного мозга, которая выявила поражение правой лобной доли размером тринадцать на десять миллиметров. В июне 2022 года врачи провели биопсию, в результате которой заметили и удалили из очага поражения струнообразную структуру. При ближайшем рассмотрении оказалось, что это живой и подвижный гельминт длиной 80 миллиметров. Осмотрев паразита, исследователи по его красной расцветке и строению ротового аппарата, кишечника и репродуктивной системы пришли к выводу, что перед ними личинка круглого червя Ophidascaris robertsi третьего возраста. Генетический анализ подтвердил гипотезу. Основным хозяином O. robertsi считается ковровый питон (Morelia spilota) — крупная змея, широко распространенная в Австралии и на близлежащих островах. Взрослые паразиты обитают в пищеводе и желудке питонов, а их яйца выходят наружу с фекалиями. После этого они попадают в организм промежуточных хозяев — мелких млекопитающих. А когда тех съедают питоны, жизненный цикл паразита замыкается. По словам Сенанаяки и его коллег, их пациентка стала первым человеком, у которого диагностировали заражение O. robertsi. Более того, в человеческом организме никогда не находили и других представителей рода Ophidascaris (кроме того, этих червей никогда не находили в мозге животных). Вероятно, женщина получила змеиных паразитов от ковровых питонов, которые жили в озере рядом с ее домом. Непосредственно со змеями она не контактировала, однако собирала на берегах водоема новозеландский шпинат (Tetragonia tetragonoides), на листьях которого могли остаться яйца O. robertsi. Судя по всему, женщина проглотила яйца паразита, когда готовила или ела листья шпината, в результате чего и произошло заражение. После операции пациентке назначили курс ивермектина и альбендазола, чтобы уничтожить паразитов, которые потенциально могли находиться в других органах (а также курс дексаметазона для борьбы с воспалением). Через шесть месяцев уровень эозинофилов у нее оставался в норме, а проблемы с забывчивостью и депрессией частично разрешились (хотя и не исчезли полностью). По мнению авторов, большая часть проблем со здоровьем у пациентки объяснялась перемещениями личинок во внутренние органы, при этом препараты по подавлению иммунитета, которые она получала в начале лечения, позволили по крайней мере одному из паразитов проникнуть в мозг. А вот поражение селезенки, которое сохранилось даже после лечения, скорее всего, следует считать отдельной патологией. Ранее мы рассказывали о том, как паразиты способствовали горизонтальному переносу генов между змеями и лягушками. В результате длинный ретротранспозон Bovine-B переходил от змей к лягушкам как минимум 54 раза в период между 85 и 1,3 миллионами лет назад.