Марихуана состарила головной мозг почти на три года
По анализу кровотока в головном мозге можно определить не только возраст человека, но и наличие у него психических расстройств и нейродегенеративных заболеваний. Это выяснили американские ученые, которые провели самое масштабное на сегодняшний день исследование снимков кровоснабжения головного мозга людей: в нем приняли участие больше 30 тысяч человек в возрасте от 9 месяцев до 105 лет. Исследователи также определили факторы, влияющие на преждевременное старение мозга: среди них оказались биполярное расстройство, шизофрения, а также злоупотребление алкоголем и каннабисом. Употребление марихуаны, например, в среднем состарило мозг на 2,8 года, говорится в исследовании, опубликованном в Journal of Alzheimer’s Disease.
Мозг обладает невероятной пластичностью и меняется не только под воздействием опыта (как, например, показывают исследования улучшения аудиторно-моторных связей у музыкантов), но и с возрастом. В основном процесс нейроразвития и нейродегенерации проходит в раннем (характеризуется утратой нейронов в ходе установления новых крепких связей) и пожилом (отражается в утрате многих функций) возрасте. Год назад, однако, ученые показывали, что эффективным маркером старения мозга может диффузия белого вещества: ее изменения наблюдаются в течение всей жизни, а не только в детстве и преклонном возрасте.
Еще один возможный маркер изменения нейронных функций с возрастом — кровоснабжение головного мозга. Проведенное больше тридцати лет назад исследование на примере 27 человек возрастом от 19 до 76 лет показало, что с возрастом наблюдаются нарушения кровоснабжения во многих участках коры головного мозга, включая лобные доли и затылочно-височную кору. Тем не менее, до сих пор не проводилось масштабного исследования, показывающего связь между изменениями кровоснабжения головного мозга и возрастом человека.
Исправить это решили ученые под руководством Нобла Джорджа (Noble George) из Университета Джонса Хопкинса. Они собрали и проанализировали снимки, полученные в ходе однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ) 31227 человек в возрасте от 9 месяцев до 105 лет. ОФЭКТ — это разновидность компьютерной томографии, которая позволяет трехмерно визуализировать кровоток в головном мозге за счет использования радиоизотопных маркеров.
Для каждого человека были доступны как снимки в состоянии покоя, так и при решении задач на концентрацию внимания. Ученым удалось проследить паттерн изменения кровоснабжения головного мозга с течением жизни: кровоток постепенно увеличивается с раннего детства до подросткового возраста, а затем следует небольшое снижение и достижение плато к взрослому возрасту. Потом увеличение кровотока и его сдерживание на определенном уровне продолжаются до шестидесятилетнего возраста. В пожилом возрасте наблюдаются как увеличения, так и уменьшения силы кровотока.
Ученым также удалось с высокой точностью предсказать возраст здорового человека по анализу его кровотока. К примеру, средний реальный возраст участников был 31,5 года для мужчин и 38,2 года для женщин. На основе возрастных различий в кровоснабжении головного мозга предсказанный учеными средний возраст участников был 31,9 и 37,79 года соответственно.
При этом среди людей с психическими и неврологическими заболеваниями наблюдались существенные различия в реальном и предсказанном по снимку головного мозга возрастах. Так, мозг пациентов с деменцией оказался на 4 года младше реального возраста, а человека, злоупотребляющего курением каннабиса, — старше на 2,8 лет. Также среди факторов риска преждевременного старения мозга было злоупотребление алкоголем (0,6 года), шизофрения (4 года) и биполярное расстройство (1,6 года). Кроме того, среди здоровой популяции мозг мужчин оказался на 0,4 года старше реального возраста.
Авторам, таким образом, удалось показать, что визуализация изменений кровоснабжения головного мозга может быть не только важным биологическим маркером старения организма, но и влияния на этот процесс различных заболеваний. Любопытно, что деменция не вызвала преждевременное старение мозга: в будущем этот факт может помочь в изучении болезни Альцгеймера и ее связи с возрастом человека.
Что касается болезни Альцгеймера, то в ее появлении и течении огромную роль играет здоровый сон. Недавно ученые выяснили, что увеличить концентрацию в головном мозге бета-амилоида — белка, который формирует бляшки в мозге больных — может всего лишь одна бессонная ночь.
Елизавета Ивтушок
Бактерии научились инактививровать антибактериальную ДНК-гиразу
Немецкие ученые выяснили, что супербактерии, сохранявшие чувствительность к экспериментальному антибиотику альбицидину, защитились от него с помощью амплификации гена STM3175. Этот ген отвечает за регуляцию транскрипции малых молекул с доменом связывания, подобным ингибитору ДНК-гиразы — основы антибиотика альбицидина. Такое увеличение копии гена приводит к тысячекратному повышению уровня резистентности к препарату. Исследование опубликовано в PLoS Biology. В 2019 году почти пять миллионов человек погибло из-за бактерий, устойчивых к большинству известных антибиотиков, — супербактерий. По оценкам ученых к 2050 году это число увеличится в два раза. Основной причиной развития резистентности к противомикробным препаратам признано нерациональное их использование в медицине, ветеринарии и зоотехнии в сочетании с недостаточным пониманием механизмов бактериальной резистентности. Однако влияют и другие факторы: например, загрязнение атмосферы. Ученые постоянно ищут новые молекулы, которые были бы активны против супербактерий. Таким многообещающим соединением стал альбицидин — фитотоксичная молекула, вырабатываемая бактерией Xanthomonas albilineans, в исследованиях была эффективна против целого ряда супербактерий. Альбицидин ингибирует активность бактериальной ДНК-гиразы (топоизомеразы II) и эффективно действует на ковалентный комплекс ДНК и гиразы в крайне низких концентрациях. В нескольких исследованиях уже сообщалось о развитии резистентности к этой молекуле у некоторых бактерий, однако ее механизмы оставались не до конца выясненными. Команда ученых под руководством Маркуса Фульда (Marcus Fulde) из Свободного университета Берлина изучала механизмы резистентности к альбицидину, которая развилась у Salmonella typhimurium и Escherichia coli. Для этого они подвергали бактерии воздействию высоких концентраций более стабильного аналога антибиотика и наблюдали за ростом колоний в течение 24 часов. Из 90 протестированных клонов 14 показали рост в этих условиях. Секвенирование генома этих штаммов показало, что большинство (девять штаммов) несет мутации в гене tsx, ответственном за экспрессию нуклеозидспецифичного порина, что в 16 раз увеличивало минимальную ингибирующую концентрацию (MIC) антибиотика. Один из оставшихся пяти резистентных штаммов с интактным геном tsx демонстрировал более чем стократное повышение MIC, и анализ данных секвенирования его ДНК выявил амплификацию гена, приводящую к образованию 3-4 копий геномной области без однонуклеотидных полиморфизмов. При дополнительном анализе этого штамма ученые выяснили, что перекрывающаяся амплифицированная область содержит ген STM3175, который транскрибируется полицистронно в структуре оперона и N-концевой части qseB. Более тщательное изучение аминокислотной последовательности показало, что STM3175 состоит из 2 доменов: N-концевого AraC-подобного ДНК-связывающего домена и C-концевого GyrI-подобного лиганд-связывающего домена. Ученые обнаружили, что такая структура позволяет STM3175 связывать альбицидин с высокой аффинностью и инактивировать его. У разных бактерий обнаружились гомологи этого гена с теми же функциями, при этом на эффект других антибактериальных препаратов они не влияли. Знание нового механизма развития устойчивости к альбицидину позволит ученым разрабатывать новые способы модификации молекулы, чтобы обойти этот механизм. Ранее ученые обнаружили антибактериальную молекулу с широким спектром действия, которая не вызвала резистентности у микроорганизмов.