Медики описали семейное наследование митохондриальной ДНК от отца
Исследователи описали случай наследования митохондриальной ДНК по отцовской линии у людей, сообщается в Proceedings of the National Academy of Sciences. Они обнаружили девять человек из трех семей, которые унаследовали до 76 процентов вариантов митохондриальной ДНК от отцов.
Митохондрии встречаются в большинстве эукариотических клеток. Основная их функция — обеспечение клеток энергией засчет синтеза АТФ, генерации электрического потенциала и термогенеза. В митохондриях есть свой небольшой геном (в человеческом содержится 16 569 пар оснований), которая у большинства организмов, в том числе у людей, наследуется по материнской линии. Однако у некоторых организмов, в том числе у больших синиц, мышей и людей часть митохондриальной ДНК изредка наследуется от отца. Ранее американские медики описали случай пациента с митохондриальной миопатией — наследственным заболеванием, которое приводит к мышечной слабости и непереносимости физических нагрузок. Оказалось, что болезнь развилась потому, что у мужчины в разных клетках содержались разные митохондриальные геномы — от отца и от матери. При этом в отцовской митохондриальной ДНК была мутация, которая и вызвала заболевание. Однако пациент оказался единственным членом семьи с миопатией. Его родители и сестра были здоровы, и, как показал скрининг, сестра унаследовала митохондриальную ДНК от матери.
Американские, тайваньские и китайские исследователи под руководством Палдипа Атвала (Paldeep Atwal) из клиники Мэйо в Джексонвилле и Таошеня Хуана (Taosheng Huang) из Медицинского центра детской больницы Цинциннати описали семейный случай наследования митохондриального генома по отцовской линии.
Первым, у кого обнаружили наследование митохондриального генома от отца, оказался мальчик четырех лет, поступивший в Медицинский центр детской больницы в Цинциннати. У него диагностировали мышечную боль, гипотонию, усталость, которые связали с дефектами в функционировании митохондрий. У остальных членов семьи А наблюдались другие симптомы (в частности, у дедушки был инфаркт, а у сестры — задержка развития речи), которые медики не связывали с мутациями в митохондриальной ДНК. Авторы исследования отсеквенировали митохондриальный геном мальчика, и, хотя не нашли в нем патогенных мутаций, обнаружили 31 гетероплазмический вариант. Гетероплазмией называют различия в последовательностях митохондриальной ДНК в одном организме, иногда даже в одной клетке. Ученые заинтересовались необычно высоким уровнем различий и стали анализировать митохондриальную ДНК других членов семьи А. В результате оказалось, что четыре человека унаследовали митохондриальный геном и от отца (примерно 40 процентов вариантов) и от матери.
Затем авторы привлекли к эксперименту еще две семьи — В и С. В одной из них у мужчины 35 лет, в другой у женщины 46 лет были диагностированы заболевания, предположительно вызванные мутациями в митохондриальном геноме. Исследователи отсеквенировали митохондриальные геномы пациентов и убедились в том, что в них, как и у членов семьи А содержится большое количество вариантов ДНК. При анализе митохондриальных ДНК у остальных членов семей В и С исследователи обнаружили, что двое членов семьи В и три человека из семьи С в разных поколениях унаследовали не только материнский, но и отцовский митохондриальные геномы. Причем один из представителей семьи С унаследовал 76 процентов вариантов из митохондриальной ДНК отца.
Как отмечают авторы работы, их результаты показывают, что в некоторых исключительных случаях передача митохондриального генома по отцовской линии у людей возможна, хотя конечно, основным все же остается наследование материнской митохондриальной ДНК. Возможно, передача отцовского генома сопровождается мутацией в гене ядерной ДНК, который связан с устранением отцовской митохондриальной ДНК.
Теоретически заболевания, вызванные мутациями в митохондриальной ДНК можно лечить, если при зачатии ребенка заменять дефектный геном донорским, взятым от другой женщины. Первый ребенок, рожденный от трех родителей появился на свет в 2016 году в Мексике, о втором таком случае в начале прошлого года сообщили украинские медики.
Сканер работает в паре со смартфоном
Канадские и мексиканские исследователи представили результаты пилотных клинических испытаний сканера для диагностики воспаления и инфекционного процесса в ранах. Устройство гиперспектральной визуализации, выполненное в виде сменного объектива для смартфона, анализирует изображение, термограмму и флуоресценцию пораженной области. В испытаниях гаджет продемонстрировал общую точность в 74 процента. Отчет о работе опубликован в журнале Frontiers in Medicine. Хронические раны, которые не заживают в течение 8–12 недель, представляют серьезную проблему для общественного здравоохранения. Типичным пусковым фактором для их развития служит инфекция, особенно в том случае, если процесс заживления в силу состояния самой раны и всего организма задержался на воспалительной фазе. Стадии раневой инфекции включают загрязнение (контаминацию), колонизацию, местную инфекцию и ее системное распространение (генерализацию). Для оказания необходимого объема помощи врачу необходимо четко различать загрязненные и колонизированные раны, однако точность подобной диагностики при простом осмотре не достигает и 60 процентов. Как правило, это компенсируют микробиологическими и молекулярными исследованиями, однако они занимают значительное время и не всегда доступны. В силу этого все больший интерес представляют физические методы исследования, такие как инфракрасная термография и регистрация бактериальной флуоресценции, а также анализ изображений с помощью алгоритмов машинного обучения. Чтобы совместить преимущества этих методов, канадская компания Swift Medical разработала устройство гиперспектральной визуализации Swift Ray 1. Оно оснащено инфракрасными датчиками для разных длин волн, источниками видимого и ультрафиолетового излучения и соответствующими камерами высокого разрешения. Они позволяют одновременно выполнять фотосъемку и инфракрасную термографию раны и регистрировать флуоресценцию бактерий в ней. Полученные изображения устройство передает на камеру смартфона с интегрированным приложением Swift Skin and Wound. Оно собирает их в датасет, который содержит информацию о физиологии, морфологии и составе тканей в ране. Роберт Фрейзер (Robert Fraser) с коллегами из трех канадских университетов, Центральной больницы имени Прието в Сан-Луис-Потоси, компаний Swift Medical и Vope Medical провели мультицентровое проспективное испытание устройства Swift Ray 1, в котором оценивали его пригодность для дифференциальной диагностики невоспаленных, воспаленных и инфицированных ран. В исследовании приняли участие 66 амбулаторных пациентов из Мексики и Канады. Сканирование ран проводили хирурги, прошедшие инструктаж, в соответствии с полученными рекомендациями (рану очищали, помещали по ее краям идущий в комплекте маркер и снимали под углом 90 градусов с расстояния 15 сантиметров). Клинические характеристики ран оценивали в соответствии с протоколом Международного института раневых инфекций (IWII). Обработку данных проводили методами главных компонент (PCA) и k-ближайших соседей (KNN) для создания нейросетевой модели, кластеризующей раны по признаку наличия инфекции и воспаления. По результатам испытаний PCA-KNN-кластеризация с учетом всех клинических и визуализационных переменных обеспечила общую точность 74 процента при дифференциальной диагностике невоспаленных, воспаленных и инфицированных ран. Для невоспаленных ран чувствительность и специфичность модели составили соответственно 94 и 70 процентов, для воспаленных — 85 и 77 процентов, для инфицированных — 100 и 91 процент. Таким образом, комбинация множественных методов визуализации позволяет создавать модели для улучшенной оценки ран. Подобные устройства для использования в месте оказания помощи могут помочь клиницистам своевременно выявлять и лечить раневые инфекции, заключают авторы работы. В феврале 2023 года американские, китайские и корейские исследователи представили биорезорбируемый беспроводной электрод для мониторинга состояния и электротерапии хронических ран. В конце 2022 года стэнфордская научная команда продемонстрировала умный пластырь для мониторинга и электростимуляции ран, который атравматично отклеивается после использования.