Самцы бразильских свинок передали детям эпигенетические изменения
Ученые выяснили, что самцы бразильских свинок (Cavia aperea) могут приспосабливаться к повышению температуры окружающей среды и передавать соответствующие изменения своему потомству. Метаморфозы носят эпигенетический характер, то есть не затрагивают саму структуру ДНК. Это первый опыт подобных исследований с участием диких, а не лабораторных животных. Результаты исследования опубликованы в журнале Genes.
Быстрые изменения окружающей среды из-за вмешательства человека становятся настоящим испытанием для флоры и фауны. Кораллы, например, очень чувствительны к температуре, а процесс размножения некоторых рептилий, лягушек и крокодилов, тесно связан с определенными климатическими условиями. Учитывая, как быстро меняются условия среды в последнее время, конкурентное преимущество получают те виды, которые быстрее приспосабливаются к переменам. Механизм мутаций и естественного отбора может оказаться недостаточно эффективным, так как зависит от случайных изменений в генетическом коде, которые могут как облегчить процесс выживания особи, так и не дать никаких ощутимых преимуществ. Однако многоклеточные организмы могут регулировать работу генов и не меняя саму последовательность ДНК — помощью эпигенетических механизмов. В этом случае генетический код не меняется, но работа определенных генов активируются или подавляются с помощи эпигенетических меток — химических модификаций либо самой ДНК, либо белков, с которыми она связана (гистонов).
Давно известно, что эпигенетические изменения могут передаваться по наследству. Однако из-за более тесной связи матери с плодом, долгое время оставалось неясным, могут ли подобные изменения передаваться со стороны отца. Группа биологов из Института исследования зоологии и дикой природы имени Лейбница в Берлине под руководством Александры Вейрих (Alexandra Weyrich) провела эксперимент с двумя группами бразильских свинок: первая состояла из пяти самцов, вторая — из десяти самок. Самцы в течение двух месяцев находились в условиях повышенной температуры (разница составляла порядка 10 градусов по Цельсию). Срок в два месяца выбран не случайно — именно столько занимает процесс сперматогенеза у морских свинок.
«Нашей задачей было выяснить, передаются ли подобные изменения по наследству и какова роль отцов в этом процессе», — говорит Вейрих. Ученые исследовали потомство самцов, которое появилось на свет до изменений окружающей среды и после двухмесячного периода — самки при этом не подвергались никаким воздействиям. Одно из наиболее важных эпигенетических изменений — так называемое метилирование ДНК. Процесс метилирования состоит в присоединении метильной группы к цитозину. Ученые сравнили характер метилирования у потомков мужского пола, которые были получены от одних и тех же самцов до и после контрольных изменений окружающей среды. Так как бразильские свинки, как и все млекопитающие, сохраняют постоянную температуру тела, в качестве индикатора изменений была выбрана печень животных — важный терморегулирующий орган.
В результате ученые выявили, что на изменение условий окружающей среды, в частности повышение температуры, у бразильских свинок следует немедленный эпигенетический ответ. Более того, соответствующие изменения в характере метилирования ДНК передаются по наследству — у потомства, которое последовало после воздействия на особей-отцов, уровень метилирования отличался от того, который ученые могли наблюдать у предыдущего помета. Такой механизм быстрой и стойкой адаптации животных к изменению климата может оказаться решающим в контексте глобального потепления, считают ученые.
В феврале 2016 года мы писали о том, как нехватка фермента, который отвечает за удаление лишней эпигенетической информации на ранних стадиях развития эмбрионов, влияет на поведение взрослых животных.
Наталия Каланова
Оно вызвало до полумиллиона избыточных смертей
Китайские ученые проанализировали данные за 19 лет в 116 странах и выяснили, что загрязнение воздуха твердыми частицами размером 2,5 микрометра (PM2,5) статистически значимо связано с устойчивостью патогенов к антибактериальным препаратам. Как сообщается в журнале The Lancet Planetary Health, со временем эта корреляция усиливалась и связана с почти полумиллионом избыточных смертей. Устойчивость к антибиотикам считается серьезной проблемой глобального здравоохранения. В 2019 году из-за нее произошло приблизительно 1,27 миллиона преждевременных смертей во всем мире. И, хотя нерациональное использование антибиотиков выступает основной причиной устойчивости, существуют свидетельства, что воздух является ключевым «переносчиком» устойчивости к антибиотикам. Так, было показано, что PM2,5 — основной загрязнитель воздуха — содержит различные устойчивые к антибиотикам бактерии и гены устойчивости к антибиотикам, которые переносятся между средами и непосредственно вдыхаются человеком, вызывая повреждение дыхательных путей и инфекцию. Кроме того, частицы PM2,5 могут увеличивать проницаемость клеточных мембран, что повышает эффективность горизонтального переноса генов, ускоряя эволюцию и обмен элементами устойчивости к антибиотикам у бактериальных патогенов. Однако глобальных количественных оценок такого воздействия нет. Гу Баоцзин (Baojing Gu) и Хун Чэнь(Hong Chen) с коллегами из Чжэцзянского университета проанализировали данные о загрязнении воздуха и устойчивости к антибиотикам за период с 2000 по 2018 год из 116 стран. Окончательный набор данных включал более 11,5 миллиона изолятов, среди которых были данные о резистентности к антибиотикам девяти патогенов (Acinetobacter baumannii, Klebsiella pneumoniae, синегнойная палочка, золотистый стафилококк, Streptococcus pneumoniae, кишечная палочка, Enterobacter aerogenes, Enterococcus faecalis и Enterococcus faecium) и 43 антибиотика. Ученые обнаружили значимые постоянные корреляции между PM2,5 и устойчивостью к антибиотикам во всем мире у большинства устойчивых к антибиотикам бактерий (R2 = 0,42-0,76, p < 0,0001), и со временем корреляции усиливались. Высокие уровни устойчивости к антибиотикам были обнаружены в Северной Африке, на Ближнем Востоке и в Южной Азии, в то время как в Европе и Северной Америке уровни устойчивости к антибиотикам были низкими. Взвешенный линейный регрессионный анализ подтвердил статистическую силу корреляции. Среднее увеличение концентрации PM2,5 на один микрограмм на кубический метр воздуха связано с увеличением резистентности к антибиотикам на 0,48 процента. Загрязнение воздуха оказалось одним из основных факторов устойчивости к антибиотикам, на его долю приходилось 10,9 процентов изменения совокупной устойчивости. За ним следовали загрязнение воды и нерациональное применение антибиотиков. Устойчивость к антибиотикам, обусловленная PM2,5, вызвала, по оценкам, 0,48 миллиона преждевременных смертей в 2018 году, что соответствует ежегодным экономическим потерям в размере 395 миллиардов долларов США. В модели, в которой не применялись никакие меры снижения загрязнения воздуха, к 2050 году во всем мире устойчивость к антибиотикам выросла на 17 процентов, а ежегодные случаи смерти, связанные с устойчивостью к антибиотикам, увеличились на 56,4 процента (в основном за счет стран Африки к югу от Сахары). При полномасштабной политике по снижению загрязнения воздуха снижение концентрации PM2,5 на каждые пять микрограмм на кубический метр воздуха уменьшит глобальную устойчивость к антибиотикам на 16,8 процента и сократит избыточную смертность примерно на 23,4 процента к 2050 году. По мнению ученых, эти первые убедительные доказательства глобального влияния загрязнения воздуха на развитие устойчивости к антибиотикам помогут в разработке экологической политики в разных странах, направленной на контроль загрязнения воздуха. Загрязнение воздуха непосредственно негативно сказывается на здоровье людей. Например, высокая концентрация диоксида азота во вдыхаемом воздухе приводила к снижению систолического артериального давления у лондонских подростков. При этом PM2,5 его повышало.