Znajdź zawartość

Naukowcy z Uniwersytetu w Birmingham zademonstrowali po raz pierwszy, że komórki ludzkiego mózgu ulegają zakażeniu wirusem zapalenia wątroby typu C (HCV). Wirusolodzy odkryli, że w komórkach śródbłonka mózgu występują 4 główne receptory białkowe, konieczne do sforsowania przez HCV bariery krew-mózg. Współpracując z Manhatańskim Bankiem Mózgu, zespół doktor Nicoli Fletcher wykrył materiał genetyczny wirusa zapalenia wątroby typu C w mózgach 4 z 10 zakażonych pacjentów, którzy oddali do pośmiertnych badań tkanki mózgu i wątroby. Później naukowcy wyizolowali komórki bariery krew-mózg i zademonstrowali, że można je zainfekować HCV. To pierwszy raport, który pokazuje, że komórki ośrodkowego układu nerwowego wspierają replikację HCV. Te obserwacje mają spore znaczenie kliniczne, ponieważ dostarczają informacji o rezerwuarze wirusa, który ostaje się mimo terapii antywirusowej - wyjaśnia prof. Jane McKeating. Komórki śródbłonka stanowią system zabezpieczający mózgu, rodzaj ochroniarza w drzwiach, który zatrzymuje niepożądane obiekty. Jeśli działanie bariery zostaje upośledzone, do mózgu może się dostać praktycznie wszystko, co wyjaśnia zmęczenie i inne objawy, o których wspominają chorzy zakażeni HCV - dodaje Fletcher.

Wirus zapalenia wątroby typu C (WZW C) zapewnia sobie przeżycie, wykorzystując pewien rodzaj mikroRNA z opanowywanego narządu. Związanie miR-122 z wirusowym RNA skutkuje stabilizacją tego ostatniego, a także usprawnieniem replikacji. Wirus zapalenia wątroby typu C zrobił [...] dwie interesujące rzeczy. Po pierwsze, wykształcił w toku ewolucji unikatową relację z kluczowym regulatorem, ponieważ miR-122 stanowi około połowy mikroRNA występujących w wątrobie. Po drugie, do podwyższania stabilności swojego RNA oraz ekspresji białek koniecznych do zamknięcia cyklu życiowego wirus zawłaszczył sobie proces, który zazwyczaj służy do obniżania ekspresji genów - tłumaczy dr Stanley M. Lemon z Uniwersytetu Północnej Karoliny. Przed 7 laty prace doktora Lemona i jego zespołu wykazały, że miR-122 jest konieczny do replikacji WZW C, ale nie było wiadomo, jaki dokładnie mechanizm wchodzi w grę. SPC3649 (mirawirsen), eksperymentalny lek na wirusowe zapalenie wątroby typu C, wszedł w 2010 r. w 2. fazę testów klinicznych, jednak dopiero teraz wyjaśniono, czemu właściwie zawdzięcza swoją skuteczność. Antagomer wiąże się z miR-122 w wątrobie i w ten sposób destabilizuje genom wirusa, prowadząc do jego rozpadu.

Badając trzustki pobrane od osób, które zmarły wkrótce po zdiagnozowaniu cukrzycy typu 1., brytyjski zespół zauważył, że narząd reagował na postępujący proces uszkadzania, skłaniając komórki beta wysepek Langerhansa do namnażania. Odkrycia akademików z Peninsula Medical School, Glasgow Royal Infirmary (GRI) i Uniwersytetu w Brighton są wyjątkowo ważne, ponieważ dotąd sądzono, że komórki beta dzielą się po ukończeniu pierwszego roku życia jedynie z rzadka i po zdiagnozowaniu cukrzycy insulinozależnej również nie namnażają się zbyt chętnie. Badania prowadzono na tych samych egzemplarzach trzustki, które w zeszłym roku pozwoliły stwierdzić, że przyczyną niektórych przypadków cukrzycy jest infekcja wirusowa. Kustoszem tej nietypowej kolekcji jest dr Alan Foulis z Wydziału Patologii GRI. Teraz zdobyto dowody, że u pacjentów, których dopiero poinformowano o chorobie, następuje 10-krotny wzrost replikacji komórek beta. Wcześniej profesor Adrian Bone z Uniwersytetu w Brighton widział identyczne zjawisko, pracując nad zwierzęcym modelem cukrzycy typu 1. Na razie nie wiadomo, co uruchamia proces namnażania, chociaż studium wskazuje na związek ze stopniem infiltracji przez komórki układu odpornościowego. Sugeruje to, że w grę wchodzi jakiś mediator immunologiczny. Badacze mają nadzieję, że w przyszłości uda się wykorzystać opisane zjawisko do stymulacji komórek beta pacjenta, by zastąpić nimi te, które zostały już uszkodzone. Oznacza to, że przynajmniej część chorych mogłaby samodzielnie wytwarzać insulinę przez dłuższy czas.

Szczepionka na ospę może zapewniać ochronę przed wirusem HIV, dlatego niewykluczone, iż to właśnie zaprzestanie szczepienia w połowie XX wieku odpowiada częściowo za obserwowany współcześnie wzrost częstości zakażeń wirusem ludzkiego niedoboru odporności. W artykule opublikowanym na łamach BMC Immunology Raymond Weinstein z Uniwersytetu George'a Masona oraz zespoły z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles i Uniwersytetu Jerzego Waszyngtona twierdzą, że w warunkach laboratoryjnych szczepienie wirusem krowianki (VACV lub VV) wiązało się z 5-krotnym spadkiem skuteczności replikacji wirusów HIV. Podczas eksperymentu Amerykanie oceniali zdolność białych krwinek do wspierania replikacji wirusa HIV po wspomnianym szczepieniu i porównywali ją do zjawisk obserwowanych w nieszczepionej grupie kontrolnej. Okazało się, że w krwinkach pobranych od osób zaszczepionych dochodziło do słabszego namnażania wirusa. Proponowano kilka wyjaśnień szybkiego rozprzestrzenienia HIV w Afryce, w tym wojny, wykorzystanie niesterylnych igieł czy zanieczyszczenie wczesnych partii szczepionek na polio. Wszystkie jednak obalono lub nie były one w stanie w pełni wyjaśnić pandemii HIV. Nasze odkrycie, że wcześniejsze zaszczepienie wirusem krowianki może zapewnić jednostce pewien stopień ochrony przeciw przyszłym zakażeniom HIV, sugeruje, że wycofanie się z tego stanowi częściowe wytłumaczenie – uważa Weinstein. Ze szczepienia na ospę zaczęto się stopniowo wycofywać w latach 50. ubiegłego wieku. W tym samym czasie odnotowywano coraz częstsze przypadki zakażenia wirusem ludzkiego niedoboru odporności. Amerykanie sądzą, że szczepienie VV wywoływało długoterminowe zmiany w układzie odpornościowym, np. oddziałując na ekspresję białka CCR5 z powierzchni białych krwinek (jest ono wykorzystywane przez oba wirusy). Weinstein przestrzega przed huraoptymizmem, ponieważ uzyskane wyniki są na razie wstępne.

Jedna z najpopularniejszych teorii na temat początków życia na Ziemi mówi o tzw. świecie RNA. Wyjątkowe właściwości tego związku, pozwalające mu na przechowywanie informacji i katalizowanie reakcji chemicznych, czyniłyby z niego idealną substancję regulującą procesy życiowe najprymitywniejszych form życia. Niestety, dotychczas nie był znany żaden przykład cząsteczek RNA posiadających obie opisywane cechy jednocześnie. Przełomu dokonali badacze z Instytutu Scripps prowadzeni przez prof. Geralda Joyce'a. Dowodzą oni, że odpowiednio dobrana para cząsteczek kwasu rybonukleinowego spełnia założenia teorii o "świecie RNA". Co więcej, uzyskane molekuły "ewoluują" w warunkach laboratoryjnych, prowadząc do wyselekcjonowania najbardziej wydajnych wariantów. Naukowcy zsyntetyzowali pulę różnych wariantów RNA, które umieszczono następnie w roztworze zawierającym nukleotydy - pojedyncze cząsteczki, których łączenie się w łańcuchy (polimeryzacja) jest podstawą tworzenia nowych nici RNA. Jak się okazuje, niektóre nici "współpracują" ze sobą w parach, przeprowadzając replikację obu z nich. interakcja pomiędzy nićmi sprawia, że są one w stanie wzajemnie odczytywać zapisaną w nich informację, a następnie, dobierając z roztworu odpowiednie nukleotydy, tworzyć ich kopie. Zjawisko to jest o tyle ciekawsze, że każda z badanych molekuł była złożona z dwóch podjednostek. Oznacza to, że dla zajścia całej reakcji potrzebne są aż cztery nici kwasu rybonukleinowego. Opisywany proces zachodzi tak długo, aż w roztworze nie zabraknie nukleotydów. Jak zaznacza prof. Joyce, opracowany przez niego i jego współpracowniczkę, Tracey A. Lincoln, model to jedyny przypadek poza biologią, w którym informacja zapisana w molekułach została unieśmiertelniona. Łącznie badaczom z instytutu Scripps udało się wytworzyć aż 12 par replikujących się wzajemnie nici RNA. Kolejny przeprowadzony eksperyment polegał na wymieszaniu ze sobą różnych par replikujących się związków. Doprowadził on nie tylko do eliminowania najmniej wydajnych par, lecz także do innych zmian typowych dla ewolucji, czyli mutacji. Te drobne zakłócenia informacji genetycznej przenoszonej przez cząsteczki RNA powodowały zmiany tempa namnażania nici. Dla mnie to tak naprawdę najważniejszy rezultat - ocenia tę część badań prof. Joyce. Przeprowadzone doświadczenie bez wątpienia ma ogromną wartość poznawczą, lecz praca badaczy z instytutu Scripps to nie tylko istotna przesłanka na poparcie tezy o "świecie RNA". Niejako przy okazji potwierdza się także, że wpływ mutacji na tempo ewolucji można dostrzec nawet na tak niepozornym obiekcie, jak pojedyncze cząsteczki.

Dla wielu wirusów mutacja to jedyny sposób na uniknięcie odpowiedzi immunologicznej gospodarza. W przypadku HIV zjawisko to przybiera wyjątkowo interesujący charakter - ukrycie się przed reakcją układu odpornościowego gospodarza osłabia jego zdolność do replikacji, lecz proces ten... szybko odwraca się po przeniesieniu do ciała bardziej podatnego człowieka. Odkrycia, którego autorami są badacze z Uniwersytetu Oksfordzkiego, dokonano podczas badania nosicieli HIV zamieszkujących Zambię. Uczeni zaobserwowali, że tempo replikacji wirusa jest zależne od występowania charakterystycznej mutacji w jednym z genów należących do jego genomu. Jak wykazały dalsze badania, jej obecność znacznie wydłuża czas potrzebny do namnażania patogenu, lecz pozwala mu na skuteczne ukrycie się przed układem odpornościowym. Opisywana mutacja pozwala HIV na uniknięcie interakcji z tzw. układem HLA. Jego zadaniem jest łączenie się z fragmentami białek znajdujących się wewnątrz komórki oraz umieszczanie ich na powierzchni błony komórkowej, gdze mogą zostać zidentyfikowane przez komórki układu odpornościowego. Pozwala to na nieustanną kontrolę stanu komórek i umożliwia wyszukiwanie patologicznych protein znajdujących się w ich wnętrzu. Układ HLA spełnia swoje zadanie bardzo skutecznie, lecz ma także wady. Jedną z nich jest zależność od sekwencji reszt aminokwasowych, czyli fragmentów budujących cząsteczki protein. Jeżeli jest ona niekompatybilna z wariantem HLA obecnym u danej osoby, obie cząsteczki nie połączą się, przez co układ odpornościowy nie wykryje zagrożenia. Jak wykazali badacze z Oksfordu, HIV błyskawicznie wykorzystuje tę słabość. Jak zauważono podczas badań, wariant HLA opisywany jako HLA-B*5703 pozwala na wykrywanie białek wirusa HIV z wyjątkową skutecznością. Niestety, mutacje zachodzące w RNA wirusa szybko prowadzą do zmiany sekwencji aminokwasów w jednym z jego białek, przez co wirus "wymyka się" spod kontroli układu HLA. Na szczęście dla nosicieli HLA-B*5703, mutacje pozwalające HIV na zakamuflowanie się wewnątrz komórek prowadzą do 20-krotnego spowolnienia jego replikacji. Co ciekawe jednak, przeniesienie wirusa do organizmu nosiciela innej wersji HLA pozwala na odwrócenie tego procesu. Brytyjscy uczeni zauważyli, że szybko dochodzi wówczas do odtworzenia pierwotnej wersji genomu wirusa, zapewniającej optymalne tempo jego namnażania. Zaobserwowane zjawisko jest nie tylko interesującym dowodem na prawdziwość darwinowskiej teorii doboru naturalnego. Jest ono istotne także dla badaczy pracujących nad szczepionką przeciwko HIV. Wygląda bowiem na to, że jej skład musi uwzględniać indywidualne cechy osób o różnych uwarunkowaniach genetycznych. Może to znacząco utrudnić pracę nad tym oczekiwanym od dawna lekiem.

Obumieranie komórek odpowiedzialnych za wytwarzanie insuliny, będące przyczyną większości przypadków cukrzycy typu I, uważano dotychczas za zmianę nieodwracalną. Badacze ze Szkoły Medycznej Uniwersytetu w Pittsburghu udowadniają jednak, że odpowiednia procedura może przywrócić liczebność tych niezwykle istotnych komórek. Eksperyment przeprowadzono na specjalnie wyselekcjonowanych myszach, którym wszczepiano ludzkie komórki β - występującą w trzustce populację odpowiedzialną za wytwarzanie insuliny. Ponieważ do testów wybrano gryzonie-diabetyków o upośledzonej odporności, nie odrzucały one przeszczepu i umożliwiały przeprowadzenie badań z wykorzystaniem ludzkich komórek w modelu zwierzęcym. Głównym celem doświadczenia była ocena aktywności tzw. kinaz zależnych od cyklin (ang. cyclin-dependent kinases - cdk) oraz samych cyklin. Ponieważ białka z obu tych grup należą do najważniejszych regulatorów tempa podziału komórek, badacze byli przekonani, że modyfikacja ich funkcji może pozwolić na przywrócenie komórkom β ich zdolności do replikacji. Aby zwiększyć poziom produkcji opisywanych protein, badacze użyli adenowirusów - cząstek odpowiedzialnych za wiele przypadków przeziębień, których zmodyfikowane szczepy są wykorzystywane do tymczasowego wprowadzania nowych genów do komórek. Zastosowane w eksperymencie adenowirusy przenosiły geny dla białek cdk-6, cdk-4 oraz cykliny D1. W warunkach laboratoryjnych stymulacja ludzkich komórek β za pomocą genów dla cdk-6 oraz cykliny D1 pozwala na przywrócenie im zdolności do podziałów. Co ważne, ten sam efekt udało się utrzymać po ich przeszczepieniu do wnętrza mysich trzustek. Niedługo po transplantacji poziom glukozy w organizmach gryzoni wrócił do normy, zaś usunięcie przeszczepu wywołało natychmiastowy nawrót choroby. Oznacza to jednoznacznie, że przeszczep ludzkich komórek β przywraca myszom zdolność do kontrolowania poziomu cukru we krwi. Obecnie ciężko przewidzieć, czy podobna terapia mogłaby sprawdzić się u ludzi. Manipulowanie tempem podziałów komórkowych to niezwykle ryzykowna forma terapii, mogąca prowadzić m.in. do rozwoju nowotworów. Informacja o zdolności komórek β do replikacji jest jednak niezwykle istotna i być może pewnego dnia pozwoli na stworzenie terapii, które usuwałyby przyczynę cukrzycy typu I, a nie tylko jej efekty.

Absolwent teksaskiego A&M University, Nitin Agrawal, stworzył tanie, kieszonkowe urządzenie służące do replikacji łańcuchów DNA. Możne je skonstruować wydając jedynie 10 dolarów, a kolejnej kopie łańcucha DNA wykonuje w ciągu 20 minut. Obecnie stosowany sprzęt laboratoryjny kosztuje wiele tysięcy dolarów, a replikacja zajmuje mu kilkanaście godzin. Możliwość taniego i szybkiego tworzenia miliardów kopii DNA może zrewolucjonizować opiekę zdrowotną w krajach rozwijających się. Zwykle nie stać ich na drogie specjalistyczne urządzenia. Reakcja łańcuchowa polimerazy (PCR – polimeraze chain reaction) jest szeroko wykorzystywaną metodą służącą do powielania łańcuchów DNA wykorzystywanych podczas przeprowadzania testów służących do diagnozowania i monitorowania HIV, gruźlicy i raka. PCR wymaga wielokrotnego podgrzewania i oziębiania "koktailu” z DNA, deoksyrybonuleotydów, polimerazy i starterów. Podczas całego procesu konieczne jest precyzyjne kontrolowanie temperatury. To, co dotychczas robiły drogie specjalistyczne urządzenia, jest w stanie wykonać zasilany dwoma "paluszkami” wynalazek amerykańskiego studenta.