Ką mokslas pasiekė 2020 metais?

Nors 2020 m. antraštėse daugiausia vyravo su SARS-CoV-2 ir COVID-19 susiję tyrimai, tačiau šiais metais taip pat įvyko ir kitų mokslo proveržių.

Ląstelės biologijos moksliniai pasiekimai:

1. Sukurtas metodas sąnarių kremzlės atauginimui. Mokslininkams pavyko sukurti specialų skeleto kamieninių ląstelių (SSCs) aktyvavimo ir specializacijos būdą, dėl kurio iš SSCs ląstelių susiformuoja ląstelės, pasižyminčios kremzlinių ląstelių savybėmis. [1]

2. Sukurtas atgalinis reprodukcinio senėjimo metodas. Mokslininkams pavyko įrodyti, jog vartojant mažas nikotinamido mononukleotido (NMN) dozes, pagerėja pelių kiaušinėlių kokybė. Manoma, jog tokie NAD sintezę aktyvinantys preparatai (NMM) yra ne tik mažiau invazyvūs, tačiau taip galėtų būti panaudoti ir dirbtinio apvaisinimo metu, siekiant padidinti šios procedūros sėkmės tikimybę. [2]

3. Atrasta molekulė, kuri leidžia atsinaujinti suaugusio žmogaus odai. Mokslininkai išsamiau ištyrė transkripcijos veiksnį Lef1, leidžiantį žmogaus odai atsinaujinti nesusiformuojant randams. Šis atradimas galėtų pagerinti odos žaizdų gydymą ir sulėtinti odos senėjimą. [3]

4. Dvigubai didesnis vyrų mirtingumas nuo COVID-19 paskatino išsamiau ištirti Y chromosomos funkcijas vyrų somatinėse (nelytinėse) ląstelėse. Išsiaiškinta, jog nuo Y chromosomoje esančių genų pagamintos RNR molekulės reguliuoja transkripcijos procesus (pvz. RNR brendimą) nelytinėse ląstelėse. Šie su Y susiję genų raiškos valdymo mechanizmai gali būti susiję su skirtingu neurodegeneracinių ar širdies ir kraujagyslių ligų pasireiškimu vyruose. [4]

5. Pasiūlytas naujas ląstelių bei organizmo senėjimo modelis. Senėjanti žmonių populiacija skatina ieškoti būdų, padėsiančių prailginti kokybiško gyvenimo trukmę. Senstant daugelis organizmo ląstelių ilgainiui praranda savo funkcijas bei gebėjimą atsinaujinti. Viena iš problemų, jog senstančios ląstelės kaupiasi ir dėl savo išskiriamų molekulių skatina aplinkinių ląstelių uždegimą, todėl pasireiškia uždegiminis senėjimas, kurį nulemiančias ląstelės įvardijamos SASP (su senėjimu asocijuotas sekrecinis fenotipas). Tokiu būdu grupė senstančių ląstelių organizme sukelia viso kūno senėjimą. Ištyrus tūkstančius genų, RNR bei baltymų sąveikų mokslininkai pasiūlė 4 skirtingas ląstelių senėjimo būsenas, kurias nulemia metaboliniai bei epigenetiniai pokyčiai: 1. Pradžios (ląstelių dalijimosi sustabdymas), 2. Ankstyvasis (susijęs su priešuždegiminiais procesais), 3. Pilnas (sustiprėję uždegiminiai procesai ir metabolizmas), 4. Vėlyvasis (susilpnėję uždegiminiai procesai ir metabolizmas). Manoma, jog kiekvienos iš šių būsenų geresnis suvokimas ateityje galėtų padėti sukurti naujus metodus, kurie ne tik padės prailginti gyvenimo trukmę, tačiau prisidės prie ligų kontrolės bei prevencijos. [5]

Mikrobiologijos moksliniai pasiekimai:

6. Amerikoje nustatytas naujas Neisseria meningitidis (N. meningitidis) bakterijų kamienas, atsparus dviem antibiotikams, kurie dažniausiai naudojami meningitui gydyti. Šis bakterijų kamienas atsparus ciprofloksacinui bei penicilinui. [11]

7. Atrastos bakterijos, galinčios padėti sumažinti dirvožemio taršą. Mokslininkai nustatė naują dirvožemio bakterijų rūšį Paraburkholderia madseniana sp. nov. Šios bakterijos geba skaidyti kancerogenines organines medžiagas, pvz. policiklinius aromatinius angliavandenilius (PAH), kurie išsiskiria deginant anglį, dujas. [12]

8. GMO bakterijos – bičių gelbėtojos. Bitininkai praėjusią žiemą JAV prarado net 40% bičių kolonijų dėl užsikrėtimų Varroa mite erkėmis bei DWW virusu (kurį perneša erkės), sukeliančiu sparnų deformacijas. Mokslininkai genetiškai modifikavo bakterijas, gyvenančias bičių žarnyne, todėl jų sekretuojamos molekulės gebėjo slopinti RNR viruso vystymąsi bei sukelti erkių žūtį. [13]

9. Europoje patvirtintas pirmas mirtino hentaviruso perdavimas (zoonozė) žmogui iš gyvūnų. Vokietijoje jaunai moteriai nustatytas hentavirusas (pavadintas “Seoul”), kuris įprastai yra perduodamas pelių populiacijose. Mokslininkai aptiko šį virusą ir pacientes augintose pelėse. [14]

10. Išsamiau ištirtas Herpes simplex viruso genomas. Anksčia buvo manoma, jog šio viruso genome aptinkama apie 80 atviro skaitymo rėmelių ASR (sekų, kurios naudojamos baltymų sintezei). Mokslininkams pavyko nustatyti 284 ASR. Šis tyrimas suteikia galimybę išsamiau ištirti atskirus Herpes simplex viruso genus bei jų produktų įtaką viruso vystymuisi. [15]

Diagnostinių tyrimų moksliniai pasiekimai:

11. Reumatoidinio artrito paūmėjimą bus galima numatyti atlikus kraujo tyrimą. Mokslininkai išsamiau ištyrė PRIME (angl. pre-inflammation mesenchymal) ląsteles ir nustatė jose sustiprintą specialių RNR molekulių pagausėjimą likus savaitei iki simptomų paūmėjimo. [6]

12. Parodyta, jog „susiraukšlėjęs“ (angl. crumpled) grafenas (medžiaga, sudaryta iš vieno sluoksnio anglies atomų, kurie išsidėstę šešiakampėje gardelėje) yra dešimt tūkstančių kartų jautresnis DNR molekulėms. Dėl šios priežasties tokį grafeną galima panaudoti ultrajautrių biosensorių gamyboje, kurie nebrangiai, tiksliai bei greitai galėtų atpažinti specialius su vėžiu bei kitomis ligomis susijusius biožymeklius (specialias DNR arba RNR (pvz. miRNR) molekules). [7]

13. Sukurtas diagnostinis fidget spinner (sukutis). Mokslininkų sukurtas Dx-FS sukutis, kurį naudojant susidaro išcentrinė jėga, turi integruotą skysčių atskyrimo technologiją FAST (fluid assisted separation technology). Tikimasi, jog šis prietaisas padės greičiau bei pigiau diagnozuoti šlapimo takų infekcijas arba patikrinti bakterijų atsparumą antibiotikams. [8]

14. Kraujo tyrimu įmanoma nustatyti paskutinio menstruacinio ciklo laiką. Mokslininkams pavyko įrodyti, jog moters paskutinį menstruacinį ciklą galima nuspėti matuojant anti-Müllerio hormono koncentraciją. Šis hormonas gali būti naudojamas kaip indikatorius prognozuojant kiaušialąsčių atsargas kiaušidėse. Žema šio hormono koncentracija rodo didesnę artėjančios menopauzės tikimybę. [9]

15. Sukurtas nešiojamas mikroįrenginys bakterijų nustatymui. Mokslininkai sukūrė mikroskysčių technologija paremtą prietaisą, kuriame patalpintos magnetinės granulės gali izoliuoti bakterijas iš įvairių gamtinių mėginių (pvz. ežero vandens). Tikimasi, jog šis įrenginys galėtų būtų naudingas tiriant antibiotikams atsparias bakterijas bei diagnozuojant ligų sukėlėjus iš kraujo. [10]

Ar patikėtumėte?

16. Buvo atrastos mitochondrijos be ląstelių. Kraujyje nustatyta 200,000 - 3.7 milijardo laisvų mitochondrijų 1mL kraujo plazmos. Laisvos nuo ląstelių mitochondrijos pastebėtos atsitiktinai 2020 m. analizuojant kraujo mėginius. Kokia to reikšmė? Nežinome. [16]

17. 2020 m. publikuotas pirmas gyvūnas, kuris nenaudoja deguonies. Tai Henneguya salminicola, kuris parazituoja žuvis. Genomikos tyrimai atskleidė, jog šis organizmas neturi nei mitochondrijų, nei mitochondrijos genų. [17]

18. Vienas, DI valdomas, kraujo tyrimas – 50 vėžio rūšių nustatymui. Naujas dirbtiniu intelektu pagrįstas kraujo tyrimas rodo gebėjimą aptikti bent 50 vėžio rūšių. Šis testavimas pagrįstas kompiuterine programa, kuri išmokoma atpažinti skirtingas DNR molekules (besiskiriančias metilinimo pobūdžiu), cirkuliuojančios kraujyje. Sistema sugebėjo atpažinti 90% bandomųjų vėžio atvejų. [18]

Vėžio tyrimų moksliniai pasiekimai:

19. Mokslininkų sukurta vakcina nuo vėžio paruošta klinikiniams tyrimams. Naujai sukurta terapinė vakcina galės padėti kovojant su piktybiniais navikais, įskaitant krūties, plaučių, inkstų, kiaušidžių bei kasos vėžį. Ši vakcina (pavadinta CLEC9A-WT1) yra antikūnas, specifinis receptoriniam CLEC9A (C tipo lektino domeno 9 šeimos A narys) baltymui. [19]

20. Mokslininkai sukūrė naują terapinę strategiją vėžiui gydyti, dėl kurio vėžinės ląstelės susinaikina. Modifikuojant silicio dioksido nanodaleles, šios yra padengiamos L-fenilalaninu (nepakeičiama aminorūgštimi). Tokios nanodalelės patenka į vėžines ląsteles ir vėliau susidarančios aktyviosios deguonies formos (ROS) skatina ląstelių susinaikinimą. [20]

21. Nustatyta, jog kanabinoidai skatina naviko augimą. Mokslininkai nustatė, jog kanapėse esantis tetrahidrokanabinolis (THC) gali pagreitinti naviko augimą pacientuose, kuriems diagnozuotas ŽPV (žmogaus papilomos viruso) nulemtas galvos ir kaklo vėžys. THC buvimas kraujyje aktyvina p38 MAPK signalinį kelią. Šis signalinis kelias slopina apoptozę (ląstelių žūties procesas), taip nulemdamas nekontroliuojamą ląstelių dalijimąsi. Kaip teigia Chao Liu: „Marihuana ir kiti kanapių produktai dažnai laikomi gerybiniais, tačiau svarbu pažymėti, kad visi vaistai, turintys naudos, taip pat gali turėti trūkumų“. [21]

Šaltiniai:

[1] Murphy et al. Articular cartilage regeneration by activated skeletal stem cells, Nature Medicine (2020). DOI: 10.1038/s41591-020-1013-2

[2] Bertoldo, M. J., Listijono, D. R., Ho, W.-H. J., Riepsamen, A. H., Goss, D. M., Richani, D., … Wu, L. E. (2020). NAD+ Repletion Rescues Female Fertility during Reproductive Aging. Cell Reports, 30(6), 1670-1681.e7. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2020.01.058

[3] Phan Q, Fine G, Salz L et al. Lef1 expression in fibroblasts maintains developmental potential in adult skin to regenerate wounds. Elife. 2020. doi:10.7554/elife.60066

[4] Deschepper CF. Regulatory effects of the Uty/Ddx3y locus on neighboring chromosome Y genes and autosomal mRNA transcripts in adult mouse non-reproductive cells. Sci Rep, 2020;10(14900). doi: 10.1038/s41598-020-71447-3

[5] Nakao M, Tanaka H, Koga T. Cellular senescence variation by metabolic and epigenomic remodeling. Trends Cell Biol. 2020. doi:10.1016/j.tcb.2020.08.009

[6] Orange et al. (2020). RNA Identification of PRIME Cells Predicting Rheumatoid Arthritis Flares. New England Journal of Medicine. DOI: https://doi.org/10.1056/NEJMoa2004114

[7] Hwang et al. (2020) Ultrasensitive detection of nucleic acids using deformed graphene channel field effect biosensors. Nature Communications. DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-020-15330-9

[8] Michael et al. (2020). A fidget spinner for the point-of-care diagnosis of urinary tract infection. Nature Biomedical Engineering. DOI: https://doi.org/10.1038/s41551-020-0557-2

[9] Finkelstein, J. S., Lee, H., Karlamangla, A., Neer, R. M., Sluss, P. M., Burnett-Bowie, S.-A. M., … Santoro, N. (2020). Anti-Mullerian Hormone and Impending Menopause in Late Reproductive Age: The Study of Women’s Health Across the Nation. The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism. https://doi.org/10.1210/clinem/dgz283

[10] Chen et al. (2020) Rapid Escherichia coli Trapping and Retrieval from Bodily Fluids via a Three-Dimensional Bead-Stacked Nanodevice. ACS Applied Materials and Interfaces. DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.9b19311

[11] McNamara, L. A. (2020). Detection of Ciprofloxacin-Resistant, β-Lactamase–Producing Neisseria meningitidis Serogroup Y Isolates — United States, 2019–2020. MMWR. Morbidity and Mortality Weekly Report, 69. https://doi.org/10.15585/mmwr.mm6924a2

[12] Paraburkholderia madseniana sp. nov., a phenolic acid-degrading bacterium isolated from acidic forest soil. Roland C. Wilhelm et al. INTERNATIONAL JOURNAL OF SYSTEMATIC AND EVOLUTIONARY MICROBIOLOGY, https://doi.org/10.1099/ijsem.0.004029

[13] Leonard et al. (2020) Engineered symbionts activate honey bee immunity and limit pathogens. Science. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aax9039

[14] Hofmann J, Heuser E, Weiss S, et al. Early Release - Autochthonous Ratborne Seoul Virus Infection in Woman with Acute Kidney Injury - Volume 26, Number 12—December 2020 - Emerging Infectious Diseases journal - CDC. doi:10.3201/eid2612.200708

[15] Whisnant et al. (2020) Integrative functional genomics decodes herpes simplex virus 1. Nature Communications. DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-020-15992-5.

[16] Z.A.A. Dache et al., “Blood contains circulating cell-free respiratory competent mitochondria,” The FASEB Journal, doi:10.1096/fj.201901917RR, 2020.

[17] Yahalomi, Dayana, et al. "A cnidarian parasite of salmon (Myxozoa: Henneguya) lacks a mitochondrial genome." Proceedings of the National Academy of Sciences 117.10 (2020): 5358-5363.

[18] Liu, M. C., Oxnard, G. R., Klein, E. A., Swanton, C., Seiden, M. V., Liu, M. C., ... & Yeatman, T. J. (2020). Sensitive and specific multi-cancer detection and localization using methylation signatures in cell-free DNA. Annals of Oncology.

[19] Pearson, et al. (2020). Human CLEC9A antibodies deliver Wilms' tumor 1 (WT1) antigen to CD141+ dendritic cells to activate naïve and memory WT1‐specific CD8+ T cells. Clinical & Translational Immunology DOI: https://doi.org/10.1002/cti2.1141

[20] Wu Z, Lim HK, Tan SJ, et al. Potent‐By‐Design: Amino Acids Mimicking Porous Nanotherapeutics with Intrinsic Anticancer Targeting Properties. Small, 2020. doi: 10.1002/smll.202003757

[21] Lui, et al. (2020) Cannabinoids promote progression of HPV positive head and neck squamous cell carcinoma via p38 MAPK activation. Clinical Cancer Research. DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-18-3301.