Устойчивые к антибиотикам бактерии S. proteamaculans вызывают инфекции (инфицирования уретры и хирургических ран) у людей с ослабленным иммунитетом. Поэтому эти бактерии распространены в больницах, где представляют угрозу для пожилых пациентов и людей, которые перенесли хирургические операции.

Когда плотность бактериальной популяции S. proteamaculans становится максимальной, ее жизнедеятельность, в том числе способность вызывать инфекции, регулируется особой молекулярной системой Quorum Sensing (QS). К основным компонентам системы относятся два белка: AHL-синтаза SprI и регуляторный рецептор SprR.

Ученые ИНЦ РАН совместно с исследователями Института молекулярной генетики (НИЦ «Курчатовский институт») изучили, как влияет на распространение инфекции «отключение» компонентов системы QS. Предполагалось, что при ее подавлении бактерии S. proteamaculans могут стать непатогенными без применения антибиотиков и других лекарственных средств.

«В данном исследовании мы поставили себе цель – выяснить, как инактивация («отключение») гена рецептора SprR влияет на инвазивную активность S. proteamaculans, то есть на способность бактерий проникать в клетки», – рассказывает старший научный сотрудник группы молекулярной цитологии прокариот и бактериальной инвазии ИНЦ РАН Ольга Цаплина.

Исследования по инактивации рецептора SprR проводились на клетках карциномы (вид рака) шейки матки человека и клетках эмбриона мыши. Эксперименты показали, что «отключение» SprR приводит к усилению способности бактерий S. proteamaculans проникать в клетки. Отметим, что в своей более ранней работе ученые показали, что отключение другого белка, входящего в систему QS – AHL-синтазы SprI также приводит к усилению способности S. proteamaculans проникать в клетки.

В то же время, в ходе экспериментов выяснилось, что инактивация компонентов, входящих в систему QS, приводит к тому, что бактерии S. proteamaculans теряют способность адаптироваться к среде с дефицитом железа, которая характерна для организма человека. Поэтому в таких условиях способность микроорганизмов S. proteamaculans вызывать инфекции при «отключенной» системе QS снижается.

«Результаты нашей работы могут способствовать разработке дезинфицирующих средств как против Serratia, так и против других видов бактерий, с использованием химических ингибиторов системы QS и веществ, регулирующих концентрацию железа в растворе», – поясняет Ольга Цаплина.

Исследование ученых ИНЦ РАН было поддержано грантом Российского научного фонда № 19–74-00041.

Белки представляют собой одни из важнейших биологических макромолекул, выполняющих разнообразные функции в нашем организме, например участвуя в обмене веществ в клетках. Некоторые белки способны формировать амилоиды — крупные комплексы, состоящие из множества молекул белка, соединенных многочисленными водородными связями. Такая структура амилоидов придает им высокую стабильность: некоторые амилоиды способны в течение десятилетий сохраняться во внешней среде и выдерживать обработку различными химическими соединениями, разрушающими «обычные» белки. Амилоиды имеют нитевидную форму и уникальные свойства: например, при окрашивании красителем конго-красный амилоиды демонстрируют желто-зеленое свечение в поляризованном свете.

Как рассказал профессор руководитель исследования, исполняющий обязанности заведующего кафедрой генетики и биотехнологии СПбГУ, заведующий лабораторией протеомики надорганизменных систем ФГБНУ ВНИИСХМ профессор РАН Антон Нижников, в последние годы произошло переосмысление биологической роли амилоидов, которое привело к пониманию важности их функций у разных организмов. Так, например, в организме человека амилоиды, называемые «функциональными», отвечают за хранение некоторых гормонов и полимеризацию меланина.

У растений же запасные белки накапливаются в семенах в форме амилоидов при созревании, а затем быстро разбираются, когда семена прорастают. Эти белки помогают преодолевать длительные периоды неблагоприятных условий, когда требуется «законсервировать» питательные вещества. В организме бактерий также обнаружено значительное разнообразие функциональных амилоидов, многие из которых опосредуют взаимодействия бактерий и организмов-хозяев. Этот процесс может приводить к развитию у хозяина инфекционных заболеваний, однако в некоторых случаях он оказывается полезным.

Биологи СПбГУ изучили функции амилоидных белков у симбионтов (участников взаимодействия между организмами) растений — клубеньковых бактерий, которые играют важную роль в сельском хозяйстве. Эти бактерии способны фиксировать атмосферный азот в симбиозе с некоторыми растениями — преимущественно бобовыми — и позволяют существенно уменьшить использование минеральных азотных удобрений, провоцирующих вымывание полезных микроэлементов из почвы.

«Применение атомной силовой микроскопии позволило нам впервые изучить морфологию и жесткость фибрилл, образуемых амилоидным белком клубеньковой бактерии, с высоким разрешением», — сообщил Михаил Белоусов, научный сотрудник кафедры генетики и биотехнологии СПбГУ, старший научный сотрудник лаборатории протеомики надорганизменных систем ФГБНУ ВНИИСХМ.

Ученые показали, что клубеньковые бактерии в симбиозе с бобовыми растениями формируют амилоидные фибриллы в корневых клубеньках — особых органах, которые растение образует при взаимодействии с симбиотическими бактериями, именно здесь происходит фиксация атмосферного азота. Кроме того, в клубеньках биологи обнаружили сходные с амилоидами комплексы запасных белков гороха.

«Мы показали, что амилоиды, образуемые растениями гороха, способны индуцировать формирование амилоидов белком клубеньковой бактерии RopB. Это указывает на принципиальную возможность взаимодействия между бактериальными и растительными амилоидными белками в корневых клубеньках бобовых», — рассказала старший научный сотрудник лаборатории структурной динамики, стабильности и фолдинга белков ИНЦ РАН Анна Сулацкая.

Исследование механизма формирования амилоидных фибрилл проводится при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (соглашение № 075-15-2021-1055). Часть экспериментов проводилась с использованием оборудования Научного парка СПбГУ и Центра коллективного пользования ФГБНУ ВНИИСХМ.

Клеточное старение происходит в большинстве тканей организма человека. Этот процесс происходит в случае, если клетка по каким-то причинам исчерпала способность для размножения. Кроме того, стрессовые факторы могут вызывать у клеток преждевременное старение.

Хотя стареющие клетки полностью прекращают деление, они не гибнут, а сохраняются в тканях. Работа большинства внутриклеточных систем в стареющих клетках нарушается. Поэтому они не способны выполнять свои обычные функции. Более того, стареющие клетки производят множество веществ во внеклеточное пространство, которые могут ухудшать работу соседних клеток, вызывая старение нормальных и даже возникновение раковых клеток.

Обычно стареющие клетки уничтожает иммунная система (этот процесс называется апоптозом) организма.  Однако с возрастом или в случае каких-то нарушений не все такие клетки будут удалены из тканей. Накопление стареющих клеток в тканях способствует прогрессии общего старения организма и развитию различных заболеваний (например, остеоартрит, сердечная недостаточность и многие другие). Поэтому изучение процессов, влияющих на преждевременное старение клеток является актуальной задачей научных групп по всему миру.

“Мы подвергли клетки эндометрия (ткань, выстилающая внутреннюю полость матки) человека окислительному стрессу, который вызывает преждевременное старение. Это необходимо для того, чтобы понять как этот фактор влияет на динамику и состав внутриклеточных катионов – положительно заряженных атомов калия и натрия, которые отвечают за выполнение различных функций клетки, например, транспортную или сигнальную”, – рассказывает ведущий научный сотрудник Лаборатории внутриклеточной сигнализации ИНЦ РАН Ирина Марахова.

Для проведения экспериментов ученые использовали мезенхимные стволовые клетки (МСК) эндометрия человека. В процессе развития они способны трансформироваться в различные типы клеток. Изучение процессов в клетках проводилось с помощью специального метода – пламенной фотометрии, которая позволяет не только измерить количество катионов, но и отслеживать потоки их движения между клеткой и внешней средой. В качестве стрессового фактора использовалась перекись водорода.

Эксперименты показали, что вызванное преждевременным старением ухудшение работы клеток характеризуется значительным снижением содержания ионов калия внутри клетки. Это приводит к нарушению процессов взаимодействия клетки с окружающей средой, поскольку для нормального функционирования внутри клетки катионов калия должно быть значительно больше, чем снаружи (такой процесс называется ионный гетерогенитет). Кроме того, исследователи наблюдали обезвоживание клетки.

“Мы показали, что в стареющей клетке нарушается ионный гетерогенитет, т.е. показатель количества катионов калия в стареющей клетке изменяется по сравнению с нормальной клеткой. Этот фактор важен для понимания процессов, происходящих при клеточном старении. Кроме того фактор нарушения ионного гетерогенита можно использовать в качестве своеобразного маркера, чтобы определить подвержены ли клетки преждевременному старению и обезвоживанию”, – поясняет Ирина Марахова.

Ученые ИНЦ также отмечают, что клеточному старению подвержены не только нормальные, но и раковые клетки. Это значит, что в перспективе нарушения ионного гетерогенитета в клетках опухолей можно будет использовать в качестве инструмента для снижения скорости развития опухолей.

Исследование выполнено учеными ИНЦ РАН при финансовой поддержке РНФ (проект № 19-14-00108).

Ежегодно увеличивается количество бесплодных пар, прибегающих к вспомогательным репродуктивным технологиям, в частности к экстракорпоральному оплодотворению (ЭКО). Несмотря на высокотехнологичность процедуры ЭКО, беременность наступает только в 30 % случаев (для генетически нетестированных эмбрионов). Одной из причин неудачной имплантации эмбрионов может являться клеточное старение в ткани эндометрия – внутренней слизистой оболочке матки. Старые клетки выделяют вещества, которые препятствуют имплантации (встраиванию) эмбриона в ткань эндометрия – этот процесс является обязательным для дальнейшего развития плода.

            «Для борьбы с последствиями присутствия старых клеток мы использовали соединения, которые называются сеноморфики. Их применение позволило предотвратить секрецию старыми клетками нежелательных веществ и сгладить их негативное влияние на имплантацию. Чувствительность самой ткани эндометрия к половым стероидным гормонам также была восстановлена», — рассказывает старший научный сотрудник, зав. Группой механизмов клеточного старения ИНЦ РАН Александра Бородкина.

              Ученые проводили исследования in vitro (на модельных клеточных системах в лабораторных условиях). В экспериментах использовались ранее известные науке сеноморфики, которые применялись для воздействия на старые клетки в других тканях организма. Важно, что в работе использовалась выборка донорских линий эндометрия. При этом использование животных (обычно используются мыши) в таких экспериментах было не актуально, поскольку происходящие в тканях эндометрия процессы сильно отличаются у человека и грызунов.

            «В ближайшей перспективе результаты применения сеноморфиков, которые были получены в наших экспериментах, мы планируем валидировать на клеточных линиях, полученных от пациентов с многократными неудачными попытками ЭКО. С целью получения таких материалов мы сейчас договариваемся о сотрудничестве с центрами репродуктивной медицины в Петербурге», — поясняет Александра Бородкина.

            На основании положительных результатов, полученных при использовании сеноморфиков, в дальнейшем планируется поиск и разработка соединений, которые позволят направлено удалять старые клетки (сенолитики) из ткани эндометрия и при этом будут безопасными для здоровых клеток женской репродуктивной системы.

Амёбы – это одноклеточные организмы микроскопического размера (от 20 до 700 мкм).  Эти организмы населяют практически все возможные места обитания – воду, почву, поверхности деревьев, камней и других субстратов. Некоторые виды амёб обитают в кишечнике человека и животных. Есть амёбы, являющиеся опасными патогенами – такие как дизентерийная амёба или некоторые виды акантамёб, вызывающие  редкое, но опасное заболевание – амёбный энцефалит.

 “Несмотря на то, что учеными описано большое количество видов амёб, в изучении этих микроорганизмов много “белых пятен”, и практически каждый год появляется какая-то новая информация. Наша группа занимается изучением разнообразия лобозных амёб, и в ходе этих исследований мы нашли новый вид, который назвали Thecamoeba vumurta”, — рассказывает младший научный сотрудник лаборатории цитологии одноклеточных организмов ИНЦ РАН, младший научный сотрудник кафедры зоологии беспозвоночных СПбГУ Елисей Мезенцев.

Thecamoeba vumurta была найдена исследователями в пробе, собранной в пруду Ижевска. Сперва, ученые изучили общую морфологию (основные признаки), используя световой микроскоп; а также ультраструктуру (более подробное строение отдельных компонентов клетки) этого организма. Оказалось, что найденные амёбы очень похожи на давно описанный вид Thecamoeba striata, культуры которого были утеряны из международных коллекций.

Неотъемлемой частью работы по изучению современного разнообразия, является получение и сравнение последовательностей отдельных генов, чтобы понять, насколько близкими родственниками являются организмы. Для секвенирования генов требуется получить образец ДНК амёб. Для этого ученым пришлось заставить текамёб “голодать”, чтобы пища, которую они потребляют, полностью переварилась. В противном случае можно было получить смесь ДНК амёбы и пищевых объектов. Затем ученые провели полногеномную амплификацию ДНК, выделенной из нескольких “голодных” амёб, а также ПЦР и секвенирование гена малой субъединицы рРНК.

Полученная последовательность сильно отличается от всех известных последовательностей текамёб. В это же время в архивных данных, был обнаружен фрагмент последовательности утерянного вида T. striata. При сравнении собранных данных выяснилось, что T. vumurta генетически близка к T. striata. Однако, гены содержат различия, достаточно существенные для того, чтобы признать ее новым для науки видом.

“Результаты нашего исследования имеют важное значение для представлений о разнообразии амёб. В науке существует такое понятие – «виды-двойники». Это – виды, которые внешне очень похожи друг на друга, но имеют достоверные генетические отличия. Именно с таким случаем мы сейчас и столкнулись. И это означает, что существует целая группа видов текамёб, которых раньше исследователи могли принимать за один. Соответственно, надо критически относиться ко всей информации о случаях их обнаружения, распространении, особенностях экологии и биологии, так как собранные знания могли касаться разных видов амёб, схожих между собой. Эти знания необходимы и для дальнейших более конкретных исследований. Например, сейчас активно развивается направление, связанное с изучением роли амёб как переносчиков различных болезнетворных бактерии, которые в том числе могут быть опасны для человека. Поэтому нужно понимать, какие виды могут быть переносчиками этих бактерий, как амёбы родственно связаны между собой, и как их правильно идентифицировать и определять при практических исследованиях разнообразия,” — поясняет Елисей Мезенцев.

Научная работа проводится по грантам РНФ (№ 20-14-00195) и РФФИ (№ 19-34-90155) Кроме того, проект ученых по исследованию амёб проходит в рамках мероприятий, посвященных Году зоологии, который в 2022 году был объявлен в СПбГУ.

Коллаген является одним из основных белков внеклеточного матрикса, который широко используется при создания скаффолдов, выступающих носителями различных типов клеток. На их основе создаются продукты для клеточной трансплантации в целях  восстановления поврежденных органов и тканей .

При этом ученые для изготовления клеточных продуктов используют скаффолды на основе материалов природного происхождения ( в частности, коллаген содержатся в коже, костях, хрящах и проч.). Однако, в процессе жизнедеятельности организма, коллаген претерпевает различные химические и структурные изменения под воздействием внешних факторов, в том числе, под влиянием свободных радикалов. Такие структурные изменения в белке влияют на активность клеток и, как следствие, действенность клеточных продуктов.

“Для получения коллагеновых волокон (фибрилл), свойства которых были бы максимально схожи с коллагеновыми фибриллами в организме человека, мы обрабатывали их раствором перекиси водорода (H2O2). Выяснилось, что такая обработка приводит к структурным и функциональным изменениям в коллагеновых скаффолдах, повышается активность клеток в процессе трансплантации, тем самым возможно возрастет регенеративный потенциал самих клеток”, – рассказывает  старший научный сотрудник, руководитель группы тканевой инженерии ИНЦ РАН Юлия Нащекина.

В начале исследования ученые сформировали необходимый скаффолд. Для этого был получен коллаген, который выделяли из сухожилий крысиных хвостов. Коллагеновые фибриллы в течение получаса обрабатывали в растворе перекиси водорода, которая послужила источником свободных радикалов. После этого для получения клеточного продукта в скаффолды интегрировались клетки из коллекций ИНЦ РАН.

Затем ученые провели ряд сравнительных экспериментов коллагеновых скаффолдов – обычного (интактного) и обработанного перекисью водорода. У последних после воздействия свободных радикалов увеличилась активность клеток и скорость их деления (полиферация), от которых зависит восстановление тканей под действием клеточных продуктов.

 “Улучшенные коллагеновые структуры продемонстрировали более высокую эффективность по сравнению с обычными коллагеновыми фибриллами. Поэтому такой субстрат является перспективной основой для трансплантации клеток в различные ткани организма, которые нуждаются в регенерации: кости, кожа, кровеносные сосуды, хрящи и другие. Сегодня мы производим такие скаффолды в Центре клеточных технологий ИНЦ РАН и готовы к сотрудничеству в вопросах внедрения разработки с компаниями-разработчиками клеточных продуктов”, – добавляет Юлия Нащекина.

В проекте приняли участие ученые ИНЦ РАН и Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (№ 21–74-20120) и проводились на базе существующей научной инфраструктуры мирового уровня – использовалось оборудование объекта инфраструктуры “Центр клеточных технологий ИНЦ РАН”.

Рак молочной железы является самым распространенным в мире онкологическим заболеванием среди женщин: по сведениям ВОЗ, ежегодно регистрируются от 800 тыс. до 1 млн новых случаев заболевания. . По числу смертей от рака у женщин эта разновидность занимает второе место.

Сегодня существует большое количество подходов для лечения рака молочной железы, от хирургического вмешательства (удаления раковой ткани), до химиотерапии (использование фармакологических препаратов, например, доксорубицина). В последнем случае, раковые клетки нередко проявляют резистентность (т.е. нечувствительность) к лекарствам, что делает химиотерапию практически бесполезной и даже вредной. Поэтому ученые активно изучают причины проявления резистентности клеток к препаратам.

“В своей работе мы исследовали белок Zeb1 – это известный транскрипционный фактор, который способствует образованию метастазов, а также устойчивости клеток рака молочной железы к системам противоопухолевой защиты организма человека. Мы попытались понять какую роль этот белок играет в формировании резистентности опухолей к химиотерапии”, – рассказывает старший научный сотрудник лаборатории регуляции экспрессии генов ИНЦ РАН Ольга Федорова.

Ученые работали с двумя линиями опухолевых клеток молочной железы человека. У клеток первой линии ученые повысили синтез белка Zeb1 в клетках, а у второй наоборот – подавили. После этого клетки обрабатывали доксорубицином. Затем с помощью нескольких методов (в частности, с помощью метода ДНК-секвенирования) исследователи изучили молекулярные механизмы того, как экспрессия белка Zeb1 повлияла на процессы чувствительности к химиотерапии в раковых клетках.

Оказалось что, когда количество Zeb1 было повышено, то в опухолевых клетках активировались гены, запускающие аутофагию – это естественный, регулируемый механизм клетки, который разбирает ненужные или дисфункциональные клеточные компоненты. Однако в данном случае оказалось, что аутофагия приводила к повышению нечувствительности раковых клеток к доксорубицину.

Чтобы продемонстрировать зависимость резистентности от активности Zeb1 ученые ИНЦ РАН провели и обратный опыт: во второй линии опухолевых клеток синтез белка был подавлен. Это привело к подавлению процесса аутофагии и, как следствие к повышению чувствительности клеток к доксорубицину.

“Наше исследование показало, что мы можем использовать Zeb1 как важный молекулярный маркер эффективности химиотерапии. То есть если его синтез повышен, то это вызовет резистентность к фармпрепаратам и наоборот. Кроме того, в дальнейшем, вместе с доксорубицином можно использовать соединения, которые подавляют аутофагию, а такие вещества медицине хорошо известны. Это позволит повысить эффективность и вероятность успешного проведения химиотерапии ”, – поясняет Ольга Федорова.

В исследовании приняли участие ученые ИНЦ РАН, НМИЦ им. В. А. Алмазова, Московского физико-технического института и Университета Назарбаева. Проект поддержан грантом Российского научного фонда (19–45-02011).

Болезнь Хантингтона является тяжелым нейродегенеративным заболеванием, поражающим головной мозг, поэтому ее лечение, наряду с терапией других нейродегенеративных заболеваний, в том числе, таких распространенных, как болезнь Альцгеймера, является одной из наиболее острых и социально значимых проблем для современной медицины. Среди симптомов выделяются нарушения координации, речи, памяти и когнитивных способностей. Ученые всего мира ведут разработки различных лекарств для терапии болезни Хантингтона. Однако пока прошедшего все необходимые медицинские испытания препарата для полного излечения этого недуга не существует.

Причиной болезни Хантингтона является мутация гена, который кодирует белок хангтинтин. В этом случае увеличивается количество глутамин-кодирующих участков гена (CAG): при норме таких участков менее 35, а при более 40 – проявляется болезнь Хантингтона.  Кроме того, хантингтин значительно повышает поступление кальция в клетку через особые депо-управляемые каналы (поры, которые избирательно пропускают в клетку ионы кальция), а также увеличивает количество белковых сенсоров STIM2, являющиеся известными активаторами этих каналов.

“Мы обнаружили, что препарат EVP4593, ранее уже известный ученым, снижает количество мутантного хантингтина, уровень которого повышен в больных клетках. Кроме того, действие EVP4593 приводит к уменьшению количества STIM2 и, как следствие, ограничивается патологическое поступление ионов кальция в клетки, которое сопровождает болезнь Хантингтона”, – рассказывает старший научный сотрудник лаборатории ионных каналов клеточных мембран ИНЦ РАН Владимир Вигонт.

Для проведения исследования были использованы клеточные модели, полученные коллегами из ФНКЦ Физико-химической медицины ФМБА (Москва, РФ) путем генетического репрограммирования клеток пациентов в нейроны, которые являются наиболее подверженными дегенерации при болезни Хантингтона.

Учеными было установлено, что в больных клетках белковых сенсоров STIM2 практически в два раза больше, чем в здоровых. Этим объясняется патологическое повышение концентрации кальция в клетках с болезнью Хантингтона. Затем исследователи провели ряд экспериментов по воздействию EVP4593 на больные клетки. Оказалось, что, помимо уже известной способности EVP4593 мгновенно снижать вход кальция в клетку через депо-управляемые каналы, он также обладает отложенным действием, производя в течение нескольких дней два важных нейропротекторных эффекта. Во-первых, уменьшилось количество белковых сенсоров STIM2, которые отвечают за попадание кальция в клетку. А во-вторых, оказалось, что EVP4593 способен также снижать количество мутантного хантингтина в клетках, уменьшая, тем самым, его токсическое воздействие.

“Наши результаты показывают, что соединение EVP4593 обладает значительным нейропротекторным эффектом. В перспективе он может использоваться при создании лекарств от болезни Хантингтона, однако для этого требуется много лет исследований и испытаний. Кроме того, исследование подтверждает, что болезни Хантингтона подвержены нейроны, в которых зафиксировано нарушение регуляции кальция. Основным источником этого нарушения является неправильная работа сенсора кальция STIM2, что делает его перспективной мишенью для поиска новых лекарств против нейродегенеративных заболеваний”, – добавляет Владимир Вигонт.

Сейчас исследования продолжаются. Ученые планируют определить молекулярный механизм действия EVP459, то есть какое именно вещество служит “мишенью” для действия препарата. В исследовании принимали участие исследователи из ИНЦ РАН, Федерального научно-клинического центра физико-химической медицины ФМБА и Научного центра неврологии (Москва, РФ).

Кислород является необходимым условием для поддержания жизни человека и многих других организмов. Однако активные кислород-содержащие соединения, например, перекись (Н2О2), могут повреждать живые клетки. Превышение уровня Н2О2 над физиологически комфортным порогом называется окислительным стрессом, он может вызывать или усугублять многие тяжелые заболевания, такие как атеросклероз, инфекционные заболевания, нейродегенерации, диабет. Кроме того, окислительный стресс развивается под действием радиации и является важной составляющей её негативного влияния на организм человека.

Изучение процессов, в которых участвуют Н2О2 в клетках, ранее было затруднено отсутствием надежных методов её определения, ведь время жизни этих высоко—активных молекул и их содержание в клетке крайне малы. В 2006 году ученые Института биоорганической химии РАН разработали генетически кодируемый биосенсор HyPer, который способен детектировать молекулы Н2О2 благодаря способности изменять свои флуоресцентные свойства при окислении перекисью. Генетические технологии позволяют вводить ген биосенсора в клеточный геном, после чего с помощью лазера можно детектировать флуоресцентный сигнал HyPer и отслеживать внутриклеточный уровень Н2О2 в живых клетках. Чем ярче свечение – тем больше молекул Н2О2 находится в клетке.

«Мы предложили использовать данный сенсор не только как средство  визуализации перекиси водорода в живых клетках, но и как точный аналитический инструмент. С помощью нашего метода можно сказать, сколько молекул Н2О2  содержится в клетках в данный момент. Ранее в своих работах мы доказали принципиальную возможность проведения подобных измерений. В текущем исследовании наш подход был усовершенствован и использован для оценки активности системы антиоксидантной защиты в клетках человека разных фенотипов при различных окислительных нагрузках», – рассказывает руководитель лаборатории внутриклеточной сигнализации ИНЦ РАН Ольга Люблинская.

В исследовании были использованы несколько линий нормальных клеток человека и две клеточных линии опухолей, в которые вводили ген биосенсора HyPer и подвергали воздействию перекиси водорода в различных концентрациях.

Ответ клеток на окислительный стресс, вызванный Н2О2, оценивался с помощью проточного цитометра – прибора, который при помощи световых откликов клеток позволяет наблюдать за окислением молекул биосенсора в каждой конкретной клетке. С помощью данного оборудования в режиме реального времени отслеживалась кинетика окисления сенсора при индукции стресса. Последующая математическая обработка экспериментальных данных позволила исследователям определить установившуюся в условиях стресса внутриклеточную концентрацию перекиси и градиент Н2О2 (разница между количеством перекиси внутри и снаружи клетки) — этот показатель позволяет оценить уровень антиоксидантной защиты клеток, их способность справляться с избыточным количеством Н2О2.

«Благодаря нашему подходу мы обнаружили, что в опухолевых клетках защита от Н2О2 значительно менее эффективна, чем в нормальных клетках, а в плюрипотентных стволовых клетках человека наоборот – эта система наиболее активна. И мы предполагаем, что метод, разработанный в этом исследовании, может быть применен для дальнейшего углубленного изучения активности  окислительно-восстановительных систем в клетках человека. Очень важно правильно понимать, как работают эти внутриклеточные молекулярные машины. Ведь повышенный уровень окислителей, возникающий в организме из-за сбоев этих систем, может быть эффектом, сопровождающим или осложняющим различные патологии, например, аллергические реакции или аутоиммунные заболевания», – поясняет Ольга Люблинская.

В научный коллектив вошли специалисты из ИНЦ РАН, а также студенты Санкт-Петербургского государственного университета и Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда и проводились на базе существующей научной инфраструктуры мирового уровня – использовалось оборудование объекта инфраструктуры “Центр клеточных технологий ИНЦ РАН”. Часть клеточных линий для экспериментов были предоставлены центром коллективного пользования «Коллекция культур клеток позвоночных», расположенным в ИНЦ РАН.

— Нина, расскажите, как проходил Science Slam? В чем особенность этого формата? 

— Это научно-популярное мероприятие, в котором мне нужно было за 10 минут рассказать об исследованиях, которые я провожу в Институте цитологии РАН, причем изложить все надо было языком, понятным неподготовленному слушателю. Всего выступало пять ученых, каждый рассказал о своей научной сфере. Затем мы должны были ответить на вопросы. В этом году из-за пандемии в студии записывали только участников без зрителей. Но мы ответили на их вопросы в дистанционном формате.
  Выступления других участников были посвящены исследованиям о новых материалах для солнечной энергетики, о математических моделях для прогнозирования эпидемий, о влиянии городской среды на развитие ожирения у горожан, а также о том, как секвойи, самые высокие деревья, адаптируются к климатическим изменениям.

 После всех выступлений зрители выбирали лучшего участника с помощью онлайн-голосования. Неожиданно мое выступление признали лучшим. Я получила символический приз – синие боксерские перчатки.

 — Чему было посвящено ваше выступление?

— Я занимаюсь изучением нейродегенеративных заболеваний человека. К ним относятся, например, болезни Альцгеймера и Паркинсона. Моя работа связана с исследованием болезни Хантингтона. Это опасное заболевание, поражающее головной мозг. Среди симптомов — нарушения координации, речи, памяти, когнитивных способностей. Ученые всего мира ведут разработки различных лекарств для терапии болезни Хантингтона. Однако пока препарата для полного излечения этого недуга не существует.

 — Почему вас пригласили принять участие в Science Slam?

— Меня, как и других участников, позвали, потому что у нас был опыт научной работы или стажировки в США по исследовательской тематике.

 — А как вы попали на эту стажировку?

— Чтобы понять, как протекает любое заболевание, необходимо уметь моделировать его с большой точностью. А с болезнью Хантингтона это очень сложно, ведь к пациенту в голову не заберешься. Конечно, много исследований проводится на животных, но когда ученые пытаются перенести результаты своей работы с мышиной модели на человека, то чаще всего оказывается, что в этом случае препараты не могут эффективно работать. Поэтому для моих исследований были необходимы клетки нейронов человека, которые ученым предоставляют специальные биобанки для исследований.

 Во время учебы в Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого я приступила к разработке методики работы с клеточными моделями. В начале 2020 года у меня появилась возможность по специальной стипендии отправиться на стажировку в научный центр в США, где проводились исследования нейродегенеративных заболеваний. Я подала заявку на стипендию, получила одобрение и в начале 2020 года улетела на восемь месяцев на стажировку.

 — Кто в США занимается такими исследованиями?

— Я проходила стажировку в Юго-Западном медицинском центре штата Техас (г. Даллас), в лаборатории научного руководителя моей диссертационной работы Ильи Борисовича Безпрозванного. Он из Санкт-Петербурга, свою кандидатскую подготовил в нашем Институте цитологии РАН. Сейчас он руководит лабораторией в петербургском Политехе и лабораторией в Медцентре Далласа.

 К сожалению, не все запланированное в США мне удалось: работа в лаборатории Ильи Борисовича совпала с началом пандемии, поэтому многие планы пришлось отменить. Я успела отработать методику моделирования болезни на основе транс-дифференцировки,  однако поработать с клетками пациентов с нейродегенеративными заболеваниями не успела. Поскольку стажировка заканчивалась, и нужно было возвращаться в Россию: в планах было написание кандидатской диссертации на основе результатов моих исследований. Летом 2021 года я успешно защитилась в стенах Политехнического университета.

— Каковы ваши дальнейшие планы?

Сейчас я продолжаю свои исследования нейродегенеративных заболеваний и работаю в Центре клеточных технологий Института цитологии РАН. В Институте давно и успешно проводятся исследования молекулярных механизмов развития нейродегенеративных заболеваний и поиск возможных мишеней для их коррекции. Инфраструктура и опыт сотрудников стали главной причиной моего выбора Института для продолжения исследований.

Планирую развивать сотрудничество с коллегами как внутри Института цитологии РАН, так и из других научных организаций. Именно в результате такой коллаборации с нами поделились клетками от пациента с болезнью Хантингтона. Моя методика позволяет сравнивать нейроны здоровых людей и больных, с сохранением «возраста», чтобы понять причины, которые лежат в основе заболевания. А в дальнейшем на этой системе можно проводить испытания лекарственных препаратов. Цель моей работы – получение нейронов из клеток человека путем прямого репрограммирования. Вместе с тем существует и успешно используется подход к получению нейронов из индуцированных плюрипотентных клеток. У каждой методики есть свои ограничения, плюсы и минусы. У исследователей будет возможность выбора между разными моделями. Это очень важно при разработке новых лекарственных препаратов.

Еще один научный проект, в котором я участвую, касается развития инструментов для проведения научных исследований. Сегодня России просто необходим свой большой биобанк клеточных линий для исследований по самым различным тематикам, в частности, для разработки терапий и лекарств от неизлечимых заболеваний.

Такой большой биобанк мы сейчас организуем в Институте цитологии РАН: в прошлом году наш Институт выиграл грант на создание национальной коллекции типовых клеточных культур, на образцах которой исследователи со всей России смогут проводить свои исследования, учиться работать с клетками и прочее.

В частности, мы планируем создать банк нейронов, полученных методом прямой дифференцировки из тканей больных нейродегенеративными заболеваниями, на которых можно будет проводить испытание лекарств, например, для лечения болезни Хантингтона. Это очень важный этап между доклиническими испытаниями на животных и клиническими испытаниями  на пациентах, который станет легко доступным для отечественных разработчиков медицинских препаратов.

Справка:

Science Slam Explore USA организован информационным центром Education USA Russia и петербургской медиакомпанией «Бумага». Мероприятие проходит в Москве 10 февраля. В ходе мероприятия ученые из России должны интересно и понятно рассказать о своих исследованиях всего за десять минут. У каждого из спикеров есть опыт учебы или стажировки в США, которым они готовы поделиться со зрителем. Во время Science Slam ученым можно задать вопросы и выбрать лучшего.каждого.