Vybíráme pro vás zajímavé vědecké publikace z biologie a medicíny, které by vás neměly minout, ani pokud se sami věnujete úplně jinému oboru. Přestože se soustředíme na práce z prestižních časopisů, kritériem není počet citací nebo přečtení. Jedná se spíše o subjektivní výběr jednotlivých redaktorů – odborníků v daných oborech. Zde je třetí letošní výběr Venduly Lužné.
Studium mamutího genomu pod vlivem pokročilých metod
Osvěžující potenciál v parných letních dnech měly dvě publikace z červencového čísla časopisu Cell. Ty se týkaly studia mamutího genomu.
V první publikaci se výzkumná skupina, vedená vědci ze Švédska, zaměřila na studium 21 mamutích genomů z archeologických nálezů v oblasti Sibiře s cílem zjistit, zda a jak se vyvíjel mamutí genom před vyhynutím těchto obrů. Cca před 10 000 lety byla pravděpodobně malá skupina mamutů geograficky izolovaná na Wrangelově ostrově (ležícím v Severním ledovém oceánu asi 140 km od severovýchodního pobřeží Ruska), přežila zde po cca 200 generací, aby před zhruba 4 000 lety vyhynula. Výsledky studie jsou důležité v kontextu konzervační biologie, která se snaží pomoci zachránit ohrožené druhy s malým počtem jedinců.
V malých populacích totiž hrozí kumulace mutací, které vedou ke snížení odolnosti daného druhu a schopnosti přizpůsobit se novým výzvám v důsledku omezeného evolučního potenciálu. V současné době jsme při studiu ohrožených druhů odkázáni jen na několik málo generací. Kosterní nálezy mamutů pokrývající posledních zhruba 50 000 let jejich existence, zahrnující dobu před a po izolaci na ostrově, tak nabízejí unikátní možnost sledovat vliv malé oddělené populace na přežití druhu.
Výsledky ukazují, že přestože se u izolované populace objevil tzv. efekt hrdla lahve – snížila se genetická variabilita a upevnily se některé škodlivé mutace – populace se z toho rychle vzpamatovala. Neukazuje se tak předpokládaná rychlá akumulace vysoce škodlivých mutací, spíše její pozvolný nárůst trvající mnoho generací. Dlouhodobý vliv počátečního malého počtu jedinců byl zaznamenán u genů souvisejících s imunitou a naznačuje, že ostrovní populace byla po celou dobu své existence náchylnější k nemocem.
K uvěznění na Wrangelově ostrově došlo z důvodu zvýšení hladiny moří při končící době ledové a zbytek mamutí populace v jiných částech světa vyhynul dříve, než sledovaná ostrovní populace. Důvody zániku této populace se však vědcům nepodařilo z dat vyčíst. Nicméně předpokládají, že za ním nebyla nízká genetická variabilita, tak jak se dlouhou dobu předpokládalo, ale že vyhynutí muselo přijít náhle a z jiných, pravděpodobně vnějších příčin. Autoři zmiňují, že jejich analýza má nedostatky, například nelze zjistit epigenetický vliv sledovaných mutací a také chybí vzorek z posledních deseti generací mamutí populace. Nelze tak vyloučit, že k nějakému efektu na úrovni genomu, který vedl k zániku těchto zvířat, došlo.
Na nedostatky v genetické analýze může najít odpověď druhá studie, v níž autoři dokládají zachovanou architekturu genomu v jádře buňky z mamutí kůže staré 52 000 let. Nález byl taktéž z oblasti Sibiře. S přibývajícími poznatky o struktuře genomu se ukazuje, že poloha jednotlivých částí DNA v rámci buněčného jádra je klíčová pro výslednou regulaci genů. Na to, jak budou některé geny přepisovány do výsledných proteinů, mají často vliv oblasti na DNA, které leží od daného genu poměrně daleko a jejich interakce s cílovým genem je zajištěna právě tím, jak je DNA v jádře poskládaná. I vzdálené oblasti na lineární DNA se díky tomu dostanou blízko sebe a mohou na sebe mít vliv.
Mapování architektury DNA v jádře u současných vzorků se již používá, ale výzkumníkům se ji nyní poprvé podařilo modifikovat pro použití u archeologických vzorků, které často trpí značnou mírou poškození. U těchto vzorků jsou často rádi, že získají vůbec nějakou informaci o genomu.
Vědci zde měli velké štěstí, jelikož se podařilo strukturu jádra zakonzervovat díky tomu, že mrtvola mamuta v prostředí Sibiře pravděpodobně rychle zmrzla a v buňkách nastal efekt tzv. glass-transtition, do češtiny překládaný jako skelný přechod. Jedná se o situaci, kdy dochází k přeměně skla na kapalinu a dá se vztáhnout na situace, kdy se pevná a křehká látka mění ve viskózní či pružnou.
Studie odhalila například to, že kůže mamuta je nejvíce příbuzná kůži slona indického a že buňky a jejich DNA ve sloní kůži jsou nejvíce podobné právě kůži mamutí v porovnání s jinými částmi sloního organismu.
Studie tak umožňuje sledovat evoluci nejen na úrovni pořadí písmen DNA, ale také v jejich expresi, což nám dává fascinující možnost vidět kroky evoluce ve více vrstvách dědičné informace a otevírá obrovské možnosti do budoucna.
Překvapivá rozmanitost rostlin v suchých oblastech světa
A u evoluce ještě zůstaneme. Studie mezinárodního konsorcia téměř stovky vědců, otištěná v srpnu v časopisu Nature, nabízí naději ve stínu klimatické změny. Vědci zkoumali, jak se rostliny vyrovnávají s měnícími se klimatickými podmínkami v suchých oblastech. Ve své studii sledovali celkem 20 chemických a morfologických znaků u 301 druhů rostlin v suchých oblastech šesti kontinentů, a došli k závěru, že právě tyto lokality vedou k nevídanému navýšení diverzity sledovaných znaků u jednotlivých rostlin. Zdá se tak, že častý předpoklad, že globální změnou je ohrožena diverzita rostlin, nemusí být pravdivý.
Dosud se totiž suchá území, například pouště nebo savany, v souvislosti s diverzitou flóry moc nesledovaly a to přesto, že v současnosti tato území pokrývají cca 45 % pevniny a obývají je více než dvě miliardy lidí. Suché území se definuje jako takové, kde je hodnota sucha kolem 0,7 % (počítáno jako roční úhrn srážek/výparu ). Výzkumníci studovali oblasti, kde se roční úhrn srážek pohyboval mezi 29–891 mm, a to například v Kanadě, Maďarsku, Mongolsku, Namibii, Palestině nebo Brazílii. Ukázalo se, že pokud zmíněná hodnota sucha klesne pod 0,7 %, hrozí pokles v druhovém zastoupení rostlin a přeměna území v poušť. Přesto se dosud nevědělo, jak na takové změny klimatu reagují jednotlivé rostlinné organismy.
Studie ukázala, že se rostliny dokáží poměrně pružně změnou zastoupení a distribuce svých chemických látek (např. uhlíku, hořčíku nebo zinku) přizpůsobit měnícím se vnějším podmínkám. Navíc se ukázalo, že právě při oné hodnotě 0,7 % začne diverzita chemických prvků v těle rostlin stoupat.
Autoři spekulují, že za větším množstvím variabilních chemických znaků rostlin stojí jejich menší hustota na daném území a tím i nižší vzájemná interakce a sdílení látek. V suchých oblastech je tak každá rostlina sama za sebe a musí si zajistit potřebnou výbavu k přežití. Výsledky tak ukazují, že na první pohled na rostliny chudé oblasti skýtají skrytou zásobárnu evoluční variability a může být pozitivním příslibem do budoucna, kdy se takové oblasti rozšíří na větší část zeměkoule. Rostliny si poradí!
Souvislost mezi hladomorem a cukrovkou
Studii zaměřenou na rozvoj cukrovky 2. typu v dospělosti v důsledku nedostatku potravy v průběhu vývoje publikoval v srpnu časopis Science. Výzkumníci se zaměřili na ukrajinský hladomor, cílené uměle vyvolané vyhladovění Ukrajiny spáchané vedením Sovětského svazu v letech 1932–1933, a jehož výsledkem byly nejméně 4 miliony mrtvých.
Již dříve byla spojována nedostatečná výživa matek s následky v podobě metabolických onemocnění u jejich potomků. Zvýšený výskyt cukrovky 2. typu byl například popsán u osob, které zažily hladomor v Číně v letech 1956–1961 nebo v Nizozemí v letech 1944–1945. Nicméně ukrajinský hladomor je unikátní svým poměrně krátkým trváním a zároveň počtem obětí a také odlišnou intenzitou v různých částech Ukrajiny.
Studie porovnávala jedince narozené mezi lety 1930–1938 (více než 10 mil. osob), z důvodů srovnání v období před hladomorem, během něj a po něm, a porovnávala je se záznamy z registru pacientů trpících cukrovkou v letech 2000–2008.
Největší efekt byl pozorován u jedinců, jejichž matky byly vystaveny hladomoru v průběhu první poloviny těhotenství. U nich byl pozorován průměrně dvojnásobný nárůst výskytu cukrovky 2. typu v dospělosti (výsledky se lišily podle regionu a jeho míry zasažení hladomorem (od 1,48 po 2,14násobek výskytu oproti osobám narozených před hladomorem).
Hladomor měl také předpokládaný vliv na počet porodů, zatímco v oblastech, kde hladomor zasáhl nejintenzivněji (např. Kyjevská nebo Poltavská oblast), byl počet porodů na 22 % oproti období před hladomorem, v oblastech, kde byla intenzita hladomoru nižší (např. Doněcká a Luhanská oblast), došlo ke snížení porodnosti na 46 %.
Zajímavé bylo, že vliv na výskyt cukrovky 2. typu nemělo vystavení hladomoru v pozdějších fázích těhotenství či v prvních letech života. Výsledky naopak byly shodné jak pro muže, tak pro ženy.
Publikace tak ukazuje, že nedostatek výživy v průběhu těhotenství má fatální dopady na schopnost zpracování cukrů (pravděpodobně spojená s epigenetickým ovlivněním genů zodpovědných za rozvoj metabolických onemocnění) u potomků a znovu se také potvrzuje klíčová role prvního trimestru těhotenství na náš následný vývoj.
Jak se vyvíjela a bude vyvíjet bakteriální rezistence napříč zeměkoulí?
Konsorcium stovek vědců zabývajících se antibiotickou rezistencí v programu Global Burden of Disease, který si klade za cíl mapovat celosvětově příčiny úmrtí ve snaze zlepšit zdravotní systém, vydalo podrobnou studii zabývající se výskytem antibiotické rezistence napříč zeměkoulí. Ta má ročně za následek miliony lidských životů a vědci se snažili pomocí studia dat o důvodech úmrtí, dat z vědeckých publikací, nemocnic nebo užívání antibiotik v jednotlivých zemích zjistit, jak se tato hrozba vyvíjela za posledních 30 let a na základě dat a statistiky odhadnout, jak se bude vyvíjet v budoucnu.
Podle výzkumníků zemřelo v roce 2021 přímo na následky antibiotické rezistence nebo komplikace s ní spojené 4,7 milionu lidí. Data se výrazně liší podle věku a bydliště obětí a také v čase. Mezi lety 1990 a 2021 tak o 50 % klesl počet úmrtí na antibiotickou rezistenci u dětí do pěti let. Naopak stoupl o 80 % u lidí nad 70 let. Nejvyšší nárůst zodpovědnosti za úmrtí byl zaznamenám u bakterie Staphylococcus aureus (zlatého stafylokoka), kterému bylo v roce 2021 přisuzováno téměř 700 000 úmrtí, což je o více než polovinu více než v roce 1990.
Za posledních 30 let nejvíce stoupla rezistence u antibiotik ze skupiny karbapenemů (například Meropenem nebo Imepenem), širokospektrálních antibiotik proti gram-negativním bakteriím. Nejvíce ohroženými regiony jsou jihovýchodní, jižní a východní Asie, Oceánie a Subsaharská Afrika. Naopak nejméně zasažené regiony antibiotickou rezistencí jsou střední a východní Evropa, Latinská Amerika a severní Afrika.
Výhled na rok 2050 předpokládá, že počet úmrtí spojených s antibiotickou rezistencí překročí celosvětově 10 milionů. Největší hrozbou bude pro jižní Asii, Latinskou Ameriku a Karibik, a to nejčastěji u populace starší 70 let. Naději autoři studie spatřují v nalezení účinné léčby proti gram-negativním bakteriím a lepší dostupnosti lékařské péče a léků v chudých regionech.
Česká republika měla v roce 1990 mezi 12–15 úmrtími způsobenými antibiotickou rezistencí na 100 000 obyvatel, v roce 2012 to bylo 9–12 a předpoklad na rok 2015 počítal s 15–18 zemřelými na 100 000 obyvatel. Obecně jsme tak v lepší polovině. Detailní data podle jednotlivých států a věku lze najít ve studii publikované v září v prestižním časopisu The Lancet.
Citlivost dívek k sociální izolaci
Jak lockdowny během pandemie covid-19 ovlivnily vývoj mozku dospívajících, studovali vědci z americké Washington University. Těm do jejich výzkumu, ve kterém sledovali vývojové změny ve struktuře šedé kůry mozkové, přišla pandemie covidu, která sice zhatila původní plány na sledování přirozeného dospívání, nicméně nabídla unikátní možnost sledovat vliv sociální izolace na mozek mladistvých během lockdownů.
Výzkumníci se ve své studii, otištěné v září v časopisu PNAS, zaměřili na skupinu dospívajících ve věku od 9 do 17 let, které podrobili magnetické rezonanci v roce 2018 a následně v roce 2021. Na vzorku 130 adolescentů výzkumníci pozorovali odchylky od přirozeného vývoje mozku a zároveň mnohem větší dopady izolace na mozek dívek.
Změny, které vědci pozorovali, se týkaly zmenšování šedé kůry mozkové, což je typický znak pozorovaný při dospívání a stárnutí. Nicméně během pandemie došlo ke zrychlení tohoto ztenčování. U dívek a mladých žen došlo ve většině mozkových struktur ke zrychlení stárnutí o 4,2 roku oproti normálnímu vývoji, zatímco u chlapců byl dopad na tloušťku šedé kůry mozkové menší: došlo k signifikantnímu ztenčení jen v několika mozkových oblastech a celkové stárnutí se u nich zrychlilo v průměru o 1,4 roku. Zrychlený vývoj mozku u dětí a mladistvých byl již dříve spojován například se vznikem traumatu, zneužíváním či zanedbáváním ze strany rodičů a je pravděpodobně důsledkem silného stresu.
Jaké následky bude tahle předčasná mozková dospělost mít, je zatím ve hvězdách. Nicméně větší dopady na ženy v souvislosti s pandemií ukázaly také dřívější studie zaměřené na psychické zdraví, z jejichž výsledků vyplynulo, že dívky izolaci spojenou s lockdowny snášely hůře a byly u nich pozorovány častější psychiatrické problémy jako úzkosti nebo deprese. Autoři spekulují, že za vznikem psychických onemocnění může stát právě zrychlené ztenčování šedé kůry a že pro dívky je v jejich zdravém dospívání důležitější interakce s vrstevníky.
Výzkum tak nejenom poukazuje na roli sociálních kontaktů pro dospívající organismus, ale také na často opomíjené rozdíly mezi mužským a ženským organismem. To jen dokládá, že je nutné se ve studiích zaměřit na pohlaví studovaného organismu.
Autor: Vendula Lužná (VědaVýzkum.cz)
Zdroje: Cell (1, 2), Nature, Science, Lancet, PNAS
Chtěli byste psát podobné přehledy zajímavostí ze svého oboru? Napište nám email na adresu redakce@vedavyzkum.cz
- Autor článku: ne
- Zdroj: VědaVýzkum.cz
