Научни новини: Хипоалергенни котки, чревен микробиом, хитри видри и ванилия за разкош

Хипоалергенни котки

Основна задача на имунната ни система е да ни предпазва от неприятели. Но понякога тя действа прекалено агресивно и се активира при попадането на дори безвредни за нас частици и субстанции в организма ни. Тези алергични реакции се изразяват с различни по сила и вид симптоми, някои от които животозастрашаващи. В общия случай алергичните реакции се третират с медикаменти, които пациентът приема. С все по-интензивното прилагане на генни редакции с помощта на CRISPR възможностите за терапия предлагат и изместване от пациентите към самите източници на алергените, ако те са от растителен или животински произход.

Счита се, че около 10–15% от хората имат алергия към котки, която се проявява с различни симптоми – от възпаление на лигавиците до астма. Основният им алерген е Fel d 1 – протеин, който се отделя в слюнката и мастните жлези на животните. Въпреки че някои породи отделят по-малко от него (например бенгалските, ориенталските късокосмести, сибирските котки и др.), в повечето случаи те също успяват да провокират алергичен отговор и няма напълно хипоалергенни котки. Точната функция на протеина не е известна, но учените са открили сходство със защитен токсин, отделян от яванското дебело лори, и протеин при мишките, който участва в подбора на партньор.

През годините са правени редица опити за потискане на този ген. Първоначалната стратегия е използването на антитела, които котките приемат с храната. Резултатите от това са обещаващи, но такъв тип „хранителни добавки“ са скъпи и котките трябва да ги приемат постоянно. Преди две години екип описа възможността за нарушаване на синтеза на Fel d 1 с помощта на CRISPR в тъканна култура. Логичното продължение на това е създаването на първите генно редактирани хипоалергенни котки, описани в публикация от началото на 2024 г.

Използвайки CRISPR, учените първо са направили ембрионални клетки, в които е проведена редакцията, пречеща на котките да синтезират алергена. След това тези ембриони са имплантирани и от тях са получени две котета – мъжко и женско. Мъжкото (Heavy) е „мозаечно“ – носи два типа редакции в гена. Женското (Haemi) е хетерозиготно: единият алел на гена е редактиран, а другият – не. Въпреки че редакцията е непълна, и двете животни отделят по-малко количество от протеина в сравнение с нередактирана котка. При Heavy резултатът е по-слаб – седем дни след като котките са изкъпани, нивата са почти сходни с тези при нередактираната котка. Разликата в Haemi е осезаема, понеже спадът е почти осем пъти в слюнката ѝ и почти шест пъти по козината.

Но най-драстична е разликата в сина им, хомозиготния Alsik, в който спадът е над 98%. Според учените алергенът, който откриват по него, може да е пренесен от нередактираните котки, тъй като всички животни са отглеждани в обща стая, симулираща нормален дом. Именно поради това екипът обявява, че е създадена първата хипоалергенна котка. За допълнително потвърждение на това Alsik е клониран, като и неговият клонинг Alsik C проявява същите качества и според генетичен анализ е идентичен с „родителя“ си. Авторите отбелязват, че редактираните котки, както и клонингът са здрави и активни и към момента нямат видими симптоми.

Преди да бъдат предложени на пазара, ще трябва да се проведе и клинично изследване, при което да се проследи отговорът на алергични пациенти. Първоначалните резултати изглеждат изключително обещаващи и най-вероятно, ако не се появи скрит здравословен проблем, любителите на котки ще могат да се радват на модерните си четирикраки приятели. Засега не е ясно как подобни животни ще бъдат регулирани, но със сигурност интересът към тях ще бъде висок, тъй като котките са едни от най-популярните домашни любимци.

Здрав корем – здрава глава

Ние сме гостоприемници на множество микроскопични обитатели, въпреки че мисълта за това е малко смущаваща. Най-голям брой от тях живеят в храносмилателната ни система – чревният микробиом. Това са множество микроорганизми, които населяват червата ни и ни помагат да усвояваме по-пълноценно храната, която приемаме.

Влиянието на микробиома върху психичното здраве е известен феномен. Един от предполагаемите механизми е по линия на разнообразието на видове и баланса между тях. Изпитанията на ефекта от евентуален дисбаланс при хора са трудни и обикновено се използват животински модели. Един от подходите е съществуващата микрофлора да се премахне с помощта на широкоспектърни антибиотици, след което животните да бъдат захранени с определени микроорганизми.

Интересно изследване е прехвърлянето в плъхове на посевки от пациенти с клинична депресия и от хора без оплаквания. Седмица след трансплантацията гризачите от първата група започват да показват признаци на влошено психично здраве – анхедония и тревожност. Забелязани са промени и в нивата на триптофан – една от незаменимите аминокиселини, прекурсор на серотонина, т.нар. „хормон на щастието“. Нарушенията на този метаболитен път са свързани с различни психични разстройства, като клинична депресия, биполярно разстройство и шизофрения. Авторите отбелязват, че между човека и плъха не може да се направи пълен паралел, но все пак експериментът е показателен за влиянието на микрофлората върху психичното ни състояние.

Нова публикация показва, че освен върху настроението, чревният микробиом може да има ефект и върху поведението ни. В случая експериментът е проведен с доброволци от германски университет. След като участниците са разделени в две групи за установяване на базово ниво, те се включват като приемащи в „игра с ултиматум“. В нея има двама участници – предлагащ и приемащ. Предлагащият има възможност да избере как да раздели определена сума (в изследването са 10 евро) – например да задържи 7, а приемащият да получи остатъка от 3. Ако приемащият се съгласи, двамата получават съответната сума и играта приключва, но ако откаже, тогава и двамата не получават нищо.

В продължение на седем седмици след провеждане на този първи рунд двете групи получават или достъпен на пазара продукт, съдържащ пре- и пробиотик, или плацебо. Резултатът при повтаряне на играта е изненадващ – първата група е станала по-склонна да отхвърли предложение, което ощетява участниците.

Промени има и в нивата на тирозин – прекурсор на невротрансмитера допамин. Така се прави връзка между нивата на триптофан и тирозин. Предишни изследвания са показали, че съотношението между серотонин и допамин има влияние върху вземането на решения в социален аспект, включително и прилагането на алтруистично наказание, както в случая на отхвърлянето на предложението в играта с ултиматум.

Установяването на пълното значение на тези взаимовръзки най-вероятно ще отнеме дълго време, но вече е ясно, че освен чрез блуждаещия (вагусен) нерв към централната нервна система се предава информация и чрез химически сигнали, върху които чревната ни микрофлора има учудващо голям ефект.

Хитри видри

Използването на инструменти не е явление, което се среща само при хората. Освен при по-близките ни примати това се наблюдава и при други бозайници, както и при птици, главоноги и др. Понякога животните си служат с тях за подслон или игра, но в повечето случаи е за по-лесно набавяне на храна.

Морските видри имат богата диета, като едни от любимите им храни са морски охлюви и таралежи – вероятно защото при тях лесно се достига до меките части. Но с промяната на климатичните условия популациите на тези видове понякога спадат рязко и на видрите им се налага да се хранят и с друга плячка. Това обикновено са раци, различни видове миди и малки охлюви, чиято черупка е по-твърда и създава известен проблем, тъй като при отварянето им видрите могат да наранят зъбите си. Ако зъбите им се износят или счупят, се създава сериозна опасност за животните – не могат да се хранят и са застрашени от гладна смърт.

Използването на камъни като наковалня или чук за отваряне на черупки е добре известно при видрите. Те дори имат специални „джобове“ под мишниците си, в които пазят любимите си камъни, докато се придвижват или хранят, за да са свободни и двете им ръце. За да разберат повече за това поведение, екип от учени и доброволци проследява 196 радиомаркирани видри в Калифорния.

Оказва се, че женските видри по-често използват инструменти. Според изследователите причината е, че са по-малки и по-трудно се справят с по-твърдите черупки. Така те успяват да се хранят с до 35% повече твърда храна, отколкото мъжките в същата популация. Това им дава предимство, защото диетата им е по-разнообразна и могат да се хранят по-обилно – обикновено изяждат около 25% от теглото си дневно. Бонус за дамите е, че зъбите им са в по-добро състояние, отколкото на мъжките.

За съжаление, популацията на тези видри в Калифорния е застрашена и се състои от около 3000 индивида. Те играят важна роля в регулацията на видовия състав и контролират популацията на морските таралежи. Хубавото е, че обикновено майките учат малките си да използват инструменти, така че най-вероятно поведението им ще продължи да се разпространява. Учените се надяват това своеобразно технологично развитие да помогне на видрите да се справят с променящата се диета и да започнат да увеличават броя си.

С аромат на ванилия

Ванилията е един от най-популярните аромати и се използва изключително широко в кулинарията и парфюмерията. Зад това ухание се крие молекулата ванилин – органично вещество, което се среща най-често в орхидеята Vanilla planifolia.

Тъй като естественият добив на ванилин от растението покрива много малка част от необходимите количества, съединението от дълго време се произвежда от химическата индустрия. В началото на миналия век като основен подход се налага преработката на остатъци от производството на хартия. При превръщането на дървесината в целулозната маса, от която по-късно се прави хартията, се получава течност с високо съдържание на лигнин. С помощта на меден катализатор лигнинът може да се окисли до ванилин.

Процесът е популярен до 70-те години на миналия век, когато е заменен от пряк химичен синтез от гваякол – вещество, което се среща и в природата, но като суровина се произвежда от петрол. В прехода има известна ирония – употребата на медни катализатори налага скъпа последваща обработка на продукта и отпадъците от производството, така че преминаването към нефтени суровини в случая се приема за по-екологично.

Интересно е да се отбележи, че в Норвегия все още има производство по старата технология. Една от причините е в потенциално по-плътния аромат, който би могъл да има ванилинът в този случай, тъй като не може да се пречисти напълно и в него остават малки количества примеси. Другата е, че според производителя има потребители, които биха избрали техния продукт, защото не се използва петрол.

Потенциално решение за проблема с обработката на отпадъците е предложено в началото на миналата година – замяната на медния катализатор с електричество, което прави технологията много по-екологична. Допълнителна полза е употребата на отпаден продукт, който обикновено се изгаря като източник на енергия. За получаване на ванилин той се обработва с натриева основа и карбонат и се пропуска електричество, което катализира реакцията, като добивът достига до 6% от вложената суровина. Понеже и двата химикала се използват за направата на хартия, производството на ванилин може да се включи в съществуващите фабрики и по този начин да се създаде кръгово производство.

Все пак търсенето на естествен ванилин продължава да е високо, тъй като неговият вкус и аромат се смятат за най-добри. Отглеждането на повече растения е непрактично, а и скоро може да стане невъзможно поради промените в климата. Това кара група японски учени да се опита да използва биосинтетичния път, срещан в природата.

До момента този процес е неуспешен – ензимът, отговорен за превръщането на феруловата киселина във ванилин, има изключително ниска активност извън растенията, което води до пренебрежими добиви. За преодоляване на тази спънка екипът е подбрал ензим, който катализира сходна реакция – добавяне на кислород към субстрата. Във вида, срещан в природата, той не може да взаимодейства с феруловата киселина, което налага да бъде модифициран. С помощта на симулации са установени подходящите места за редакция – оказва се, че е нужна промяна само на три аминокиселини.

Така модифицираният ензим е изключително ефективен и може да катализира реакцията без кофактори (допълнителни молекули, които са нужни на някои ензими) при стайна температура. За протичането ѝ е нужно само смесването му с феруловата киселина и аериране на сместа, за да се набави кислород за окислението ѝ, което прави процеса изключително икономичен и лесен за въвеждане. Производителността му също е много добра – грам ванилин за литър реакционна смес – и е по-висока от тази на немодифицирания ензим. Бонус е, че ензимът може да превръща във ванилин и други отпадни продукти – кумарова и синапинова киселина.

Това е сериозно постижение не само по отношение на производителността и гъвкавостта. Оптимизацията на ензими ни дава възможност да се възползваме от еволюционния процес и да го ускорим изкуствено, подобрявайки вече създаденото от природата. Така в производствата могат да се въведат реакции, които до момента не са били възможни или са били непрактични, и да се избегне отглеждането на растения, което обикновено изисква значителни ресурси.