Соединительный филамент (титин, тайтин) саркомера соединительный филамент (титин, тайтин) саркомера

Резюме интерпретации тестов на антитела против SARS-CoV-2 (серологические)

Тесты	Положительный результат	Отрицательный результат
	ПОСЛЕ COVID-19
P-тело p/SARS-CoV-2 IgM полуколичественно (направлены против S-белка)	Указывает на раннюю или активную стадию инфекции SARS-CoV-2	Отсутствие контакта с вирусом или серологическое окно*, или отсутствие образования антител организмом
P-тело p/SARS-CoV-2 IgG полуколичественно (направлены против N-белка)	Указывает на то, что заражение SARS-CoV-2 произошло в прошлом, по крайней мере, несколько недель назад.	Отсутствие контакта с вирусом или серологическое окно*, или отсутствие образования антител организмом
P-тело p/SARS-CoV-2 IgG и полуколичественный IgM (IgM направлен против белка S, IgG направлен против белка N)	Указывает на прошлую инфекцию или текущую инфекцию	Отсутствие контакта с вирусом или серологическое окно*, или отсутствие образования антител организмом
	ПОСЛЕ ВАКЦИНАЦИИ ПРОТИВ COVID-19
P-тело p/SARS-CoV-2 IgG количественно (оценка поствакцинального иммунного ответа) (направлен против rbD белка S коронавируса)	Определяет уровень защитных антител IgG против вируса SARS-CoV-2, вырабатываемого в результате вакцинации	Защитные антитела IgG против вируса SARS-CoV-2 не были выработаны в результате вакцинации**

* Период, необходимый инфицированному организму для выработки антител, направленных против возбудителя – в этот ранний период инфекции антитела еще не обнаруживаются.

** Можно провести клеточный ответ.

Зачем нужно определять структуру белка?

Это открытие позволит создать новые лекарственные препараты против болезней, поскольку с помощью структуры ученые будут знать, как работает белок, как он сворачивается и взаимодействует с другими элементами, чтобы его можно было безболезненно использовать в лекарствах. Также структура белка позволяет понять, как болезни распространяются и влияют на организм человека.

Например, болезнь Паркинсона развивается из-за накопления в организме белка альфа-синуклеина: он скручивается и образует внутри нейронов токсичные клубки — тельца Леви. Последние затем поражают нейроны в головном мозге. Однако откуда именно появляется этот белок, ученые до сих пор точно не знают. Понимание трехмерной структуры белка поможет ответить на этот вопрос.

Точное взаимодействие между этими двумя белками в значительной степени неизвестно. Одна из трудностей диагностики болезни Альцгеймера заключается в том, что у нас нет надежного и точного способа измерения этих белковых накоплений на ранних стадиях заболевания.

Возможность точно предсказать структуру белков по их аминокислотной последовательности станет огромным благом для медицины. Это значительно ускорит исследования по пониманию строительных блоков клеток и позволит быстрее и эффективнее открывать новые лекарства.

Виды тестов на уровни антител при COVID-19 – от чего зависит интерпретация результатов анализов

Чтобы диагностировать COVID-19, используются разные виды тестов – генетические и антигенные, требующие мазка из носоглотки и анализы крови на наличие антител.

Генетическое тестирование. Основано на методах молекулярной биологии, поэтому наиболее чувствительно. То есть COVID-положительные результаты обычно являются истинными (достоверными).
Антигенные тесты. Это популярные кассетные тесты на SARS-CoV-2. Они менее чувствительны, но просты в использовании и результат получается быстро. Результат теста на COVID может быть положительным (была инфекция), отрицательным (вирус не обнаружен) или неубедительным (тест нужно повторить).
Анализы на антитела. Обнаруживают COVID-специфические антитела IgG и антитела IgM. Это могут быть качественные тесты, т.е. оценка того, существуют ли вообще данные антитела. При интерпретации результатов тестов IgG и IgM результаты интерпретируются с использованием готовых, простых для понимания инструкций. Также доступны количественные тесты. В них уровень антител к COVID определяется числовым значением, выраженным в единице BAU/ml.

Сила разрешения

Разрешающая способность устройства по существу соответствует размеру вершины наконечника ( радиус кривизны ). Помимо бесконтактного режима, сложность которого уже подчеркивалась, AFM использует силы отталкивания, то есть контакт. В результате слишком тонкие насадки быстро изнашиваются, не говоря уже об ухудшении качества поверхности. В этом весь смысл режима постукивания : поскольку контакт прерывистый, наконечники изнашиваются менее быстро, и поэтому мы можем использовать очень тонкие наконечники (порядка десяти нм).

Поперечное разрешение составляет порядка десяти нанометров, но вертикальное разрешение, с другой стороны, порядка Ангстрема : можно легко визуализировать атомные ступени на чистой поверхности.

Наконец, видимая поверхность зависит от используемой пьезоэлектрической керамики и может составлять от 100 квадратных нанометров до примерно 150 квадратных микрометров .

Как проверить уровень иммунитета при COVID-19?

Метод мониторинга уровня иммунитета, полученного после COVID-19 или после вакцинации против SARS-COV-2 — измерение концентрации антител против SARS-CoV-2. Известно, что иммунитет пропорционален концентрации антител.

Некоторые тесты адаптированы для измерения антител, особенно важных в механизмах противовирусного гуморального иммунитета – антител, нейтрализующих IgG anti-S. Результат теста выражается в BAU/мл. Измерение концентрации антител дважды позволяет уловить скорость изменения концентрации с течением времени.

Сроки измерений антител жестко не фиксированы, но их однозначно не следует делать в первые 2 недели после вакцинации. Лучше дождаться второй бустерной дозы и сдать анализы через пару недель.

Зная уровень ранних антител – IgM и поздних – IgG можно оценить эффективность иммунной системы, т.е. справилась ли она с коронавирусом SARS CoV-2 после заражения или после вакцинации. Тестирование уровня антител к COVID-19 также позволяет оценить время, прошедшее с момента заражения или последнего контакта с вирусом.

Что такое AlphaFold?

Первую версию этого алгоритма DeepMind показала еще два года назад. AlphaFold оказался более точным, чем конкуренты, в прогнозировании трехмерной структуры белков из списка составляющих. Нейросети достаточно «скормить» последовательность аминокислот, а на выходе она покажет расстояние и углы связей между ними, что позволяет восстановить структуру белка.

Разработчики продолжили работу над алгоритмом, и 30 ноября 2020 года показали AlphaFold 2, который стал еще более точным. Идея в том, чтобы рассмотреть последовательность аминокислот в виде графа: его вершины — это аминокислотные остатки, а ребра — связи между ними. А затем дать задачу нейросети с блоком внимания исследовать его, учитывая уже известных похожих и эволюционно родственных белков. После этого из получившихся связей алгоритм выстраивает конечную трехмерную структуру белка.

Структуры белка, созданные алгоритмом DeepMind

Но любой нейросети нужны входные данные, на которые она может опираться, и в этом случае ученые загрузили информацию о структурах примерно 170 тысяч белков. Весь процесс обучения занял несколько недель — по сравнению с тысячами лет, о которых велась речь в начале статьи, это настоящий прорыв. Алгоритм представили на недавней конференции CASP, где AlphaFold2 занял первое место, набрав 92,4 из 100 возможных баллов (исходит из правильности расположенных аминокислотных остатков в цепочке белка). Прошлая версия алгоритма набирала максимум 60 баллов.

Исследования точности алгоритмов по определению структуры белка (больше — лучше)

Устойчивость выздоровевших людей к Covid– что показывают исследования?

Первое исследование по определению вероятности повторного заражения после заражения SARS-CoV-2, без предварительного получения вакцины от covid-19, было проведено учеными из Йельской школы общественного здравоохранения и Университета Северной Каролины в Шарлотте.

Результаты дали четкий ответ, что иммунная резистентность после естественного течения covid-19 недолговечна. У людей, которые не вакцинировались, повторное заражение SARS-CoV-2 весьма вероятно вскоре после выздоровления, даже в течение 3-х месяцев. Поэтому авторы исследования рекомендуют вакцинацию, поскольку сама инфекция мало защищает от последующего заражения.

Ученые из Института Ла-Хойя, основываясь на зафиксированных до сих пор реинфектациях, сделали вывод, что если первая инфекция имеет тяжелое течение, то иммунный ответ организма будет сильнее. Благодаря этому шансы на повторное заражение значительно снижаются. В свою очередь, журнал Healthline ссылается на исследование, опубликованное в журнале Immunity, показывающее, что выздоровевшие люди, легко перенесшие болезнь, вырабатывают антитела не менее 5-7 месяцев.

На основании этих исследований можно предположить, что у значительной части выздоровевших людей в течение нескольких месяцев фактически поддерживаются высокие концентрации антител, которые постепенно снижаются с течением времени. При снижении концентрации антител повышается риск повторного заражения и тяжелого течения болезни.

Соединительный филамент (титин, тайтин) саркомера

Состав саркомера

Долгое время считалось, что саркомер состоит из определенным образом расположенных толстых и тонких филаментов. Их расположение и взаимодействие хорошо объясняло, как протекает сокращение саркомера. Поэтому эти филаменты назвали сократительными. Многочисленные экспериментальные данные указывали на то, что положение толстых филаментов в саркомере в покое и при его сокращении не меняется. Они всегда располагались в центре саркомера на одинаковом расстоянии от Z-дисков.

Однако постепенно стали возникать вопросы, на которые невозможно было ответить исходя из двухкомпонентного состава саркомера.

Во-первых, было неясно, что удерживает толстые филаменты в центре саркомера.

Во-вторых, невозможно было объяснить, каким образом происходит расслабление саркомера.

Ответом на эти вопросы стало открытие соединительного филамента.

Положение соединительных филаментов в саркомере

В настоящее время доказано, что каждый толстый филамент, который располагается в центре саркомера, соединяется с Z-дисками посредством двух эластичных тяжей, толщиной около 5 нм и длиной до 1 мкм. Эти эластичные тяжи называются соединительными филаментами. Соединительные филаменты прикрепляются к толстому филаменту с двух сторон и частично перекрывают его (рис.1), достигая М-диска (рис.2). Другой стороной соединительные филаменты прикрепляются к Z-дискам. Наличие соединительного филамента ограничивает изменение длины саркомера при его растяжении.

Рис. 1. Состав саркомера

Состав соединительного филамента

Установлено, что каждый соединительный филамент состоит из белка титина (тайтина). Это гигантский белок, длина которого составляет более 1 мкм. В зависимости от изоформы титин (тайтин) составляют от 27000 до 35000 амнокислотных остатков. Молекулярная масса титина равна 2,5-3 Да, что составляет 10% массы миофибрилл. В мышцах взрослого человека содержится приблизительно 0,5 кг титина. Титин является третьим наиболее распространенным белком в мышцах (после миозина и актина).

Более подробно строение и функции мышц описаны в моих книгах:

Гипертрофия скелетных мышц человека
Биомеханика опорно-двигательного аппарата человека

История открытия титина

В 1954 году Р. Натори первым предложил упругую структуру мышечного волокна для объяснения возвращения мышцы в состояние покоя после ее растяжения. В 1976 К. Маруяма с соавторами сумели выделить эластичный белок из мышечного волокна, который они назвали коннектином (от англ. слова connect – соединять), потому что он соединял толстые филаменты с Z-дисками. Спустя год эти авторы установили, что структура коннектина обеспечивает механическую непрерывность и передачу напряжения в саркомере. В 1979 году К. Ванг, Дж. Мак-Клур и А. Ту выделили из миофибрилл грудных мышц цыплят новый белок с высокой молекулярной массой, который назвали титином (тайтином). Через некоторое время К. Маруйяма с соавторами подтвердили, что титин (тайтин) и коннектин – это один и тот же белок.

Структура и функции соединительных филаментов

Можно выделить две основные функции соединительных филаментов.

Во-первых, предполагается, что соединительные филаменты стабилизируют положение толстого филамента в саркомере.

Во-вторых, наличие соединительных филаментов обусловливает эластичность мышечного волокна при его активном и пассивном растяжении. Соединительный компонент составляют 244 отдельно свернутых белковых домена, связанных между собой (рис.2)

Рис.2. Домены в составе титина

Эти домены разворачиваются, когда к соединительному филаменту прикладывается внешняя сила и он растягивается. Если внешняя сила, вызывающая растяжение, перестает действовать, домены сворачиваются. Поэтому при удлинении мышцы, мышечного волокна, миофибриллы и саркомера, молекулы титина очень легко растягиваются. Это обусловливает высокую эластичность мышечных волокон и всей мышцы при растяжении. В то же время, наличие соединительного филамента ограничивает длину саркомера и является одним из факторов, определяющих пассивную жесткость мышцы.

Литература

Алтер М.Дж. Наука о гибкости.– Киев: Олимпийская литература, 2001.– 423 с.
Мак-Комас А. Дж. Скелетные мышцы.– Киев: Олимпийская литература, 2001.– 407 с.

Исследование двуосноориентированных полипропиленовых пленок (BOPP)

Поверхность BOPP имеет волокнистую структуру, которая определяется коэффициентом вытягивания в двух перпендикулярных направлениях, т.е. продольное направление (MD) и поперечное направление (TD). Морфология такой полимерной пленки была изучена с помощью атомно-силового микроскопа XE7.

Для того, чтобы получить полное представление о данном материале, необходимо определить, как именно эта волоконная структура распределена по всей толщине пленки. Используя АСМ XE7, Вы сможете с легкостью получить ответы на все вопросы. А возможность автоматического подведения кантилевера к поверхности образца, чтобы не повредить его, уникальный режим сканирования True Non-Contact и ПЗС-камера высокого разрешения делают эту задачу еще проще.

Атомно силовой микроскоп XE7 выполнен по уникальному дизайну с двумя независимыми сканерами в плоскости XY и вдоль оси Z. В дополнение, ПЗС-камера перемещается одновременно с Z-сканером, что позволяет Вам отслеживать расстояние до поверхности образца и быстро подводить кантилевер к его поверхности (на расстояния до нескольких мм).

После того, как кантилевер подведен достаточно близко к поверхности образца, объектив ПЗС-камеры может двигаться независимо. Таким образом, поверхность образца будет находиться в фокусе камеры, а кантилевер будет находиться еще за фокусным расстоянием. Далее, отдельно подводя кантилевер к поверхности образца, Вы можете подвести его еще ближе к образцу. В итоге Вы можете подвести кантилевер на такое расстояние, чтобы получить хорошее изображение полимерной пленки.

На рисунке ниже представлено полученное изображение полимерной пленки в двух направлениях. Видно, что пленка имеет хорошо различимую волокнистую структуру, а также показано, что данная структура имеет место по всей толщине BOPP пленки. В добавление можно сказать, что в зависимости от направления разреза пленка имеет несколько разную структуру.

Рис. 2. Изображение BOPP пленки вдоль двух направлений разреза: поперечное сечение (слева) и продольное сечение (справа). Изображение было получено в режиме True Non-Contact; размер изображения 10 × 10 мкм.

Диагностика раковых клеток с помощью атомно-силовой микроскопии

Декабрь 6th, 2012

Принципиально важен вопрос о ранней диагностике онкозаболеваний по серологическим маркерам. Однако данные современных клинических исследований показывают, что серологические тесты часто дают как ложноположительные, так и ложноотрицательные результаты (Stamey et al, 2004). Эти данные говорят об острой необходимости проведения фундаментальных исследований для поиска альтернативных возможностей ранней диагностики онкозаболеваний.

Рис. 1 Строение и динамика актинового цитоскелета.

Для этой цели хорошо зарекомендовал себя метод атомно-силовой микроскопии (АСМ) (Efremov et al., 2011). Принцип действия атомно-силового микроскопа заключается во взаимодействии наноразмерной иглы (кантилевера) с образцом. Благодаря особенностям конструкции с помощью атомно-силового микроскопа можно анализировать отдельные клетки и измерять силы порядка наноНьютон (Muller and Dufrene, 2008). Для измерения механических свойств объекта проводят его индентирование (продавливание) зондом. Чем тверже объект, тем сильнее он сопротивляется продавливанию. При работе с клетками острую иглу заменяют сферой микрометровых размеров для обеспечения более мягкого воздействия на поверхность (рис. 2).

Рис. 2. Измерение механических свойств клетки с помощью АСМ.

С помощью АСМ было обнаружено, что раковые клетки намного мягче здоровых (Cross et al., 2007). По-видимому, пониженная жесткость и высокая эластичность помогают метастазирующим клеткам перемещаться во внутри ткани и проходить через стенки сосудов. В случаях, когда клетки при онкотрансформации не меняют своей морфологии, стандартные гистологические методы не могут обнаружить наличие опухоли. Недавно было предложено использовать жесткость в качестве маркера для выявления раковых клеток на ранних стадиях заболевания и оценки их метастатического потенциала (Lekka et al., 2012). Для анализа могут использоваться не только отдельные клетки пациента, но и небольшие кусочки ткани. Жесткость опухолевых клеток не зависит от морфологии (Lekka et al., 2011).

Таким образом, развитие и внедрение технологии измерения механических свойств клеток с помощью АСМ в медицинскую практику может принести огромную пользу врачам при диагностике рака и выборе вариантов лечения. Это метод в комбинации с другими техниками может использоваться также для установления причин, ведущих к перестройке цитоскелета опухолевых клеток, и для поиска новых молекулярных мишеней, направленных на предотвращение метастазирования.

Автор проекта «Комплексный физико-химический подход к изучению актинсвязывающих белков как потенциальных молекулярных мишеней для терапевтического воздействия при раке простаты», победитель конкурса «Авангард знаний»: Соколова Ольга Сергеевна

•кандидат биологических наук, доцент кафедры биоинженерии биологического факультета МГУ;
•уже шесть лет работает на кафедре биоинженерии. До этого в течение двух лет Ольга Соколова работала в частной фармацевтической компании в Москве, а до этого была постдоком в одном из университетов Бостона;
•победитель Конкурса научных работ «Авангард знаний-2012» в номинации «Новые методы исследования»,организованного международной биофармацевтической компанией «АстраЗенека»
•специализируется на структурных исследованиях макромолекулярных комплексов, в частности, актинсвязывающие белки, принимающие большое участие в развитии онкологических заболеваний, с использованием электронной микроскопии.

Контакты:[email protected]; 8 916 484 12 51

Принцип работы прибора

Работа аппарата для сканирующего микроскопического исследования основана на взаимодействии специального зонда с поверхностью исследуемого вещества и регистрации, возникающих на малых расстояниях сил (отталкивания, притяжения и других).

При помощи специальных сенсоров возможна регистрация различных эффектов, таких как туннелированние электронов. Чувствительность современных приборов регистрации позволяет фиксировать даже предельно малые возмущения электромагнитных полей.

Необходимые условия для работы сканирующего зондового микроскопа:

Обеспечение механической стабильности с точностью 0,1 ангстрема либо лучше.
Размер изучаемого объекта должен быть сопоставим с размером наконечника зонда.
Прецизионная система развертки.
Зонд должен сближаться с поверхностью максимально плавно.

Как еще может использоваться AlphaFold 2

AlphaFold 2 вряд ли сделает ненужными лаборатории, которые используют экспериментальные методы для определения структуры белков. Но алгоритм показал, что менее качественные и простые для сбора экспериментальные данные — это все, что нужно для создания хорошей структуры белка.

Она надеется, что этот подход поможет пролить свет на функцию тысяч неизвестных белков в геноме человека и разобраться в вариациях генов, вызывающих болезни, которые бывают у разных людей.

Создание AlphaFold 2 также знаменует собой поворотный момент для DeepMind. Компания наиболее известна тем, что использует ИИ для освоения таких игр, как го, но ее долгосрочная цель — разработать программы, способные превосходить возможности человеческого интеллекта. Решение грандиозных научных задач, таких как предсказание структуры белков, является одним из наиболее важных, которое может сделать искусственный интеллект. Только подумайте, что будет дальше — ведь нас ждут удивительные открытия!

Интерпретация результатов на уровне антител IgG

Тесты на IgG SARS-CoV-2 интерпретируются только с точки зрения их наличия и/или уровня в крови. Можно получить отрицательный или положительный результат. Реактивным (положительным) результатом считается >/= 30 БАУ/мл, нереактивным (отрицательным) результатом — <30 БАУ/мл.

Отрицательный результат теста на антитела IgG свидетельствует об:

отсутствии контакта с вирусом;
отсутствии вакцинации;
неэффективности вакцины;
серологическом окно — время, необходимое инфицированному организму для выработки антител, направленных против патогена; это также ранний момент заражения, когда антитела еще не обнаруживаются;
недавнем контакте с возбудителем.

Антитела IgG вырабатываются через некоторое время после заражения и в среднем это период в 2-3 недели, поэтому в начале их может еще не быть.

Положительный результат теста на антитела IgG свидетельствует о том, что:

в анамнезе была инфекция;
пациент вакцинирован.

И болезнь, и вакцинация, должны были, имели место некоторое время назад.

Какой уровень антител защищает от болезни?

Каждый организм по-разному реагирует на болезнь и введение вакцины, поэтому уровень вырабатываемых антител не одинаков. Их количество может варьироваться от нескольких десятков до нескольких тысяч связывающих антител, т.е. BAU (Binding Antibody Units) на миллилитр (/мл).

Пока ученым не удалось определить уровень (титр) антител к COVID, являющихся нормой, защищающей от заболевания. Однако известно, что их уровень отражает реакцию иммунной системы на вакцинацию.

При интерпретации результата на уровне антител необходимо учитывать принимаемые препараты. Некоторые из них, например, глюкокортикостероиды, иммуносупрессивные и противоопухолевые препараты, ухудшают иммунный ответ. У принимающих их людей обычно вырабатывается меньше антител.

Со временем на основании результатов научных исследований и статистических данных, уровень антител, выше которого защита от болезни будет почти стопроцентной, будет установлен.