Нейробиология

В ощущении зуда у мышей замешаны механорецепторы

В нейрофизиологии зуда разбирались ученые из Исследовательского института Скриппса, а направлял их не кто иной, как нобелевский лауреат 2021 года Ардем Патапутян. Зуд может быть вызван химическим агентом, например, выделяющимся при аллергической реакции гистамином, или механическим — волосками шерсти или ползающими насекомыми. В своей работе ученые сосредоточились на втором варианте и установили роль белка PIEZO1 в ощущении такого зуда.

Исследователи показали на клетках мышей, что PIEZO1 синтезируется определенными сенсорными нейронами в спинномозговых ганглиях. Эти клетки оказались полимодальны: они вовлечены также в ощущение зуда химической природы. Чувствительность белка именно к механическому воздействию подтвердили в экспериментах на генетически модифицированных мышах, которых щекотали волосками Фрея. Грызуны с нокаутом Piezo1 в соответствующих нейронах значительно меньше чесались в ответ на воздействие. Напротив, мыши с повышенной экспрессией гена показали усиленную реакцию.

По мнению ученых, результаты работы могут стать основой для разработки методов облегчения зуда у людей с псориазом или экземой. Так, введение блокатора PIEZO1 снижало расчесывание у мышей, моделирующих симптоматику экземы. Но для создания препаратов необходимы дальнейшие исследования. В настоящий момент ученые проверяют ассоциацию аллелей Piezo1 с чувствительностью к зуду у людей. — PIEZO1 transduces mechanical itch in mice, «Биомолекула»: «Псориаз».

Сон, вызванный стрессом, необходим для восстановления

Команда из британских, китайских и немецких исследователей выявила механизм, посредством которого стресс вызывает сон у мышей. Ученые сталкивали мышей с агрессивными собратьями, что моделировало социальный стресс после поражения и сопровождалось выработкой гормона кортикостерона.

Во время сна мышей отслеживали активность нейронов их головного мозга. Удалось обнаружить популяцию клеток в области VTA, продуцирующих ГАМК, которые были чувствительны к уровню гормонов стресса и обеспечивали быстрый и медленный сон. Активность этих нейронов оставалась высокой в течение пяти часов после стрессогенного воздействия, что приводило к длительному сну у грызунов. В это время нейроны VTA посылали сигналы в ядра гипоталамуса, что снижало выработку кортиколиберина.

После пробуждения оценили уровень тревожности мышей. Они оказались менее тревожными по сравнению с собратьями, которые были лишены сна, а также с собратьями, у которых повредили ГАМК-нейроны в VTA, что сопровождалось нарушением сна.

Таким образом, грызуны восстанавливали психические и физические функции после стресса во время сна. Раскрытие этого механизма может привести к созданию методов борьбы с тревожными расстройствами у людей, такими как ПТСР. — A specific circuit in the midbrain detects stress and induces restorative sleep, «Биомолекула»: «Доктор Сон: как сон спасает нам жизнь».

Физиология

Молекула для роста волос

Коллектив, возглавляемый учеными из Калифорнийского университета, установил, что сигнальная молекула SCUBE3 стимулирует рост волос и может стать спасением для людей с андрогенетической алопецией (облысением).

Рост волос зависит от фибробластов, регулирующих пул стволовых клеток волосяных фолликулов. Для своего исследования ученые разработали мышиную модель с высокоактивными фибробластами за счет активации сигнального пути Hedgehog и, как следствие, повышенной волосатостью. Изучив ее, экспериментаторы обнаружили, что SCUBE3 — лиганд TGF-β — синтезируется фибробластами и используется для связи с соседними клетками, запуская процесс деления.

Чтобы проверить роль вещества в росте волос, исследователи ввели SCUBE3 под кожу мыши, в которую ранее трансплантировали фолликулы человеческого скальпа. Подобная процедура запустила рост как в спящих человеческих, так и в окружающих мышиных фолликулах.

Ученые отметили, что существует острая потребность в новых эффективных лекарствах от выпадения волос, и естественные соединения, выделяемые клетками кожи, являются идеальными кандидатами для терапии следующего поколения. Сказано — сделано: Калифорнийский университет подал заявку на патент для применения SCUBE3 и связанных с ним молекулярных соединений для стимуляции роста волос. — Hedgehog signaling reprograms hair follicle niche fibroblasts to a hyper-activated state, «Биомолекула»: «Роль простагландина D2 в облысении по мужскому типу».

Микробиология

Микрожители подземных вод вносят вклад в продукцию органики

Исследователи из Германии и Америки расширили представление о продуцентах. В своей работе они показали, что микроорганизмы подземных вод способны синтезировать органические вещества, используя энергию окисления неорганических соединений.

При помощи высокочувствительной масс-спектрометрии ученые отследили содержание радиоактивного изотопа углерода ¹⁴С и таким образом измерили темпы фиксации углерода бактериями в водах, расположенных на глубине от 5 до 90 метров под землей. Результаты удивили экспериментаторов: показатели оказались сопоставимы с бедной питательными веществами морской поверхностью и в шесть раз выше, чем в нижних зонах океана, где света достаточно для фотосинтеза.

Затем ученые провели метагеномный анализ, чтобы определить микроорганизмы, ответственные за фиксацию углерода и образование биомассы в подземных водах. Они идентифицировали хемоавтотрофов, принадлежащих к группе Nitrospira. По мнению авторов, эти организмы формируют основу для жизни всей экосистемы подземных вод, аналогично той роли, которую играют водоросли в океанах или растения на суше. — Carbon fixation rates in groundwater similar to those in oligotrophic marine systems, «Биомолекула»: «Пределы биодоступности углеводородов в грунтах», «Кто на самом деле крутит углеродное колесо».

Вирусы

Первый случай заражения COVID-19 человека от кошки

В списке домашних животных, способных инфицировать человека коронавирусом, пополнение. Помимо хомячков, в нем оказались кошки. Ранее уже было известно, что кошки заражают друг друга SARS-CoV-2, но отследить пути передачи «кошка—человек» и наоборот — не самая простая задача.

Тайским ученым из университета Принца Сонгкла помог случай. Мужчина и его сын, для которых тест на SARS-CoV-2 показал положительный результат, были переведены в изолятор университетской больницы. Положительным тест оказался и для их кошки. Во время взятия мазка она чихнула в лицо ветеринарного врача, одетого в маску и перчатки, но без защиты глаз. Спустя три дня у врача проявились симптомы ОРВИ, а тест на коронавирус подтвердил опасения.

Подозрения на пушистого хвостика пали после того, как в окружении в ветеринара не обнаружили COVID-19. Генетический анализ обнаружил, что врач заражен тем же вариантом SARS-CoV-2, что и кошка ее владельцы: вирусные геномные последовательности были идентичны.

Однако исследователи отметили, что подобные случаи заражения редки и не являются поводом для отстранения от животных. Наоборот, необходимо быть более внимательными и заботливыми по отношению к любимцам. — First reported case of a person getting COVID from a cat, «Биомолекула»: SARS-CoV-2.

Новый путь передачи вирусов кишечных инфекций

Норо- и ротавирусы широко распространены в человеческой популяции и вызывают кишечные инфекции у людей. Основным путем заражения этими вирусами считался фекально-оральный. Однако в новой работе американские ученые из подразделений NIH сообщили об еще одном способе проникновения — через слюну. Исследователи заметили, что зараженные норо-, рота- или астровирусом новорожденные мышата инфицировали матерей при кормлении молоком. Попадание со слюной вирусных частиц в молочные железы приводило к образованию молока с большим содержанием иммуноглобулинов А (IgА). Кормление таким молоком избавило детенышей от вирусной инфекции.

В образцах слюны и тканях слюнных желез мышат исследователи обнаружили следы активного размножения вирусов, что всегда сопровождалось кишечными инфекциями у маленьких грызунов. Однако ранее считалось, что вирусы локализуются в ЖКТ, минуя слюнные железы.

Ученые планируют выяснить, возможна ли передача вирусов кишечных инфекций через слюну у людей. Если такая вероятность подтвердится, потребуется пересмотр мер профилактики с учетом нового пути заражения. Также это может расширить способы защиты младенцев: кормление молоком с антителами потенциально способно помочь в борьбе с инфекцией. — Enteric viruses replicate in salivary glands and infect through saliva.

Метаболизм

Цитокин задействован в реакции организма на вид или запах еды

Приятного запаха и вида еды достаточно, чтобы потекли слюнки и разыгрался аппетит. Рефлекторный механизм этого процесса включает активацию блуждающего нерва, чьи веточки простираются к органам пищеварения и запускают в них каскад реакций, в том числе секрецию поджелудочной железой инсулина — гормона, регулирующего уровень сахара в крови.

Согласно новой работе швейцарских и французских ученых, выделение инсулина происходит при участии медиатора воспаления — интерлейкина-1β (IL-1β). Этот цитокин многолик: он также ответственен за развитие диабета 2 типа, при котором наблюдается хроническое воспаление, повреждающее секреторные клетки поджелудочной железы. Запах и вид еды стимулирует выработку IL-1β клетками микроглии мозга, что в дальнейшем регулирует работу клеток гипоталамуса и активирует блуждающий нерв.

У мышей и людей с ожирением высвобождение инсулина на запах и вид еды было нарушено. Причина заключалась в ухудшении передачи сигналов IL-1β.

Получается, высвобождение инсулина в ответ на запах и вид еды зависит от кратковременной воспалительной реакции, которая происходит при участии IL-1β в клетках головного мозга. — The cephalic phase of insulin release is modulated by IL-1β.

Холод снижает воспаление, вызванное ожирением

Неприятным бонусом ожирения является высокий риск сахарного диабета, болезней сердца и сосудов, а также рака. Подобные последствия связаны с тем, что при ожирении развивается стойкое воспаление, приводящее к снижению чувствительности к инсулину и другим метаболическим нарушениям.

Американские и бразильские ученые обнаружили, что холод устранял воспаление и инсулинорезистентность у мышей с ожирением, вызванным диетой. Кроме того, такое воздействие привело к снижению веса у грызунов в сравнении с собратьями, содержащимися при нейтральной температуре.

Оказалось, что низкие температуры около 4–5 градусов по Цельсию стимулировали клетки бурой жировой ткани к выработке марезина 2 — липидного медиатора, участвующего в разрешении воспаления. Марезин также уменьшал воспаление, воздействуя на макрофаги печени. Таким образом, марезин, полученный из бурой жировой ткани, может стать основой для терапии ожирения и предотвращения его осложнений.

В завершении ученые отметили, что существует один из возможных способов улучшить здоровье. Так, исследования на людях показали, что воздействия умеренных низких температур (от 10 до 12 градусов по Цельсию) достаточно для активации бурой жировой ткани и улучшения метаболизма. Однако механизмы этого эффекта пока недостаточно изучены. — Brown adipose tissue-derived MaR2 contributes to cold-induced resolution of inflammation, «Биомолекула»: «Коварная стройность и безопасная полнота: метаболический синдром и сахарный диабет вне обычных границ индекса массы тела», «Хороший, плохой, злой холестерин».

Технологии

Почему люди не решаются покупать генетически модифицированные (ГМ) продукты

Создание организмов с определенными свойствами при помощи методов генетического редактирования является новой технологией, с которой люди недостаточно знакомы. Исследователи из университета штата Айова решили узнать об отношении населения к ГМ продуктам и его причинах. Для этого они опросили 2000 тысячи американцев старше 18 лет (средний возраст выборки — 48 лет).

Удивительно, но влияние стоимости, вкуса и внешнего вида на восприятие продукта оказалось незначительным. Вместо этого в принятии решения люди руководствовались социальными ценностями и доверием к правительству, промышленности и экологическим объединениям.

Респонденты, готовые купить ГМ продукты, рассматривали науку и технологии как средство решения общественных проблем. Ими, как правило, были молодые люди до 30 лет с более высоким уровнем образования и доходов, проявляющие доверие к госорганам и пищевой промышленности.

Напротив, те, кто избегал употребления ГМ продукции, больше ориентировались на свои личные убеждения и заявления экологических организаций, чем на научные факты. Для этих участников важен этический аспект производства продуктов. К этой группе относились пожилые люди, верующие, люди с низкими доходами (лишь 25% людей с заработком 40 тыс. долларов в год готовы потреблять ГМ продукцию), а также большинство (около 60%) женщин. — Who Trusts in Gene-Edited Foods? Analysis of a Representative Survey Study Predicting Willingness to Eat- and Purposeful Avoidance of Gene Edited Foods in the United States, «Биомолекула»: «Про ГМО», «Еще раз про ГМО».

Девайс, избавляющий от боли

Команда, возглавляемая исследователями Северо-Западного университета США, разработала небольшой и гибкий имплантат, который снижает болевые ощущения без применения лекарств.

Устройство содержит жидкий хладагент (перфторпентан), который при реакции с азотом испаряется в определенном месте нерва и локально охлаждает его, не задевая соседние ткани. Это замедляет передачу болевых сигналов по нерву. Встроенный датчик контролирует температуру нерва, чтобы избежать чрезмерного охлаждения.

Пользователь может удаленно активировать устройство, а затем регулировать интенсивность его работы. После того, как девайс выполнил свою функцию, он всасывается в организм благодаря водорастворимым свойствам без хирургического вмешательства. Эффективность нового импланта проверили in vivo на мышах.

Предложенная разработка может выступить в качестве альтернативы опиоидам и другим анальгетикам, вызывающим сильное привыкание. — Soft, bioresorbable coolers for reversible conduction block of peripheral nerves, «Биомолекула»: «Молекулярная биология боли», «Идеальный опиоид, или Как избавиться от Дамоклова меча».

Синтетическая ДНК

Hox-гены регулируют миграцию клеток и обеспечивают закладку ткани и органа в определенном месте, формируя таким образом ось тела. Однако эти гены сгруппированы в плотные кластеры, что затрудняет их изучение при помощи методов редактирования генома.

Выход из этой ситуации предложили исследователи из Нью-Йоркского университета. Они создали искусственную ДНК: скопировали последовательность кластера НохA крысы, затем в клетках дрожжей при помощи механизма гомологичной рекомбинации получили 4 его варианта. После этого исследователи интегрировали ДНК в локус Hprt1 генома эмбриональных стволовых клеток мыши. Выбор разных видов грызунов позволил отличить искусственную ДНК от естественной, присущей клеткам мышей.

При помощи новой технологии ученые установили, что кластер HoxA содержит всю регуляторную информацию, необходимую клеткам для верной топологии. Дистальные энхансеры были необязательны для спецификации генов, но взаимодействовали с внутрикластерным фактором для усиления транскрипции. Получается, компактная природа Нох-кластеров помогает клеткам определять свое местоположение. Представление об организации Hox-генов поможет понять, как эти системы адаптируются и модифицируются у различных животных.

По мнению авторов работы, технология, которую авторы назвали Synthetic regulatory reconstitution, будет также полезна и в изучении геномных заболеваний человека. — Synthetic regulatory reconstitution reveals principles of mammalian Hox cluster regulation, «Биомолекула»: «Гены, от которых вырастают крылья. И ноги. И всё остальное».

Изменение климата

Влияние климата на содержание метана в атмосфере Земли недооценено

Ученые из Сингапура показали, что рекордный рост концентрации метана в атмосфере Земли в 2020 и 2021 годах связан с ежегодными изменениями климата. Это может иметь серьезные последствия, поскольку метан — парниковый газ, и его накопление способствует сильному нагреву планеты: метан задерживает в 25 раз больше тепла, чем углекислый газ.

Исследователи проанализировали изменение показателей температуры, количества осадков и содержания метана в атмосфере за 40 лет. Известно, что в теплых условиях микробы вырабатывают больше метана, что приводит к росту температур из-за парникового эффекта. Но итоговая концентрация газа зависит от его удаления посредством окисления гидроксид-ионом. Так, в жаркий год бактерии вырабатывают метан. В следующий холодный год ожидается снижение их активности и уровня газа. Однако этого не происходит из-за медленного удаления, затрудненного пожарами в предыдущий год.

Ученые подсчитали, что влияние этих процессов на аккумуляцию метана в атмосфере в четыре раза выше, чем указано в оценке Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК). Этот вывод предполагает, что Земля может нагреваться сильнее и быстрее, чем ожидалось. По мнению исследователей, решение проблемы глобального потепления требует объединения усилия людей в борьбе с изменением климата. — Impact of interannual and multidecadal trends on methane-climate feedbacks and sensitivity.