Генетика и синтетическая биология

Бактерии помогают в создании новых материалов и биосенсоров

Синтетическая биология направлена на создание многоклеточных систем для практического применения. Многоклеточные системы, от бактериальных биопленок до человеческих органов, образуют границы между различными коллективами клеток для пространственной организации разнообразных функций. Если изменить геном клеток бактерий и заставить их синтезировать адгезивные молекулы, то это поможет понять, как сформировать клеточные популяции с видимыми границами. Так сделали американские ученые и опубликовали результаты своей работы в журнале Nature. Их подход открывает путь к созданию «умных» живых материалов и программируемых биосенсоров. — 4-bit adhesion logic enables universal multicellular interface patterning, «Биомолекула»: Молекулярные биосенсоры на базе полимеров с начинкой из квантовых точек.

Программирование корней растений

Синтетическая биология дает возможность встраивать новые функциональные схемы в существующие программы развития. Американские ученые разработали коллекцию синтетических регуляторных элементов, которые можно использовать для контроля экспрессии генов. С помощью этих синтетических регуляторных элементов авторы изменили развитие корней у модельного растения Arabidopsis thaliana, контролируя плотность боковых корней. Разработанный подход может быть полезен для точных изменений в различных фенотипах организмов. — Synthetic genetic circuits as a means of reprogramming plant roots, «Биомолекула»: «Модельные организмы: арабидопсис».

Молекулярная биология

Long-read секвенирование для изучения транскриптома человека

Технологии секвенирования на основе длинных прочтений (long-read sequencing) позволяют изучать роль мутаций в структуре транскриптов. Ученые из США, используя современные методы исследований транскриптома, охарактеризовали аллель-специфическую экспрессию и структуру транскриптов человека. Их работа дает понятие о специфических изменениях транскриптов, вызванных распространенными и редкими мутациями. — Transcriptome variation in human tissues revealed by long-read sequencing, «Биомолекула»: «12 методов в картинках: секвенирование нуклеиновых кислот».

Клеточная биология и онкология

Геномная нестабильность превращает доброкачественные ткани в злокачественные

Определение перехода доброкачественной опухоли в злокачественную важно для ранней диагностики рака. Исследователи, изучая рак предстательной железы, использовали систематический подход для изучения пространственной целостности генома in situ и описывали ранее не идентифицированные клональные отношения. Они показали, что изменение числа копий в масштабах всего генома выявляет различные клональные паттерны в опухолях и в близлежащих доброкачественных тканях. Результаты их работы позволяют предложить модель того, как геномная нестабильность возникает в доброкачественных тканях. Именно она ведет к трансформации доброкачественных опухолей в злокачественные. — Spatially resolved clonal copy number alterations in benign and malignant tissue, «Биомолекула»: «Метастазирование злокачественных опухолей: враг, который всегда впереди».

Микробиология

Антибиотик нового класса

Бактерии, как и все живые существа, обладают изменчивостью. Они способны вырабатывать резистентность к любому действующему против них препарату. Для борьбы с устойчивостью бактерий к антибактериальным препаратам ученым приходится искать новые антибиотики. Теиксобактин — антибиотик нового класса с уникальным химическим составом, к которому бактерии пока не выработали устойчивость. Этот антибактериальный препарат действует против липидной молекулы lipid II, предшественника пептидогликана. Пептидогликан, или муреин, входит в состав клеточной стенки бактерий. Lipid II не содержится в клетках эукариот, поэтому теиксобактин безопасен для человека и не вызывает побочных эффектов. — Teixobactin kills bacteria by a two-pronged attack on the cell envelope, «Биомолекула»: «Антибиотики и антибиотикорезистентность: от древности до наших дней».

Вирусология

Новый землеройковый вирус в Китае

В Китае ученые обнаружили вирус, который способен заражать человека. Вирус Лангъя может вызывать лихорадку, кашель и слабость. Этот вирус принадлежит к роду генипавирусов, как и вирусы Нипах и Хендра, вызывающие тяжелые заболевания. Переносчики вируса Лангъя — землеройки. Исследователи предполагают, что заражение человека произошли непосредственно через них или через другого промежуточного хозяина. К счастью, вирус не распространяется быстро среди людей и не приводит к смертельным исходам, как утверждают ученые. — New ‘Langya’ virus identified in China: what scientists know so far.

Иммунология

Карта взаимодействий лейкоцитов

Иммунная система человека — сложный комплекс специализированных клеток и веществ, которые защищают организм от патогенов. Лейкоциты контактируют между собой, чтобы эффективно выполнять свои функции. Используя современные методы изучения белков-рецепторов, британские и швейцарские ученые создали карту физических взаимодействий иммунных клеток. Исследователи утверждают, что их работа способна помочь в лечении заболеваний. — A physical wiring diagram for the human immune system, «Биомолекула»: «Иммунитет: борьба с чужими и… своими».

Гормон голода помогает тканям заживать после инфекции

Моноциты — крупные лейкоциты, которые превращаются в макрофаги, когда покидают кровеносное русло и оседают в других тканях. Там они уничтожают вторгающихся бактерий с помощью фагоцитоза. Оказывается, моноциты сотрудничают с грелином, гормоном голода. Канадские ученые выяснили, что этот гормон снижает разрастание кровеносных сосудов и улучшает заживление после инфекции. — A monocyte—leptin—angiogenesis pathway critical for repair post-infection.

Антитела против пептида слияния коронавируса

Семь коронавирусов вызывают заболевания человека, и три из них стали причиной серьезных вспышек за последние 20 лет. Потенциальная возможность возникновения в будущем новых вспышек коронавирусных заболеваний среди людей и устойчивость вариантов коронавируса SARS-CoV-2 к существующим антителам делают важным выявление перекрестно реагирующих антител. Они могут стать основой терапии против коронавируса и определять дизайн вакцин. Американские ученые выделили из организма выздоровевших людей антитела, которые проявляют широкую нейтрализующую активность против ряда коронавирусов, включая Omicron-варианты SARS-CoV-2. Антитела нацелены на консервативную область вирусного белка, известную как пептид слияния (fusion peptide). Они предотвращают слияние вируса с клетками, защищая их от инфекции. — Broadly neutralizing antibodies target the coronavirus fusion peptide, «Биомолекула»: SARS-CoV-2.

Нейробиология

Микроглия и пирамидальные нейроны

Микроглия — макрофаги центральной нервной системы, которые способствуют выживанию и гибели нейронов. Микроглия имеет большое значение при развитии нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона. Американские ученые, изучая соматосенсорную кору мыши, выяснили, что характеристики микроглии определяются локальным составом пирамидальных нейронов. Исследователи создали атлас лиганд-рецепторов, описывающий взаимодействие между отдельными подтипами пирамидальных нейронов и микроглией. Результаты их работы раскрывают фундаментальную роль разнообразия нейронов в развитии микроглии как потенциального механизма тонкой настройки нейроиммунных взаимодействий. — Pyramidal neuron subtype diversity governs microglia states in the neocortex, «Биомолекула»: «Микроглия: роль „иммунных“ клеток центральной нервной системы в здоровом мозге и при нейродегенеративных заболеваниях».

Причина усталости

После напряженного умственного труда мы устаем и не можем вспомнить даже обычные вещи, например, куда положили ключи. Ученые полагают, что это связано с накоплением глутамата в головном мозге. Глутамат — важнейший возбуждающий нейромедиатор в биохимических процессах в нервной системе позвоночных. Глутамат играет ключевую роль в обучении и памяти, но слишком большое его количество может нарушать работу мозга, вызывая различные проблемы — от гибели клеток до судорог.

Ученые разделили участников эксперимента на две группы, заставив одну из них решать сложные задачи, которые должны были вызвать умственное утомление. Исследователи использовали магнитно-резонансную спектроскопию, чтобы обнаружить глутамат в латеральной префронтальной коре. Латеральная префронтальная кора помогает человеку сосредотачиваться и строить планы. Когда человек умственно переутомляется, эта область становится менее активной.

Участникам исследования предлагалось принять решения в трудных ситуациях. Группа, которой были поручены сложные задания, сделала примерно на 10% больше импульсивных решений, чем группа с легкими заданиями. В то же время уровень глутамата в латеральной префронтальной коре у группы со сложными заданиями повысился примерно на 8%, чего не наблюдалось в другой группе.

Предположение, что усталость зависит от накопления глутамата в головном мозге, подчеркивает хорошо известную восстанавливающую силу сна, который «очищает» мозг, вымывая метаболические отходы. Возможно, уровень глутамата в префронтальной коре можно будет использовать для выявления сильной усталости и мониторинга восстановления после таких заболеваний, как депрессия или рак. — Mentally exhausted? Study blames buildup of key chemical in brain, «Биомолекула»: «Промывка мозгов: как работает глимфатическая система».

Эволюция

Биогенетический закон на примере птиц

Тело современных птиц существенно отличается от тела предков-рептилий. В частности, птичий таз претерпел значительные изменения во время перехода от архозавров к птицам. Эта поэтапная трансформация хорошо прослеживается при помощи окаменелостей, но онтогенетические изменения, которые лежат в ее основе, недостаточно изучены. Американские ученые выяснили, что многие предковые динозавровые признаки временно присутствуют на ранних этапах развития птиц, но преобразуются в типичные «птичьи» формы после эмбрионального развития, которое повторяет филогенетическую последовательность приобретения признаков. — The developing bird pelvis passes through ancestral dinosaurian conditions.

Эволюция языка: меньше — лучше

Речь человека подчиняется тем же акустическим принципам, что и речь других животных, но имеет отличительные особенности. Чтобы понять эволюцию речи, японские ученые наблюдали за приматами. Они обнаружили, что упрощение анатомии гортани (потеря голосовых мембран) позволяет человеческой речи не создавать спонтанные нелинейные звуки и акустический хаос, характерные для других приматов. Благодаря этому наша гортань может производить стабильную, богатую гармониками фонограмму, и мы можем коммуницировать с остальными представителями нашего вида. Парадоксально, усложнение человеческой речи последовало за упрощением анатомии гортани. — Evolutionary loss of complexity in human vocal anatomy as an adaptation for speech.

К чему приводит межвидовая гибридизация?

Межвидовая гибридизация распространена у многих организмов и может приводить к различным последствиям. Гибриды могут скрещиваться с родительскими линиями, увеличивая генетическое разнообразие, или развиваться в новые виды. У ящериц гибридизация может привести к образованию полиплоидных однополых видов, для которых характерен партеногенез. Ученые из Мексики и США использовали североамериканских тейид в качестве модели для изучения возможных эволюционных результатов межвидовой гибридизации. Филогенетический анализ показал, что время дивергенции от родителей влияет на последствия гибридизации ящериц. Гибридогенное видообразование и однополость встречались тем чаще, чем больше времени проходило с момента дивергенции родительских видов от общего предка. — The evolutionary network of whiptail lizards reveals predictable outcomes of hybridization.

Экология

Бражник — повелитель ветра

Каждый год триллионы насекомых совершают сезонные миграции на большие расстояния. Из-за того, что насекомые мелкие, ученым трудно отслеживать их миграцию. Поэтому поведение насекомых по пути следования малоизучено. У бабочек миграционное поведение встречается нечасто. Оно только известно у нескольких сотен видов чешуекрых. Один из таких видов — бражник мертвая голова. Немецкие ученые при помощи радиослежения показали, что при ночных миграциях бражник мертвая голова сохраняет контроль над траекторией полета. Бабочки летают не только при благоприятном попутном ветре. В течение ночи они также корректируют встречный ветер, чтобы точно держать курс. Такое поведение показывает, что бражники используют сложный внутренний компас для поддержания выгодных в определенные сезоны миграционных траекторий независимо от ветра. — Individual tracking reveals long-distance flight-path control in a nocturnally migrating moth.

Изменение климата

Ледник стоял, стоит и будет стоять!

Восточно-антарктический ледяной щит — наикрупнейшее скопление льда на Земле. Его часто считают менее уязвимым к глобальному потеплению, чем западно-антарктический или гренландский ледяные щиты. Однако за последние десятилетия некоторые регионы Восточно-Антарктического ледяного щита подтаяли, что вызвало необходимость переоценки его чувствительности к изменению климата. Ученые из Великобритании, Австралии и США проанализировали реакцию Восточно-Антарктического ледяного щита на прошедшие теплые периоды. По их прогнозам, в течение XXI века Восточно-антарктический ледяной щит будет увеличиваться, что указывает на его устойчивость к изменению климата. После 2100 года высокий уровень выбросов парниковых газов приведет к быстрому таянию льда и потенциальному повышению уровня моря на несколько метров всего за несколько столетий. Но существенных потерь массы можно будет избежать, если будет выполнено Парижское соглашение по удержанию роста глобальной средней температуры ниже 2^o C. — Response of the East Antarctic Ice Sheet to past and future climate change.