Генетика

Как генетические исследования помогают узнать больше о своих предках

Хансон Саммерс впервые появляется в архивах 1834 году в описи Катоктиновой печи, расположенной в богатых рудой предгорьях Голубого хребта Мэриленда. Хансон Саммерс указывается как порабощенный 17-летний мальчик по имени «Хэнсон». Пятнадцать лет спустя владельцы Катоктиновой железной печи упоминают в рукописной бухгалтерской книге, что Хэнсон был продан за 500 долларов металлургическому заводу поблизости. Затем, в 1899 году, некролог в газете Хагерстауна, штат Мэриленд, восхваляет 82-летнего Хэнсона Саммерса, который «был известен своей огромной силой и, не задумываясь, мог работать с 500-ми тоннами железа... Он был рабочим на заводе Antietam Iron Works».

Специалисты по генеалогии из Исторического общества Катоктиновой печи разыскали потомков Саммерса, в том числе его 86-летнюю праправнучку Агнес Джексон. Джексон достаточно взрослая, чтобы помнить, как она пила из отдельных фонтанчиков с водой и смотрела фильмы с балкона местного театра, предназначенного только для афроамериканцев. Но она не помнит, чтобы ее родители, фермеры, жившие в штате Мэриленд, когда-либо говорили о Катоктиновой печи как о части семейной истории. «Мы никогда не знали, что связаны с людьми здесь. [Наши предки] были рабами — эта не та тема, о которой люди хотят говорить».

История Саммерса о выживании и навыках работы с металлом была раскрыта специалистами по генеалогии и историками, надеющимися рассказать историю афро-американских рабочих в Катоктиновой печи, адском месте, которое работало без перерывов. С первых дней белые владельцы печи, вероятно, использовали афроамериканцев для самых тяжелых работ. Афроамериканцы несли ответственность за все, от поддержания огня в огромных печах до заливки расплавленного железа в формы.

В этой истории есть место и генетике. Но прежде, чем генетики начали извлекать ДНК, антропологи изучали человеческие останки, пытаясь реконструировать жизнь порабощенных афроамериканцев. Кости свидетельствуют об условиях, отличных от тех, что на плантациях, но столь же суровых. Почти половина из 32 могил содержала останки детей в возрасте до четырех лет, у некоторых из них были кривые голени — классический симптом дефицита витамина D — рахита. У некоторых людей был высокий уровень свинца и цинка; у одного мужчины в возрасте около 40 лет уровень цинка был почти в три раза выше, чем у большинства порабощенных людей в регионе. По словам одного из исследователей, он мог работать «наполнителем», подбрасывая древесный уголь и богатую цинком железную руду в пылающую печь.

Один из вопросов, который ставили перед собой ученые: могут ли они связать безымянные тела на кладбище недалеко от Катоктиновой печи с живыми людьми. «К 2020 году технология древней ДНК была близка к тому, чтобы найти связь между людьми, жившими в последние несколько сотен лет, и современными людьми», — говорит соавтор Эдаоин Харни, исследователь в 23andMe.

Харни определил участки ДНК, общие для людей в базе данных компании и людей на кладбище, сегменты, называемые «идентичными по происхождению» (ИПП). Оказалось, что чем длиннее совпадающие участки сегментов у предков и потомков, тем ближе их отношения.

У большинства из 41 799 человек было всего несколько коротких сегментов ИПП, общих с людьми из Катоктиновой печи. Это предполагает связи с общими предками в Африке или Европе, уходящие вглубь веков. Эти предки жили за несколько поколений до того, как исследуемое кладбище стало использоваться.

Харни также идентифицировал 2975 живых людей в базе данных 23andMe, у которых было значительно большее совпадающих сегментов ДНК с останками людей из Катоктиновой печи. По оценкам, некоторые из них были удалены всего на пять поколений — эквивалент прапрапрапрадедушки, что подходит для прямого потомка 225 лет спутстя. Поскольку база данных 23andMe включает географические данные, Харни даже может предположить, где оказались потомки тех, кто был захоронен на кладбище, расположенном неподалеку от Катоктиновой печи. Многие семьи не уехали далеко — десятки очень близких родственников все еще живут в Мэриленде, и многие другие разбросаны по юго-востоку Соединенных Штатов.

Однако данный проект не избежал этических вопросов, подробнее о них можно почитать в статье Forging connections.

Астрофизика

Больше черных дыр телескопу Джеймса Уэбба!

Астрофизик Дейл Коцевски с помощью нового космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) обнаружил огромное количество черных дыр — от множества тусклых и далеких до горстки ярких.

Исследования черных дыр посредством JWST все еще находятся в зачаточном состоянии, но уже сейчас ясно, что это поможет ученым ответить на многие давние вопросы о черных дырах: как им удалось сформироваться в начале истории Вселенной и быстро превратиться в космический вакуум, поглощая все вокруг себя.

JWST также обнаружил несколько самых далеких черных дыр, которые когда-либо видели. Подтвержденный рекордсмен группы находится в центре хорошо изученной галактики GN-z11 с красным смещением 10,6 (причем многие из недавно обнаруженных JWST черных дыр находятся в красном смещении от 4 до 6, что соответствует времени, когда Вселенной было от 1 до 1,5 миллиардов лет). Смещение 10,6 говорит о том, что через 400 миллионов лет после Большого взрыва зародыши черных дыр уже сформировались и смогли создать сверхмассивный объект. Предстоящие наблюдения направлены на изучение деталей того, как перегретый газ обтекает GN-z11, что может пролить свет на то, как черная дыра влияет на пространство вокруг нее. — ‘It’s a dream’: JWST spies more black holes than astronomers predicted.

Палеонтология

Какое млекопитающее самое тяжелое? (возможно, существует новый ответ на старый вопрос)

— Синий кит! — обычный отвечали на такой вопрос. Однако первенство синего кита Balaenoptera musculus теперь под сомнением. Недавно описанный окаменелый кит Perucetus colossus, живший примерно 38 миллионов лет назад, мог быть тяжелее синего кита.

Синие киты, находящиеся под угрозой исчезновения, весят от 100 до 150 тонн, хотя некоторые из них могут достигать 200 тонн. Perucetus colossus весил от 85 до 340 тонн, по словам ученых, которые нашли и описали останки: 13 позвонков, 4 ребра и останки таза. По их оценкам, кит весил около 180 тонн. Эта огромнейшая масса — результат его больших и плотных костей — эволюционная адаптация, «балласт», позволявший нырять.

Николас Пайенсон, палеонтолог из Смитсоновского института в Вашингтоне, говорит что P. colossus перепишет историю эволюции гигантизма у китов. Но он не готов отдать P. colossus корону синего кита. «Корона принадлежит синему киту, — говорит он. «Определить вес тела вымершего вида очень, очень сложно». «Скелеты неполные, — добавляет Пайенсон, — и мы действительно не знаем, как наложить в таком случае мясо на кости». — Could this ancient whale be the heaviest animal ever?, «Биомолекула»: «Почему киты — это не рыбы».

Медицина

Длительный ковид

Национальные институты здравоохранения на днях объявили о новых клинических испытаниях для проверки различных стратегий лечения — от внутривенного иммунного препарата до светотерапии и пищевых добавок — у людей с длительным ковидом, инвалидизирующим синдромом, который может возникнуть после заражения пандемическим коронавирусом. Основное внимание уделяется смягчению некоторых из наиболее распространенных и изнурительных симптомов, таких как спутанность сознания и проблемы со сном. В большинстве испытаний примут участие от 100 до 300 человек с длительным ковидом, и они начнутся в этом году. Неврологические вмешательства будут включать веб-программу для тренировки мозга и устройство для транскраниальной стимуляции. — With new flurry of clinical trials, NIH finally seeks treatments for Long Covid, «Биомолекула»: SARS-CoV-2.

Нейробиология

Генетическое и функциональное разнообразие у дофаминовых нейронов

Дофаминовые нейроны отвечают на неожиданное вознаграждение, во время движения и при неприятных стимулах. Разнообразие дофаминовых нейронов установлено на основе профилей молекулярной экспрессии; однако оставалось неясным, сопоставимы ли различные функции с генетическими подтипами. В этом исследовании было установлено, что три генетических подтипа дофамина в компактной части черной субстанции, характеризующиеся экспрессией Slc17a6 (Vglut2), Calb1 и Anxa1, имеют уникальный набор реакций на вознаграждение, аверсивные стимулы и движение (ускорение и замедление). Примечательно, что реакция вознаграждения почти полностью отсутствовала у подтипа Anxa1+, который вместо этого коррелировал с ответом на ускорение. Эти результаты устанавливают связь между функциональными и генетическими подтипами дофамина и демонстрируют, что паттерны молекулярной экспрессии могут служить общей основой для анализа дофаминергических функций. — Unique functional responses differentially map onto genetic subtypes of dopamine neurons, «Биомолекула»: «Дофаминовые болезни».

Переломы, танцы и шизофрения

Переломы — широко распространенный тип несчастных случаев у больных шизофренией, длительно пребывающих в психиатрических диспансерах. После переломов пациенты обычно продолжительное время чувствуют боль. Накапливающиеся данные подтверждают положительный эффект от использования танцевально-двигательной терапии (ТДТ) для пациентов с шизофренией. Данное исследование было разработано для изучения эффективности 12-недельной ТДТ в отношении минеральной плотности кости и способности удерживать равновесие. Было проведено рандомизированное контролируемое исследование. 58 пациентов случайным образом были распределены в группу ТДТ (n = 29) и группу обычного лечения (n = 29). Минеральная плотность костей (МПК) и способность к равновесию измерялись в начале исследования и в конце 12-й недели. Было обнаружено, что у пациентов в группе ТДТ наблюдалось значительное улучшение МПК и способности к равновесию по сравнению с группой обычного лечения. — Dance/movement therapy for improving balance ability and bone mineral density in long-term patients with schizophrenia: a randomized controlled trial, «Биомолекула»: «Шизофрения и гены: поиск иголки в стоге сена».

Эстроген и депрессия у мышей

Колебания уровня половых гормонов могут быть связаны с нарушениями настроения у женщин, например, при послеродовой и перименопаузальной депрессии. Однако механизмы запуска работы нейронной цепи оставались неясными. В данной работе сообщается, что ГАМКергические нейроны медиальной преоптической области опосредуют депрессивное поведение у самок мышей после того, как концентрация гормонов яичников снижается. Это, в свою очередь, можно объяснить уменьшением активности ГАМКергических нейронов, экспрессирующих Esr1 (рецептор эстрогена-1). Повышение активности этих нейронов снижает депрессивное поведение у мышей, получавших репродуктивные гормоны. Снижение активности нейронов приводит к более выраженному деперессивному поведению. Две отдельные субпопуляции опосредуют разные симптомы: субпопуляция, проецирующаяся на вентральную область покрышки, вызывает ангедонию, а другая, проецирующаяся на периакведуктальную область, является причиной неподвижности (один из парметров, по которым оценивают депрессивное поведение у грызунов). Таким образом, медиальная преоптическая область является центром, опосредующим депрессивное поведение, которое возникает в результате изменений уровня репродуктивных гормонов. — The medial preoptic area mediates depressive-like behaviors induced by ovarian hormone withdrawal through distinct GABAergic projections, «Биомолекула»: «Спокоен как GABA».

Общая первичная мишень действия антидепрессантов (и при чем тут психоделики)

Психоделики вызывают быстрые и устойчивые антидепрессивные эффекты, катализируют нейропластичность, сходную с эффектами клинически одобренных антидепрессантов. Недавно группой исследователей сообщалось, что фармакологически разнообразные антидепрессанты, включая флуоксетин и кетамин, действуют путем связывания с TrkB, рецептором BDNF. В данной работе показано, что диэтиламид лизергиновой кислоты (ЛСД) и псилоцин напрямую связываются с TrkB с аффинностью в 1000 раз выше, чем у других антидепрессантов. Эффекты психоделиков на нейротрофическую передачу сигналов, пластичность и антидепрессантоподобное поведение у мышей зависят от связывания TrkB и стимулирования эндогенной передачи сигналов BDNF, но не зависят от активации рецептора серотонина 2А (5-НТ2А). Вызванное ЛСД подергивание головы зависит от 5-HT2A и не зависит от связывания TrkB. Эти данные подтверждают, что TrkB является общей первичной мишенью для антидепрессантов, и предполагают, что высокоаффинные TrkB-положительные аллостерические модуляторы, лишенные активности 5-HT2A, могут сохранять антидепрессивный потенциал психоделиков без галлюциногенных эффектов. — Psychedelics promote plasticity by directly binding to BDNF receptor TrkB, «Биомолекула»: «Краткая история антидепрессантов», «Новая жизнь психоделиков».