Генетика

Приручение кукурузы

Все возможные дикие предки кукурузы совсем не похожи на то, из чего можно добыть попкорн. Они представляют из себя высокие, но невзрачные травы; никаких больших початков у них нет, на их верхушках всего несколько зернышек собрано в виде башенки. Ученым было интересно, как люди, проживающие на территории современной Мексики, тысячелетия назад смогли получить растение, которое так сильно отличается от дикого. Раньше считали, что современную кукурузу получили в ходе долгого культивирования дикого растения — Zea mays ssp. parviglumis, растущего в низменностях юго-запада Мексики. Но недавние исследования указывают на то, что у царицы полей была более сложная судьба. Геномный анализ более тысячи диких видов кукурузы, 338 современных и традиционных сортов показал, что во всех культивируемых образцах, кроме одного, есть генетический материал второго дикого растения — Zea mays ssp. mexicana. Растение, в котором нет генетического материала данного вида — очень древний южноамериканский образец, возраст которого составляет примерно 5500 лет. На основе обширного анализа сделали вывод, что примерно через 4000 лет после одомашнивания Zea mays ssp. parviglumis это растение гибридизировалось с Zea mays ssp. mexicana в высокогорьях центральной Мексики. И уже такое растение стремительно распространилось по Мезоамерике, как раз примерно в это же время люди из этой зоны перешли на кукурузный рацион, что дополнительно подтверждает такую теорию одомашнивания кукурузы. — Two teosintes made modern maize.

Нейробиология

Короткие сны пингвинов

Когда пингвины ждут вылупления яиц, один из родителей уходит за едой, а другому необходимо охранять будущее потомство от различных угроз. В такой ситуации долго спать пингвинам опасно, их яйца могут украсть поморники, на них могут напасть другие животные, поэтому необходимо сохранять бдительность. Отчасти с недостатком сна пингвины справляются, собираясь в большие колонии, так пингвины в центре могут поспать подольше. Но это не решает проблему полностью, к тому же внутри колонии пингвины не находятся в очень дружественных отношениях. Как недавно выяснилось, справляться с недостатком сна им помогает «микросон» — пингвины засыпают всего на несколько секунд примерно 10 000 раз в день и так набирают себе целых 11 часов сна! Выяснили это ученые, проводя ЭЭГ антарктическим пингвинам в период вывода яиц, когда они подвергались атакам поморников. — Nesting chinstrap penguins accrue large quantities of sleep through seconds-long microsleeps, «Биомолекула»: «Мозг и сон. Факты в картинках».

Молекулярная биология

Подавление трансляции рибонуклеазой CARF-RelE

Найден еще один механизм системы CRISPR-Cas типа III, который помогает бактериям бороться с чужеродными агентами. CRISPR-Cas исследуется со всех сторон, и все продолжает дарить ученым новые неожиданные открытия. В последний день ноября в Science вышла статья о CRISPR, в которой внимание уделили белку одного из сигнальных путей, который активизирует данная система. После запуска работы CRISPR-Cas, которая разрезает опасную нуклеиновую кислоту, проникшую в бактерию, начинают синтезироваться циклические олигоаденилаты, которые, в свою очередь, активируют различные белки, включая Сami1. Именно Cami1 посвящена новая статья в Science. После активации эти белки расщепляют мРНК, которая находится в A-сайте бактериальной рибосомы, тем самым останавливая трансляцию. В статье рассматривается структура этой рибонуклеазы, механизм разрушения РНК данным ферментом, а также проводятся параллели с эукариотическими механизмами остановки трансляции. — Ribosomal stalk-captured CARF-RelE ribonuclease inhibits translation following CRISPR signaling, «Биомолекула»: «Новые друзья CRISPR/​CAS».

Ремонт ДНК фотолиазой

Ультрафиолет вызывает объединение двух тиминовых оснований ДНК с образованием циклобутан-пиримидинового димера — это одна из причин, почему не стоит забывать про крем от загара. Конечно, с избытком ультрафиолета от солнца живые организмы сталкиваются давно, поэтому у клеток существуют способы справляться с такими повреждениями. Например, фотолиаза тоже активизируется ультрафиолетом и разделяет димеры обратно на тимины. Science рассказывает о том, как две независимые группы из Тайваня и Гамбурга смогли зафиксировать механизмы процесса репарации фотолиазой. Они использовали кристаллографию с временным разрешением на рентгеновском лазере и компьютерные методы, чтобы зафиксировать химические этапы в процессе репарации ДНК, происходящие за пикосекунды и микросекунды. — Time-resolved crystallography captures light-driven DNA repair, «Биомолекула»: «Биологическая машина репарации ДНК».

Иммунология

Разные дороги резидентных T-клеток памяти

Т- и B-лимфоциты осуществляют защиту нашего организма от патогенов — каждая популяция таких клеток борется с определенным антигеном. После уничтожения инфекции остаются Т- и В-клетки памяти, которые быстрее реагируют на повторное заражение. Резидентные Т-клетки памяти населяют определенную ткань. Они несут на своей поверхности белки, которые помогают им оставаться в определенном месте, например, в коже. Оказалось, что для развития двух важных типов постоянных защитников кожи — CD8+ TRM1 и CD8+ TRM17 — нужны разные молекулярные сигналы для дифференцировки, а значит, один из этих типов можно вывести из строя независимо от другого. В норме эти клетки защищают наш организм: TRM1 синтезирует интерферон-γ, который играют противовирусную и противораковую роль, TRM17 секретирует интерлейкин-17, который участвует в борьбе с бактериями и заживлении ран. Но если что-то идет не так, оба типа клеток могут играть роль в развитии аутоиммунных заболеваний: они начинают нападать на «своих». Поэтому открытие независимости формирования двух типов резидентных Т-клеток памяти кожи может в дальнейшем найти применение в медицине. — Divergent molecular networks program functionally distinct CD8+ skin-resident memory T cells, «Биомолекула»: «Когда появляется иммунологическая память?».

Визуализация взаимодействия ВИЧ c рецепторами

Захват клеток вирусом иммунодефицита человека начинается с взаимодействия гликопротеида Env с поверхности вируса и рецепторов CD4 Т-клеток. Ранее была известна структура комплекса Env с CD4 вне мембраны клетки. Новая работа ученых из США демонстрирует, как происходит взаимодействие вируса с CD4, когда тот находится в мембране. Именно в таких условиях и происходит инфицирование клеток. Ученые использовали криоэлектронную томографию, чтобы выяснить, как происходит связывание Env с рецепторами. Анализ множества томограмм показал, что Env связывается сначала с одной молекулой CD4, затем с двумя и, наконец, с тремя молекулами CD4. Кроме того, ученым удалось выяснить, что комплексы Env-CD4 располагаются на клетках кластерами и кольцами, причем характер расположения зависел от состояния капсида. — HIV-1 Env trimers asymmetrically engage CD4 receptors in membranes.

Эволюция

Кроссинговер и бремя мутаций

Кроссинговер — невероятно значимое явление, при котором хромосомы обмениваются участками, а новые особи получают новые сочетания генов. Во многом именно он дает размах эволюции, создавая комбинативную изменчивость. После обмена участками могут появиться как более, так и менее успешные особи. Но, помимо очевидной положительной роли, кроссинговер создает дополнительные риски, которые по новым данным из Science, были недооценены. Исследователи провели множество различных работ, в том числе картировали мутации человека и сопоставили с областями, где активнее идет рекомбинация, и обнаружили, что области рекомбинаций можно считать источниками многих мутаций. Кроссинговер осуществляется путем двухцепочечных разрывов одной цепи ДНК, после чего «ремонтные» (репаративные) механизмы клетки чинят этот разрыв. Область разрыва удаляется, а пробел восполняется по матрице гомологичной хромосомы. Раньше считалось, что в мейозе в этом процессе участвуют очень точные ферменты, тогда как в обычной жизни клетки в ней работают и менее точные системы репарации, а при онкологиях точность этого процесса еще больше снижается. Новые данные указывают на то, что это не так, а репарация в мейозе может осуществляться с множеством ошибок. Из-за этого кроссинговер может быть источником опасных мутаций. — Meiotic DNA breaks drive multifaceted mutagenesis in the human germ line, «Биомолекула»: «Генетическое разнообразие и мутагенез взаимозависимы?».

Онкология

Трансжиры против рака

«Ты то, что ты ешь» — эту фразу наверняка слышал каждый. Люди уже многое знают о том, как питание влияет на жизнь, но конкретные пути воздействия на организм определенных веществ, получаемых из еды, часто слабо изучены. Новая статья в Nature посвящена влиянию вакценовой кислоты на иммунитет, а именно на CD8+ T-клетки — T-киллеры. Эти клетки уничтожают «неправильные» клетки: злокачественные, зараженные вирусами. Исследователи обнаружили, что вакценовая кислота стимулирует активность данных клеток, а значит, ее можно будет использовать в терапии рака. Вакценовая кислота часто встречается в молочных продуктах, жирах жвачных животных, обычно она представлена в транс-форме. Важной особенностью этой жирной кислоты является то, что только 20% полученного с пищей соединения после всасывания в кишечнике сразу преобразуется во что-то другое. Остальные 80% еще долго циркулируют в крови, а значит, довольно долго могут стимулировать иммунитет. Так ученые получили данные в защиту «страшных» трансжиров. — Trans-vaccenic acid reprograms CD8+ T cells and anti-tumour immunity, «Биомолекула»: «Нутригеномика: питание vs. заболевания».

Экология

Борьба за микробов на COP28

COP28 — это конференция ООН, одно из важнейших событий года для экологии, на котором присутствуют политики и ученые более чем из 190 стран. В этом году она проходит в Дубае с 30 ноября по 12 декабря. На этой встрече решили подать свой голос микробиологи. По мнению Шейди Амин, изучающего морские микробиомы, из-за того, что микробов не видно, им не уделяют должного внимания в экологических вопросах. Тем не менее, роль микроорганизмов сложно переоценить: они являются основой множества пищевых цепочек, могут потреблять и производить метан, углекислый газ и закись азота в огромных масштабах, поэтому их следует учитывать в работе с глобальными выбросами газов. На новой конференции впервые будет озвучена важность оценки микробиомов для экологии, а на следующую конференцию собирается уже целая делегация микробиологов. Ведь не только красивые и большие белые медведи со слонами должны вызывать у людей переживания и сподвигать к действиям. Ученые собираются заставить всех увидеть маленьких, но важных жителей нашей планеты и по достоинству оценить их вклад. — Microbiologists at COP28 push for a seat at the climate-policy table.

Ботаника

Сладкий яд непентеса

Непентесы растут в местах, где очень мало азота. Его недостаток они восполняют, убивая насекомых и переваривая их. Ранее не было известно, как именно насекомые проваливаются в кувшинчик непентеса и что их убивает. Ученые из Дели изучили нектар Nepenthes Khasiana, который растение выделяет на края цветка, и неожиданно обнаружили в нем помимо сахаров, привлекающих муравьев, нейротоксин изошинанолон. Это соединение препятствует активности ацетилхолинэстеразы, которая предотвращает накопление нейромедиатора ацетилхолина между нейронами. Слишком большое количество ацетилхолина приводит к мышечным судорогам, слабости, нечеткости зрения и параличу — в таком состоянии насекомые легко падают внутрь цветка. У муравьев, которые провалились в кувшинчик растения, действительно отсутствовала активность ацетилхолиностеразы. Так одна и та же жидкость и завлекает несчастных муравьев своей сладостью, и отравляет, заставляя тонуть внутри хищного коварного цветка. — ‘Toxic bait’ from Indian pitcher plants lures hungry insects to their doom.