Nature #554 (7693) + онлайны: этот прекрасный-ужасный переходный возраст, «летающие» пропеллеры пьезо-белков, а также непредсказуемые горизонты Атлантики и головного мозга

• Нейробиология. Идея связи между сокращением числа нейронных связей в мозге в переходном возрасте и возникновением шизофрении не нова. Давно известно, что лобная доля мозга, определяющая сложные поведенческие реакции, продолжает развиваться вплоть до подросткового периода. А визуализация мозговых срезов и последующий механический подсчет синапсов между нейронами в тканях, взятых от испытуемых «от 0 до 90», показали, что во время перехода от «детского» к «подростковому» периоду происходит резкое сокращение числа нейронных контактов. Исследование этих «затяжных» механизмов развития мозга началось еще в начале 1980-х годов. В этом году психиатр Ирвин Фейнберг (который был инициатором предыдущего исследования) опубликовал статью, в которой рассказывается о причинах возникновения шизофрении, вызванных дефектами на определенных стадиях развития головного мозга подростка. Получается, что первоначально высказанное в далеком 1983 году предположение (уже названное «гипотезой Фейнберга») получило генетические и молекулярные доказательства. Согласно исследованию Фейнберга, сокращение числа синапсов в подростковом возрасте уменьшают амплитуду волн во время стадии медленного сна (что было показано с помощью энцефалограмм) и, в конечном итоге, может провоцировать симптомы шизофрении в более взрослом возрасте. — Pruning hypothesis comes of age, биомолекула: «Болезнь потерянных связей».
• Молекулярка, рак. Воспаление — это негативный сигнал, который, тем не менее, способен инициировать восстановление поврежденной ткани. Однако если такое состояние переходит в хронический статус, оно может спровоцировать ряд болезней, в том числе рак. Ранее было показано, что потеря одной из двух аллелей гена Nr5a2 у мышей ухудшает регенерацию тканей поджелудочной железы после небольшого воспаления, что в целом снижает резистентность клеток поджелудочной. В новом совместном испано-американском исследовании были проанализированы уровни NR5A-белка у людей с аденокарциномой протоков поджелудочной железы. Выяснилось, что низкие уровни белка NR5A2 повышают склонность к воспалению поджелудочной и увеличивают риск появления аденокарциномы. — Transcriptional regulation by NR5A2 links differentiation and inflammation in the pancreas, An inflammatory transcriptional switch, биомолекула: «Расследования в поджелудочной: чем питаются раковые клетки».
• Электроника, искусственный интеллект. Несмотря на мощные прорывы в современной физике и электронике, ученые все еще не могут создать компьютерную машину с таким же надежным механизмом электронных связей, как нейронные сети головного мозга. Однако новое исследование научной группы из Иллинойса (США) приближает человечество к созданию более совершенного искусственного интеллекта. Ранее уже были созданы аналоги 2-терминальных электронных устройств, в которых функционирует сложная сетевая система с высоким уровнем связности между ее элементами. Вновь спроектированный аналог мультитерминального «мемристора» (неологизм, образованный совмещением слов «мембрана» и «транзистор») с использованием поликристаллического монослоя дисульфида молибдена, имеет более широкие функциональные возможности. Такое многоконтактное устройство может расширить перспективы изучения кинетики дефектов в различных материалах. — Multi-terminal memtransistors from polycrystalline monolayer molybdenum disulfide, Neurons mimicked by electronics.
• Структурка. Пьезо-белки — особые мембранные белки млекопитающих, которые играют важную роль во многих физиологических процессах, включая механочувствительность и развитие сосудов, однако их структура остается плохо изученной. Новые исследования рассказывают об особом строении белков Piezo1 и Piezo2 на моделях мышей. С помощью метода криоэлектронной микроскопии удалось визуализировать структуру белкового комплекса, выделенного из клетки с помощью детергента. Оказалось, что белковые домены принимают форму пропеллера с тремя лопастями и изогнутой трансмембранной областью, в которой содержится по меньшей мере 26 трансмембранных спиралей в одном протомере. Гибкие «крылья» пропеллера способны изгибаться с образованием трансмембранных спиралей — так называемых «Пьезо-повторов». После такой модификации мембрана клетки готова к аллостерической регуляции. — Structure of the mechanically activated ion channel Piezo1, Force-activated ion channels in close-up, биомолекула: «Крупные подробности микроскопического мира: Нобелевская премия по химии 2017».
• Психология, социология. Как важно быть подростком. Новый обзор Nature, в котором калифорнийские ученые рассказывают о важности инвестирования ресурсов в молодых людей переходного возраста. Подростки — крайне неустойчивые личности, которые переживают кризис быстрого роста, нейробиологического развития, интенсивного обучения и адаптации во взрослую жизнь. Более глубокое развитие молодежной политики может оказать мощное положительное влияние на траектории дальнейшего развития подростков. — Importance of investing in adolescence from a developmental science perspective.
• Эволюционная экология, социология. Одной из загадок современного общества является несоответствие между ранним физическим созреванием и поздним социальным взрослением подростков. В настоящем исследовании проводится анализ эволюционных и этнографических данных с целью «вскрытия» движущих сил социального развития молодых людей. В частности, одной из современных особенностей развития современного общества (в контексте истории) выступает массовое образование, которое влияет на другие аспекты формирования развивающегося индивидуума. — Dynamics of body time, social time and life history at adolescence.
• Нейробиология. Шведские ученые закладывают основы для создания молекулярного атласа кровеносных сосудов головного мозга. Цереброваскулярные заболевания — это нарушения в просвете сосудов мозга, которые являются третьей наиболее распространенной причиной смертности в мире. В новом исследовании ученые раскрывают принципы зональности в кровеносной сети головного мозга. Оказывается, массивы клеток различаются в зависимости от топологии внутри органа. Так, эндотелиальные клетки формируют сплошной и непрерывный массив, а перициты располагаются прерывистыми пластами. Также исследователям удалось определить популяции периваскулярных фибробластов во всех типах сосудов, за исключением капилляров. — A molecular atlas of cell types and zonation in the brain vasculature.
• Экология, биология океана. В последнее время все чаще можно услышать о негативном влиянии повышенных выбросов углекислого газа в атмосферу. А как насчет гидросферы? Постоянное накопление антропогенного углекислого газа в Атлантическом океане вызывает постоянное (и все увеличивающееся) подкисление воды и снижение концентрации карбонатов. Последнее вызывает «горизонт насыщения» арагонита — одной из форм карбоната кальция, которая образует экзоскелет кораллов и формирует раковины многих моллюсков. Перемещение арагонита на мелководье оставляет глубинные коралловые рифы беззащитными перед натиском агрессивных океанических волн. Испанские ученые проанализировали скорости накопления углекислого газа и «миграций» арагонита в водах Атлантики, а затем подвели неутешительный вывод: проникновение карбонатов в глубинные воды океана на 44% хуже, чем в доиндустриальную эпоху. Такая печальная динамика может привести к массовой гибели кораллов уже в ближайшие десятилетия. — Meridional overturning circulation conveys fast acidification to the deep Atlantic Ocean.

Science #359 (6378) + онлайны: научный подход к глотанию червей, новая родословная лошади Пржевальского и повышение эффективности биолюминесценции

• Биология океана, экология. Рыболовство — один из древнейших «промыслов» человечества (наряду с охотой и собирательством). И если в древности рыбаки еще могли делить зоны улова, то в современном мире в связи с развитием техники и ростом населения объективный учет покрытия рыболовных океанических пространств чрезвычайно затруднен. Американские ученые постарались решить эту задачу, обработав более 22 миллиардов сообщений автоматической системы идентификации судов, поступающих с 70 тысяч рыболовецких судов на протяжении 2012-2016 годов. В результате этого масштабного исследования выяснилось, что более 55% площади океана усиленно эксплуатируются для добычи морских ресурсов. Этот промышленный масштаб рыболовства по своей общей протяженности почти в 4 раза выше, чем в сельском хозяйстве. — Tracking the global footprint of fisheries, Keeping watch on the ocean.
• Клеточная биология, микроскопия. Биолюминесценция — не просто красивое оптическое явление, но и перспективный способ визуализации микроструктур в живых объектах. Однако возможности ее применения не безграничны, ведь в результате работы пары «люциферин-люцифераза» высвобождает небольшое количество света. Ученые из Японии, продолжая традиции Осаму Симомуры, пошли дальше в вопросе исследования свечения живых объектов. Исследователям удалось смоделировать альтернативную молекулярную систему биолюминесценции AkaBLI, которая обеспечивает в 100-1000 раз большее свечение, чем традиционная биолюминесценция in vivo. С помощью этой системы можно визуализировать одиночные опухолевые клетки, залегающие в глубоких слоях тканей и в сосудистой системе мышей, и даже отслеживать небольшие кластеры нейронов гиппокампа. — Single-cell bioluminescence imaging of deep tissue in freely moving animals, Unnaturally aglow with a bright inner light, биомолекула: «Биолюминесценция: возрождение», «Флуоресцирующая Нобелевская премия по химии».
• Молекулярка. Митохондриальная РНК (мтРНК) — одно из важнейших клеточных включений, однако ее пристальное изучение осложнено процессом выделения данной структуры из клетки. Австралийские исследователи обнаружили, что выход мтРНК из митохондрий определяется особыми белками — BAK и BAX, активация которых приводит к образованию крупных пор на внешней стороне митохондриальной мембраны. Как правило, после выхода мтРНК в цитоплазму запускается программа апоптоза — направленной гибели клеток. Часто такой процесс представляет собой мтРНК-зависимый врожденный иммунный путь, способствуя поставкам интерферона I к погибающим клеткам. — BAK/BAX macropores facilitate mitochondrial herniation and mtDNA efflux during apoptosis.
• Структурка. Р-гликопротеин, или белок множественной лекарственной устойчивости, обеспечивает перенос множества нужных для клетки веществ. Ранее считалось, что его транспортировка осуществляется за счет гидролиза АТФ, однако новое исследование ученых из США опровергает это утверждение. В проведенных ранее работах рассматривались исключительно направленные внутрь конформации Р-гликопротеина. Американские ученые пошли дальше и визуализировали данный белок в структурной конформации наружу. Выяснилось, что два нуклеотидсвязывающих домена представляют собой закрытый димер, а полость, предназначенная для транспортируемого субстрата, открывается в сторону внеклеточного пространства и способна сжиматься (во избежание связывания субстрата). Такой механизм переноса указывает на то, что высвобождению переносимого вещества способствует не гидролиз, а связывание двух молекул АТФ. — Molecular structure of human P-glycoprotein in the ATP-bound, outward-facing conformation.
• Клеточная биология, рак. Органоиды, искусственно сконструированные из материала пациентов (PDO, patient-derived organoids), стали одной из недавно возникших доклинических моделей, однако возможности изучения механизма развития болезни с их помощью все еще оставались ненадежными. В масштабном исследовании британских ученых удалось создать PDO из материала, взятого от пациентов с раком ЖКТ на I и II стадии. Сравнение фено- и генотипических профилей модельных PDO и исходных опухолей пациентов показало высокую степень сходства. — Patient-derived organoids model treatment response of metastatic gastrointestinal cancers.
• Эволюция, зоология позвоночных. Ботайская культура энеолита как нельзя лучше помогает археологам разгадывать загадки происхождения древних лошадей. Совместное исследование ученых из Англии, Дании, Германии и Пакистана проливает свет на родословную знаменитой лошади Пржевальского. Исследователи реконструировали 42 генома диких предков лошадей (в числе которых 20 геномов принадлежали лошадям из местности Ботай), а затем сравнили их с геномом лошади Пржевальского. Выяснилось, что эта «дикая» азиатская лошадь не такая уж и дикая — ведь генетический анализ показал, что лошади Пржевальского являются дикими потомками современных лошадей, пасущихся в северо-западных степях Казахстана, а не по-настоящему дикими животными. — Ancient genomes revisit the ancestry of domestic and Przewalski’s horses.
• Эпидемиология.Шистосомоз — неприятное тропическое заболевание, вызываемое паразитарными кровяными сосальщиками. Исследовательская группа из Голландии решила бросить вызов этим возбудителям, для чего набрала группу добровольцев, готовых подвергнуться заражению червями Schistosoma mansoni. С помощью такого оригинального эксперимента ученые надеются изучить механизм развития болезни на модели человека, что может помочь в создании вакцин и разработке лекарств от шистосомоза. Несмотря на то, что научная группа заявила о низких рисках для добровольцев, некоторые ученые с этим не согласны и считают, что волонтерам по окончании исследования не гарантировано полное избавление от паразитов. — Worms living in your veins? Seventeen volunteers said ‘OK’.