Nature #558 (7709) + онлайны: стимулируем потребность во сне, регулируем работу митохондрий с помощью нуклеотидов и знакомимся с жизнью индийских женщин

• Биология океана, экология. Чуть более ста лет прошло с момента покорения Южного Полюса. Но за этот срок произошла качественная смена ролей во взаимоотношениях человека и Антарктики. И если раньше люди искали спасения от суровых полярных условий, то сейчас уже Антарктида нуждается в защите от человечества. Вот почему спецтемой нового номера Nature стала Антарктика.
  • В первой работе ученые из Орегона расследуют последние 800 тысяч лет исторического развития состава атмосферы с помощью спилов антарктического льда. Анализ химических компонентов древнего льда позволил проследить диапазон изменчивости качественного состава атмосферы в ходе эволюции. Впрочем, ученые не собираются останавливаться на достигнутых результатах и уже планируют новые экспедиции по поиску еще более древних ледяных пластов, чтобы раскрыть механизмы ледниковых циклов, происходивших около миллиона лет назад. — Antarctic and global climate history viewed from ice cores.
  • В другой обзорной статье рассказывается о влиянии наиболее поздно «выделенной» в качестве самостоятельной географической единицы — о Южном океане, который связывает между собой мировые океанические бассейны. Изучение циркуляции Южного океана помогает предсказывать вероятные сценарии развития климата, изменения углеродного цикла и повышения уровня моря. — The global influence of localized dynamics in the Southern Ocean.
  • Еще одна обзорная статья резюмирует неутешительные выводы о сокращении ледниковых покровов, изменение площади которых демонстрируют снимки со спутников. И, несмотря на незначительные изменения соотношения ледяных покровов с 1970-х годов, межгодовая изменчивость ледников представляется достаточно высокой. — Trends and connections across the Antarctic cryosphere.
  • Любопытный обзор относительно будущего Антарктики и Южного океана представила группа ученых из Австралии, США, Франции и Великобритании. Перед нами предстают два возможных варианта развития полярного региона с позиций 2070 года. В первом сюжете текущая экологическая ситуация не ослаблялась, а, напротив, усугублялась: выбросы парниковых газов оставались на прежнем уровне, средняя температура постепенно увеличивалась, «вредные» предприятия продолжали работать в обычном режиме; такая ситуация к 2070 году приведет как к катастрофическим последствиям в Антарктике, так и к серьезным проблемам в масштабе всей Земли. Второй сценарий предполагает внедрение амбициозных проектов по сокращению загрязняющих выбросов и разработку регламентирующих мер, призванных ограничить антропогенное воздействие на атмосферу. Ученые надеются, что такой сравнительный анализ поможет принять надлежащую траекторию развития промышленности уже в следующем десятилетии. — Choosing the future of Antarctica.
  • Впечатляющий анализ баланса масс антарктического льда с 1992 по 2017 год, выполненный международной исследовательской группой, опубликован в свежем выпуске Nature. С помощью объединенных данных, собранных со спутников за четвертьвековой период, удалось получить угрожающие цифры. Итак, за 25 лет: было потеряно почти 2,7 млрд тонн льда; средний уровень моря повысился примерно на 7 мм; темпы утраты антарктического льда увеличились с 53 до 159 млрд тонн в год, т.е. почти в три раза. — Mass balance of the Antarctic Ice Sheet from 1992 to 2017.
• Структурка. Один из основных механизмов приспособления живого организма к новым условиям — это тепловая адаптация. Ученые из США обнаружили интересную особенность низкотемпературных ферментов, которые во многом обусловливают физиологические реакции холодолюбивых организмов. Оказалось, что модификации ферментов могут быть опосредованы через удаленные от активного сайта области фермента. Эксперимент по исследованию аллостерической регуляции аденилатциклазы в клетках Escherichia coli продемонстрировал пространственное разделение контроля ряда ключевых ферментативных регионов. Например, флуктуации в домене LID обеспечивают сродство фермента к субстрату, а динамическое ослабление в AMP-связывающем домене вызывает ограничение скорости конформационных изменений фермента. Благодаря такой тонкой динамической регуляции можно настраивать биологические функции фермента без изменения его основного состояния. — Dynamic allostery can drive cold adaptation in enzymes, Enzymes can adapt to cold by wiggling regions far from their active site, биомолекула: Экстрим в природе.
• Структурка. Важным компонентом митохондрий является динамин-связанный белок 1 (dynamin-related protein 1, DRP1), участвующего в делении органеллы. В предшествующих исследованиях была установлена структура DRP1, однако механизмы регуляции этого белка оставались неизвестными. Исследователям из Калифорнии с помощью метода криоэлектронной микроскопии удалось представить не только полноразмерную структуру DRP1 человека, но и способ сборки этого белка. Так, ГТФ инициирует активацию ГТФазы и полимеризацию нитей DRP1, которые связываются с особыми митохондриальными динамическими белками посредством нитей. После сборки комплекса DRP1 происходит гидролиз ГТФ, что приводит к сокращению нитей и диссоциации митохондриальных рецепторов. Эта находка позволила обнаружить регуляцию механической работы митохондриального белка посредством нуклеотидов. — Structural basis of mitochondrial receptor binding and constriction by DRP1, биомолекула: У млекопитающих найден белок, перемещающийся из митохондрий в ядро.
• Медицина, таргетная терапия. Синдром CLOVES — чрезвычайно редкое генетическое заболевание, связанное с широким спектром симптомов: от неконтролируемого разрастания мягких тканей до пороков развития сосудов, позвоночника и других внутренних органов. Установлено, что эта болезнь является результатом соматических мутаций, связанных с усилением экспрессии гена PIK3CA. Французским ученым удался уникальный эксперимент по лечению данного заболевания. Сначала на мышиной модели с синдромом CLOVES, частично имитирующей болезнь человека, была показана эффективность BYL719 — потенциального ингибитора гена PIK3CA. Затем ученые использовали препарат, содержащий BYL719, в терапевтическом лечении 19 пациентов с синдромом CLOVES. Результаты были ошеломляющими: опухоли уменьшались в размерах, сердечная недостаточность сокращалась, а деформация позвоночника постепенно исчезала. — Targeted therapy in patients with PIK3CA-related overgrowth syndrome, биомолекула: От медицины для всех — к медицине для каждого!
• Систематика микроорганизмов. Давно известно, что почва — это настоящая вселенная, в которой обитают самые разные представители микробиологического сообщества. Но так ли хорошо мы их знаем? Исследователи из США в своей новой работе открывают для науки новые группы малоизученных почвенных бактерий, которые кодируют разнообразные пептиды, синтезируют поликетиды и другие вторичные метаболиты. Любопытно, что в изученных группах микроорганизмов удалось обнаружить ацидобактериальные геномы с богатым разнообразием генов различных метаболических путей. Дальнейшее исследование биосинтетического потенциала представителей Acidobacteria, Verrucomicrobia и Gemmatimonadetes открывает широкие перспективы в создании новых антибиотиков и других фармацевтических соединений. — Novel soil bacteria possess diverse genes for secondary metabolite biosynthesis, биомолекула: О, этот благодатный дождь из бактерий!
• Физиология, нейробиология. Как именно формируется наша потребность во сне? Японские ученые обнаружили интересную молекулярную закономерность между бодрствующим и сонным состоянием организма. Объектами эксперимента по традиции стали мыши, которых либо лишали сна, либо стимулировали повышенную потребность во сне. Выяснилось, что молекулярным «посредником» между состояниями сна и бодрствования выступают особые синаптические фосфобелки «индекса сна» (SNIPPs, synaptic sleep-need-index phosphoproteins). Так, чередование циклов фосфорилирования и дефосфорилирования SNIPPs является важным регуляторным механизмом: если при усилении фосфорилирования SNIPPs повышается потребность во сне, то дефосфорилирование SNIPPs в большей степени характерно для периода бодрствования. — Quantitative phosphoproteomic analysis of the molecular substrates of sleep need, биомолекула: Сон и старение I: «Часы в мозге» и влияние генов на ритм жизни, Тик-так по-шведски. Нобелевская премия за циркадные ритмы.
• Мир науки. Новая обзорная статья Nature посвящена женщинам-ученым, которые работают в Индии. С помощью сайта The Life of Science, созданного в 2016 году, более сотни индийских исследовательниц уже рассказали как о своей научной работе, так и о социальных проблемах, с которыми они сталкиваются каждый день. — The lives of female scientists in India are being chronicled online.
• «Мягкие материалы» (soft materials). Это один из наиболее перспективных объектов исследования, активно используемый в робототехнике, электронике и биомедицине. Их уникальная особенность состоит в том, что они могут трансформироваться из одной 3D-формы в другую под воздействием ряда внешних стимулов. Однако эти переходы нередко требуют времени. Ученым из Массачусетского технологического института удалось создать новый тип «мягких материалов», которые под действием магнитного поля способны подвергаться быстрым обратимым конформационным переходам буквально за доли секунды. В ходе 3D-печати исследователи встраивали и особым образом выравнивали ферромагнитные микрочастицы в силиконовой матрице. Благодаря этому можно запрограммировать определенные трансформации разных участков материала, который будет способен выполнять ряд направленных движений. — Printing ferromagnetic domains for untethered fast-transforming soft materials, биомолекула: 3D-принтер произвел на свет полумягкого робота-прыгуна, Живые магниты: применение бактериальных магнетосом.

Science #360 (6394) + онлайны: разбираемся в «призрачной визуализации», путешествуем по Атлантике вместе с саргассумом и активируем нейроны для ослабления страха

• ВИЧ. Спецтемой нового номера Science стала проблема распространения ВИЧ и способы борьбы со СПИДом. В том числе мы узнаем:
  • о неутешительной статистике новых случаев заболевания СПИДом среди детей Нигерии, которые получают инфекцию от матери. — The mother of all challenges;
  • о том, как нетерпимость к однополым отношениям в Нигерии способствует распространению ВИЧ в определенных группах населения. — Building TRUST in an LGBTQ-hostile country;
  • о новом медицинском проекте, который пытается оценить стратегии развития детей, рожденных от ВИЧ-инфицированных матерей. — Babies who dodge HIV may not be unscathed;
  • о нестандартном способе распространения антиретровирусных препаратов. — The pill exchange;
  • о масштабах распространения ВИЧ в России. — Dark nights, bright stars;
  • а также о том, как масс-медиа помогают ВИЧ-инфицированным людям преодолевать социальные барьеры. — Status symbol, Poster couple.
• Клеточные взаимодействия. Ученым из Израиля удалось обнаружить интересный эффект иммунных клеток: оказывается, Т-клетки памяти склонны к коллективному взаимодействию. Визуализация живых клеток позволила проследить связь между количеством клеток и их последующей дифференциацией. Так, выяснилось, что скорость дифференцировки Т-клеток определяется объемом их популяции и резко возрастает после достижения определенного порога взаимодействия клеток между собой. Причем уникальная траектория развития конкретной клетки определяется не просто количеством всех клеток, присутствующих на данном участке, а модулируется благодаря числу одновременных взаимодействий клеток между собой в данный момент времени. — Induction of CD4 T cell memory by local cellular collectivity, биомолекула: Т-клетки — марионетки, или как пе­ре­про­грам­ми­ро­вать Т-лимфоциты, чтобы вылечить рак.
• Физиология растений. Глубоководные фотосинтезирующие организмы, в отличие от своих «земных» собратьев, вынуждены приспосабливаться к условиям ограниченного светового спектра. В ходе исследования фотосистем таких организмов у них были идентифицированы молекулы хлорофилла со смещенными в сторону дальнего красного света спектрами. (Наземные растения обычно не способны использовать при фотосинтезе дальний красный свет ввиду низкой энергии его фотонов, недостаточной для возбуждения хлорофилла.) — Photochemistry beyond the red limit in chlorophyll f—containing photosystems, биомолекула: Волонтер фотосинтеза.
• Нейробиология, психология. Ослабление страха происходит благодаря угнетению первоначальной памяти о факторе, вызвавшем страх, однако конкретный механизм такого «забывания» еще недостаточно изучен. Ученым из Швейцарии удалось продвинуться по пути изучения этого феномена. Реконструируя образы негативного прошлого с помощью энграмм, в головном мозге удалось идентифицировать подмножество нейронов, реактивация которых уменьшает уровень страха. — Reactivation of recall-induced neurons contributes to remote fear memory attenuation.
• Клеточная биология, новые технологии. Японские ученые предлагают новый метод цитометрии — так называемую «призрачную визуализацию». С его помощью можно визуализировать объекты без использования разрешающего детектора. Это становится возможным благодаря бесконтактной сверхбыстрой флуоресценции наблюдаемых объектов. — Ghost cytometry, биомолекула: 12 методов в картинках: проточная цитофлуориметрия.
• Генетика. Британским ученым удался эксперимент по смене пола у мышей без изменений в генах испытуемых. В предыдущих исследованиях были обнаружены два интересных гена — Sox9 и SRY, которые контролируют процесс созревания мужских половых клеток. Так, повреждение гена SRY приводит к формированию у самок мужских половых органов. Британские ученые пошли дальше: удалось обнаружить рядом с геном Sox9 сегмент Enh13. Скрещивание мышей с лишь одной исправной копией Enh13 дало потомство, в котором самцы, хоть и не потеряли свои половые органы, однако приобрели яичники и другие женские половые признаки. — Sex reversal following deletion of a single distal enhancer of Sox9, биомолекула: Мальчики налево, девочки направо... А остальные?, Что такое пол?
• Биология моря. С 2011 года Карибы регулярно «атакуются» плотными пластами саргассума, что часто негативно влияет на экосистему Карибского бассейна в целом. Сначала ученые предположили, что морские водоросли дрейфовали из знаменитого Саргассового моря через север Атлантики. Однако информация, полученная со спутниковых снимков, и анализ океанических течений свидетельствуют в пользу того, что потенциальный источник саргассума находится в другой части Атлантического океана. Сейчас ученые пытаются понять, что заставило водоросли цвести настолько интенсивно. — Seaweed masses assault Caribbean islands.