Nature #570 (7760) + онлайны: пагубный озон, раздувшийся эмбрион и аутизм у приматов

• Биосфера, круговорот веществ. Большая часть органического углерода, который остается после разложения останков живых существ, включается в круговорот веществ в составе углекислого газа. Однако часть углерода сохраняется в почве: либо в виде неактивных свободных соединений (например в растворенном состоянии), либо в составе минеральных пород. Ученые проанализировали оба варианта сохранения углерода в почве и сравнили их энергетическую эффективность. Выяснилось, что связанный углерод, включенный в состав минералов, имеет высокую энергию активации и способен сохраняться в почве в течение сотен тысяч лет (в отличие от свободного углерода с низкой энергией активации). Именно поэтому минералы, содержащие органический углерод, влияют на состав атмосферы и климатические изменения в течение длительного геологического времени. — Mineral protection regulates long-term global preservation of natural organic carbon. «Биомолекула»: «Кто на самом деле крутит углеродное колесо», «Пределы биодоступности углеводородов в грунтах».
• Генные технологии, CRISPR/Cas. Американские ученые на страницах Nature рассказали о том, как можно управлять встраиванием вирусных генов в бактериальный геном. Эксперимент проводили с использованием мобильных генетических элементов холерного вибриона Vibrio cholerae, которые с помощью транспозонов включались в конкретные последовательности ДНК кишечной палочки. Данная работа может служить первым примером программируемой интеграции ДНК вируса в хромосому клетки-хозяина. — Transposon-encoded CRISPR–Cas systems direct RNA-guided DNA integration. «Биомолекула»: «Просто о сложном: CRISPR/ Cas».
• Нейробиология, нарушения развития. Исследователи из США и Китая использовали систему редактирования генома CRISPR/Cas на моделях макак, чтобы лучше понять механизмы развития аутизма у людей. В своей работе научная команда сосредоточилась на мутации гена SHANK3, которая тесно связана с расстройствами аутистического спектра и синдромом Фелан—Мак-Дермид (умственная отсталость, задержка речи, эпилепсия; обзор о синдроме). Выяснилось, что обезьяны с мутациями SHANK3 отличались нарушениями сна, проявляли низкую социальную активность и демонстрировали повторяющееся поведение. Подобные признаки проявляются у детей с аутистическим расстройством. — Atypical behaviour and connectivity in SHANK3-mutant macaques. «Биомолекула»: «Расстройство аутистического спектра: “дети дождя”», «Как искусственные модели головного мозга и омиксные технологии пригодятся в борьбе с аутизмом».
• Эволюция. Сходство между одноклеточными жгутиконосцами хоанофлагеллятами и хоаноцитами (клетками губок) способствовало продвижению гипотезы о происхождении многоклеточных животных от некоей предковой клетки, снабженной жгутиком и микроворсинками. Австралийские ученые задались целью проверить это предположение. Для этого они проанализировали транскриптомы хоанофлагеллят и трех основных типов клеток губок. К большому удивлению ученых, обнаружилось следующее: генетическая «начинка» предполагаемого предка многоклеточных меньше всего похожа на хоаноциты губок. Более того, результаты исследования указывают на то, что клетки губок имеют уникальный набор генов, которые превращают их в самые настоящие стволовые клетки, способные легко дифференцироваться в другие типы клеток. Это открытие заставляет пересмотреть устоявшиеся взгляды на эволюционную историю многоклеточных животных. — Pluripotency and the origin of animal multicellularity. «Биомолекула»: «Переход к многоклеточности: GK меняет профессию».
• Эмбриология. Размер имеет большое значение, особенно если это размер эмбриона на стадии бластулы. В частности, именно увеличение бластоцисты — раннего зародыша млекопитающих — имеет ключевое значение для развития тканей и поддержания гомеостаза. Исследователи из Гейдельберга разбирались с этим вопросом на примере мышиных эмбрионов. Так, в процессе увеличения бластоцисты в размерах повышается и давление в ее полости, что в свою очередь приводит к увеличению натяжения поверхностных клеток. Напряженные клетки внешней поверхности запускают синтез винкулина — белка цитоскелета, который способствует формированию клеточных контактов. Это приводит к образованию плотных фокальных контактов с участием интегриновых рецепторов. В тот момент, когда поверхностное напряжение бластоцисты достигает критического порога и межклеточное сцепление уже не может выдерживать перегрузки, происходит разрыв трофэктодермы и перераспределение клеток зародыша относительно поверхности. Таким образом, внутреннее давление в полости эмбриона и механическое напряжение поверхностных тканей определяют дальнейшее развитие зародыша. — Hydraulic control of mammalian embryo size and cell fate. «Биомолекула»: «Развитие и эпигенетика, или История о Минотавре», «Энтодерма возникла в ходе эволюции раньше эктодермы».
• Экология, атмосфера. Озоновый слой, сосредоточенный в стратосфере, защищает все живое от вредного действия ультрафиолетового излучения. Но кроме «полезного» озона, существует еще и тропосферный озон — загрязнитель воздуха и в целом вредный парниковый газ. Ранее ученые выдвигали разные оценки содержания О₃ в атмосфере, которые разнились между собой в десятки и даже сотни раз. В новой статье Nature исследователи знакомят нас с данными, показывающими реальную концентрацию озона в образцах снега и льда с полюсов Земли. При этом были зафиксированы негативные изменения: так, во второй половине двадцатого века уровень тропосферного озона увеличился примерно на 40%. — Isotopic constraint on the twentieth-century increase in tropospheric ozone, Ozone mystery laid to rest.
• Археология. Исследователи делятся загадкой доисторических бубликов, найденных на месте древнего поселения в центральной Европе. В городище бронзового века археологи нашли обугленные изделия из муки на основе ячменя и пшеницы. Рядом с этими мини-бубликами находились глиняные кольца, которые предположительно использовали ткачи для натяжения нитей на ткацком станке. Анализ древних бубликов показал, что они не предназначались для еды: вместо выпекания в печи их просто высушивали на солнце. Но тогда почему они обуглились? Это открытие дает больше вопросов, чем ответов. Пока что ученые остановились на версии, что странные мини-бублики использовали в неизвестных ритуалах древних людей. — Mystery of the ‘mini bagels’ found in rubble at ancient fort.

Science #364 (6445) + онлайны: микробы против лекарств, сладкая мутация и релиз лекарства против диабета

• Микробиом, лекарства. Одним из успешных препаратов для лечения болезни Паркинсона считается «Леводопа» (левовращающий изомер диоксифенилаланина). Это лекарство является предшественником дофамина, который способен проникать в ЦНС и запускать противопаркинсонический ответ. Однако проникновение леводопы в нервную систему сильно осложняется из-за того, что уже на уровне кишечника это лекарство активно включается в метаболизм кишечной микрофлоры и дофамин просто не успевает попасть к клеткам мозга. Американские ученые обнаружили, что в «переваривании» леводопы участвуют разные виды бактерий, в числе которых Eggerthella lenta и энтерококки Enterococcus faecalis. Исследователям удалось показать, что можно прекратить процесс метаболизирования лекарства. Для этого достаточно «выключить» бактериальные ферменты, которые декарбоксилируют активное вещество препарата. — Discovery and inhibition of an interspecies gut bacterial pathway for Levodopa metabolism, Gut microbes metabolize Parkinson's disease drug. «Биомолекула»: «Болезнь Паркинсона: что изучать? как изучать?», «Лечение болезни Паркинсона нейротрофическими факторами: есть ли свет в конце туннеля?».
• Биология моря, экология. Исследователи из США рассказывают о необычном тройном симбиозе, в котором принимают участие морской слизень, водоросль из рода Bryopsis и бактериальный эндосимбионт. Так, бактерии со сложным названием Candidatus Endobryopsis kahalalidefaciens поселяются на теле водоросли и с помощью богатого набора собственных ферментов преобразуют субстрат хозяина в кахалалиды — соединения с непростой структурой. Кахалалиды защищают организм водоросли от поедания хищниками, тем самым продлевая жизнь и хозяина, и симбионта. Но выгоду от этого союза получает еще и морской слизень Elysia rufescens — растительноядный моллюск, который буквально прицепляется к водоросли и забирает себе часть защитных кахалалидов. — A microbial factory for defensive kahalalides in a tripartite marine symbiosis.
• Структурка. АТФ-синтаза — важный для энергетики клетки фермент, синтезирующий АТФ из АДФ. Но эта реакция может идти и в обратном направлении, лишая клетку потенциального источника энергии. Исследователи из Китая изучали механизм обратной реакции на примере очищенного тетрамерного комплекса АТФ-синтазы, выделенного из сердец свиней. С помощью криоэлектронной микроскопии удалось получить изображения комплекса с высоким разрешением, который находился в различных состояниях вращения. Ученые сделали вывод, что тетрамеры АТФ-синтазы можно ингибировать по крайней мере тремя разными способами. — Cryo-EM structure of the mammalian ATP synthase tetramer bound with inhibitory protein IF1.
• Нейробиология. При регистрации электроэнцефалограммы в гиппокампе крыс, выполняющих определенные учебные задания, обнаруживаются характерные острые волны. Ученые считают, что такие волны играют важную роль в формировании долговременной памяти и планировании действий животного. При этом выяснилось, что в процессе решения задач с привлечением пространственной памяти в мозге крыс усиливается генерация острых волн. — Long-duration hippocampal sharp wave ripples improve memory.
• Селекция. Человек выращивает миндальные деревья на протяжении тысячелетий. В процессе одомашнивания у миндаля изменился не только внешний вид, но и вкус. Недавно международная команда ученых закончила анализ генома сладкого окультуренного миндаля. Выяснилось, что характерный вкус миндальных орехов обеспечивается за счет точечной мутации в белке bHLH2. «Сломанный» белок не способен вырабатывать амигдалин — ядовитое вещество, придающее горечь дикому миндалю. — Mutation of a bHLH transcription factor allowed almond domestication. «Биомолекула»: «Цисгеномика: новое слово в селекции растений».
• Новые препараты, диабет. Английские ученые обнародовали результаты использования нового препарата для лечения диабета I типа. Эксперимент проводили на группе испытуемых с высоким риском развития этого заболевания. Добровольцам вводили лекарство в течение двух недель, после чего на протяжении нескольких лет проводили диагностику пациентов. Выяснилось, что в среднем у пациентов, принимавших препарат, болезнь развивалась спустя два года — позднее, чем у контрольной плацебо-группы. У некоторых пациентов проявилась еще более успешная динамика: болезнь взяла своё только через шесть лет после введения лекарства. Тем самым ученые показали, что кратковременный курс терапии способен избавить больных сахарным диабетом I типа от постоянных инъекций на несколько лет. — Experimental drug holds off type 1 diabetes. «Биомолекула»: «Сахарный диабет I типа, или Охота на поджелудочную железу».
• Археология. Марихуана — одно из самых популярных наркотических средств в мире. Ученым удалось проследить историю этого растения сквозь века. Выяснилось, что уже 2500 лет назад жители Центральной Азии сжигали каннабис (предположительно, для совершения обрядовых ритуалов). Остатки сгоревшей марихуаны были обнаружены в особых горелках, найденных при раскопках на Памире. Вероятно, древние люди курили марихуану не привычным нам способом, а сжигали его подобно ладану при погребении умерших. — Mountain high: oldest clear signs of pot use, The origins of cannabis smoking: Chemical residue evidence from the first millennium BCE in the Pamirs. «Биомолекула»: «Пробило на хавчик».