Nature от 25 февраля 2015 г.: игры, которые играют в игры, микробиомы и следы адаптивной эволюции

• Искусственный интеллект, нейробиология. Люди, которые играют в игры. Игры, которые играют в люди. Игры, которые играют в игры?.. Тьфу ты, пропасть! Специалисты по машинному обучению из одной из подконтрольных всемогущему Google компаний — DeepMind — создали разновидность искусственного интеллекта (ИИ), который отлично справляется с древними компьютерными играми на Atari 2600, включая знаменитую Space Invaders. Комбинируя два подхода к ИИ — «глубокое обучение» и обучение с подкреплением, — они создали алгоритм Q-network, который работает просто по анализу картинки игры и игровым очкам. Что ж дальше-то будет?.. — Game-playing software holds lessons for neuroscience, Artificial intelligence: Learning to see and act, Human-level control through deep reinforcement learning.
• Микробиом от Nestle. Этот номер Nature весь такой микробный. Исследователи из разных мест рассматривают микробиом с разных сторон, а бактерии тихо хихикают себе в кишечнике. — The Microbes Within, Why Microbiome Treatments Could Pay Off Soon, Your Microbes at Work: Fiber Fermenters Keep Us Healthy, Mental Health: Thinking from the Gut, Gut Microbiome: The Peacekeepers, The Gene—Microbe Link, Microbiome Engineering, The Diverse Microbiome of the Hunter-Gatherer.
• Молекулярная биология. Связаться с РНК и изменить ее судьбу — вот смысл жизни для РНК-связывающих белков. Правда, сделать это они могут, только если нужный участок РНК торчит наружу, а не похоронен внутри молекулы. А влияет на это масса вещей, в том числе, модификации этой РНК, в том числе, появление метилированного аденозина (m⁶A). m⁶A прям так сильно облегчает связывание РНК с белками, что в этой статье даже термин такой предложили — the m⁶A-switch. — RNA modification does a regulatory two-step, N⁶-methyladenosine-dependent RNA structural switches regulate RNA—protein interactions.
• Структурка, рибосома. Какое-то время назад лучшими методами в структурной биологии считались рентгеноструктурный анализ и спектроскопия ядерного магнитного резонанса, которые не способны давать изображение биомолекул в «реальном» пространстве, а поставляют различные косвенные данные для молекулярной реконструкции. Но теперь исследователи предлагают усовершенствованный вариант криоэлектронной микроскопии в комбинации с алгоритмами анализа изображений, который позволил получить лучшую на сегодняшний день «картинку» бактериальной рибосомы, да еще в комплексе с кучей вспомогательных молекул. — Structure of the E. coli ribosome—EF-Tu complex at _s-corrected cryo-EM.
• Структурка. АТФ-синтаза F-типа — молекулярная машина роторного типа, синтезирующая «клеточную энергетическую валюту» (АТФ). В новой криоэлектронномикроскопической структуре лучше видно, как осуществляется перенос протона, являющийся движущей силой процесса синтеза АТФ. — Horizontal membrane-intrinsic α-helices in the stator a-subunit of an F-type ATP synthase.
• Геномика, рак. Соматические мутации в ДНК являются одной из основных причин раковых заболеваний. Проанализировав около 17 млн. таких мутаций в образцах 652 опухолей, ученые выявили роль особого механизма репарации, называемого variable DNA mismatch repair, в неоднородном распределении таких мутаций по различным геномным фрагментам. — Differential DNA mismatch repair underlies mutation rate variation across the human genome.
• Иммунитет растений. Лучшее средство от перхоти — гильотина, а от заражения вирусами — остановка трансляции. До недавнего времени считалось, что растения от этого далеки и в основном тихо, взволнованно сайленсят вирусные РНК (что вирусы, кстати, хладнокровно обходят). Но нет. Оказалось, что при вирусном заражении киназа NIK1 отпинывает RPL10 в ядро, где он связывается с LIMYB, а в результате трансляция падает под плинтус. — NIK1-mediated translation suppression functions as a plant antiviral immunity mechanism.
• Эволюция, геномика. Адаптивная эволюция не только хороша, но и плоха. 30% смертей ежегодно обусловлено эволюцией болезнетворных организмов, а также раковых клеток. Используя технологии геномного «штрих-кодирования» и секвенирования ДНК, исследователи смогли пронаблюдать за эволюцией приспособленности 500 000 дрожжевых линий в одном эксперименте, установив динамику этих популяций в зависимости от приобретения благоприятных мутаций в их ДНК. — Fitness tracking for adapting populations, Quantitative evolutionary dynamics using high-resolution lineage tracking.
• Биология развития. Развитие организма управляется белками-"стрелочниками" WNT, говорящими клеткам, когда им куда расти, а когда — сидеть тихо и смирно. Чтобы все работало как надо, существует механизм отрицательной обратной связи, завязанный на секретируемый белок Notum. В этом эксперименте выяснилось, что данный белок распознает Wnt-белки и деацетилирует их на поверхности клеток, своевременно «урезонивая» Wnt-путь. — Disarming Wnt, Notum deacylates Wnt proteins to suppress signalling activity. См. также: Важнейшие стрелочники клеток организма: белки Wnt.
• Иммунология, микробиология. Эмульгаторы — это риск, детка. — Dietary emulsifiers impact the mouse gut microbiota promoting colitis and metabolic syndrome.
• Иммунология, рак. Ну, не то чтобы прям рак. Обычная регенерация эпителия. Осуществляется интерлейкином-6 и его шестерками, которых будит воспаление. — A gp130—Src—YAP module links inflammation to epithelial regeneration.
• Нейробиология. По активности нейронов моторной коры можно предсказать движение за секунды до того, как оно будет осуществлено. Но тут непонятки с полушариями. Хотя ипси- и контралатеральные нейроны в этой области вперемешку, но если область вырубить, страдают именно контралатеральные движения. И вот с помощью кучи методик удалось откопать нейроны 5 слоя, которые, кажется, последнее звено в цепи и работают контралатерально. — A motor cortex circuit for motor planning and movement.
• Зоология, эволюция. У личинки беспозвоночного обнаружены зачатки хрящевой ткани позвоночных. Революция в эволюции. — Evolution of the new vertebrate head by co-option of an ancient chordate skeletal tissue.
• Этология. То, что новое поведение закрепляется в человеческой популяции, а в результате получаются правила общественной морали, так всем известно, что даже лень дописыв Но оказывается, друг за другом умеют повторять и дикие птицы, и у них в популяции новое поведение тоже закрепляется. Ух!.. — Experimentally induced innovations lead to persistent culture via conformity in wild birds.
  биомолекула: «Культурные традиции птиц передаются благодаря конформизму»
• Стволовые клетки. Некоторые биологи — чокнутые генеалоги. Вот надо им проследить родословную каждой клетки организма вплоть до зиготы. Например, догадайтесь, откуда резидентные макрофаги произошли. — Tissue-resident macrophages originate from yolk-sac-derived erythro-myeloid progenitors.
• Рак. Иногда больной умирает не от болезни, а от последствий лечения. Например, из-за химио- и радиотерапии может развиться острая миелоидная лейкемия и миелодиспластический синдром. Но вот это исследование показывает, что заболевают такой дрянью после лечения только те, кто был к ней изначально предрасположен, а лечение только выпустило джина из бутылки. — Role of TP53 mutations in the origin and evolution of therapy-related acute myeloid leukaemia.
• Геномика. Одним генам суждено кратко и ярко поучаствовать в развитии организма, обеспечив ему руки, ноги и голову на правильных местах, а другим — тихо и мирно всю оставшуюся жизнь вести в клетках этого организма домашнее хозяйство. Как это они не перепутываются? Да как только не, в том числе и за счет дифференциальной работы энхансеров. — Enhancer—core-promoter specificity separates developmental and housekeeping gene regulation.

Science #347(6225): биотех — сельскому хозяйству, секс у комаров и эволюция воочию

• Биотех. В хлоропласты картошки вживляют ген dsДНК, который кодирует siРНК, вырубающую у жуков-вредителей β-актин, вредители поедают клетки с этими хлоропластами, dsДНК влезает им в клетки кишечника, там превращается в siРНК, вырубает актин, и жук умирает. Следующим приспособлением жуков будет способность к распознаванию надписи «не содержит ГМО». — Full crop protection from an insect pest by expression of long double-stranded RNAs in plastids, Insecticidal RNA, the long and short of it.
  биомолекула: «Двухцепочечная РНК защищает трансгенные растения только от нежелательных насекомых»
• Секс у комаров. Меня как женщину очень волнует вопрос о пробке, которой комар-самец закупоривает матку самки после оплодотворения. Причем, эта пробка еще и заражение плазмодиями увеличивает. Пробка верности, Dark Ages of Mosquitoes. — An unexpected cost of sex, Evolution of sexual traits influencing vectorial capacity in anopheline mosquitoes.
• Биосфера. Человечество выросло до того, что стало заметно менять облик планеты, на которой оно живет, и если есть планы жить долго и счастливо, нужно вырабатывать и внедрять в общемировую практику системный подход, который обеспечивал бы устойчивое развитие человечества на Земле. Не просто их по отдельности, а в совокупности. — Systems integration for global sustainability.
• Инфекции. Лекарства против эболы еще толком нету, но зато обнаружилось, что этот вирус заражает клетки человека (в основном, макрофаги) с использованием особых двухпоровых каналов в клеточной мембране. Если этого «троянского коня» ликвидировать (генным нокаутом), усыпить (РНК-интерференцией) или хотя бы стреножить (ингибиторами этого канала), то заражения эболой не произойдет. Ждем вакцину? — Delineating Ebola entry, Two-pore channels control Ebola virus host cell entry and are drug targets for disease treatment. См. также: Вирус Эбола и макак-резус: получено новое эффективное лекарство.
• Сельское хозяйство. Одним из важнейших событий каменного века был переход от охоты и собирательства к фермерскому делу. Археологи сумели извлечь из-под воды близ берегов британского острова Уайт 8000-летние останки, по которым установили, что фермерство началось на 2000 лет раньше, чем считали раньше. — Sedimentary DNA from a submerged site reveals wheat in the British Isles 8000 years ago.
• Биология развития. И снова m⁶A. Если эмшестьакнуть мРНК белков-факторов плюрипотентности в плюрипотентных клетках, то клетки сузят свою потентность до мульти. Это потому, что m⁶A-мРНК нестабильней и уязвимей, не успевает транслироваться, ну а тут и до изменения метаболизма недалеко. — m6A mRNA methylation facilitates resolution of naïve pluripotency toward differentiation.
• Рак. Довольно очевидное исследование, статистически подтверждающее связь между мутацией в TERT (обратной транскриптазе теломеразы) и возникновением уротелиального рака. — TERT promoter mutations and telomerase reactivation in urothelial cancer.
• Эволюция воочию. Креационисты часто восклицают, что эволюционное учение не в состоянии предъявить нам какие-либо переходные формы, а также что смена белками или органами функции — нереальное и противоречащее здравому смыслу событие. Конечно, опровергающих это и подтверждающих эволюцию примеров на самом деле масса, было бы желание смотреть. А вот и еще один: исследователи создали калечную бактерию Pseudomonas с нерабочими жгутиками и создали ей такие условия, что без жгутиков прям никак. И всего за 96 часов (!) совершенно другой белок, мутировав, взял на себя функцию выведенного из строя. В два этапа. И бактерия прыгает снова. — Evolutionary resurrection of flagellar motility via rewiring of the nitrogen regulation system.
  биомолекула: «Бактерии способны заменить утраченный белок всего за 96 часов»
• Биология развития. Нох-гены строгими рядами сидят на хромосоме и включаются в строгом порядке — иначе не миновать нам рук из задницы и других нарушений схемы тела. Дирижирует же этими включениями-выключениями хоксов CTCF, который отделяет зерна от плевел, а отработавшие хоксы — от тех, которым только предстоит включиться. — CTCF establishes discrete functional chromatin domains at the Hox clusters during differentiation.
• Экология. Пчелы. Они полезные, и их жалко. Этот обзор со всех сторон рассматривает, почему пчелам сейчас плохо: их обижают паразиты, они страдают от пестицидов, и на всех них не хватает цветов. Обидно. — Bee declines driven by combined stress from parasites, pesticides, and lack of flowers.
• Метаболические заболевания. Внезапно: ионы, проникающие через мембрану митохондрий (и «разряжающие» их мембранный потенциал), могут облегчить дистрофические нарушения печени, сопровождающие диабет, и некоторые другие заболевания. — Controlled-release mitochondrial protonophore reverses diabetes and steatohepatitis in rats.
• Нейробиология. Название гена ARHGAP11B такое же огромное, как влияние его на размер больших полушарий. Ни у кого, кроме людей, такого гена больше нет, даже у шимпанзе! А если вживить его крысе, получится этакий Элжернон (ну или просто-крыса-с-огромным-мозгом-непойми-зачем). — Human-specific gene ARHGAP11B promotes basal progenitor amplification and neocortex expansion.

Этот выпуск дайджеста написан совместно с Антоном Чугуновым.