https://www.dia-m.ru/catalog/reactive/?utm_source=biomol&utm_campaign=up-baner#reactive-order
Подписаться
Оглавление
Биомолекула

Галопом по обзорам: летний марафон 2022

Галопом по обзорам: летний марафон 2022

  • 209
  • 0,0
  • 0
  • 1
Добавить в избранное print
Дайджест

Барбос Микробкин потрясен жарким летом этого года, устал от солнцепека, но продолжает читать обзоры и интересоваться миром науки. Мало ли, вдруг ему удастся оставить и свой весомый научный вклад? А стараться никогда не поздно!

Это — третий выпуск рубрики, посвященной научным обзорам по биологии, медицине и наукам о Земле (предыдущий выпуск читайте по ссылке). Наступают последние деньки августа, а это значит: пришло время рассказать о том, что было полезного и интересного в летних обзорах журналов серии Nature Reviews. Мы собрали и рассказали о статьях на биологические, медицинские, экологические, географические темы.

Приятного чтения!

Часть 1:
мутационные подписи, эпигенетическое наследование и защита персональных данных пациентов

Науки о Земле

  • Вред аэрозолей. То, как именно антропогенные аэрозоли, содержащиеся в атмосфере, могут воздействовать на климат и в целом на планету, изучено недостаточно. Тем не менее, при рассмотрении множества научных работ становится более понятно, насколько можно оценить данное воздействие и то, каким образом его можно снизить. Это и было проведено в данной обзорной статье. — Scattering and absorbing aerosols in the climate system.

Генетика и медицина

  • Мутационные подписи. И вновь встречаются статьи, посвященные мутационным подписям и прогрессии онкологических заболеваний. Анализируя соматические мутации и нуклеотидные контексты, в которых те происходят, становится возможным рассмотреть первопричины развития заболевания. Мутационные подписи могут быть эндогенными и экзогенными, некоторые из них хорошо изучены, а причины других неизвестны и поныне — так складывается картина для множества болезней. О причинах появления подписей, о том, как информация о них может быть использована для диагностики, в лечении и подборе лекарств при онкологических заболеваниях печени и желчевыводящих путей, говорится в данном обзоре. — Mutational signatures and processes in hepatobiliary cancers, «Биомолекула»: «Как нонсенс-мутации ген обижали, и что потом было».
  • Генетическое тестирование позволяет как можно раньше осознать риски развития онкологических заболеваний и понять, как и чем лучше лечить пациента. О том, какие сделаны шаги в этом, рассказывается в данном обзоре, причем с разных сторон — и научной, и консультативной, и со стороны сбора информации (даже через чат-боты). Полезное чтение для всех, кто интересуется целостной картиной изучения онкологических заболеваний. — Germline testing and genetic counselling in prostate cancer, «Биомолекула»: «Генетическое тестирование и патернализм в медицине».
  • РАС. Данный обзор посвящен расстройству аутистического спектра и прогрессу в понимании его этиологии через методы геномики (в том числе — метод single-cell) и нейронаук. — Genomics, convergent neuroscience and progress in understanding autism spectrum disorder, «Биомолекула»: «Диагностика РАС и генетика».
  • Защита персональных данных пациентов — важный аспект здравоохранения. В том числе это касается и информации об отдельных генах, экзомах или геномах. Например, данные о предрасположенности человека к какому-либо заболеванию, которые оказались по какой-либо причине в открытом доступе, могут очень навредить человеку — в том числе, это потенциальный отказ в медицинской страховке, увольнение или нежелание принимать на работу. В целом, не особо приятная ситуация. В обзоре рассказывается об уже существующих и потенциальных угрозах защите персональных генетических данных, о том, как можно из данных, в которых убрали информацию об их владельце, вновь ее получить (для моногенных признаков это более чем просто), и о том, как можно это предотвратить. Предлагаются различные варианты работы с данными, контролируемый доступ к ним, шифрование, анонимизация при смешивании данных, например, как в суммарных статистиках GWAS. Читается как интересный детектив о современном положении дел в защите генетических данных. — Sociotechnical safeguards for genomic data privacy, «Биомолекула»: GWAS.
  • Нонсенс-опосредованный распад мРНК, также известный как nonsense-mediated RNA decay (NMD) — это процесс, при котором происходит расщепление транскриптов, которые содержат нонсенс-мутации. А нонсенс-мутации — это преждевременные стоп-кодоны. Если такой транскрипт не будет деградирован, то, по достижении рибосомы, начнется трансляция, которая остановится на нонсенс-мутации, и в результате получится дефектный полипептид. Учитывая, что накопление таких полипептидов может быть вредно для клетки, можно понять важность процесса NMD. В данном обзоре обсуждается роль NMD в опухолевой прогрессии и возможное его использование в лечении. Кратко говоря, данный процесс «выбирает» мутации, которые снижают экспрессию генов-супрессоров, но не онкогенов. Но все не так просто, потому что есть опухолевые заболевания, в которых NMD перестает функционировать, так как он мешает прогрессии. А есть и другие, и касательно них возможно потенциальное терапевтическое воздействие NMD. В любом случае, нужно делать выбор касательно того, использовать ли данный процесс в лечении и повышать или понижать его активность, ориентируясь по отдельности на каждую историю пациента. — Nonsense-mediated RNA decay: an emerging modulator of malignancy. Подробнее о нонсенс-мутациях и NMD можно прочитать также в другом обзоре — Nonsense Mutations in Eukaryotes и статьях на «Биомолекула»: «Как нонсенс-мутации ген обижали, и что потом было» и «Как нонсенс-мутации ген обижали. А может, не обижали, и всё было иначе?».

Генетика

  • Транспозоны. Что делают транспозоны в геномах млекопитающих, сколько места они занимают, какие они — да-да, новый обзор на уже классическую тему — транспозоны. Здесь авторы акцентировали свое внимание на том, как транспозоны способны регулировать транскрипцию различных генов через cis- и trans-регуляцию. Но это не все — они способны воздействовать и на структуру хроматина, а в перспективе влиять на признаки организмов и эволюцию видов. Обзор довольно подробный, обширный, с большим списком процитированных источников (более 200). — Roles of transposable elements in the regulation of mammalian transcription, «Биомолекула»: «Как транспозоны CRISPR/​Cas приручили», «Cut&Paste: от транспозонов к эпигеномике».
  • Немодельные объекты. Тема «Немодельные объекты (коих, разумеется, в огромном избытке) и генетический груз в виде вредных мутаций в их геномах» звучит интригующе, учитывая, что немодельным объектам не так часто посвящаются обзорные статьи. Но сразу оговорим, применить рассказанное здесь можно и для модельных организмов. Пожалуй, самое важное, что нужно отметить, — здесь изложено, каким образом нужно измерять так называемый «видимый генетический груз» (realized load, expressed load) и «замаскированный генетический груз» (masked load, inbreeding load), и как это можно узнать при анализе данных, полученных при секвенировании.
    Вдобавок, есть список формул и программ, позволяющих все это рассчитать. Представлены и классические работы, и работы последних лет, посвященные этой теме. Обзор небольшой, довольно легкий для специалиста, занимающегося эволюционной геномикой. Но, по всей вероятности, будет не так прост и еще более интересен для специалистов в других областях геномики и эволюции. — Genetic load: genomic estimates and applications in non-model animals, «Биомолекула»: «Двенадцать модельных организмов».

Структурная биоинформатика

  • Предсказание белковых структур. Как по последовательностям предсказывать структуры белков и их взаимодействие? Такой вопрос поднимается в данном обзоре. Сразу сообщаем — о методах машинного обучения для предсказания белковых структур и о том, насколько это вообще работает, говорится совсем чуть-чуть. Уже с самого начала авторы сообщают о классических молекулярных методах (то же двугибридный анализ), затем ненадолго переходят к вычислительно-предсказательным методам — и вновь возвращаются к молекулярным методам. И примерно на этой ноте обзор и завершается. Тем не менее, для знакомства с разнообразными методами предсказания белковых структур и белковых взаимодействий данный обзор годится. — From systems to structure — using genetic data to model protein structures.

Single-cell и всё об этом

Целых три обзора, посвященных single-cell секвенированию и анализу полученных таким методом данным, собрались за лето.

  • В первом обзоре говорится о методах, которые используются при анализе временных рядов single-cell транскриптомных данных. Рассмотрение того, что происходит с клеткой в динамике, позволяет изучить как дифференцируется клетка, как меняется в ней набор экспрессируемых генов, какие регуляторы в этом задействованы — и многое другое. Но при этом возникает и ряд трудностей, начиная от разработки дизайна исследования и заканчивая анализом данных, разбором «шума» в данных и их интерпретации. Об экспериментальной и «компьютерной» части как раз здесь и идет речь. — Temporal modelling using single-cell transcriptomics.
  • Второй обзор посвящен исследованию почки человека в разрешении single-cell. Здесь рассказано как об изучении клеточного состава здоровой почки, так и о ее эмбриогенезе и заболеваниях. — Mapping the human kidney using single-cell genomics.
  • Третий в этой подборке обзор рассказывает о важных открытиях, которые удалось сделать на различных клетках человека, и о том, как это соотносится с тем, что известно для модельных объектов — мышей. — Single-cell atlases: shared and tissue-specific cell types across human organs.

Эпигенетика

  • Эпигенетическое наследование. Генетическое наследование эпигенетических модификаций — интересная, в какой-то мере спекулятивная область научных исследований. В новом обзоре обсуждаются недавние научные публикации, которые позволили лучше узнать этот механизм, как эпигенетическое наследование проявляется в фенотипе, какие механизмы вовлечены в такой тип наследования и насколько оно вообще распространено, влияет ли на эволюцию живых существ или нет, и другое. — Molecular mechanisms of transgenerational epigenetic inheritance, «Биомолекула»: «Наследование и эпигеном».
  • Метилирование аденина. Целый обзор посвящен метилированию аденина в ДНК (имеется в виду модификация 6mA), его наличию и функциональной роли в геномах многоклеточных эукариот. — Means, mechanisms and consequences of adenine methylation in DNA.
  • Диагностика здоровья по метилированию. А другой обзор посвящен метилированию ДНК как предиктору состояния здоровья человека. Авторы обсуждают существующие методы предсказания, основанные на метилировании, что обычно предсказывает и что коррелирует с разным уровнем метилирования различных участков ДНК, предлагают наиболее хорошие варианты работы с данными. — DNA methylation-based predictors of health: applications and statistical considerations.

Часть 2:
рак, медицина, нейронауки

Рак

  • Адаптация опухолей к терапии. Нормальные клетки используют множество возможностей, чтобы пережить стресс, какой бы природы он ни был. Раковые клетки тоже адаптируют нормальные пути смягчения стресса, чтобы опухоль прогрессировала, метастазировала и уклонялась от иммунитета. Терапия, направленная против опухоли, усиливает стресс и запускает быстрые негеномные процессы его смягчения, которые поддерживают жизнеспособность раковых клеток и, таким образом, представляют собой ключ к механизмам опухолевой устойчивости. В обзоре рассказывается о механизмах, с помощью которых опухолевые экосистемы, включающие раковые, иммунные клетки и строму, адаптируются к терапевтическим стрессам, и описывается три различных подхода к использованию процессов смягчения стресса: (1) препятствовать смягчению стресса, чтобы вызвать гибель клеток; (2) усилить стресс, чтобы добить клетки; (3) использовать возникающие уязвимости в раковых клетках и клетках микроокружения опухоли. Авторы обзора рассматривают проблемы, связанные с неоднородностью опухолей, и обсуждают создание комбинированной терапии, которая позволила бы обходить проблемы стрессовой адаптации раковых клеток. — Therapy resistance: opportunities created by adaptive responses to targeted therapies in cancer, «Биомолекула»: «Соревнуясь с раком».
  • Старение онкоклеток. Невероятно, но факт, — раковые клетки тоже могут стареть. Авторы обзора описывают отличительные особенности стареющих раковых клеток и то, как эти изменения в клеточной физиологии могут быть использованы для их селективного уничтожения (сенолиза). Активация иммунной системы хозяина рассматривается как особенно привлекательный способ очистки от состарившихся раковых клеток. Авторы также рассматривают проблемы и возможности, предоставляемые стратегией терапии «один-два удара», когда старение сначала нужно ускорить, а потом обратить вспять. — Exploiting senescence for the treatment of cancer, «Биомолекула»: «Зачем клетки стареют».
  • Врожденный иммунитет для терапии рака. Иммунная система играет решающую роль в каждом аспекте онкогенеза. Понимание важности адаптивного звена иммунной системы в противоопухолевом иммунитете привело к внедрению иммунотерапии ингибиторами иммунных контрольных точек при многих видах рака, хотя и с разной эффективностью. Напротив, польза врожденного иммунитета никак не использовалась, несмотря на то, что нарушение регуляции врожденного иммунитета является признаком по крайней мере одной трети всех видов рака, связанных с хроническим воспалением, способствующим развитию опухолей. За последние два десятилетия стало очевидно, что рецепторы распознавания врожденных иммунных паттернов (innate immune pattern recognition receptors; PRR) являются важными регуляторами иммунного ответа на микробную инфекцию и повреждение ткани хозяина. Совсем недавно пришло осознание, что при многих типах рака PRRs играют центральную роль в модулировании широкого спектра клеточных реакций, ингибирующих и стимулирующих опухоль, как в иммунных клетках из микроокружения опухоли, так и непосредственно в раковых клетках. В обзоре представлен всесторонний обзор быстро развивающейся области PRRs при раке,где авторы обсуждают потенциал PRRs как мишеней для терапии и диагностики широкого спектра онкологических заболеваний. — Context-dependent functions of pattern recognition receptors in cancer, «Биомолекула»: «„Иммунный след“ в нейроэндокринном раке поджелудочной железы».

Клиническая онкология

  • Нейробластомы — это чрезвычайно агрессивные опухоли, как правило с плохим прогнозом. Но за последние несколько десятилетий 5-летняя выживаемость пациентов с метастатическими нейробластомами увеличилась менее чем с 20% до более чем 50%, что стало результатом многочисленных клинических испытаний, включающих высокодозную химиотерапию, трансплантацию стволовых клеток, иммунотерапию моноклональными антителами. В обзоре описаны достижения в определении патогенеза нейробластомы и выявлении факторов риска данного заболевания. Также обсуждается, как эти знания помогли улучшить существующую терапию и разработать новых методы лечения. — Advancing therapy for neuroblastoma.

Неврология

  • Нейродегенерация. Хотя наличие бляшек из β-амилоида и клубков тау-белка считается классическим маркёром болезни Альцгеймера и хорошо коррелирует с развитием деменции, в некоторых случаях можно наблюдать поразительное несоответствие между степенью поражения мозга и выраженностью симптомов. У небольшой части людей при аутопсии было обнаружено большое количество бляшек и клубков, однако их когнитивные способности на момент смерти не были ухудшены, что указывает на некую «устойчивость». В обзоре авторы рассматривают неоднородность клинических проявлений, связанных с наличием белковых бляшек и клубков, а затем фокусируются на данных, полученных от тех самых редких счастливчиков с отложениями амилоида и тау-белка, но без проявления деменции. По мнению авторов, изучение этих уникальных людей может дать ключ к заполнению пробела между накоплением белковых агрегатов и когнитивными нарушениями. — Lesions without symptoms: understanding resilience to Alzheimer disease neuropathological changes, «Биомолекула»: «Заговор с целью нейродегенерации: бета-амилоид и тау-белок».
  • Эпилепсия. Давно известно, что повторяющиеся эпилептические припадки необратимо изменяют нейронные сети, вызывают эксайтотоксическое повреждение и воспаление. Кроме того, вторичными последствиями припадков считаются патологические изменения в биоэнергетике и обмене веществ. Однако, как подчеркивают авторы обзора, имеются доказательства того, что и первичные нарушения клеточного или митохондриального метаболизма могут привести к возникновению судорог. Фундаментальные и трансляционные исследования показывают, что взаимосвязь между метаболизмом мозга и эпилептическими припадками сложна и двунаправленна, образуя порочный круг, усугубляющий пагубные последствия припадков. Методы лечения, направленные на корректировку метаболизма, такие как противосудорожная кетогенная диета с высоким содержанием жиров, стали популярными, а метаболические субстраты и ферменты стали привлекательными молекулярными мишенями для предотвращения приступов. Авторы рассматривают доказательства, подтверждающие как патофизиологическую, так и терапевтическую роль метаболизма головного мозга при эпилепсии. — The metabolic basis of epilepsy, «Биомолекула»: «Калиевые каналы как перспективное средство для генной терапии эпилепсии».
  • Болезнь Альцгеймера. Диагностика болезни Альцгеймера остро нуждается в надежных биомаркерах. Ускоренный прогресс в понимании биохимии тау-белка в головном мозге и достижения в сверхчувствительных технологиях позволили разработать биомаркеры фосфорилированного тау (p-tau) в крови, специфичные для болезни Альцгеймера. Молекулярный процессинг p-tau в головном мозге и секреция специфических фрагментов в биологические жидкости, клинические и аналитические проблемы, связанные с использованием таких биомаркеров, подробно рассмотрены в обзоре. — Blood phospho-tau in Alzheimer disease: analysis, interpretation, and clinical utility, «Биомолекула»: «На руинах памяти: настоящее и будущее болезни Альцгеймера», «Болезнь Альцгеймера: ген, от которого я без ума».
  • Микробиом и болезнь Паркинсона. Доказательства тесной двунаправленной связи между мозгом и кишечником привели к смене парадигмы в неврологии, особенно в случае болезни Паркинсона, характерным признаком которой является желудочно-кишечная дисфункция. Об этом можно узнать из нового обзора. Авторы показывают потенциальную роль и взаимосвязь блуждающего нерва, α-синуклеина в нервной системе кишечника, измененной кишечной проницаемости и воспаления, а также микробиома и его метаболической активности. — The microbiome–gut–brain axis in Parkinson disease — from basic research to the clinic, «Биомолекула»: «Болезнь Паркинсона: что изучать? как изучать?».

Кардиология

  • Регуляция иммунитета при ССЗ. В настоящее время установлено, что многие из основных причин сердечно-сосудистых заболеваний имеют иммунный и воспалительный компоненты. Однако воспаление и иммунная активация в основном расценивались как следствие заболевания, а не причина. Только более поздние результаты показали, что нарушение регуляции иммунитета может вносить вклад в патогенез сердечно-сосудистых заболеваний. Нервная система через множество афферентных и эфферентных ветвей вегетативной НС глубоко влияет на сердечно-сосудистую функцию. Интересно, что вегетативная нервная система также иннервирует иммунные органы, и были обнаружены нейроиммунные взаимодействия, которые важны в контексте сердечно-сосудистых заболеваний. О том, как нервная регуляция иммунитета и воспаления участвует в возникновении и прогрессировании сердечно-сосудистых заболеваний и какие терапевтические возможности это открывает, рассказано в обзоре. — Neuroimmune axis of cardiovascular control: mechanisms and therapeutic implications.

Нейронаука

  • Организация движений в НС. Регуляция двигательных функций зависит от нейронных сетей, раскинувшихся по всей нервной системе. Ствол мозга и базальные ганглии играют ключевую роль в обработке двигательной информации. В каждом из этих отделов мозга содержатся чрезвычайно специализированные популяции нейронов, образующие многоступенчатые цепочки обработки информации, предназначенные для выполнения определенных движений. Ствол мозга и базальные ганглии также встроены в более широкие сети и петли системного уровня, однако связь между этими двумя структурами только начинает раскрываться. Фундаментальный обзор организации цепей в двигательной системе как ключевого компонента для поддержки поведенческой специфичности и гибкости предложен в статье. — Networking brainstem and basal ganglia circuits for movement.
  • Картирование мозга. Нейробиология занимается картированием функций человеческого мозга с момента своего зарождения. Ранние карты функций основывались на локализации повреждений головного мозга или стимуляции определенных участков, которые вызывали функциональные изменения. Со временем этот подход был в значительной степени заменен такими технологиями, как функциональная нейровизуализация, которая выявляет области мозга, активность которых коррелирует с поведением или симптомами заболеваний. Несмотря на свои преимущества, эти технологии выявляют лишь корреляции, а не причинно-следственные связи. Это создает проблемы для интерпретации данных, полученных с помощью этих инструментов, и их использования для разработки методов лечения заболеваний головного мозга. Постепенно идет возвращение к причинно-следственному картированию функций человеческого мозга на основе поражений головного мозга и стимуляции отдельных областей. Новые подходы могут сочетать разные способы картирования. В обзоре обсуждаются последние достижения в причинно-следственной картографии мозга и их актуальность для разработки новых методов лечения. — Causal mapping of human brain function, «Биомолекула»: «Магниты, радио, электроны и ядра».
  • Восприятие информации. Нас постоянно бомбардирует визуальная информация, но лишь часть из нее воспринимается, и уж тем более запоминается. Были изучены нейронные основы различных форм визуального кодирования приоритетной информации. Авторы обзора рассматривают последние достижения в понимании кодирования визуального приоритета и его нейронных коррелятов, уделяя особое внимание роли поведения для оценки потенциальных коррелятов. Авторы предполагают, что мозг комбинирует различные типы приоритетов в единый приоритетный сигнал, сохраняя при этом способность различать отдельные из них, и происходит это за счет использования частично перекрывающихся низкоразмерных нейронных подпространств для каждого типа приоритета, которые являются общими для нижестоящих нейронных популяций, участвующих в принятии решений. Звучит сложно, но интригующе. — Priority coding in the visual system.
  • Построение нейронных цепей. Если вы думаете, что построение нейронных цепей в коре — это элегантно организованный процесс, то авторы обзора разбивают эту иллюзию, показывая, что на самом деле корковые цепи формируются путем эволюционных механизмов, обусловленных активностью нейронов или эпигенетически, а также необходимостью адаптации к внешнему миру, и должны пройти через несколько важных фаз и своевременных контрольных точек по мере своего формирования. Некоторые типы корковых клеток выполняют несколько функций во время развития соответствующего пути, а затем повторно используются или переориентируются для выполнения различных функций во взрослой коре. По мнению авторов обзора, понимание различных стадий процесса построения коры и учет того, как клеточные функции изменяются во времени и пространстве, важно, если мы хотим построить комплексную структуру корковых связей как в норме, так и при патологии. — Step by step: cells with multiple functions in cortical circuit assembly.
  • Макроаутофагия в ЦНС. Когда-то макроаутофагия считалась причастной только к нейродегенеративным событиям, последствиям острой травмы и старения. Теперь ее связывают с нарушениями развития нервной системы, что указывает на необходимость макроаутофагии как для формирования, так и для поддержания здоровой ЦНС. Параллельно исследователи получили более глубокое механистическое понимание физиологической регуляции макроаутофагии. Макроаутофагия является широко используемым гомеостатическим процессом, что вызывает вопросы о том, как дефекты в ней могут вызывать заболевания. Чтобы решить эту проблему, авторы обзора рассматривают макроаутофагию в ЦНС млекопитающих, исследуя ключевые особенности процесса и его связь с заболеваниями. — Macroautophagy in CNS health and disease, «Биомолекула»: «Аутофагия, протофагия и остальные».
  • Характеристики сознания. Хорошие теории направляют эмпирические исследования, позволяя интерпретировать данные, разрабатывать новые экспериментальные методы и расширять возможности манипуляции интересующим явлением. Только будучи изложенными в терминах теории, эмпирические открытия могут в конечном итоге дать удовлетворительное понимание явления. Однако в случае с сознанием неясно, как современные теории соотносятся друг с другом и можно ли их различить эмпирически. Чтобы прояснить этот сложный ландшафт, авторы обзора рассмотрели четыре известных теоретических подхода к сознанию, описали ключевые характеристики каждого из них, определили, какие аспекты сознания они предлагают объяснить, каковы их нейробиологические основы и какие эмпирические данные приводятся в их поддержку. Кроме того, авторы намечают три пути, по которым должны быть разработаны теории сознания, чтобы быть проверенными нейробиологически. — Theories of consciousness.
  • Торможение в гиппокампе. Вряд ли стоит говорить про важность гиппокампа для обработки пространственной информации и процессов памяти. Но вот важность процессов торможения внутри этой структуры, как правило, недооценивается. Несколько десятилетий работы, посвященной тщательной характеристике тормозных популяций ГАМКергических нейронов гиппокампа, показали, как определенные типы интернейронов могут способствовать сетевой активности. С помощью современных методик удалось глубоко проникнуть в суть вопроса и лучше понять как формируется память в гиппокампе. Эти исследования подчеркивают уникальный вклад различных типов интернейронов в связывание ансамблей гиппокампа, синаптическую пластичность и получение пространственной и контекстуальной информации. Из обзора вы узнаете о текущем состоянии знаний о торможении в гиппокампе и многогранной роли популяций тормозных клеток на разных этапах обработки информации. — The role of inhibitory circuits in hippocampal memory processing, «Биомолекула»: «Химические модуляторы памяти».

Психология

  • Коллективный интеллект. У людей и других стадных животных коллективное принятие решений является надежной поведенческой чертой. Объединение индивидуальной информации также имеет основополагающее значение для современных обществ, в которых цифровые технологии экспоненциально увеличили взаимозависимость отдельных членов группы. В обзоре обсуждаются когнитивные и поведенческие механизмы, которые могут привести к появлению коллективного разума, превосходящего так называемую «мудрость толпы». Авторы различают две ситуации группового принятия решений: консенсусное, в котором требуется групповой консенсус, и комбинированное, при котором групповой консенсус не требуется. Они показывают, что в обеих ситуациях группового принятия решений когнитивные и поведенческие алгоритмы, основанные на индивидуальной неоднородности, являются ключом к возникновению коллективного интеллекта. Кроме того, авторы обсуждают последствия для коллективного принятия решений в современных обществах, характеризующихся изменчивым потоком информации, и намечают некоторые будущие направления. — Information aggregation and collective intelligence beyond the wisdom of crowds.
  • Мотивы и мораль. Когда люди оценивают акты доброты или жестокости, они часто смотрят не только на сам акт. Подозрение в корыстных мотивах может обесценить полезные в других отношениях действия, в то время как мотивы, основанные на моральных принципах, могут оправдать даже нечто злодейское. В обзоре рассматриваются исследования, демонстрирующие важность предполагаемых мотивов для моральных суждений, и показывается, как выводы о мотивах связаны с суждениями о действиях и намерениях. Авторы предполагают, что выводы, которые наблюдатели делают о мотивах людей, достаточны для моральных суждений (они определяют суждения о характере даже без действий) и функциональны (они эффективно помогают наблюдателям предсказывать будущее поведение людей). Перефразируя известную библейскую мудрость — по мотивам их, воздастся им. — How inferred motives shape moral judgements.

Молекулярная и клеточная биология

  • Пионерские факторы (Pioneer factors) — это транскрипционные факторы с уникальной способностью инициировать открытие закрытого хроматина. Стабильность клеточной идентичности зависит от надежных механизмов, поддерживающих доступность эпигенома и хроматина для факторов транскрипции. Пионерские факторы являются главными регуляторами активации энхансеров и имеют решающее значение для реализации клеточной судьбы в процессе развития, а потому обладают огромным потенциалом для терапии посредством клеточного перепрограммирования. Способность пионерских факторов изменять эпигеном также представляет собой и ахиллесову пяту, поскольку их неправильная экспрессия имеет серьезные патологические последствия при раке. О функциях пионерных факторов и их роли в определении клеточной судьбы, перепрограммировании и раке рассказано в обзоре. — Pioneer factors as master regulators of the epigenome and cell fate, «Биомолекула»: «Ядро и эпигеном».
  • Механический сигналинг влияет на множество биологических процессов как во время развития, так и у взрослых организмов, включая изменения клеточной судьбы, миграцию клеток, морфогенез и иммунные ответы. Помимо механической передачи сигналов снаружи-внутрь, например, при определении свойств субстрата, существует и механическая передача сигналов, регулируемая физическими свойствами самой клеточной поверхности. Авторы обзора обсуждают, как механика клеточной поверхности влияет на внутриклеточную передачу сигналов и, в свою очередь, как внутриклеточная передача сигналов контролирует механику клеточной поверхности, генерируя обратную связь в регуляции механочувствительности, какое влияние это оказывает на биологические процессы и развитие стволовых клеток. — Interplay between mechanics and signalling in regulating cell fate, «Биомолекула»: «Биомеханика живой клетки».
  • Организация микротрубочек. Микротрубочки представляют собой важнейший структурный компонент цитоскелета, которые служат дорожками для внутриклеточного транспорта и образуют каркас, который позиционирует органеллы и другие клеточные компоненты, а кроме того, модулирует форму и механику клеток. В делящихся клетках микротрубочки образуют биполярные веретёна, которые оттягивают хромосомы друг от друга, тогда как между делениями микротрубочки организованы специфическим для клеточного типа способом, который сильно коррелирует с клеточной физиологией. В подвижных клетках, таких как фибробласты и иммунные клетки, микротрубочки организованы в виде радиальных звездочек, тогда как в неподвижных эпителиальных и нейрональных клетках и в мышцах микротрубочки образуют параллельные или антипараллельные ряды и кортикальные сети. Все это удивительное многообразие микротрубочек и их функций рассмотрено в обзоре. — Mechanisms of microtubule organization in differentiated animal cells.

Химия

  • Химия змеиного яда. Змея является древним символом фармации и медицины, но, кажется, мы уже подзабыли, что змеи — это не только 100 000 ежегодных смертей от укусов, но и источник множества ценных веществ, содержащихся в яде. К счастью, сегодня возобновился интерес к терапии на основе змеиного яда. Химии змеиного яда и возможностям его использования в медицинских целях при разработке лекарств подробно рассмотрены в обзоре. Смесь токсинов, составляющих змеиный яд, рассмотрена с упором на молекулярную структуру, химическую реактивность и целевое распознавание наиболее биологически активных токсинов, из которых могут быть разработаны биологически активные лекарства. В обзоре проиллюстрированы конструкция и механизмы действия препаратов, полученных из змеиного яда, и проанализированы стратегии, с помощью которых токсины превращаются в терапевтические средства. — The chemistry of snake venom and its medicinal potential.

Земля и окружающая среда

  • Тропические торфяники — не первое, что приходит на ум при мысли о джунглях. Вместе с тем, торфяники хранят около одной шестой глобального запаса углерода торфяников (это 105  гигатонн), что эквивалентно 30% всего углерода, содержащегося в растительности тропических лесов. Вырубка лесов, осушение, пожары и преобразование земель в сельскохозяйственные угодья угрожают этим экосистемам и их роли в связывании углерода. В условиях потепления климата это воздействие, вероятно, усилится, и как нарушенные, так и нетронутые торфяные болота рискуют потерять 20% нынешних запасов углерода к 2100 году. Но чтобы защищать экосистемы, нужно их хорошо понимать. Подробный обзор биогеохимии тропических торфяников и последствия продолжающихся антропогенных изменений даны в статье. — Anthropogenic impacts on lowland tropical peatland biogeochemistry.
  • Биоуголь, богатый углеродом материал, полученный в результате частичного сжигания органических отходов, представляет собой новый материал, представляющий интерес, поскольку он может очищать загрязняющие вещества и одновременно служить технологией с отрицательным выбросом углерода. Биоуголь может быть спроектирован таким образом, чтобы он обладал отличными физико-химическими свойствами поверхности, дабы сделать его более эффективным в отношении приоритетных загрязнителей при очистке промышленных сточных вод посредством адсорбции, осаждения, поверхностных окислительно-восстановительных реакций и процессов каталитического разложения. Добавление биоугля в устойчивые дренажные системы снижает потенциальное воздействие ливневых вод за счет улучшения структуры, устойчивости к эрозии, водоудерживающей способности и гидравлической проводимости почв, а также удаления загрязняющих веществ. Применение биоугля для очистки городских и промышленных сточных вод, управления ливневыми стоками с целью максимизации экологических, социальных и экономических выгод обсуждается в обзоре. — Waste-derived biochar for water pollution control and sustainable development, «Биомолекула»: «Кто на самом деле крутит углеродное колесо».

Микробиология

  • Почвенные микроорганизмы являются основным двигателем земной биогеохимии, управляя круговоротом органического вещества почвы — крупнейшего земного резервуара углерода и основного источника питательных веществ для растений. На их метаболические функции влияют экологические взаимодействия с другими почвенными микробными популяциями, почвенной фауной и растениями, а также с окружающей почвенной средой. Остатки мертвых микробных клеток служат топливом для биогеохимических двигателей, так как неживая микробная биомасса со временем накапливается в почве, образуя один из крупнейших резервуаров органического вещества на планете. В обзоре обсуждается, как биогеохимический круговорот органического вещества зависит от живых и мертвых почвенных микроорганизмов, их функциональных особенностей и их взаимодействия с почвенной матрицей и другими организмами. Авторы считают, что благодаря недавним достижениям в области омики многие черты, определяющие динамику микробных популяций и их экофизиологические адаптации, могут быть расшифрованы непосредственно из собранных геномов, что позволит усовершенствовать биогеохимические модели и лучше прогнозировать функционирование экосистем в новых климатических режимах. — Life and death in the soil microbiome: how ecological processes influence biogeochemistry, «Биомолекула»: «Гумус: история органического вещества почвы».
  • Микробиота кишечника вносит большой вклад в различные аспекты физиологии своего хозяина, начиная от иммуномодуляции и заканчивая метаболизмом лекарств. Изменения в составе микробиоты кишечника связаны с различными заболеваниями, а также с реакцией на лекарственные препараты. Поэтому важно понимать, как различные факторы образа жизни и окружающей среды формируют состав микробиоты кишечника. Ксенобиотики, такие как экологические или химические загрязнители, могут воздействовать на бактериальные сообщества кишечника, а бактерии, в свою очередь, могут аккумулировать или химически модифицировать эти соединения. Эти взаимодействия могут проявляться в сложных отношениях «ксенобиотик-микробиота-хозяин». Об этом и о том, как кишечные бактерии взаимодействуют с антибиотиками, лекарственными препаратами, натуральными пищевыми соединениями и пищевыми добавками, рассказано в обзоре. — Multimodal interactions of drugs, natural compounds and pollutants with the gut microbiota, «Биомолекула»: «Микробиом кишечника: мир внутри нас».

Часть 3:
иммунология, микробиология, молекулярная и клеточная биология

Иммунология

  • Вирусное инфицирование. Проникновение в клетку — ключевой этап в развитии вирусной инфекции, без которого размножение вируса невозможно. Блокировать проникновение вируса в клетку могут нейтрализующие антитела, образование которых, в частности, составляет основу действия вакцин от вирусных заболеваний. А что насчет внутренних систем клетки, которые не дают вирусу проникать в нее и размножаться внутри нее? В новом обзоре, опубликованном в Nature Reviews Immunology, обсуждаются внутренние клеточные факторы, препятствующие проникновению вируса. — Lessons in self-defence: inhibition of virus entry by intrinsic immunity.
  • Эволюция рекомбиназы. Рекомбиназа RAG, состоящая из белков RAG1 и RAG2, играет важнейшую роль в V(D)J-рекомбинации. Структурные и биохимические исследования показала, что эта рекомбиназа была позаимствована у «одомашненного» транспозона. В новом обзоре рассматриваются основные структурные и функциональные изменения, сопровождавшие эволюцию RAG-рекомбиназы. Сравнение структур современной рекомбиназы RAG и предкового фермента RAGL транспозона позволило выявить эволюционные адаптации, повышающие точность работы рекомбиназы RAG, а также блокирующие транспозицию предкового обзора. Обо всех этих событиях читайте в свежем обзоре. — Structural insights into the evolution of the RAG recombinase, «Биомолекула»: «ВИЧ vs рекомбиназа: битва продолжается».
  • Лейкоциты в жировой ткани. Помимо специализированных жировых клеток (адипоцитов), в жировой ткани присутствуют и лейкоциты. Вполне вероятно, что лейкоциты жировой ткани каким-то образом влияют на развитие ожирения. В новом обзоре обсуждаются функции этих необычных лейкоцитов, как связанных с работой иммунитета, так и их неиммунные функции. Лейкоциты жировой ткани формируют резервуар противовирусной и антипаразитарной ткани, регулируют гемостаз жировой ткани и обеспечивают ее адаптацию к изменениям в режиме питания, а также колебаниям температуры тела. — Immune and non-immune functions of adipose tissue leukocytes, «Биомолекула»: «Полюби свои жировые клетки!».

Молекулярная и клеточная биология

  • Некодирующие РНК. В любой клетке в огромных количествах присутствуют некодирующие РНК, которые обычно не служат матрицей для синтеза белка. В то время как малые РНК отличаются стабильностью и присутствуют в клетке в большом числе копий, клетка наводнена целыми полчищами длинных (>200 нуклеотидов в длину) некодирующих РНК, которые весьма разнообразны, но нестабильны и присутствуют в малом числе копий. Новый обзор, вышедший в Nature Reviews Molecular Cell Biology, рассматривает последние данные по регуляции биогенеза длинных некодирующих РНК. Особенный упор делается на использование в изучении длинных некодирующих РНК новой технологии, известной как транскриптомика созревающих РНК (nascent transcriptomics). — Mechanisms of lncRNA biogenesis as revealed by nascent transcriptomics, «Биомолекула»: «Кодирующие некодирующие РНК».
  • Структура топоизомераз. Ферменты группы топоизомераз занимаются устранением топологических затруднений (например, сверхспирализации) в двойной спирали ДНК. У человека в общей сложности имеется шесть топоизомераз: два фермента типа IB (TOP1 и митохондриальный фермент TOP1 — TOP1MT), два фермента типа IIA (TOP2A и TOP2B) и два фермента типа IA (TOP3A и TOP3B). Авторы нового обзора обсуждают структуру этих ферментов, их роль в транскрипции, репликации ДНК, ремоделировании хроматина, а также поддержании стабильности генома. — Human topoisomerases and their roles in genome stability and organization.
  • Метаболизм соматических стволовых клеток. Почти все, что нам известно о метаболизме, мы знаем по культивируемым клеткам либо по «средней температуре по больнице» — метаболизму целых тканей или органов. А что насчет редких клеток с необычным метаболизмом, которые столь немногочисленны, что их вклад в общий метаболизм ткани очень мал? Например, каковы особенности метаболизма соматических стволовых клеток? Ответу на этот вопрос посвящен новый обзор. — Metabolic regulation of somatic stem cells in vivo, «Биомолекула»: «Ствол и ветки: стволовые клетки».
  • R-петли ДНК. Гибридные молекулы, состоящие из одной цепи ДНК и одной цепи РНК, могут появляться во время транскрипции, репликации и репарации ДНК. При формировании гибрида РНК:ДНК на двойной цепи ДНК вторая цепь ДНК выпетливается, формируя так называемую R-петлю. R-петли повышают геномную нестабильность, но в то же время могут выступать в роли регуляторных элементов. В новом обзоре обсуждается, при каких условиях и под действием каких факторов могут формироваться РНК:ДНК гибриды, какие механизмы препятствуют их появлению и удаляют их, как эти гибриды влияют на стабильность генома и репарацию ДНК. Кроме того, авторы рассматривают R-петли как потенциальные мишени для терапии. — Sources, resolution and physiological relevance of R-loops and RNA–DNA hybrids.

Микробиология

  • Вирусы животных. Пандемия COVID-19 подстегнула интерес к исследованию вирусов, инфицирующих животных разных таксономических групп. Авторы нового обзора, вышедшего в Nature Reviews Microbiology, рассказывают о том, как новейшие исследования меняют наши представления о разнообразии, составе и эволюции вирома животных. Особый акцент делается на факторах, влияющих на эволюцию вирусов животных, а также вирусах, которые имеют потенциал для того, чтобы стать зачинщиками эпидемий. — Diversity and evolution of the animal virome.
  • Системы «токсин-антитоксин» широко распространены среди бактерий. Эти системы состоят из двух компонентов: токсина белковой или иной природы, убивающей клетку, и нейтрализующего его антитоксина. Недавние исследования показали, что эти системы, весьма разнообразные по механизму действия, могут быть задействованы в функционировании бактериальной клетки. Показано, что системы «токсин-антитоксин» могут влиять на физиологию бактерии, ее ответ на стресс и переход в персистентное состояние. Обо всех подробностях читайте в свежем обзоре. — Biology and evolution of bacterial toxin–antitoxin systems.
  • CRISPR/Cas у бактерий. Все мы знаем о роли систем CRISPR-Cas в защите бактерий и архей от вирусов и мобильных генетических элементов. Однако некоторые прокариоты приспособили CRISPR-Cas для совсем иных целей. Например, некоторые системы CRISPR-Cas превратились в регуляторные элементы, контролирующие экспрессию генов, связанных с физиологическими процессами внутри бактериальной клетки и вирулентностью. Некоторые патогенные бактерии приспособили нуклеазы Cas для того, чтобы с их помощью ускользать от иммунной системы. Обо всех этих интереснейших примерах «нецелевого» использования CRISPR-Cas читайте в новом обзоре. — Alternative functions of CRISPR–Cas systems in the evolutionary arms race, «Биомолекула»: CRISPR/​CAS.
  • Кишечная микробиота. Колоссальное значение кишечной микробиоты буквально для всех систем организма, особенно иммунной, широко известно. Авторы нового обзора обсуждают возможности использования кишечной комменсальной микрофлоры, которая продуцирует биологически активные метаболиты, влияющие на развитие различных патологических процессов. Каким образом можно превратить кишечные бактерии в действенные средства лечения разнообразных заболеваний? Читайте в обзоре. — Microbiome-based therapeutics, «Биомолекула»: «Новые функции кишечной микрофлоры».
  • Стафилококк и остеомиелит. Одним из самых серьезных осложнений ортопедических операций является остеомиелит. Чаще всего остеомиелит вызывает золотистый стафилококк Staphylococcus aureus. Авторы нового обзора суммируют имеющуюся информацию по тому, как стафилококк проникает в костную ткань и живет в ней, уворачивается от иммунной системы. Также обсуждаются другие патогенные бактерии, которые могут вызывать инфекции костной ткани. — Skeletal infections: microbial pathogenesis, immunity and clinical management, «Биомолекула»: «Золотистый стафилококк и стафилококковый бактериофаг из 2D в 3D».
  • Бактерии океана. Бактерии, населяющие океан, осуществляют основные реакции круговорота азота: фиксацию атмосферного азота, ассимиляцию, нитрификацию и денитрификацию. В новом обзоре рассматриваются последние исследования, посвященные круговороту азота в океане и использующие самый широкий инструментарий — от метапротеомики до глобального биохимического моделирования. — The marine nitrogen cycle: new developments and global change.
  • Эксцизионная репарация включает удаление одного поврежденного основания (в случае эксцизионной репарации оснований) или поврежденного олигонуклеотида (при эксцизионной репарации нуклеотидов). После удаления брешь застраивается. Однако у бактерий имеется множество дополнительных уникальных путей эксцизионной репарации, таких как система коррекции неспаренных нуклеотидов EndoMS и система эксцизионной репарации MrfAB. Подробности — в обзоре. — Bacterial DNA excision repair pathways, «Биомолекула»: «Биологическая машина репарации ДНК».

Эндокринология

  • Болезнь Аддисона — гормональное заболевание, при котором корковое вещество надпочечников недостаточно активно. Причины болезни Аддисона разнообразны, но одной из них является аутоиммунное поражение коры надпочечников. Аутоиммунная болезнь Аддисона довольно редка, поэтому данных о генетической предрасположенности к этому заболеванию известно немного. В свежем обзоре, опубликованном в Nature Reviews Endocrinology, собраны последние данные по генетическим факторам, влияющим на развитие аутоиммунной формы болезни Аддисона, а также обсуждается ее связь с другими аутоиммунными заболеваниями. — The genetics of autoimmune Addison disease: past, present and future.
  • Биоминерализация — очень сложный процесс, и его нарушения приводят к развитию многих болезней. Авторы нового обзора рассматривают биологические факторы, влияющие на физиологические процессы минерализации и кристаллизации. Также описывается широкий спектр патологических состояний разной степени тяжести, связанных с нарушениями минерализации. Помимо этого, рассматриваются болезни из числа кристаллопатий, при которых происходит кальцификация почек и артерий. — Skeletal and extraskeletal disorders of biomineralization.

Комментарии