Nature #532(7600) + онлайны: восприятие смыслов слов, альтруистичные бактерии кишечника и эволюция хрящевой ткани

• Нейробиология. С помощью МРТ установлена подробная структура областей мозга, участвующих в восприятии речи. Оказывается, в них можно выделить зоны, ответственные за понимание определенных смыслов — например, связанных с количеством объектов, с описанием их внешнего облика или с эмоциональными категориями. — Natural speech reveals the semantic maps that tile human cerebral cortex.
• Клеточная биология. Гематопоэтические стволовые клетки, полезные для регенеративной медицины, можно выделять из пуповин. Это удобно, хотя клеток удается получить довольно мало, поэтому важно придумать способ заставить их размножаться в культуре, не теряя своих полезных свойств. Оказывается, этого можно достичь, увеличив в стволовых клетках количество белка Musashi-2. — Musashi-2 attenuates AHR signalling to expand human haematopoietic stem cells.
• Микробиология. Кишечные бактерии Bacteroides ovatus выделяют во внешнюю среду ферменты для расщепления инулина, которые нужны исключительно для их соседей (сами Bacteroides ovatus поглощают инулин с помощью специальных транспортеров и расщепляют его внутриклеточно). При этом, соседи альтруистичных бактерий каким-то образом отвечают им добром, потому что Bacteroides ovatus чувствуют себя лучше, когда помогают другим расщеплять инулин. — The evolution of cooperation within the gut microbiota.
• Структурка. Антагонист рецептора глюкагона — небольшая молекула под названием MK-0893 — помогает снизить содержание глюкозы в крови, что очень важно для больных диабетом. В новой работе описывается структура комплекса рецептора с молекулой MK-0893. С помощью таких структур можно больше узнать о механизмах работы рецептора и придумать новые способы регулировать их активность. — Extra-helical binding site of a glucagon receptor antagonist.
• Эволюция, клеточная биология. Хондроциты — клетки, синтезирующие внеклеточно вещество хрящей — сыграли очень важную роль в эволюции хордовых животных. Похожие на хрящ ткани есть и у других животных и, как выяснилось, генетические программы их развития сходны у первично- и вторичноротых. Это означает, что хрящи могли возникнуть еще у общего предка всех двусторонне-симметричных животных. — The genetic program for cartilage development has deep homology within Bilateria.
• Нейробиология. В зрительную кору приходят сигналы от двух типов путей — реагирующих на свет и темноту. В какой-то момент эти разные сигналы необходимо объединить, чтобы получить общую картину. Сразу два новых исследования тонкой структуры зрительной коры показывают, где конкретно встречаются два типа входных сигналов, и как они взаимодействуют между собой. Topology of ON and OFF inputs in visual cortex enables an invariant columnar architecture, Principles underlying sensory map topography in primary visual cortex.
• Микробиология, биоинженерия. Бактерии Bacillus thuringiensis вырабатывают инсектициды, активно применяемые в сельском хозяйстве. С помощью ускоренной эволюции в лабораторных условиях ученые помогают бактрериям создавать новые варианты токсина, чтобы бороться с развивающейся у насекомых устойчивостью. — Bioengineering: Evolved to overcome Bt-toxin resistance, Continuous evolution of Bacillus thuringiensis toxins overcomes insect resistance.
• Биология развития. Для нормальной регенерации конечности аксолотлю важны сигналы, поступающие от брюшных, так и от спинных тканей. Именно поэтому, если пересадить зачаток конечности в неправильное место, из него может вырасти что-то странное. Оказывается, для регенерации необходим фактор роста фибробластов 8, нарабатываемый только мезенхимой брюшной стороны тела, но только под действием сигналов пути sonic hedgehog, приходящих со спинной стороны. — Regeneration: Limb regrowth takes two, FGF8 and SHH substitute for anterior—posterior tissue interactions to induce limb regeneration.
• Медицина. Единственная инъекция антител к вирусу ВИЧ-1 помогает мышам и макакам противостоять не только самому этому вирусу, но и более опасному варианту — гибриду вируса человека и обезьян. — A single injection of anti-HIV-1 antibodies protects against repeated SHIV challenges.
• Биоинженерия. Когда геном редактируют с помощью CRISPR, эта система вносит в него двойные разрывы. Клетка может залечить разрыв по механизму негомологичного соединения концов (при этом она может вставить в геном первый попавшийся кусок ДНК) или по механизму, основанному на гомологии (при этом она берет фрагмент чего-то, что, по ее мнению, является гомологичной хромосомой, и восстанавливает повреждение, ориентируясь на этот участок). Исследователям удалось заставить клетки залечивать разрывы вторым способом, благодаря чему эффективность редактирования генома значительно выросла. — Efficient introduction of specific homozygous and heterozygous mutations using CRISPR/Cas9.

Science #352(6285) + онлайны: мозг спящих ящериц, неравновесность живых клеток и спецвыпуск о микробиоте

• Микробиота. Спецвыпуск Science посвящен микробиоте. Статьи рассказывают о том, насколько сходна микробиота у разных видов животных, о том, как микробы влият на развитие иммунной системы, о том, как антибиотики сказывают на составе микроорганизмов, а также о том, как натравить полезную микробиоту на патогенов, устойчивых к лекарствам. — Manipulating the Microbiota, Cross-species comparisons of host genetic associations with the microbiome, Resurrecting the intestinal microbiota to combat antibiotic-resistant pathogens, How colonization by microbiota in early life shapes the immune system, Antibiotic use and its consequences for the normal microbiome.
• Наука и общество. Сразу несколько статей в этом номере Science посвящено ресурсу Sci-Hub, позволяющему бесплатно скачивать научные статьи. Редакторы Science размышляют о том, почему Sci-Hub используют так активно — причем даже для скачивания статей, находящихся в открытом доступе, а также доступных через сайты авторов. — My love-hate of Sci-Hub, The frustrated science student behind Sci-Hub, Who’s downloading pirated papers? Everyone.
• Нейробиология. Спящий мозг отличается от бодрствуещего по многим параметрам — к примеру, содержанием ионов во внеклеточных жидкостях. Раньше думали, что содержание ионов — это следствие того, что мозг погружается в сон, но теперь выяснилось, что, наоборот, изменения содержания ионов самого по себе достаточно, чтобы переключать состояние мозга мышей между сном и бодрствованием. — Ionic control of sleep and wakefulness, Changes in the composition of brain interstitial ions control the sleep-wake cycle.
• Структурка. Структурка цитохромовой оксидазы bd-типа — фермента уникальной для бактерий группы. Исследования структур таких белков полезно для разработки лекарств, действующих исключительно на бактерий, но безвредных для всех остальных. — A bacterial oxidase like no other?, Structure of a bd oxidase indicates similar mechanisms for membrane-integrated oxygen reductases.
• Химия. Белки, передающие информацию с одной стороны мембраны на другую, обычно имеют сложную структуру из множества спиралей. Химикам удалось синтезировать намного более простую молекулу, состоящую из единственной спирали и способную в ответ на световой стимул менять конформацию. Такие молекулы могут передавать сигнал на другую строну мембраны, как и природные рецепторы. — Light flips a membrane-embedded helix, Conformational photoswitching of a synthetic peptide foldamer bound within a phospholipid bilayer.
• Микробиота. Исследовав микробиоту жителей Бельгии и Нидерладнов, ученые пытаются ответить на вопрос, что такое нормальная микробиота, и существует ли она в принципе — очень уж от многих факторов зависит видовой состав микробов нашего кишечника. У ученых получилось, что зная всего лишь 69 параметров, можно предсказать состав микрофлоры человека с 92% вероятностью — то есть, в значительной степени нормальную структуру этого многообразия все-таки можно определить. — Population-based metagenomics analysis reveals markers for gut microbiome composition and diversity, Population-level analysis of gut microbiome variation.
• Микробиота. Некоторые заболевания пищеварительного тракта удается лечить трансплантацией микробиоты от здоровых доноров. Ученые проследили, что при этом происходит — штаммы донора могут заменить штаммы бактерий реципиента только если эти микрорганизмы достаточно сходны, а непохожие ни на что в микрофлоре реципиента микробы не приживаются. — Durable coexistence of donor and recipient strains after fecal microbiota transplantation.
• Нейробиология. Сон встречается у большинства животных, но исследуют его элекрофизиологическими методами в основном на млекопитающих и на птицах. В новой работе описывается активность спящего мозга ящериц Pogona vitticeps, удивительно похожая на нашу по чередованию медленных волн и стадий быстрых движений глаз. Интересно, что источником смены этих фаз у ящериц является не гиппокамп, а совершенно ему не гомологичная часть мозга. — Slow waves, sharp waves, ripples, and REM in sleeping dragons.
• Молекулярка. Ученые подсчитали, что мутации, нарушающие сплайсинг РНК, создают примерно такой же риск развития болезней, как и мутации в областях, кодирующих белки. Так что их тоже нужно активно исследовать. — RNA splicing is a primary link between genetic variation and disease.
• Методика, молекулярка. Чтобы оставаться живым, организм должен удерживаться на определенном отдалении от состояния термодинамического равновесия. Используя видео-микроскопию, а также методы статистической термодинамики, ученые научились наблюдать на клеточном уровне всплески неравновесности. — A fresh eye on nonequilibrium systems, Broken detailed balance at mesoscopic scales in active biological systems.
• Молекулярка. Литические полисахаридные монооксигеназы грибов — полезные ферменты, проводящие первые этапы расщепления растительных полисахаридов. Для работы этих ферментов нужен источних электронов. Новая работа демонстрирует, какие именно источники электронов пригодны, чтобы запустить расщепление полисахаридов. — Extracellular electron transfer systems fuel cellulose oxidative degradation.
• Старение. Если снабдить мышечные стволовые клетки мышей предшественниками молекул NAD⁺, можно замедлить клеточное старение и продлить жизнь животным. — NAD⁺ repletion improves mitochondrial and stem cell function and enhances life span in mice.
• Биоинженерия, клеточная биология. Фибробласты — это клетки, которые можно получать от доноров проще и безболезненнее всего. Поэтому особенно удачно, что ученые разработали методику перепрограммирования этих клеток в кардиомиоциты. — Conversion of human fibroblasts into functional cardiomyocytes by small molecules.
• Молекулярка, иммунология. Когда иммунная система слишком расходится, она может ответить на инфекцию таким сильным воспалением, что оно иногда приводит к смерти организма. Чтобы подавить острое воспаление, оказывается, достаточно ингибировать топоизомеразу I — фермент, регулирующий скрученность ДНК. — Topoisomerase 1 inhibition suppresses inflammatory genes and protects from death by inflammation.