Подписаться
Оглавление

SciNat за апрель 2018 #1: раскрываем исторические тайны эволюции вирусов, извлекаем азот из камня и анализируем печень вдоль и поперек

  • 309
  • 0,7
  • 0
  • 0
Добавить в избранное
Дайджест

На обложке первого апрельского номера Nature — изображение инфракрасных фотодетекторов, созданных на основе фотонных метаматериалов. Несмотря на то, что уже существуют технологии обнаружения инфракрасного излучения в длинноволновом диапазоне (8-12 мкм), их практическое применение ограничено эксплуатацией при низких температурах. А вот ученым из Сорбонны удалось создать аналог сверхчувствительного ИК-детектора, способного работать при комнатной температуре. — Room-temperature nine-µm-wavelength photodetectors and GHz-frequency heterodyne receivers.

Трендом свежего номера Nature стали экологические катаклизмы, криоэлектронные исследования и прорывы в области регенерационной медицины. А вот новые статьи Science изобилуют работами, посвященными процессам восстановления — от мембран до функций головного мозга. Кроме того, в первую неделю апреля мы узнаем, как вырастить сердечную ткань за четыре недели, какие клетки стремятся к «вечной жизни», сколько белков нужно, чтобы построить один вирусный капсид и как запустить процесс кроветворения с помощью печени.

Nature #556 (7699) + онлайны: непопулярные свидетели вирусной эволюции, пагубное влияние речных дамб и убийца китайских поросят

  • Гидрология, экология рек. Одна из знаменитых рек Америки — Миссисипи — уже давно закрепила за собой статус «неуправляемой». Внедрение новых, технически усовершенствованных каналов и систем дамб не могло помешать этой реке ломать вновь возведенные барьеры и преграды, затапливая прилежащие территории. Ученые из Массачусетса, изучив исторические документы и годовые кольца деревьев, смогли реконструировать ход наводнений, происходивших в долине Миссисипи в течение последних 500 лет. Выяснилось, что вмешательство человека в корректирование речного русла на несколько порядков повысило опасность затопления. По мнению исследователей, строительство обширной системы дамб способствовало поднятию уровня воды в реке и увеличило объемный сброс во время крупных наводнений, которые могут произойти в ближайшем будущем. — Climatic control of Mississippi River flood hazard amplified by river engineering, Mississippi rising.
  • Экология леса, климат. Чувствительность лесных сообществ к климатическим изменениям представляет собой неоспоримый факт, но вот оценка этих изменений часто является проблемой. В совместном американо-эстонском исследовании ученым удалось количественно оценить отношения между лесной биомассой, составом древесных пород и декадными экологическими изменениями на примере лесных массивов восточных штатов США. Выяснилось, что из-за постоянного дефицита воды деревья не только становятся толерантнее к засухе, подстраиваясь под новые условия, но и увеличивают собственную биомассу, поддерживая запасы углерода. — Shifts in tree functional composition amplify the response of forest biomass to climate, Forests in flux as climate varies, биомолекула: Кто на самом деле крутит углеродное колесо.
  • Структурка. Двупоровые каналы — сравнительно древнее семейство ионных каналов, которые в обилии обнаруживаются в мембранах клеточных везикул — лизосом и эндосом. Их роль не ограничивается внутриклеточным транспортом кальция; эти структуры могут выступать в качестве потенциальных мишеней в лечении болезни Паркинсона. В новой работе исследовательской группы из Далласа с помощью методов криоэлектронной микроскопии удалось изучить механизм работы двупоровых кальциевых каналов у мышей. Выяснилось, что активация таких каналов в клетках животных — сложно регулируемый процесс с участием липидов PI(3,5)P2, «чувствующий» изменения напряжения на мембране органеллы. — Structural insights into the voltage and phospholipid activation of the mammalian TPC1 channel, Two-pore channels open up, биомолекула: Формирование мембранного потенциала покоя.
  • Структурка. Еще одно исследование американских ученых, которое удалось осуществить благодаря методам криоэлектронной микроскопии. Кажется, что биосинтез белка — это вдоль и поперек изученный процесс, однако сборка предшественников рибосом ввиду сложности визуализации все еще представляет собой «белое пятно». В новой работе команде ученых удалось реконструировать этапы конформационных изменений предшественников больших рибосомальных субъединиц при высоком разрешении. Выяснилось, что в процессе сворачивания рРНК участвует 21 фактор сборки рибосом, которые стабилизируют пре-рРНК и рибосомальные белки. В числе этих факторов интересны три белка Brix-домена, образующие кольцеобразную структуру на границах пре-рРНК, которая формирует и поддерживает архитектуру будущей рибосомы. — Modular assembly of the nucleolar pre-60S ribosomal subunit, биомолекула: Две рибосомные субъединицы объединили в функциональный гибрид.
  • Физиология растений, сигналинг. Один из основных фитогормонов — абсцизовая кислота (АБК), в числе функций которой — защита растений от потери влаги за счет закрывания устьиц. Японские ученые, изучавшие дальний транспорт у арабидопсиса, выявили сигнальную роль пептида CLE25, который влияет на биосинтез АБК. В ответ на дегидратационный стресс в корнях растений экспрессируется ген, ответственный за синтез пептида CLE25; затем CLE25 перемещается к листьям, где в сочетании с особыми рецепторами BAM способствует образованию АБК и тем самым обеспечивает закрывание устьиц. — A small peptide modulates stomatal control via abscisic acid in long-distance signalling, биомолекула: Лекарству от голода — средство от засухи.
  • Кардиология, регенеративная медицина. Выращивание органов в лабораторных условиях — давняя мечта врачей. Исследовательской группе из Колумбии удалось сделать большой шаг вперед в области культивирования клеток сердечной ткани. В отличие от предыдущих попыток реконструирования сердечной ткани, ученые использовали не более зрелые кардиомиоциты, а наиболее «молодые» плюрипотентные клетки (ИПСК). После четырех недель выращивания таких клеток удалось получить сердечную ткань взрослого типа с организованной ультраструктурой, физиологической длиной саркомера, развитыми поперечными канальцами и достаточной плотностью митохондрий (30%). Впрочем, пока такая ткань не может стать полноценной заменой донорского органа, так как электромеханические свойства в ней развиваются медленнее, чем в полноценном сердце. — Advanced maturation of human cardiac tissue grown from pluripotent stem cells, биомолекула: Как вылечить сердце? Достижения современной науки.
  • Регенеративная медицина. Способность печени к самовосстановлению обеспечивается за счет резервного пула гепатоцитов, однако источник его пополнения оставался неясным. Ученые из Стэнфорда выяснили, что важную роль в процессе регенерации печени играет «фермент вечной жизни» — теломераза, которая не допускает чрезмерного сокращения концевых участков хромосом. Оказывается, во всем объеме печени у мышей распределено небольшое количество особых гепатоцитов, которые отличаются более высокой экспрессией теломеразы и одновременно обладают сниженной активностью генов «обычного» метаболизма. В ответ на травму такие клетки приступают к регенерации, воссоздавая собственные клоны, которые восполняют поврежденные участки печеночной ткани. В случае удаления генов, кодирующих эти регенерирующие гепатоциты, в сочетании с химическим повреждением вызывает развитие фиброза печени. — Distributed hepatocytes expressing telomerase repopulate the liver in homeostasis and injury, биомолекула: «Резервный» механизм восстановления печени, Старение — плата за подавление раковых опухолей?
  • Экология, климат. Некоторые экологические последствия, связанные с изменением климата (например, изменения видового состава), можно оценить количественно, однако их временная оценка долгое время упускалась из поля зрения. Новая работа ученых из Дании, Норвегии и Швейцарии демонстрирует сравнение растительного состава из 302 ареалов горных европейских вершин, охватывающее период в 145 лет. Этот анализ не только позволяет оценить траектории развития биоразнообразия растений во времени, но и обнаруживает интересный факт: увеличение видового богатства горных ареалов за период с 2007 по 2016 год. Ученые связывают такой эффект с глобальным потеплением, последствия которого проявляются даже в столь отдаленных гористых местах. — Accelerated increase in plant species richness on mountain summits is linked to warming.
  • Эволюция, вирусология. Если прижизненное изучение вирусов осложняется трудностью их идентификации и визуализации, то исследование вирусов в историческом масштабе представляет проблему еще и потому, что эти «плохие новости в упаковке из белка» не оставляют после себя остатков. Совместное китайско-австралийское исследование позволило реконструировать эволюцию вирусов благодаря анализу геномов животных, не представляющих особого сельскохозяйственного интереса — некоторых амфибий, рептилий, двоякодышащих и лучеперых рыб. В ходе этой масштабной работы удалось идентифицировать целых 214 новых РНК-вирусов, причем большинство из них не представляли опасности для животных носителей. — The evolutionary history of vertebrate RNA viruses, Huge trove of unknown viruses found in fish, frogs and reptiles, биомолекула: Вирусные геномы в системе эволюции.
  • Эпидемиология. Китайским ученым удалось установить причину массовой болезни свиней, которая привела к гибели почти 25 тысяч поросят, живущих на китайских фермах. Виновником был признан коронавирус HKU2, переносчиками которого являются летучие мыши. Попадая в организм поросенка, этот вирус приводил к сильному обезвоживанию и стремительному развитию острой диареи, которая вызывала летальный исход. — Fatal swine acute diarrhoea syndrome caused by an HKU2-related coronavirus of bat origin.

Science #360 (6384) + онлайны: стартовые линии предшественников нейронов, «каменные банки» азотного круговорота и ускоренная стратегия лечения после инсульта

F1.medium.gif

Для обложки нового выпуска Science выбрали фотографии кобылы и жеребенка Пржевальского, которые постоянно обитают в Оренбургском заповеднике. Эти лошадки, всегда считавшиеся дикими, на самом деле были одомашнены — правда, почти 5,5 тысяч лет назад. Мы уже писали об этом в дайджесте одного из февральских выпусков. А теперь на сайте доступна журнальная версия статьи. — Ancient genomes revisit the ancestry of domestic and Przewalski’s horses.

  • Экология. Большинство современных мониторинговых исследований загрязнения водных экосистем сосредотачиваются на глобальных «резервуарах» — океанах и морях. Однако нельзя недооценивать важный источник пластикового загрязнения — внутренние и поверхностные воды суши, которые пополняют негативный вклад в нарушение естественного состава гидросферы. Ученые из Германии оценили один из источников антропогенного загрязнения — органические удобрения, которые провоцируют загрязнение экосистем микропластиком. Выяснилось, что все проанализированные образцы удобрений в той или иной степени содержали частицы микропластика разных размеров, но их количественное содержание зависело от предварительной фабричной обработки. — Organic fertilizer as a vehicle for the entry of microplastic into the environment, Microplastics research—from sink to source, биомолекула: Пластик на завтрак.
  • Нейробиология. Восстановление головного мозга после травмы или инсульта — очень сложный и длительный процесс; с этим связана необходимость разрабатывать новые стратегии восстановительной терапии после моторных нарушений. Команде ученых из Японии на моделях мышей и приматов удалось обнаружить специфичную роль особого соединения — малеата T-817 (edonerpic maleate), нейропротектора, который облегчает работу рецепторов синаптического глутамата AMPA (α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole- propionic-acid). Благодаря этому малеату восстановление моторных функций коры головного мозга у мышей происходило гораздо быстрее. — CRMP2-binding compound, edonerpic maleate, accelerates motor function recovery from brain damage, Supporting recovery from brain injury, биомолекула: Очень нервное возбуждение.
  • Молекулярка, репарация мембран. Процессы компартментации и транспорта веществ внутри клетки обеспечиваются за счет работы ряда структур, в числе которых — эндосомный сортировочный комплекс (endosomal sorting complex required for transport, ESCRT), который также обеспечивает деление эндолизосом. Американским исследователям удалось обнаружить еще одну важную роль этого комплекса. Оказывается, ESCRT выполняет функцию «ремонтного депо». Визуализация лизосом с поврежденными мембранами показала, что репарация мембранных перфораций обеспечивается за счет работы эндосомного комплекса. Этот кальций-зависимый путь активации ESCRT по своему механизму отличается от других путей восстановления внутриклеточных повреждений (например, в сравнении с лизисом органелл). — Triggered recruitment of ESCRT machinery promotes endolysosomal repair, ESCRTs offer repair service.
  • Структурка, вирусология. Сразу две работы нового номера Science раскрывают тайны архитектуры вирусных капсидов. Первая работа посвящена определению структуры капсида вируса простого герпеса 1 типа (herpes simplex virus type 1, HSV-1), а конкретнее — визуализации различных конформаций тегумента, которые обеспечивают сборку и стабилизацию вирусного капсида. Во второй работе сообщается о сложном строении капсида вируса простого герпеса 2 типа (herpes simplex virus type 2, HSV-2); внешняя оболочка HSV-2 построена из почти 3000 белков, которые организованы в комплексы из шести, пяти и трех доменов. Структурные перестройки белковой оболочки позволяют обеспечить 46 пространственных конформаций вирусного капсида. — Structure of the herpes simplex virus 1 capsid with associated tegument protein complexes, Cryo-EM structure of a herpesvirus capsid at 3.1 Å, Up close with herpesviruses, биомолекула: От поцелуя до лимфомы один вирус.
  • Экология, геохимия. Доступность азота — одного из основных регуляторов роста растений — определяет не только круговороты химических соединений в природе, но и глобальные изменения климата. Раньше считалась, что основной резервный фонд азота — это атмосфера, из которой N2 включается в другие биогеохимические циклы. Но ученые из США в своей новой работе раскрывают еще один важнейший азотный «банк», скрытый в толще земной коры. Количественные определения баланса азота, который поступает из литосферы, показали следующее: за счет выветривания горных пород в атмосферу ежегодно поступает от 11 до 18 тераграмм азота, что увеличивает общий азотный баланс на несколько порядков. Результаты данного исследования демонстрируют новый глобальный источник мирового азотного бюджета. — Convergent evidence for widespread rock nitrogen sources in Earth’s surface environment, биомолекула: Одиссея азота.
  • Нейрогенез, клеточные циклы. Стволовые клетки способны быстро делиться в случае необходимости, но пока такая потребность не возникла, они обычно находятся в состоянии покоя. Традиционно считалось, что покоящиеся стволовые клетки мозга перед активацией «замирают» на стадии G0, однако ученым из Кембриджа на модели нейронов дрозофилы удалось показать, что большинство неактивных стволовых клеток ожидают деления на стадии G2, в постсинтетической фазе. При этом между клетками, остановившихся на разных премитотических стадиях, наблюдаются различия: стволовые клетки G2 активируются быстрее, чем клетки G0. Любопытно, что регуляторную роль при этом выполняет киназа семейства Tribbles, инициируя переход к клеточному делению. — Cell cycle heterogeneity directs the timing of neural stem cell activation from quiescence.
  • Гемопоэз. Интересное исследование американских ученых открывает новую роль печени. Кроветворение во взрослом организме обеспечивается за счет «костяного депо» клеток красного костного мозга, которые поддерживают баланс гемопоэтических стволовых клеток (hematopoietic stem cells, HSC). Однако еще одним важным регулятором гемопоэза являются клетки печени. И если раньше считалось, что кроветворная роль печени заканчивается на эмбриональном этапе развития, то в новом исследовании ученые демонстрируют роль гепатоцитов в сохранении должного уровня HSC. Выяснилось, что удаление из клеток печени тромбопоэтина приводит к истощению HSC. А вот блокирование синтеза тромбопоэтина остеобластами и клетками мезенхимы не оказывает влияния на уровень стволовых клеток крови. Получается, что печень является важным внешним регулятором, влияющим на гемопоэз взрослого организма. — Hepatic thrombopoietin is required for bone marrow hematopoietic stem cell maintenance, биомолекула: Кем быть? Как гемопоэтическая стволовая клетка выбирает профессию.

Комментарии