Nature #584 (7822) + онлайны: ВИЧ-позитивные исключения, запутанные молекулы и управляемые растения

• Гляциология. Шельфовые ледники свободно перемещаются в океане и обычно не связаны с берегом. Шельфы укрепляют ледяные покровы в океане и сдерживают повышение уровня моря. Однако атмосферное потепление может свести на нет защитную функцию ледяных шельфов. Причина – в гидроразрывах шельфов, когда в пласте льда образуется трещина. В результате вода проникает вглубь ледника и разрушает его. Исследователи из США и Великобритании обучили нейронную сеть, которая анализирует спутниковые снимки ледников, выявляя потенциально опасные ледниковые трещины. Этот алгоритм поможет в предупреждающем режиме идентифицировать уязвимые «горячие точки» среди ледников. — Vulnerability of Antarctica’s ice shelves to meltwater-driven fracture, Crevasse analysis reveals vulnerability of ice shelves to global warming.
• Биомедицина, клеточная биология. В Nature вышел обзор, где рассматривают перспективы создания биоматериалов на основе внеклеточного матрикса. Матрикс – механический каркас, который одновременно обеспечивает и жесткость, и эластичность соединительной ткани. Биологи пытаются искусственно воссоздать подобный механический эффект, используя эластичные полиакриламидные гидрогели с белковым покрытием. Совершенствование синтетических вязкоупругих материалов на основе внеклеточного матрикса поможет создать новое поколение регенерирующих компонентов для восстановления тканей. — Effects of extracellular matrix viscoelasticity on cellular behaviour, «Биомолекула»: Что такое внеклеточный матрикс и почему его все изучают, Тканевая инженерия: мы живем в матрице.
• Структурка. Длинные полимерные молекулы становятся более компактными за счет скручивания нити в узлы. Молекулярные узлы биополимеров имеют определенную симметрию. Такая сборка возможна за счет ионов металлов, которые придают топоизомерам три возможных формы. Направленное связывание конкретной молекулы и придание ей определенной конформации расширяет возможности структурной биологии. — Tying different knots in a molecular strand.
• SARS-CoV-2. Чтобы оценить эффективность вакцин-кандидатов против COVID-19, важно провести доклинические исследования на грызунах. Только вот новый коронавирус SARS-CoV-2 не способен инфицировать мышей дикого типа: вирусные белки неэффективно связываются с мышиным ортологом человеческого рецептора ACE24. Американские биологи в результате ремоделирования разработали рекомбинантный вирус SARS-CoV-2 MA, который способен узнавать мышиный рецептор mACE2. В результате удалось протестировать интерферон лямбда-1a — это потенциальный кандидат для лечения коронавирусной инфекции. — A mouse-adapted model of SARS-CoV-2 to test COVID-19 countermeasures, «Биомолекула»: SARS-CoV-2.
• Физиология растений. Одна из реакций растений на стресс — закрывание устьиц. С помощью устьиц растения контролируют газообмен и уровень транспирации. Регулировать устьица помогают ионы Ca⁺²: быстрый приток кальциевых ионов вызывает закрывание устьичной щели. В свою очередь, выход ионов кальция обеспечивает Ca⁺²-проницаемый канал OSCA1.3. Любопытно, что OSCA1.3 включается в ответ на биотические стрессы, но не работает в присутствии абсцизовой кислоты — фитогормона, связанного с абиотическим стрессом. — The calcium-permeable channel OSCA1.3 regulates plant stomatal immunity, «Биомолекула»: Абсцизовая кислота: гормон покоя и стресса, лекарство от сахарного диабета.
• COVID-19, гендерные различия. Мужчины и женщины по-разному проявляют иммунный ответ на SARS-CoV-2. Сравнение «мужских» и «женских» титров антител, специфичных к коронавирусу, показало следующее: в ответ на SARS-CoV-2 мужчины вырабатывают высокие уровни цитокинов врожденного иммунитета и неклассических моноцитов, в то время как женщины продуцируют меньше цитокинов. Однако женский организм даже в пожилом возрасте поддерживает устойчивый Т-клеточный ответ против коронавируса, а у мужчин активность Т-лимфоцитов слабее. Эти результаты подтверждают, что лечение пациентов разного пола требует разных терапевтических схем. — Sex differences in immune responses that underlie COVID-19 disease outcomes, «Биомолекула»: SARS-CoV-2.
• Физиология растений, циркадные ритмы. Белковые комплексы растений, которые контролируют суточные ритмы, также выступают в роли термодатчиков. Международная команда исследователей обнаружила в клетках арабидопсиса домен ELF3 (EARLY FLOWERING 3), способный запускать биохимические реакции в зависимости от времени суток и внешней температуры. При повышении температуры ELF3 дает сигнал к выделению влаги и последующему испарению. Когда температура окружающей среды понижается — например, с наступлением вечера — белковый домен ELF3 переходит в неактивное состояние. — A prion-like domain in ELF3 functions as a thermosensor in Arabidopsis, «Биомолекула»: Найдена связь между обменом веществ и циркадным ритмом.
• Молекулярка, ВИЧ. 0,5% от всех ВИЧ-положительных людей входят в группу пациентов, которые не принимают лекарств и считают себя здоровыми. Этих людей называют «элитными контроллерами» или «нонпрогрессорами», потому что их иммунная система эффективно справляется с вирусом иммунодефицита. Антивирусная защита у нонпрогрессоров зашита на молекулярном уровне: провирусные последовательности у таких пациентов интегрированы в разные участки ДНК — преимущественно в области центромер и в гены, кодирующие цинковые пальцы. Американские генетики провели полномасштабный NGS-анализ у группы элитных контроллеров и выяснили, что естественный вирусный контроль таких пациентов обеспечивается за счет структуры, а не количества вирусных резервуаров в организме. Эти результаты подсвечивают новый способ функционального лечения ВИЧ-инфекции. — Distinct viral reservoirs in individuals with spontaneous control of HIV-1, «Биомолекула»: ВИЧ/СПИД.
• Эмбриология. Перед имплантацией зародыша в матку в эмбрионе дифференцируются две клеточные линии — плюрипотентные клетки, которые формируют плод, и внешние клетки трофэктодермы, формирующие плаценту для питания эмбриона. Однако исследователям из Сингапура удалось обнаружить еще одного важного участника эмбриогенеза — клеточные филаменты, собранные с помощью кератинов. Кератины — первые компоненты цитоскелета зародыша, которые обнаруживают межклеточную изменчивость в процессе эмбриогенеза. В результате асимметричного распределения кератинов формируется апикальная поляризация клеток трофэктодермы. — Keratins are asymmetrically inherited fate determinants in the mammalian embryo, «Биомолекула»: Удивительные свойства гигантских клеток трофобласта.

Science #369 (6507) + онлайны: лихорадочная дружба, клеточные скитания и подготовленные бактерии

• Нейробиология. Нейронные синапсы восстанавливаются на протяжении всей жизни организма. Однако в некоторых случаях — например, при нейродегенеративных расстройствах и травмах головного или спинного мозга — синапсы теряют способность к обновлению. Для регенерации синаптических контактов после патологических состояний применяют терапию антителами или ингибиторами бета-амилоидов. Исследователи из Японии продвинулись еще дальше в этом вопросе и разработали CPTX — синтетический синаптический регулятор, который индуцирует возбуждающие сигналы и восстанавливает нейронные связи. Модель CPTX включает в себя структурные элементы мозжечка и нейронального фактора пентраксина-1. Использование CPTX в качестве биопрепарата поможет восстанавливать синаптические функции, координацию движений, пространственную и контекстную память. — A synthetic synaptic organizer protein restores glutamatergic neuronal circuits, Restoring neuron connections, «Биомолекула»: Молекулярная модель синаптической везикулы, В полном объеме: синаптические везикулы в трехмерной модели синапса.
• Вирус Зика. Флавивирусы, которые вызывают лихорадку денге и болезнь Зика, похожи по своему геному и географии распространения. Это не единственные точки соприкосновения двух возбудителей инфекции — выяснилось, что первичное инфицирование человека вирусом Зика повышает риск развития тяжелой формы лихорадки денге. При этом люди, которые несколько раз переболели Зика-лихорадкой, сохраняют высокий уровень антител против вируса денге. — Zika virus increases risk of dengue disease, Zika virus infection enhances future risk of severe dengue disease, «Биомолекула»: Вирус Зика.
• Нейробиология. Успех организма в изменчивой среде зависит от гибкости нервной системы. Предшествующие исследования нейробиологов показали, что ключевой зоной мозга, ответственной за изменения, является медиальная префронтальная кора. Недавно удалось оценить вклад конкретных частей префронтальной коры в конструирование поведения: вентральный участок обеспечивает кодирование обучающих сигналов, а дорсальный участок поддерживает закрепление результатов действий, чтобы сохранить или забыть конкретную модель поведения. — Neural mechanisms resolving exploitation-exploration dilemmas in the medial prefrontal cortex, Strategies for navigating a dynamic world,«Биомолекула»: Молекулярная эволюция мозга — от обезьяны до человека.
• Микробиология, биотехнология. Микробиологи из Швейцарии и Великобритании собрали биофабрику, которая перерабатывает лигноцеллюлозу в сырьевые компоненты. В основе работы такого биореактора — разные представители микроорганизмов, причем каждый выполняет свою роль: грибы-аэробы расщепляют целлюлозу на короткие сахарные цепочки; толерантные к кислороду бактерии превращают олигосахариды в молочную кислоту, на основе которой анаэробные бактерии синтезируют масляную кислоту. Другие микроорганизмы поддерживают эту дружную производственную работу, образуя жирные длинноцепочечные кислоты. Такой микробный консорциум потенциально может стать альтернативой генетически модифицированным культурам. — A heterogeneous microbial consortium producing short-chain fatty acids from lignocellulose, «Биомолекула»: Недооцененный потенциал грибов, Бактерии для водородной энергетики.
• Клеточная биология. Клетки способны мигрировать в тканях и органах, выстраивая свой маршрут за счет химических градиентов — такой способ называется хемотаксисом. Британские исследователи проанализировали миграции клеток слизевика Dictyostelium discoideum и онкоклеток поджелудочной железы, чтобы сравнить «нейтральный» и патогенный путь клеточного движения. Выяснилось, что способы перемещения клеток схожи — оба случая задействовали химические вещества в качестве аттрактантов для выстраивания наилучшего маршрута. Если смоделировать «химическую карту» передвижений клеток, можно получить доступ к управлению клеточными миграциями — например, для нацеливания иммунных клеток на очаги воспаления. — Seeing around corners: Cells solve mazes and respond at a distance using attractant breakdown, «Биомолекула»: Примитив не приговор, или Physarum polycephalum разумный.
• Молекулярка, адаптивный иммунитет. Бактерии и археи постоянно соревнуются с вирусами, пытаясь выжить и закрепить свой успех на генетическом уровне. В качестве противовирусной защиты прокариоты используют разные способы, включая эндонуклеазы рестрикции и CRISPR. Огромное разнообразие и постоянная эволюция вирусов позволяют предположить, что бактерии располагают куда более мощным инструментарием, который еще не описан учеными. Биоинформатики из США предсказали существование 29 противовирусных кассет с защитными генами, благодаря которым прокариоты спасаются от бактериофагов. — Diverse enzymatic activities mediate antiviral immunity in prokaryotes, «Биомолекула»: CRISPR/CAS.
• Микробиология, экология. Почвенные бактерии производят множество веществ, включая метилен и этилен. Эти газы влияют на состав почвы и атмосферы, однако путь их синтеза в бактериях изучен не до конца. Недавнее исследование раскрывает ранее неизвестный способ выделения этилена за счет фермента, похожего на нитрогеназу. Этот биохимический путь запускается в ответ на серное голодание бактерий в анаэробных условиях. — A nitrogenase-like enzyme system catalyzes methionine, ethylene, and methane biogenesis, «Биомолекула»: Аммонийный датчик анаммокс-бактерии.
• COVID-19. Для оценки распространения вирусных инфекций используют понятие серийного интервала. Это промежуток времени, который начинается с момента заболевания у одного человека и заканчивается проявлением симптомов у другого человека. С помощью серийных интервалов выявляют скорость распространения инфекции. Ретроспективная оценка распространения коронавирусной инфекции в континентальном Китае показала, что средний серийный интервал для COVID-19 за месяц сокращался почти в три раза: если в середине января интервал составлял 7,8 дня, то в начале февраля показатель снизился до 2,2 дней. Это стало возможным благодаря нефармацевтическим методам вмешательства: чем быстрее находят новые случаи и изолируют больных, тем короче серийный интервал и меньше риск распространения вируса. — Serial interval of SARS-CoV-2 was shortened over time by nonpharmaceutical interventions, «Биомолекула»: SARS-CoV-2.