Микробиология

Бактерии изменяют форму нефтяных пятен, чтобы быстрее их переработать

Крайне важно понимать, что происходит с непереработанной нефтью, которая попадает в океан. Это поможет нам свести к минимуму ее экологический, экономический и социальный вред. Большое количество сырой нефти попадает в море, как это произошло в прошлом месяце на платформе в Мексиканском заливе. Нефть плохо смешивается с водой. Это может серьезно ограничить разложение нефти микробами, которые является ключевым фактором удаления углеводородов из окружающей среды. Однако при волнении моря и определенных мерах, таких как добавление диспергаторов, из крупных пятен образуются более мелкие капли нефти. Небольшие капли становятся весьма привлекательными для некоторых микробных организмов. В статье исследователи сообщают, что бактерии Alcanivorax borkumensis прикрепляются к каплям нефти, а затем образуют биопленки на поверхности нефти, превращая сферические капли в вытянутые пальцевидные выступы. Этот динамический процесс увеличивает площадь поверхности нефтяного пятна и ускоряет его биодеградацию. Это открытие должно улучшить прогнозирование попадания разлитой нефти в экологически уязвимые места. — Bacteria stretch and bend oil to feed their appetite.

Эмбриология

Мультиомиксный атлас клеток желточного мешка раскрывает функции многих органов во время раннего развития человека

Желточный мешок (ЖМ) представляет собой мембранную структуру, зародышевый орган, прикрепленный к развивающемуся эмбриону. Он поддерживает кроветворение, обмен веществ и коагуляцию. Наше нынешнее понимание его роли в человеческом развитии было ограничено исследованиями на нечеловеческих модельных организмах. Ученые использовали single-cell секвенирование РНК, плоскостную флуоресцентную микроскопию и гибридизацию in situ для создания атласа ЖМ у человека. Атлас был создан на основе 10 образцов тканей ЖМ, охватывающих период от 4 до 8 недель после зачатия или с 10 по 23 стадию Карнеги. Авторы обнаружили, что энтодерма в ЖМ человека продуцирует гемопоэтические факторы роста, чего не наблюдалось у мышей. Кроме того, у людей ЖМ является доминирующим источником раннего эритропоэза (образования красных кровяных телец). У мышей, в отличие от человека, таким источником является печень. Наконец, авторы работы сообщают, что ЖМ человека может стимулировать ускоренное производство макрофагов из гемопоэтических стволовых клеток и клеток-предшественников независимо от моноцитов. — Yolk sac cell atlas reveals multiorgan functions during human early development.

Нейробиология

Мозг старых мышей омолодили с помощью белка, обнаруженного в крови молодых мышей

Около десяти лет назад ученые обнаружили, что кровь молодых мышей может оказывать омолаживающее действие на пожилых мышей. В том числе, она улучшает когнитивные функции и способности к обучению. Эта идея буквально очаровала Сола Вильеду, нейробиолога из Калифорнийского университета в Сан-Франциско и соавтора нового исследования Nature. С тех пор он и его коллеги пытаются определить компоненты крови, которые вызывают это омоложение.

В последней работе ученые выяснили, что таким компонентом, скорее всего, является тромбоцитарный фактор 4. Вильеда и его коллеги пытались вводить этот белок старым мышам без добавления других компонентов крови. Исследователи обнаружили, что в результате такого воздействия соотношение различных типов иммунных клеток изменилось и стало похоже на то, что обычно наблюдается у молодых мышей. Некоторые иммунные клетки старых мышей также стали экспрессировать гены как в молодом организме. Хотя тромбоцитарный фактор 4 не мог преодолевать гематоэнцефалический барьер, его воздействие на иммунную систему также приводило к изменениям в головном мозге, вероятно, посредством косвенных механизмов. У старых мышей, получавших дозы этого белка, наблюдалось снижение повреждающего воспаления в гиппокампе — части мозга, которая особенно уязвима к последствиям старения. Такое воздействие также привело к увеличению уровней молекул, которые способствуют синаптической пластичности (способности изменять силу связей между нервными клетками).

Старые мыши, которым вводили тромбоцитарный фактор, также показали лучшие результаты по сравнению с контрольными мышами. Это было продемонстрировано в когнитивных тестах на запоминание. В этих тестах мышам требовалось по памяти найти погруженную в воду платформу, на которой они могли бы отдохнуть, когда были вынуждены плыть через лабиринт. — Platelet factors attenuate inflammation and rescue cognition in ageing, «Биомолекула»: «Почему мы стареем?».

Почему млекопитающие больше едят на холоде? Ответ спрятан глубоко в нейронах

Поддержание температуры тела требует больших затрат калорий для теплокровных животных. Млекопитающие больше едят на холоде, чтобы компенсировать расход энергии, однако нейронный механизм, лежащий в основе этой связи, изучен недостаточно хорошо. С помощью поведенческого и метаболического анализа ученые обнаружили, что мыши динамически переключаются между состояниями сохранения энергии и поиска пищи на холоде; последнее, в первую очередь, обусловлено расходом энергии, а не ощущением холода. Эксперименты показывают, что за смену пищевого поведения мышей отвечает небольшое ядро в таламусе мозга. Нейроны таламуса особенно активны в холодных условиях, напрямую активируя центр вознаграждения в мозгу. — Xiphoid nucleus of the midline thalamus controls cold-induced food seeking.

Онкология

Борьба с раком при помощи молекулярного клея

KRAS — протоонкоген, представитель семейства белков Ras. Он является одним из наиболее распространенных онкогенов. К сожалению, KRAS также считают неподдающимся лечению с помощью лекарственных препаратов, потому что на поверхности этого белка нет подходящего кармана для связывания с низкомолекулярными веществами. Чтобы обойти это ограничение, авторы исследования изучили природные соединения, которые косвенно воздействуют на онкогенный вариант белка KRAS. Ученые идентифицировали встречающееся в природе соединение, которое связывает циклофилин А, один из клеточных шаперонов, а затем модифицировали это соединение, чтобы оно также связывало онкогенный мутантный белок KRAS в активной форме через образование трехстороннего комплекса. Авторы использовали этот подход для разработки множества небольших молекул, которые эффективно связывают мутантную форму KRAS в комплексе с циклофилином А. Эти молекулы были очень эффективны в ингибировании нижестоящих путей, участвующих в пролиферации клеток, и приводят к подавлению роста опухоли на многих моделях. Ингибиторы, которые избирательно воздействуют на активную форму белка KRAS G12C или на множественные мутантные формы белков RAS, в настоящее время проходят клинические испытания (NCT05462717 и NCT05379985). — Chemical remodeling of a cellular chaperone to target the active state of mutant KRAS, «Биомолекула»: «Скрытая угроза: описан новый механизм активации протоонкогенов».

Биоорганическая химия

Дизайн чувствительных к стимулу шарнирных белков с двумя состояниями

Природные белки часто принимают несколько конформационных состояний. Тем они самым меняя свою активность или активность партнеров по связыванию в ответ на воздействие другого белка, малой молекулы или иного стимула. Было трудно создать такое конформационное переключение между двумя свернутыми состояниями в искусственных белках, созданных человеком. Однако ученые смогли разработать шарнироподобный белок с двумя желаемыми состояниями. Наиболее успешные конструкции демонстрировали большой сдвиг в конформации при связывании со спиралью целевого пептида, который можно было адаптировать для большей специфичности. Авторы в своей работе охарактеризовали полученные белковые структуры, а также кинетику их связывания с целевым пептидом и конформационное равновесие этих конструкций. Это исследование закладывает фундамент для создания белковых переключателей, которые реагируют на биологические триггеры и могут вызывать конформационные изменения, влияющие на сборку белков. — Design of stimulus-responsive two-state hinge proteins.

Генетика

В ваших клетках уже не тот геном, с которым вы родились

Каждый человек начинается с одного генома, уникальной смеси отцовской и материнской ДНК в оплодотворенной яйцеклетке. Исследователи долгое время считали, что в течение жизни практически все различные клетки организма наследуют один и тот же геном. Но результаты крупномасштабного секвенирования ДНК за последнее десятилетие опровергли эту точку зрения, показав, что ДНК человека начинает накапливать мутации уже на ранних стадиях эмбрионального развития и продолжает меняться на протяжении всей жизни. «Геном, с которым вы зачаты, значительно отличается от генома, с которым вы умираете», — говорит кардиобиолог Кеннет Уолш из Университета Вирджинии.

В результате каждый человек на самом деле представляет собой мозаику геномов, различающихся как по всему телу, так и в пределах одного и того же органа или ткани. Эти изменения ДНК привносят разнообразие в соматические, или нерепродуктивные, клетки организма, которые могут быть так же важны для здоровья, как и более распространенные мутации, унаследованные от родителей. Национальные институты здравоохранения США (NIH) запустили 5-летний проект стоимостью 140 миллионов долларов, чтобы составить карту этой вселенной геномного разнообразия и выяснить, насколько важны все эти мутации. На протяжении десятилетий считалось, что соматические клетки человека могут накапливать мутации, но эти изменения генома считались редкими и не являлись серьезной причиной проблем со здоровьем. Например, мутации кожи иногда приводят к необычным пигментным пятнам, таким как родимые пятна винного цвета.

Но теперь ученые знают, что наши геномы буквально пронизаны соматическими мутациями. Даже у маленьких детей некоторые клетки уже несут тысячи таких изменений. Одно исследование показало, что каждая из клеток легких бывшей курильщицы в возрасте 70 лет может похвастаться более чем 15 000 мутаций. «Раньше мы думали о нашем геноме. Теперь мы думаем о наших геномах», — говорит онколог Дэн Ландау из Weill Cornell Medicine. Подавляющее большинство этих изменений, вероятно, не повлияют на наше здоровье. Однако часть из них может вызывать рак, а другие мутации могут привести к различным заболеваниям или преждевременной смерти.

Проект, известный как Somatic Mosaicism Across Human Tissues (SMaHT), призван анализировать базовую частоту этих мутаций в различных тканях, чтобы помочь исследователям лучше понять, как изменения клеточного генома влияют на здоровье и развитие заболеваний. SMaHT в мае этого года выделил первые 22 гранта. В ходе проекта будут собраны образцы 15 тканей у 150 здоровых людей, пожертвовавших свои тела для исследований. Проект профинансировал пять команд для секвенирования ДНК из этих образцов — исследования должны начаться в ближайшие месяцы. Проект также поддерживает другие научные группы в разработке новых технологий для анализа генетических вариантов и изучения их эффектов на организм. — Your cells don’t have the genome you were born with. Project aims to chart impact of new mutations, «Биомолекула»: «Геном человека: как это было и как это будет», «Геном человека: полезная книга, или глянцевый журнал?».

Зоология

Плодовые мушки, кажется, любят кататься на каруселях

Ученые наблюдали, возможно, первый задокументированный пример локомоторной игры у беспозвоночных. Идея исследования была вдохновлена наблюдением за уткой. Задолго до того, как соавтор этой работы Вольф Хюттерот стал нейробиологом, он увидел одинокую утку, плывущую по быстротекущей реке. Как только птица почти скрылась из виду, она полетела обратно вверх по реке, села на воду и поплыла вниз, влекомая течением — и так раз за разом. «Я никогда не переставал задаваться вопросом, что побудило утку к такому любопытному поведению», — говорит Вольф.

Вольф Хюттерот и Тилман Трифан, тогдашний коллега по Констанцскому университету, решили построить что-то вроде карусели. Они предложили самцам лабораторных плодовых мушек (Drosophila melanogaster) возможность запрыгнуть на вращающуюся секцию пола в свободной от стресса, хотя и неинтересной для них среде. Он не думал, что мухи на самом деле будут кататься на карусели. «Мои ожидания были крайне низкими, — говорит Вольф. — Некоторые из мух проигнорировали хитроумное изобретение. Но небольшая группа мух вела себя так, как будто они только что открыли Диснейленд.» Когда исследователи разместили на арене два диска, которые вращались попеременно каждые пять минут, некоторые мухи проводили свое время, прыгая туда-сюда между вращающимися каруселями.

По словам Хюттерота, следующим шагом в решении этой загадки может стать изучение мозга мух, чтобы раскрыть нейронные схемы, участвующие в их поведении на карусели. Такое исследование позволит объяснить, какую пользу мухи — или любые другие животные — могут извлечь из локомоторной игры. «Какова адаптивная ценность такого игрового поведения? Имеет ли оно какую-то пользу?», — спрашивает Хюттерот. Например, возможно ли, что оно улучшает восприятие животным собственного тела, чувство, известное как проприоцепция? Так мы узнаем, насколько глубокие корни имеет локомоторная игра в нашей эволюционной истории. — Fruit flies may enjoy taking carousels for a spin, «Биомолекула»: «Модельные организмы: дрозофила».

Антропология

«Ледяной человек» Эци был темнокожим и облысевшим

В 1991 году двое туристов нашли тело Эци, выступающее из-под снега. Эци лежал лицом вниз, похороненный в начавшем таять леднике высоко в Эцтальских Альпах между Австрией и Италией. Его покрытое кожей тело было естественным образом мумифицировано посредством льда, солнца и ветра. Спустя 30 лет исследований был тщательно изучен почти каждый дюйм 150-сантиметрового тела Ледяного человека возрастом 5300 лет: его последняя трапеза (жирное мясо горного козла), его ротовая полость (в плохом состоянии, с дырками в зубах и кариесом), а также его многочисленные смертельные раны, полученные от «братьев по разуму» (настоящая детективная история палеоубийства). Про нелегкую жизнь Эци и его последние дни даже вышел художественный фильм («Ледяной человек», 2017 г.).

В 2012 году ученые секвенировали его геном, но технологии секвенирования в то время были ограничены. Загрязнение от современных источников ДНК также сделало результаты этой работы ненадежными. Для нового исследования ученые повторно нанесли на карту более 90% генома Ледяного человека, используя самые современные методы с высоким геномным охватом. Исследователи обнаружили, что 92% предков Эци происходят от ранних анатолийских фермеров, которые начали мигрировать из современной Турции около 8000 лет назад. Это самый высокий процент анатолийского наследия, когда-либо зарегистрированный у древнего европейца времен Эци. Остальные 8% генов прибыли из другой группы западноевропейских охотников-собирателей. Исследователи обнаружили, что в последний раз две эти группы взаимодействовали примерно за 56 поколений до смерти Эци. Это расхождение предполагает, что предки-фермеры Ледяного человека, возможно, прибыли прямиком из Анатолии, поселившись в отдаленных горах и относительно мало контактируя с другими племенами.

Посетители итальянского музея, в котором хранятся мумифицированные останки Эци, также могут увидеть его реконструкцию — фигуру светлокожего мужчины с роскошными каштановыми локонами. Но, согласно новому анализу ДНК, опубликованному в Cell Genomics, сам Ледяной Человек вряд ли узнал бы себя в этой фигуре: гены Эци указывают на то, что у него, вероятно, была темная кожа с большим количеством мелатонина, и он лысел на момент своей кончины в возрасте около 40 лет.

Частично цвет кожи может быть связан с диетой Эци, говорит Нина Яблонски, антрополог из Пенсильванского государственного университета. Она отмечает, что процесс изменения от темной к светлой кожи у людей в Европе был «беспорядочным и хаотичным». Свою роль сыграло не только ультрафиолетовое излучение в разных широтах, но и количество витамина D, получаемого с пищей. Европейцы перешли на преимущественно зерновую диету, в рационе которой содержится гораздо меньше витамина D, чем в мясе. В результате пигмента в их коже стало гораздо меньше. Светлая кожа хуже защищена от солнечного излучения. Это помогало людям на зерновой диете компенсировать недостаток витамина D в пище, стимулируя его выработку от ультрафиолета. Ученые считают, что Эци и его горные предки по-прежнему ели в основном дичь, богатую витамином D. Поэтому их кожа оставалась более темной, как у всех коренных турков из Анатолии. — 5000-year-old ‘Iceman’ had dark skin and a receding hairline, «Биомолекула»: «Кто все эти люди?!».