Дайджест вышел при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках инициативы «Десятилетие науки и технологий».

---

Министерство образования России активно содействует популяризации науки, поддерживает молодых исследователей и формирует передовую инфраструктуру для отечественных институтов и университетов.

---

«Десятилетие науки и технологий» — это масштабная государственная инициатива в России, проводимая с 2022 по 2031 год. Проект включает в себя комплекс инициатив, проектов и мероприятий. Все они направлены на усиление роли науки и технологий в решении важнейших задач развития общества и страны.

Биология старения, клеточная биология

Атлас старения лизосом выявляет метаболический профиль, общий с лизосомальными болезнями накопления возрастных изменений

Внутри каждой нашей клетки работают крошечные «перерабатывающие заводы» — лизосомы, которые переваривают отработанные белки и жиры. Ученые давно подозревали, что с возрастом эти заводы начинают барахлить, но разглядеть, как именно они портятся, мешала одна загвоздка: если изучать целый кусочек ткани, изменения в лизосомах просто теряются на фоне всего остального. Чтобы решить эту проблему, исследователи разработали остроумный метод выделения чистых лизосом из тканей мышей, крыс и даже обезьян, и заглянули внутрь них. Это позволило впервые составить точную «химическую карту» старения на уровне отдельных клеточных органелл.

Результаты оказались поразительными. В старых лизосомах из мозга, сердца, мышц и жировой ткани ученые обнаружили избыточное накопление двух типов молекул: обломков жиров (глицерофосфодиэфиров) и производного аминокислоты цистина. Самое тревожное открытие заключается в том, что эти же вещества в огромных количествах накапливаются при редких и тяжелых наследственных болезнях детей — болезни Баттена и цистинозе, которые приводят к ранней гибели. Выходит, что обычное старение на молекулярном уровне повторяет механизмы этих страшных заболеваний, только растянутых во времени. Более того, это накопление начинается не в глубокой старости, а линейно растет на протяжении всей жизни, причем настолько предсказуемо, что по количеству этих «молекул-отходов» в лизосомах можно с высокой точностью определить биологический возраст.

Обнадеживает и то, что этот процесс оказался обратимым, по крайней мере, частично. Когда ученые применили к старым мышам самый известный способ продления жизни — ограничение калорийности (особую диету), накопление вредных веществ в лизосомах сердца и скелетных мышц значительно замедлилось. Однако на мозг эта диета не подействовала — лизосомы нейронов продолжали загрязняться по-старому. Это показывает, что старение разных органов идет по собственным сценариям, и то, что хорошо для сердца, может быть бесполезно для мозга, а значит, и стратегии омоложения должны быть индивидуальными.

В целом, это исследование совершает настоящий прорыв, впервые предлагая конкретную химическую «метрику» клеточного старения, которую можно измерить и попытаться скорректировать. Оно показывает, что увядание организма — это не размытый процесс, а вполне конкретное накопление определенных токсичных веществ в ключевых клеточных структурах. Теперь перед медициной открывается новая цель: если найти способ «прочищать» лизосомы от этих отложений (особенно в мозге), это может стать мощной стратегией в борьбе с возрастными болезнями. — Atlas of lysosomal aging reveals a metabolite signature shared with lysosomal storage disorders, «Биомолекула»: «„Обличая порок стяжательства“: можно ли победить болезни накопления генной терапией?».

Генетика, эпигенетика

Инактивация Х-хромосомы приводит к мутагенезу L1 на человеческой Х-хромосоме

Представьте, что наша Х-хромосома — это не просто носитель генов, а еще и настоящий «магнит» для особых «ДНК-паразитов» — ретротранспозонов L1. Эти мобильные последовательности умеют вырезать себя и вставляться в новые места генома, и на Х-хромосоме их аномально много (почти треть!), вдвое больше, чем на других хромосомах. Ученые давно ломали голову над этой загадкой. Еще в 1998 году исследователи выдвинули гипотезу, что L1 помогают выключать одну из Х-хромосом у женщин (процесс инактивации, чтобы уравнять дозу генов с мужчинами), и поэтому они накопились в этой области. Однако экспериментально это проверить было невозможно — до недавнего времени.

Новое исследование, опубликованное в журнале Science, перевернуло это предположение. Авторы использовали хитрую систему с репортером (геном-меткой), который имитирует прыжки L1, а также секвенирование ДНК с длинными прочтениями. Они вырастили клеточные линии XX, где одна Х-хромосома была активна (Xa), а другая — неактивна (Xi), и проследили, куда именно предпочитают вставляться эти «прыгающие гены». Оказалось, что вставки происходят на неактивной Х-хромосоме почти в три раза чаще, чем можно было бы ожидать при случайном распределении. Это стало первым ключом к разгадке.

Почему же L1 так любят именно выключенную хромосому? Ответ оказался связан с процессом копирования ДНК. Неактивная Х-хромосома реплицируется (удваивается) позже всех остальных, причем очень быстрыми импульсами, через плотный строй медленно движущихся «машинок»-ферментов. А как раз такие медленные репликационные вилки — идеальная мишень и «посадочная площадка» для механизма интеграции L1. То есть L1 не помогают инактивации, а, наоборот, пользуются ее побочным эффектом — своеобразным графиком работы хромосомы, чтобы внедряться в ее ДНК с максимальной эффективностью.

Это открытие имеет огромное медицинское значение. Оно объясняет, почему многие тяжелые Х-сцепленные заболевания (например, гемофилия или мышечная дистрофия) почти всегда поражают мужчин (с набором XY). У женщин вредная вставка L1 может «спрятаться» на одной из двух Х-хромосом, в то время как вторая, активная, остается рабочей. А вот у мужчин любая такая мутация на их единственной Х-хромосоме сразу проявляется, вызывая болезнь. Таким образом, неактивная хромосома служит для L1 «безопасным убежищем», где они могут накапливаться без вреда для носителя (женщины), но превращаются в «бомбу замедленного действия» для его потомков мужского пола. — X-chromosome inactivation draws L1 mutagenesis to the human X chromosome.

Ботаника, генетика

Супергенный контроль развития хиральных свойств в зеркально симметричных цветках

В природе существует удивительное явление — цветки-зеркала, у которых женские и мужские органы изогнуты в противоположные стороны, образуя левую и правую формы. Именно такие цветки есть у южноафриканских лилейников из родов Wachendorfia и Barberetta, причем одно растение производит цветки только одного направления формы. Эта хитроумная асимметрия нужна для эффективного опыления: насекомое, забираясь в левый цветок, пачкает пыльцой один бок своего тела, а когда оно летит к правому цветку, пыльца попадает точно на его рыльце (женский орган), расположенный с другой стороны. Так природа обеспечивает перекрестное опыление, и естественный отбор бережно сохраняет этот полиморфизм в популяциях уже много поколений.

Но как же формируется эта лево-правая красота, и какие гены за нее отвечают? Ученые вырастили цветы в лаборатории, сделали срезы, поворачивали бутоны и даже использовали компьютерное моделирование, чтобы проследить каждый этап. Оказалось, что изгиб возникает из-за сочетания двух факторов: во-первых, в тканях пестика и тычинок заложен врожденный «закручивающий» механизм, а во-вторых, по мере раскрытия цветка на процесс сильно влияет гравитация. Когда ученые поворачивали бутоны вверх дном, органы изгибались в другую сторону, а если убирали сигнал тяжести (например, в условиях невесомости), то пестики вырастали почти прямыми. Это означает, что растение использует гравитацию как внешний «компас», чтобы определить, где лево, а где право.

Генетический анализ четырех видов этих лилейников и их ближайших родственников выявил главного дирижера — суперген. Это большой участок ДНК, который присутствует только у правосторонних растений, а у левосторонних его нет. Внутри этого супергена сидят два ключевых гена: один кодирует фермент для синтеза растительного гормона ауксина, а другой — маленькую молекулу микроРНК. И что самое поразительное, каждый из них «командует» только одним органом: ген ауксина отвечает за ориентацию тычинок, а ген микроРНК — за ориентацию пестика. Если в этих генах случаются мутации, цветы становятся «гомостильными» — оба органа изгибаются в одну сторону, что делает опыление менее эффективным. Природа придумала гениальное решение: объединить оба гена в одном неделимом супергене, чтобы они всегда передавались потомству вместе и никогда не разделились, иначе система перестала бы работать.

Это исследование — блестящий пример того, как на стыке геномики, физики и экологии раскрывается сложный биологический механизм. Оно показывает, что устойчивый признак в природе может поддерживаться благодаря хитроумному взаимодействию нескольких уровней: от конкретных генов и гормональных сигналов до внутренней асимметрии тканей и даже силы тяжести. Кроме того, работа дает важное понимание того, как возникают и эволюционируют «супергены» — неделимые блоки ДНК, управляющие сложными адаптивными признаками. Открытие не только объясняет, почему одни лилейники левши, а другие правши, но и служит прекрасной моделью для изучения того, как генетические переключатели, развитие органов и внешняя среда совместно творят поразительное биоразнообразие нашей планеты. — Supergene control of chiral development in mirror-image flowers.

Микробиология и бактериальная иммунология

Полимеризация ДНК активирует расщепление РНК противовирусным ферментом, подобным обратной транскриптазе

Ученые обнаружили у бактерий удивительную систему защиты от вирусов (бактериофагов), которая работает как миниатюрный «интеллектуальный детектив» внутри клетки. В центре этой системы — фермент под названием DRT4, который относится к семейству защитных обратных транскриптаз. В отличие от своих «родственников», использующих для работы молекулы-подсказки (некодирующие РНК), этот белок действует в одиночку, но обладает сразу тремя разными ферментативными способностями. Он умеет синтезировать цепочки ДНК, разрезать ДНК и, что самое необычное, разрезать РНК — причем делает все это в строго определенной последовательности, словно выполняя сложный алгоритм.

Главный секрет работы DRT4 — в его способности чувствовать химические сигналы опасности. Когда в бактерию проникает вирус, он начинает активно размножаться, и в клетке резко повышается уровень двух «строительных блоков» ДНК — молекул dGTP и dATP. DRT4 улавливает это повышение, и баланс его активности смещается: он перестает разрезать ДНК и начинает активно синтезировать новую одноцепочечную ДНК. Эта свежесозданная цепочка растет до тех пор, пока не достигает определенной длины, после чего отделяется от фермента. И вот тут происходит самое интересное — отделение цепочки действует как триггер, запускающий глобальную перестройку всей молекулы DRT4. Белок, состоящий из двух частей (тримеров), буквально поворачивается, и в его структуре открываются активные центры для разрезания РНК.

После этой перестройки DRT4 превращается в безжалостного «молекулярного палача»: он начинает разрезать все РНК, которые встречает на своем пути, — и вирусные, и собственные хозяйские. Для вируса это катастрофа, потому что без РНК он не может синтезировать белки и размножаться. А для бактерии это означает переход в состояние покоя (дормантность), что, по сути, является самопожертвованием: клетка «замирает», предотвращая дальнейшее распространение вируса на соседние бактерии. Интересно, что тип синтезированной ДНК определяет, какой именно «спусковой крючок» сработает: если цепочка богата гуанином (G), она отделяется сама собой, а если богата аденином (A), то для ее отделения требуются специальные белки, которые вирус сам приносит в клетку. Это делает систему еще более гибкой и надежной.

Это открытие представляет собой настоящий прорыв в понимании бактериального иммунитета, демонстрируя, как один-единственный белок может совмещать функции сенсора, «компьютерного процессора» и эффектора, отвечая на угрозу тремя разными ферментативными действиями. Более того, принцип работы DRT4 в корне отличается от всех известных защитных систем — он не блокирует вирус, а «убивает» и вирус, и клетку-носителя, жертвуя собой ради спасения бактериальной популяции. Это элегантное решение дает ученым новый взгляд на эволюцию иммунитета и, что особенно важно, открывает перспективы для биотехнологии: способность фермента синтезировать ДНК в ответ на конкретные молекулярные сигналы и затем разрушать РНК может быть использована для создания новых инструментов редактирования генома, молекулярных датчиков и даже для разработки альтернативных антибактериальных стратегий, основанных на «выключении» патогенов. — DNA polymerization activates RNA cleavage of a reverse transcriptase–like antiviral enzyme, «Биомолекула»: «Как избавиться от РНК за несколько минут».

Фармакология, противораковые препараты

Обеспечение устойчивого снабжения жизненно важными противораковыми препаратами этопозидом и тенипозидом c помощью генетически модифицированных дрожжей

Этопозид и тенипозид — это жизненно важные противораковые препараты, которые спасают миллионы жизней ежегодно при лечении рака легкого, лейкемии и опухолей мозга. Они входят в список важнейших лекарств Всемирной организации здравоохранения. Однако их производство до сих пор зависит от разрушительного сбора гималайского растения Sinopodophyllum hexandrum (подофилл), которое находится под угрозой исчезновения. Чтобы накопить в корневищах достаточное количество исходного вещества (подофиллотоксина), растению требуется более пяти лет, а затем химики проводят многоступенчатый сложный синтез с общим выходом менее 20%. Это делает цепочку поставок лекарств хрупкой, климатически зависимой и экологически неустойчивой.

Ученые пошли другим путем: они решили «научить» пекарские дрожжи (Saccharomyces cerevisiae) производить нужное вещество напрямую, в формате миниатюрных биофабрик. Для этого им пришлось провести грандиозную генетическую реконструкцию — внедрить в дрожжи более 60 генетических правок и 45 чужеродных генов из растений и бактерий. Они разбили весь длинный путь синтеза на два независимых модуля, каждый из которых настраивал обмен веществ дрожжей так, чтобы накапливать необходимые «строительные блоки» для будущего лекарства. Самым сложным оказался финальный этап — присоединение сахарного фрагмента к нужной позиции молекулы с правильной пространственной структурой (это как собрать сложный трехмерный пазл в нужной конфигурации).

Решающим прорывом стало открытие нового фермента — гликозилтрансферазы UGT709AX1, который в растениях отвечает за этот «пришивание» сахара. Когда его встроили в дрожжи, процесс пошел как по маслу! Клетки начали производить не просто подофиллотоксин, а его более продвинутое производное — 4’-DMEPI-4-O-Glc, которое с помощью всего одной мягкой химической реакции превращается в готовый этопозид или тенипозид с впечатляющим выходом 89% и 65%, соответственно. Всего дрожжевая фабрика смогла синтезировать 12 различных разновидностей подофиллотоксиноподобных соединений, открывая дорогу к целому семейству потенциальных лекарств.

Это исследование — яркий пример того, как синтетическая биология меняет фармацевтическую промышленность. Вместо того, чтобы ждать годы и выкапывать редкие растения в Гималаях, теперь можно загрузить в биореактор питательную среду и специальные штаммы дрожжей, и через три дня ферментации получить ценнейшее сырье для лекарств. Такой подход не только спасает исчезающие растения от уничтожения, но и делает производство лекарств более надежным, дешевым и независимым от климата и урожая. Это настоящая зеленая революция в онкологии, которая показывает, как комбинация генной инженерии, ферментологии и грамотного химического дизайна может обеспечить человечество жизненно важными лекарствами, не нанося вреда природе. — Enabling sustainable supply of the essential cancer medicines etoposide and teniposide in yeast, «Биомолекула»: «Растительные клеточные биофабрики: на службе здоровья человечества».

Биофизика

Все живые существа излучают слабое свечение. Может ли этот свет быть полезен?

Все живые организмы — от бактерий до человека — излучают сверхслабое свечение, которое называют биофотонами. Это не танец светлячков и не свечение медуз (биолюминесценция), а гораздо более слабый свет, возникающий как побочный продукт обычного клеточного «дыхания» — метаболизма в митохондриях. Интенсивность этого свечения составляет всего десятки-сотни фотонов на квадратный сантиметр в секунду, что ниже порога чувствительности человеческого глаза. Долгие годы это явление оставалось на периферии науки, отчасти из-за связей с эзотерикой и гомеопатией, но сегодня, благодаря новым сверхчувствительным камерам и детекторам, биофотоны переживают ренессанс.

Громкий прорыв произошел в 2025 году, когда канадские физики опубликовали снимки мышей, светящихся в полной темноте. На изображениях был виден призрачный силуэт живого животного, который полностью исчезал после его смерти. «Это было похоже на фотографию самой жизни», — признался один из исследователей. Хотя заявления о «фотографировании ауры» вызвали ажиотаж в СМИ, ученые подчеркивают: их работа не имеет отношения к мистике. Однако сам факт, что свечение напрямую связано с жизнедеятельностью, открывает захватывающие перспективы.

Главная надежда исследователей — использовать биофотоны как ранний маркер заболеваний. Поскольку свечение порождается активными формами кислорода, которые возникают при клеточном стрессе, его изменение может сигнализировать о раке, нейродегенеративных и сердечно-сосудистых патологиях. Уже есть данные, что здоровые клетки мозга и кожи светятся иначе, чем раковые. Ведутся эксперименты по диагностике меланомы без биопсии, а также по мониторингу болезни Альцгеймера с помощью крошечных фотонных чипов, вживляемых в череп. Правда, скептики указывают на слишком слабый сигнал, который легко потерять в шумах, и считают, что до клинического применения еще далеко.

Самая же смелая и спорная гипотеза гласит, что биофотоны могут служить системой клеточной коммуникации, о чем еще в 1920-х годах догадывался российский биолог Александр Гурвич. Современные эксперименты показывают, что клетки, разделенные прозрачной преградой, могут влиять друг на друга — например, митохондрии в запаянных кварцевых контейнерах реагировали на токсин в соседнем сосуде, но эффект блокировался непрозрачной фольгой. Однако критики требуют исключить альтернативные объяснения, например, передачу химических веществ через воздух. Тем не менее, если существование такой «световой азбуки» подтвердится, это перевернет наши представления о биологии. Пока же ученые сходятся в одном: мы только начали всматриваться в этот таинственный свет, и он может рассказать о жизни гораздо больше, чем мы предполагаем. — All living things emit a faint glow. Could this light be useful?, «Биомолекула»: «Биолюминесценция: возрождение», «Биолюминесцентные и симбиотические микроорганизмы».