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.

Фармакология, молекулярная биология

Сможет ли новый, более безопасный класс обезболивающих препаратов когда-нибудь составить конкуренцию опиоидам?

Боль возникает не только как субъективное ощущение, но и как результат вполне конкретного процесса передачи нервных сигналов. Когда ткани повреждаются, периферические нервные клетки передают электрические импульсы к спинному мозгу и далее в мозг, где они воспринимаются как боль. Важную роль в этом процессе играют натриевые каналы — белки, регулирующие прохождение электрических сигналов через мембрану нервных клеток. Поэтому одна из перспективных стратегий создания новых обезболивающих заключается в том, чтобы блокировать определенные разновидности этих каналов и тем самым прерывать передачу болевого сигнала еще до того, как он достигнет мозга. Такой подход принципиально отличается от действия опиоидов, которые влияют на рецепторы центральной нервной системы и способны не только подавлять боль, но и вызывать эйфорию, зависимость и опасное угнетение дыхания.

Одним из наиболее заметных результатов этой стратегии стал сузетриджин — препарат, воздействующий на натриевый канал Nav1.8, который особенно важен для передачи болевых сигналов периферическими нервами. В 2025 году препарат получил одобрение в США для лечения острой боли и стал первым за много лет новым неопиоидным классом обезболивающих. Его принципиальное преимущество состоит в том, что он действует непосредственно на механизм проведения боли и не задействует те системы мозга, которые делают опиоиды потенциально вызывающими зависимость. В клинических исследованиях сузетриджин уменьшал боль после хирургических операций и в некоторых случаях демонстрировал эффективность, сопоставимую с применяемыми обезболивающими схемами, хотя его способность справляться с наиболее сильной болью пока не позволяет считать его универсальной альтернативой опиоидам.

Создание подобных препаратов оказалось сложнее, чем может показаться. В организме существует несколько близких разновидностей натриевых каналов, и многие из них необходимы для нормальной работы сердца, мышц и нервной системы. Поэтому лекарство должно воздействовать преимущественно на те каналы, которые связаны с болью, не нарушая работу остальных. Именно высокая избирательность стала одним из главных препятствий на пути разработки новых анальгетиков. Современные исследования позволяют все точнее различать эти молекулярные мишени и создавать вещества, которые блокируют болевые сигналы с меньшим количеством системных побочных эффектов. Успех сузетриджина показывает, что такой подход способен работать на практике, а дальнейшие разработки направлены на создание более мощных и продолжительно действующих препаратов, пригодных для разных видов боли.

При этом говорить о скором исчезновении опиоидов было бы преждевременно. Они по-прежнему относятся к самым эффективным средствам для подавления сильной боли, особенно в ситуациях, когда требуется быстрое и мощное обезболивание. Новые препараты скорее способны изменить саму стратегию лечения: вместо почти неизбежного обращения к опиоидам врачи получат дополнительные средства, позволяющие воздействовать на боль другими механизмами и уменьшать потребность в опиоидных препаратах. Если дальнейшие исследования подтвердят их эффективность и безопасность, блокаторы натриевых каналов могут стать важной частью более безопасного обезболивания — не обязательно полностью заменив опиоиды, но существенно сократив сферу их применения. — Can a new, safer class of pain drugs ever rival opioids?, «Биомолекула»: «Молекулярная биология боли», «Найти и обезболить: чего мы достигли в разработке анальгетиков?».

Генетика, эпигенетика

Эукариотическая хромосома представляет собой двухстадийную систему, которая делится с помощью фазового перехода

Хромосомы во время деления клетки претерпевают сложные структурные изменения: они превращаются в плотные, компактные образования, которые удобно распределяются между дочерними клетками. Хорошо известно, что белки семейства конденсинов участвуют в формировании характерной цилиндрической структуры хромосом, однако сам механизм их уплотнения долгое время оставался неясным. Исследователи предложили рассматривать хромосому не просто как сложную молекулярную конструкцию, а как своеобразный гель, состоящий из сети хроматина — комплекса ДНК и белков. Такой гель способен существовать в двух состояниях: расширенном и сжатом. Переход между ними происходит резко, подобно фазовому переходу между жидкостью и газом.

Чтобы изучить этот процесс, ученые выделили хромосомы из делящихся клеток и поместили их в специальную систему, позволявшую менять окружающие условия и непосредственно наблюдать за изменением размеров и формы хромосом. Основное внимание уделили концентрации ионов в растворе. Оказалось, что при изменении ионной силы хромосомы способны обратимо набухать и сжиматься, причем изменения происходят одинаково во всех трех измерениях. Этот процесс удалось описать с помощью классической теории полиионных гелей, адаптированной к свойствам хроматина. Теоретическая модель не только объяснила экспериментальные результаты в широком диапазоне условий, но и позволила сделать необычное предсказание: при дальнейшем уменьшении концентрации ионов уже набухшая хромосома должна снова начать сжиматься. Эксперименты подтвердили это, а при очень высокой ионной силе хромосомы вновь переходили в расширенное состояние.

Наблюдения указывают на то, что хромосома действительно ведет себя как система с двумя устойчивыми состояниями. Внутри одной хромосомы могут одновременно существовать участки с разной степенью уплотнения, а переходы между состояниями при изменении условий не полностью совпадают в обратном направлении — явление, известное как гистерезис. Такое поведение характерно для фазовых переходов. Получается, что конденсация хромосомы представляет собой объемный фазовый переход: трехмерная сеть хроматина может резко переходить из набухшего состояния в компактное, и обратно. При этом физиологические условия внутри клетки находятся очень близко к границе такого перехода, поэтому даже относительно небольшие изменения свойств хроматина или окружающей среды потенциально способны влиять на степень его уплотнения.

Эта модель позволяет по-новому взглянуть и на организацию генетического материала в обычной, неделящейся клетке. Расширенное состояние хроматинового геля может соответствовать эухроматину — относительно доступным участкам ДНК, где активно работают гены, тогда как сжатое состояние связано с гетерохроматином, в котором активность генов значительно ниже. Важную роль в переключении между этими состояниями могут играть взаимодействия между ДНК и белками, в частности, между отрицательно заряженными фосфатами ДНК и положительно заряженными участками гистонов. Такие взаимодействия способны изменяться, например, при ацетилировании гистонов, что потенциально позволяет клетке регулировать степень упаковки хроматина. Таким образом, конденсация хромосом может быть не просто механическим уплотнением ДНК перед делением, а проявлением фундаментального физического свойства хроматинового геля, чувствительного к химическим условиям внутри клетки. — The eukaryote chromosome, a two-state system with interconversion by a volume phase transition, «Биомолекула»: «Атлас гистоновых модификаций в раннем митозе».

Медицина, мультиомиксные технологии

Межорганный одноклеточный анализ гипертонии

Гипертония, или хронически повышенное артериальное давление, затрагивает не только сосуды и сердце, но практически весь организм. Это состояние повышает риск инфаркта, инсульта и почечной недостаточности, однако причины его возникновения и механизмы повреждения органов остаются изученными далеко не полностью. Сложность заключается в том, что заболевание имеет разные причины и одновременно затрагивает множество органов и типов клеток. Даже генетические варианты, связанные с повышенным давлением, обнаруженные в исследованиях человеческой ДНК, зачастую трудно интерпретировать: неизвестно, в каких именно клетках они проявляют свое действие и каким образом изменяют работу генов. Чтобы разобраться в этих процессах, исследователи создали масштабный атлас клеточных и молекулярных изменений, сопровождающих гипертонию.

Для этого использовали три модели заболевания у животных, воспроизводящие разные механизмы гипертонии: мышей, у которых повышение давления вызывали гормональными воздействиями; крыс с чувствительностью к избытку соли и спонтанно гипертензивных крыс, у которых заболевание развивается вследствие генетических и возрастных факторов. Ученые исследовали шесть органов и систем, включая гипоталамус, почки, сердце, крупные и мелкие артерии и клетки периферической крови. С помощью методов одноклеточного и одноядерного секвенирования они смогли определить, какие гены активны в отдельных клетках, а дополнительные эпигенетические методы позволили оценить, какие участки ДНК становятся доступными для регуляции. Благодаря этому удалось увидеть не только общую картину изменений при гипертонии, но и различия между конкретными органами, типами клеток и моделями заболевания.

Анализ выявил несколько закономерностей, которые могут играть важную роль в развитии болезни. Например, в гладкомышечных клетках сосудов обнаружилась общая программа изменения активности генов, связанная с уровнем артериального давления. В почках были обнаружены изменения в работе клеток почечных канальцев, связанные одновременно с повышением давления и повреждением ткани. Клетки эндотелия, выстилающие кровеносные сосуды, адаптировались к изменению кровотока и перестраивали процессы, связанные с обменом липидов и защитой сердца. Особенно интересными оказались изменения в гипоталамусе, где разные типы клеток демонстрировали согласованную перестройку своей работы. При сопоставлении этих данных с генетическими исследованиями человека выяснилось, что разные модели гипертонии воспроизводят разные элементы генетических механизмов, связанных с заболеванием.

Одним из наиболее значимых результатов стало обнаружение конкретного некодирующего участка ДНК, обозначенного как rs28451064, который ранее был связан с регуляцией артериального давления. С помощью генетического редактирования исследователи показали на живых животных, что изменение этого варианта действительно влияет на давление и меняет активность расположенных поблизости генов, в том числе SLC5A3 и RCAN1. Вероятно, действие генетического варианта связано не с изменением самого белка, а с эпигенетической регуляцией и взаимодействием удаленных участков хроматина. Таким образом, полученный атлас связывает воедино изменения в отдельных клетках, органах и геноме и показывает, что гипертония представляет собой сложное системное заболевание, в котором участвуют многочисленные взаимосвязанные механизмы. Такая карта может помочь определить новые молекулярные мишени для более точного лечения, способного воздействовать не только на само давление, но и на причины повреждения органов. — A cross-organ single-cell analysis of hypertension, «Биомолекула»: «На пути к генотерапии гипертонической болезни».

Нейробиология

Как прошлый опыт влияет на решения? Роль таламуса в работе мозга

Принятие решений зависит не только от информации, которую мозг получает в данный момент, но и от того, что произошло непосредственно перед этим. Чтобы понять, каким образом предыдущий опыт влияет на обработку новой информации, исследователи изучили связь между латеральным задним ядром таламуса (LP — lateral posterior nucleus) и передней поясной корой (ACC — anterior cingulate cortex) у мышей. Животных обучили различать направление движения точек на экране и выбирать соответствующую сторону. При этом можно было сравнивать текущий зрительный сигнал с предыдущим и определить, насколько сильно они различаются. Оказалось, что решения животных действительно зависели от этой разницы: мозг не просто оценивал каждый новый стимул отдельно, а сопоставлял его с недавним опытом.

Чтобы непосредственно проверить роль пути LP—ACC, ученые использовали оптогенетику — метод, позволяющий управлять активностью определенных нервных клеток с помощью света. Искусственная активация волокон, идущих из LP в ACC, смещала выбор мышей в сторону соответствующей стороны, причем сила эффекта зависела от того, насколько текущий стимул отличался от предыдущего. Это показывает, что данный путь не просто заставляет животное совершить определенное движение, а участвует в оценке новой информации с учетом предыдущего опыта. Иными словами, таламус помогает определить, насколько текущая ситуация отличается от уже увиденной, и тем самым влияет на вероятность изменения решения.

Затем исследователи с помощью двухфотонной микроскопии наблюдали за активностью аксонов LP непосредственно в коре. Оказалось, что они преобразуют зрительную информацию в компактное многомерное представление, в котором разные стимулы располагаются вдоль изогнутой траектории. В этой структуре одновременно отражаются направление движения и степень его выраженности. Причем, когда новый стимул особенно сильно отличался от предыдущего, расстояние между соответствующими представлениями увеличивалось. Нейроны сильнее всего реагировали на ситуацию, когда текущий стимул давал убедительные основания для предпочтительного направления и одновременно максимально отличался от предыдущего. Таким образом, система кодирует не просто сам стимул, а его контраст с недавним сенсорным опытом.

На основе этих результатов была разработана вычислительная модель, объясняющая, как подобный сигнал может влиять на принятие решений. Сигнал от LP к ACC, отражающий различие между текущей и предыдущей информацией, способен изменять вес, который мозг придает новому свидетельству, а также вероятность пересмотра уже принятого решения. Чем сильнее новая информация расходится с предыдущей, тем больше оснований обновить внутреннюю оценку ситуации. Это позволяет рассматривать таламус не как простую промежуточную станцию для передачи сенсорных сигналов, а как активного участника сложных когнитивных процессов. Работа показывает, что мозг постоянно сопоставляет настоящее с недавним прошлым и использует обнаруженные различия для гибкого изменения поведения. — A thalamocortical circuit encoding deviations from sensory history.

Биология поведения, экология

Экоэволюционная обратная связь изменяет конкурентную динамику в системе, поражающей мушек-паразитов

Конкуренция между близкими видами обычно воспринимается как сила, которая заставляет их разделять ресурсы: например, использовать разную пищу или занимать разные экологические ниши. Такое расхождение может снизить конкуренцию и позволить видам сосуществовать. Однако остается вопрос, насколько быстро эволюция способна реагировать на конкуренцию и может ли этот процесс происходить уже за несколько поколений. Чтобы проверить это, исследователи провели эксперимент с четырьмя парами видов плодовых мушек в условиях, приближенных к естественным.

Мушек помещали в уличные экспериментальные системы и наблюдали за ними на протяжении 5–15 поколений. В одной группе оба вида могли одновременно эволюционировать под воздействием конкуренции друг с другом. В другой конкуренцию между поколениями искусственно ослабляли: каждый раз популяцию обновляли мушками, которые развивались без контакта с конкурирующим видом. Такое сравнение позволило отделить собственно экологический эффект конкуренции от изменений, возникающих в результате естественного отбора. Исследователи отслеживали изменения различных признаков мушек и одновременно наблюдали за численностью обеих популяций.

Конкуренция действительно вызвала заметные эволюционные изменения уже за несколько поколений. При этом наиболее интересным оказалось то, что виды чаще не расходились по своим признакам, а, наоборот, изменялись в одном направлении. Иными словами, конкуренция не обязательно заставляла два вида становиться все более непохожими друг на друга. Тем не менее, даже такое параллельное изменение существенно меняло взаимоотношения между популяциями. В большинстве случаев оно увеличивало численность более редкого вида, ослабляя его положение в конкуренции, а в одной из пар даже полностью изменило первоначальное соотношение численности: прежде менее многочисленный вид в итоге стал преобладающим.

Таким образом, эволюция способна заметно изменить последствия конкуренции в экологически короткие сроки — всего за несколько поколений. Возникает своеобразная обратная связь: конкуренция создает условия для отбора, отбор изменяет свойства популяций, а эти изменения, в свою очередь, перестраивают саму конкуренцию. Причем для поддержания видового разнообразия необязательно, чтобы конкурирующие виды обязательно становились более различными. Даже параллельная эволюция может изменить баланс между ними и препятствовать исчезновению редкого вида. Это показывает, что эволюционные процессы и экологические взаимодействия нельзя рассматривать полностью раздельно: их взаимное влияние способно поддерживать сосуществование видов уже на масштабе нескольких поколений. — Eco-evolutionary feedback reshapes competitive dynamics in an orchard fly system.

Медицина, физиология

Возможно, для лечения Альцгеймера стоит просто «прочистить трубы»?

Болезнь Альцгеймера традиционно связывают с накоплением в мозге патологических белков, прежде всего β-амилоида и тау-белка. Однако все больше внимания привлекает другая составляющая заболевания — система очистки мозга от продуктов обмена. В мозге существует так называемая глимфатическая система, которая помогает перемещать вещества через ткань мозга, после чего они выводятся через лимфатические сосуды оболочек мозга к глубоким лимфатическим узлам шеи. Если этот дренаж работает хуже, потенциально может замедляться удаление патологических белков. Именно на этой идее основана необычная хирургическая процедура, которая получила широкую популярность в Китае: хирурги соединяют небольшие лимфатические сосуды в области шеи с венами, создавая дополнительный путь для оттока лимфы.

Интерес к операции резко вырос после появления видеороликов и рассказов пациентов, утверждающих, что после вмешательства у них заметно улучшились память, речь и способность ориентироваться. Особенно сильный общественный резонанс вызвали случаи, когда изменения происходили всего за несколько дней или недель. Один из наиболее известных опубликованных случаев касался женщины с тяжелой деменцией: после двустороннего лимфовенозного шунтирования шеи у нее значительно улучшились показатели когнитивных тестов и повседневная активность, а через четыре месяца ПЭТ-исследование показало уменьшение количества амилоидных отложений в мозге. Однако это был единичный случай, проведенный без контрольной группы, поэтому он не позволяет установить, что именно операция стала причиной улучшения. Тем не менее, подобные сообщения способствовали быстрому распространению метода, который уже начали применять во многих клиниках Китая.

Научная проблема заключается в том, что привлекательная биологическая гипотеза еще не означает доказанную эффективность лечения. Связь между нарушением работы глимфатической и менингеальной лимфатической систем и болезнью Альцгеймера действительно активно изучается, но пока не установлено, что хирургическое усиление лимфатического оттока способно остановить или обратить развитие деменции. Большинство ранних сообщений об эффективности операции основано на отдельных случаях, субъективных наблюдениях или небольших исследованиях. Кроме того, пока нет достаточного количества качественных рандомизированных испытаний, которые позволили бы сравнить прооперированных пациентов с контрольной группой и определить длительность эффекта. Есть и практические вопросы: операция требует микрохирургического вмешательства в области шеи, а разные медицинские центры используют несколько отличающиеся методы и критерии отбора пациентов.

Тем не менее, направление постепенно переходит из области отдельных экспериментальных операций в область систематических клинических исследований. В Китае уже зарегистрировано множество испытаний лимфовенозных анастомозов при болезни Альцгеймера, включая рандомизированные исследования, а аналогичные исследования начинают проводиться и за пределами страны. Их задача — не просто выяснить, становятся ли пациенты после операции более активными или внимательными, а проверить объективные показатели: изменения когнитивных функций, количество патологических белков, состояние лимфатического дренажа мозга и безопасность процедуры. Поэтому на сегодняшний день правильнее воспринимать операцию как экспериментальный подход, основанный на интересной гипотезе, а не как доказанное лечение Альцгеймера. Если контролируемые исследования подтвердят ее эффективность, это станет важным подтверждением роли систем очистки мозга в развитии нейродегенеративных заболеваний; если же эффект окажется слабым или нестойким, нынешний ажиотаж вокруг хирургического метода окажется примером того, как убедительная биологическая идея может опережать клинические доказательства. — A controversial Alzheimer’s surgery is said to reverse symptoms — here’s what scientists know, «Биомолекула»: «На руинах памяти: настоящее и будущее болезни Альцгеймера», «Болезнь Альцгеймера: ген, от которого я без ума».