Зоология

Трансгенные медузы для изучения эволюции нервной системы

Многоклеточный организм — достаточно сложная система, которая требует совместной работы всех органов, двигательной активности, поведения. Сложно представить, как управление этими функциями может происходить без центральной нервной системы. Тем не менее, существуют животные, которые прекрасно без нее обходятся, — медузы. Потребность в привычном для нас мозге у них заменяет достаточно сложная сеть нейронов, расположенных по всему телу. Для того, чтобы изучить их структурную организацию, ученые создали трансгенных медуз со светящимися нейронами. — A genetically tractable jellyfish model for systems and evolutionary neuroscience.

Эволюция

Необычное хвостовое вооружение у древнего бронированного динозавра

Бронированные динозавры — крупная группа динозавров, включающая семейства анкилозавров, стегозавров, нодозавров и другие. Их отличительной чертой является хорошо вооруженный хвост. В новой статье Nature описан скелет небольшого динозавра Stegouros elengassen, вооружение хвоста которого отличается от его родственных бронированных динозавров, что проливает свет на эволюцию рептилий этой группы. — Bizarre tail weaponry in a transitional ankylosaur from subantarctic Chile.

Следы, свидетельствующие о двух сосуществующих группах гоминидов

В 1978 году в Танзании были обнаружены 2 группы следов, оставленные, вероятно, нашими предками около 3,5 млн лет назад. Исследователи заметили странность: в то время как одна группа следов, без сомнения, принадлежала гоминидам, следы второй группы напоминали следы медведей (урсидов) и на протяжении долгого времени не представляли важность для научного сообщества. В наши дни, с использованием современной техники, была доказана принадлежность следов другому виду гоминидов, проживавшей когда-то на этой территории совместно с первым. — Footprint evidence of early hominin locomotor diversity at Laetoli, Tanzania, «Биомолекула»: «Эволюция человека — бег на короткую дистанцию».

Микробиология

Неантибиотикорезистентность у бактерий

Акарбоза является клинически используемым противодиабетическим препаратом, однако его эффективность не абсолютна. В попытках выяснить причину данного явления, ученые проанализировали микробиом человека и кодируемые ими ферменты. Оказалось, что причиной инактивации препарата в ряде случаев является акарбозикиназа, происходящая из человеческого микробиома. По-видимому, этот фермент обеспечивает бактериям кишечника защитное преимущество против активности акарбозы. — The human microbiome encodes resistance to the antidiabetic drug acarbose, «Биомолекула»: «Антибиотики и антибиотикорезистентность: от древности до наших дней».

Изучение линий Treponema pallidum свидетельствует об эпидемиологии сифилиса

Ежегодно во всем мире регистрируется порядка 6,3 млн. случаев заболевания сифилисом во всем мире. Это заболевание вызывается бактерией Treponema pallidum pallidum, передающейся половым путем. Однако эпидемиология и эволюция возбудителя заболевания на сегодняшний день изучены плохо. Сложность изучения данного микроорганизма заключается в потере его патогенных свойств при культивировании на средах. Группа ученых охарактеризовала глобальную популяционную структуру T. pallidum, проанализировав более 700 геномов возбудителя заболевания, что позволяет пролить свет на историю данного заболевания. — Global phylogeny of Treponema pallidum lineages reveals recent expansion and spread of contemporary syphilis.

Физиология

Потенциальная причина синдрома Коккейна

Синдром Коккейна — наследственное заболевание, вызванное нарушением процессов репарации ДНК. Причиной является эндогенное повреждение ДНК, вызывающее инактивацию РНК-полимеразы II и остановку процессов транскрипции. Однако источник и механизмы таких повреждений ДНК не были известны. В своей новой работе, представленной на страницах журнала, ученые выяснили, что формальдегид является причиной эндогенного повреждения ДНК, вызывая симптомы, сходные с синдромом Коккейна, у мышей. — Aldehyde-driven transcriptional stress triggers an anorexic DNA damage response, «Биомолекула»: «РНК-зависимая репарация ДНК».

Роль стволовых Т-лимфоцитов в диабете 1 типа

Диабет 1 типа — аутоиммунное заболевание, опосредованное CD8-Т-лимфоцитами, возникающее, когда специфичные для бета-клеток поджелудочной железы CD8 Т-клетки разрушают бета-клетки, продуцирующие инсулин. Чтобы выяснить механизмы возникновения и поддержания данного типа клеток, исследователи проследили их судьбу на протяжении всего заболевания у мышей. Они обнаружили популяцию стволовых клеток-предшественников в лимфатическом узле поджелудочной железы. Терапевтические стратегии, направленные на пул клеток-предшественников, могут стать мощным орудием при лечении данного типа диабета. — An autoimmune stem-like CD8 T cell population drives type 1 diabetes, «Биомолекула»: «Сахарный диабет I типа, или Охота на поджелудочную железу».

Эмбриология

Этичная модель бластоцисты из стволовых клеток

Изучение процессов эмбрионального развития человека является непростой задачей ввиду этической стороны вопроса: материал для таких исследований достать невероятно сложно. Ученые нашли выход, разработав так называемый бластоид — модель бластоцисты, состоящую из стволовых клеток. Плюрипотентные стволовые клетки человека, составляющие блпстоид, образуют аналоги всех 3-х зародышевых листков, соответствующих стадии бластоцисты. — Human blastoids model blastocyst development and implantation, «Биомолекула»: « Была клетка простая, стала стволовая».

Особенности строения и функционирования первичной полоски

Примерно через 2 недели после оплодотворения у человеческого эмбриона развивается первичная полоска — структура, знаменующая переход эмбриона от радиальной к двусторонней симметрии. В новом выпуске научного журнала группа исследователей представляет филогенетический и онтогенетический обзор первичной полоски, что имеет значение и для исследования человеческого развития, и для моделей, основанных на эмбриональных стволовых клетках. — The nonconserved primitive streak, «Биомолекула»: «Путешествие во времени: как судьба первых клеток эмбриона влияет на его дальнейшее развитие и риск заболеваний».

Молекулярка

Механизм точности транслокации рибосом

Сложных механизм трансляции ДНК в белок осуществляется путем транслокации — перемещения рибосомы по мРНК с участием тРНК. Точность этого механизма у эукариот обеспечивается фактором элонгации eEF2, но механизмы, обеспечивающие его специфические функции, не описаны. В новой статье Nature представлена структура эукариотической 80S рибосомы в промежуточном состоянии транслокации, содержащей мРНК, модифицированную eEF2 и тРНК, и подчеркивает функцию eEF2 в направленности транслокации. — Accuracy mechanism of eukaryotic ribosome translocation, «Биомолекула»: «Трансляция: как и зачем ингибировать биосинтез белка в собственных клетках?».

Гомологичная рекомбинация сохраняет целостность центромеры

Центромеры играют ключевую роль в разделении хромосом во время процессов деления клетки. Целостность центромеры важна для жизнеспособности клеток, а нарушение ее структуры может приводить к тяжелым мутациям. Ввиду «хрупкости» их структуры, центромеры достаточно часто подвержены разрывам. В своей новой работе ученые демонстрируют возможность гомологичной рекомбинации поврежденной ДНК в фазе G1 — несмотря на отсутствие сестринской хромосомы. Этот процесс осуществляется с помощью центромерных структур, а его блокирование ведет к нестабильности центромер и мутациям. — Activation of homologous recombination in G1 preserves centromeric integrity, «Биомолекула»: «Что влияет на интенсивность генетической рекомбинации?».

Альтернативный акцептор в электрон-транспортной цепи

Митохондриальная электрон-транспортная цепь является ключевым компонентом получения энергии организмом. После того, как питательные вещества усваиваются организмом, а их электроны попадают в электрон-транспортную цепь, происходит ряд окислительно-восстановительных реакций с помощью белковых комплексов цепи. В большинстве случаев в конце цепи электроны переходят к кислороду, который является акцептором. Тем не менее, некоторые клетки существуют в среде с низким содержанием кислорода. Исследование на страницах Science объясняет этот феномен тем, что в таких случаях альтернативным акцептором является фумарат. — Short-circuiting respiration, Fumarate is a terminal electron acceptor in the mammalian electron transport chain.

Дегидрирование карбоновых кислот посредством активации C — H

Нереакционноспособные в обычных условиях, функциональные группы молекул могут быть активированы с помощью ферментов. Ученые смогли имитировать этот эффект, используя соединения переходных металлов. Активирование подобных связей в алкильных цепях на протяжении долгого времени являлось сложной задачей, невыполнимой без ферментов. Но появились стратегии для активации определенных связей C — H в присутствии других более реакционноспособных функциональных групп. Исследование на страницах Science описывает каталитическую систему, которая эффективно активирует β-метиленовые связи C — H жирных кислот с образованием ненасыщенных кислот. — Directing carboxylic acid dehydrogenation, Ligand-controlled divergent dehydrogenative reactions of carboxylic acids via C–H activation.

Мутации, помогающие избежать апоптоза

Ошибки во время репликации ДНК зачастую приводят к гибели клетки. Однако некоторые клетки выживают, приобретая мутации. Группа ученых идентифицировала один из механизмов, обеспечивающих выживание клеток, имеющих дефекты в удалении РНК. В этих клетках стрессовые условия активируют путь созревания фрагментов Оказаки, содержащий большое количество ошибок, что помогает клеткам избежать апоптоза и напоминает приобретение раковыми клетками устойчивости к лекарствам. — Error-prone, stress-induced 3′ flap–based Okazaki fragment maturation supports cell survival, «Биомолекула»: «Апоптоз, или Путь самурая».

Структурка

Чуть больше про бактериальный иммунитет

TIR-домен является известным компонентом иммунной системы животных и растений. Однако эта структура также участвует в системе бактериальной антифаговой защиты, механизмы которой оставались долгое время невыясненными. Новое исследование, опубликованное в Nature, описывает противовирусный сигнальный путь у бактерий. Предполагается, что TIR-домен сохранил свои древние иммунологические функции как у бактерий, так и у растений. — Antiviral activity of bacterial TIR domains via immune signalling molecules.

Структура рецепторной тирозинкиназы, опосредующей рак

ALK является рецепторной тирозинкиназой, в норме экспрессирующейся в нервной ткани только во время эмбрионального развития и регулирующая пролиферацию нейронов. Аберрантная передача сигнала этими рецепторами обуславливает многие виды рака. В структуре ALK содержится атипичный для данных тирозинкиназ домен GRD, структура которого была изучена и описана на страницах Nature. Домен GRD также может участвовать в регуляции ALK. Эти данные открывают новые возможности в терапии онкологических заболеваний, опосредованных ALK. — Structural basis for ligand reception by anaplastic lymphoma kinase.

Иммунология

Клетки, отвечающие за нейровоспаление при рассеянном склерозе

Рассеянный склероз — аутоиммунное нейродегенеративное заболевание, вызванное провоспалительными Т-клетками, которые реагируют на аутоантигены в ЦНС. Однако механизмы этого процесса остаются невыясненными. Группа ученых определила популяцию лимфоидных клеток ILC3, инфильтрующих центральную нервную систему в мышиной модели рассеянного склероза. Данные клетки стимулируют Т-клетки и способствуют развитию заболевания. ILC3 клетки имеют потенциал использования для предотвращения аутоиммунных заболеваний. — Antigen-presenting innate lymphoid cells orchestrate neuroinflammation, «Биомолекула»: «Рассеянный склероз: иммунная система против мозга».

Биоинформатика

Создание новых белков с помощью искусственного интеллекта

Развитие молекулярной технологии, биоинженерии, биоинформатики идет огромными темпами. Мы можем не просто подробно изучать структуры белков, но и создавать новые — и даже обучить этому искусственный интеллект. Методы глубокого обучения уже показали результаты в области белковой инженерии, научившись предсказывать структуру белка по аминокислотным последовательностям. Ученые пошли дальше, обучив сеть генерации новых белков. Эти методы могут способствовать — наряду с традиционными физическими моделями — разработке de novo белков с новыми функциями. — De novo protein design by deep network hallucination.

COVID-19

Причина повышенной патогенности SARS-CoV-2 Delta в мутации белка-шипа

За время пандемии вирус SARS-CoV-2 претерпел множество мутаций, сгенерировав более опасные варианты. Одним из них является B.1.617.2 / Delta VOC — он тесно связан с всплеском COVID-19 в Индии весной 2021 года. Команда ученых выяснила, что данный вариант вируса действительно является более патогенным, чем прототип SARS-CoV-2 у инфицированных хомяков. Это может быть связано с мутацией в белке-шипе, которая облегчает расщепление белка-шипа и усиливает слияние вирусов. — Enhanced fusogenicity and pathogenicity of SARS-CoV-2 Delta P681R mutation.

Замена белка-шипа усиливает патогенность и передачу SARS-CoV-2

Еще одно исследование связано с изучением белка-шипа вируса SARS-CoV-2. Исследователи изучили данные белок у варианта вируса Alpha и выяснили, что замена белка-шипа N501Y ведет к лучшей репликации вируса в верхних дыхательных путях на модели хомяка, а также в первичных эпителиальных клетках дыхательных путей человека. Также данная мутация опосредует фенотип вируса, способный к повышенной передаче. — The N501Y spike substitution enhances SARS-CoV-2 infection and transmission.

Изучение истоков пандемии

Понимание ключевых моментов, касающихся развития пандемии COVID-19, требует расследования происхождения этого заболевания в Ухани и пристального внимания к самым первым его случаям. На данный момент известно, что млекопитающие, восприимчивые к коронавирусам, продавались на рынках животных в Ухане до пандемии. Исследование событий, произошедших в 2019 и начале 2020 года, поможет ответить на вопрос, связано ли обнаружение коронавирусов у животных на рынках Ухани с первой вспышкой атипичной пневмонии. — Dissecting the early COVID-19 cases in Wuhan.

мРНК вакцины вызывают иммунную память к SARS-CoV-2

Вакцинация против SARS-CoV-2 с использованием мРНК вакцин доказала свою высокую эффективность в предотвращении тяжелой формы COVID-19. Однако появление новых вариантов вируса и снижение титра антител с течением времени вызывают вопрос относительно долговечности иммунной защиты. В новом выпуске Science опубликовано шестимесячное исследование групп вакцинированных и невакцинированных людей, показавшее, что у вакцинированных лиц наблюдалась гуморальная и клеточная иммунная память, а также функциональные иммунные ответы против распространенных вариантов вируса. — mRNA vaccines induce durable immune memory to SARS-CoV-2 and variants of concern, «Биомолекула»: «Когда появляется иммунологическая память?».