Иммунология

Многозадачные антитела против малярии

Пугающий одноклеточный паразит — малярийный плазмодий — может попасть в организм человека через укус комара. В ходе сложного жизненного цикла простейшее попадает в печень, размножается, затем выходит в кровоток, где паразиты опять будут размножаться в эритроцитах, причем так активно, что клетки крови будут разрываться изнутри. Именно при высвобождении плазмодия из клеток человека наблюдается лихорадка, затем паразиты находят себе новые эритроциты, цикл повторяется, приводя к лавинообразному увеличению их численности. Что помогает плазмодиям быстро найти новый эритроцит, пока их не уничтожили защитные системы человека? Известно, что существует белок мембраны эритроцитов Plasmodium falciparum 1 (PfEMP1), который возникает на зараженных эритроцитах. Такие клетки прилипают к стенкам сосудов, что облегчает дальнейшее связывание со здоровыми эритроцитами, помогая паразиту как распространяться на другие эритроциты, так и вызывать фатальные симптомы малярии. Связывание с клетками стенки сосуда происходит через определенные участки белка — домены CIDRα1. Если бы такой белок был один, то иммунная система синтезировала бы к нему антитела, и весь этот страшный процесс нарушался. Но проблема в том, что на самом деле PfEMP1 — это обширная группа белков, которая кодируется примерно 60 генами. Давний вопрос заключается в том, могут ли отдельные антитела распознавать много разных PfEMP1? Недавно ученые обнаружили два таких антитела, которые не дают эритроцитам связываться с сосудами, воздействуя на домен CIDRα1; они эффективны против пяти из шести подклассов CIDRα1 . При этом такие антитела действуют схожим образом. Результаты исследования открывают новую плоскость для разработки вакцины или стратегии лечения от тяжелой формы малярии. — Broadly inhibitory antibodies to severe malaria virulence proteins, «Биомолекула»: «Малярия. 15 фактов о болотной лихорадке», «Малярия. „Болотная лихорадка“ тогда и сейчас».

Антропология

Запутанные следы гоминидов

В этом году исполняется 50 лет со дня открытия знаменитого скелета «Люси» в Эфиопии. Удивительно сохранившийся скелет австралопитека подтвердил, что именно способность ходить на двух ногах, а не большой мозг или маленькие зубы, была одной из первых основных адаптаций гоминидов. За последующие 50 лет число признанных видов гоминидов утроилось, и несколько исследований выявили различные типы «походки» у разных представителей. Однако было непонятно, возникали ли различные типы движений одновременно и в одном и том же месте? Теперь мы знаем, что это так. В последнем выпуске Sciencе ученые описывают следы двух видов возрастом 1,5 млн лет, обнаруженных на месте Кооби Фора, Кения, которые указывают на то, что гоминиды ходили по-разному в одно и то же время, в одном и том же месте. Полученные данные распутывают следы сложной эволюционной истории передвижения гоминидов и дают возможность предполагать, что раз пути разных видов пересекались в прошлом, они могли взаимодействовать между собой в разных средах обитания. — Contemporary hominin locomotor diversity, «Биомолекула»: «Кто все эти люди?!».

Молекулярная биология

Физическое напряжение и восстановление кишечника

Клеткам в кишечнике живется непросто: вокруг них постоянно изменяется среда в зависимости от рациона, работы ферментов и множества других факторов. Кишечнику нужно постоянно адаптироваться — и даже восстанавливаться от повреждений, но делать это в соответствии с многочисленными химическими и физическими условиями. Главную роль в правильной регенерации эпителия кишечника играют стволовые клетки. Но как они понимают, как им сейчас лучше функционировать, как они выживают, впоследствии давая начало новым работающим клеткам кишечника? Роль химических сигналов в этих процессах уже была изучена в предшествующих исследованиях, но как влияют физические факторы: растяжение, сжатие и другие движения в пищеварительной трубке? Исследователи выяснили, что механочувствительные ионные PIEZO, которые открываются в ответ на механические стимулы, пропуская в клетку кальций, широко распространены в кишечном эпителии млекопитающих, серьезно помогают выживать и функционировать стволовым клеткам, передавая сигналы о физическом воздействии. В случае отсутствия PIEZO в эпителиальных клетках кишечника в результате нокаута его гена обновление и специализация клеток нарушались. — PIEZO-dependent mechanosensing is essential for intestinal stem cell fate decision and maintenance, «Биомолекула»: «Новые функции кишечной микрофлоры».

Структурная биология

Точная структура связи транскрипции и трансляции у прокариот

У прокариот транскрипция и трансляция происходят одновременно, в непосредственной близости. Это позволяет РНК-полимеразе и рибосоме взаимодействовать, координировать свои функции. Плохо изученными являются процессы в начале этих событий, особенно учитывая то, что у РНК-полимеразы есть возможность способствовать связыванию рибосомы с мРНК, а значит, и началу трансляции. Используя криоэлектронную микроскопию, эксперименты с отдельными молекулами и масс-спектрометрию, ученые визуализировали «встречу» РНК-полимеразы и рибосомы, которая инициирует трансляцию на зарождающейся мРНК, и разобрались в структурной основе связи начала транскрипции и трансляции. Ученые продемонстрировали, как происходит первоначальный контакт между мРНК и рибосомой. Он поддерживается рибосомным белком bS1 — РНК-связывающим белком, необходимым для трансляции. При входе в рибосому bS1 располагается близко к последовательности рибосомальной РНК, которая может образовывать связи с последовательностью Шайна-Дальгарно в мРНК, которая является сайтом связывания с рибосомой. Но, самое интересное, bS1 располагается рядом с РНК-полимеразой, и это позволяет предположить, что она опосредует его взаимодействие с рибосомой. Поэтому для связи рибосомы и мРНК необходимо взаимодействие между bS1, Шайно-Дальгарно и РНК-полимеразой. Ученые показали, что у белка bS1 очень важная роль в связи транскрипции и трансляции, и показали, что РНК-полимераза стимулирует начало трансляции. — Molecular basis of mRNA delivery to the bacterial ribosome.

Нейробиология

Спячка без жажды

Жажда может ощущаться очень остро: любой, кто хоть раз интенсивно занимался спортом, хорошо знаком с этим чувством — не обращать на него внимание очень сложно. Непонятно, как животные в спячке не испытывают мучений месяцами. При изучении сусликов (Ictidomys tridecemlineatus) оказалось, что это происходит из-за снижения активности нейронов, которые расположены в зонах, прилегающих к желудочкам головного мозга (Circumventricular organs). К таким зонам относятся, например: срединное возвышение, нейрогипофиз, эпифиз. Эти зоны мозга являются эволюционно консервативными, контролируют разные гомеостатические процессы, а во время спячки даже при реальном недостатке жидкости в организме позволяют сусликам спать спокойно. — Suppression of neurons in circumventricular organs enables months-long survival without water in thirteen-lined ground squirrels, «Биомолекула»: «Пить или не пить — два разных сигнала от нашего мозга».

Роль распространенных генетических вариантов в развитии нейроонтогенетических расстройств

К нейроонтогенетическим расстройствам относят такие состояния, как СДВГ, расстройства аутистического спектра, синдром Туррета и многие другие. Роль генетических факторов для этих заболеваний известна, но только в 30-40% процентах случаев можно выделить конкретный ген, мутация в котором привела к расстройству. Высока роль как частых, так и редких генетических вариаций. В исследовании, опубликованном в Nature, попытались, во-первых, лучше понять роль частых генетических вариантов в развитии нейроонтогенетических расстройств, их связь с рисками разных психиатрических нарушений, таких как полигенная шизофрения. Во-вторых, изучалось взаимодействие между распространенными и редкими генетическими вариантами при таких состояниях. В-третьих, ученые стремились проверить, есть ли влияние наличия распространенных вариаций, повышающих риск расстройств у родителей, на риск этих состояний у ребенка, но без передачи этих генов, а косвенно, через устройство семьи или пренатальную среду, или важна только собственная генетика ребенка. Такие задачи были поставлены, потому что некоторые психиатрические состояния имеют частично нейроонтогенетическое происхождение, а в семьях, где есть люди с редкими расстройствами психического развития, чаще встречаются психиатрические диагнозы.

Задачи амбициозны, для их решения ученые прибегли к полногеномному поиску ассоциаций (GWAS), используя генетические данные 11 573 пациентов с редкими нейроонтогенетическими расстройствами, 9128 их родителей и 26 869 контрольных лиц. Одним из результатов стало то, что ученые подтвердили модель порога — для развития конкретных состояний существует некоторый порог, после которого появляются клинические проявления. На его достижение влияют вариации разных генов, эффект которых суммируется. С другими интересными результатами исследования вы можете ознакомиться в статье. — Examining the role of common variants in rare neurodevelopmental conditions, «Биомолекула»: «Сотни мутаций в мозге, „гены аутизма“ и ранняя диагностика болезней: ученые поделились новыми данными», «Расстройство аутистического спектра: „дети дождя“», «Диагностика РАС и генетика», «Варианты Туретта».

Строгий порядок в нейронном кодировании

Уже давно известно несколько способов, с помощью которых наша нервная система может кодировать полученную снаружи и изнутри организма информацию в специфический рисунок активности нейронов. Нейроны могут генерировать потенциалы действия с разной частотой в зависимости от силы стимула, с разным временем задержки в ответ на разные сигналы — это главные механизмы кодирования, о которых знали ученые. Но теперь известен еще один принцип — порядок активации нейронов в сети. Хотя реакция на стимул возникает в определенной группе нейронов, последовательность их активации может быть разной в зависимости от характеристик стимула. Этот новый способ записи информации дополняет известные, позволяет учитывать больше характеристик разных сигналов. — Neuronal sequences in population bursts encode information in human cortex.

Тoll-подобные рецепторы и половые отличия при Альцгеймере

У многих нейродегенеративных заболеваний наблюдаются различия в частоте и течение в зависимости от пола. Альцгеймером, например, чаще болеют женщины, но и прогноз у них лучше, сильно отличается само течение недуга. Конкретная причина таких отличий редко понятна, но для Альцгеймера теперь известен один механизм. Оказалось, что сцепленный с Х-хромосомой ген Тoll-подобного рецептора 7 — Tlr7 — определяет половые различия в демиелинизации. Демиелинизация — это потеря аксонами миелиновой оболочки, при Альцгеймере в этом процессе задействован тау-белок. На мышах с искусственно вызванной тау-опосредованной демиелинизацией истощение или ингибирование Tlr7 уменьшало половые различия и защищало от демиелинизации животных. Новая информация объясняет половые различия в течение болезни. — Tlr7 drives sex differences in age- and Alzheimer’s disease–related demyelination, «Биомолекула»: «Болезнь Альцгеймера: ген, от которого я без ума».

Экология

Огромные пожары в Австралии

В 2019–2020 годах в Австралии в результате катастрофически огромных пожаров в Австралии сгорело более 10 миллионов гектаров. После пожаров экологи провели крупный мониторинг биоразнообразия и оценили, кто больше всего пострадал от огня. Катаклизм был огромным, поэтому исследованию пришлось не отступать от него по масштабам. Ученые изучили территорию в 1000 км вдоль восточного побережья Австралии с дополнительными участками в Южной и Западной Австралии, оценили воздействие пожаров на более чем 2000 таксонов. Оказалось, как и можно было предположить, что наибольшее воздействие на растения и на животных было в районах с частыми или недавними пожарами, а также в районах с интенсивно выжженной территорией. В местах, которые находятся за пределами охраняемых территорий, в которых были экстремальные засухи, также погибло много видов. Сильнее всего пострадали от пожаров тропические леса и млекопитающие. Исследование нужно не только, чтобы оценить масштаб бедствия и расстроиться; в нем изучили роль характера противопожарного режима, засухи и землепользования в развитии пожаров и их последствий. В будущем оно позволит людям своевременно понимать, чего можно ожидать от недавних и будущих пожаров по всему миру. — Biodiversity impacts of the 2019–2020 Australian megafires.