Популяционная генетика

Длительная жизнь в изоляции сформировала особый генетический профиль гренландцев

Датские исследователи изучили геномы почти шести тысяч гренландцев (14% взрослого населения острова). Ученые выяснили, что Гренландия была заселена около тысячи лет назад небольшой группой мигрантов (менее 300 человек), прибывших в эти земли через Северную Америку из Сибири. После заселения предки современных гренландцев редко покидали остров. Изоляция, продолжавшаяся веками, способствовала закреплению разных генетических вариантов, повышающих адаптацию к условиям Арктики и связанных с заболеваниями. В геномах современных гренландцев распространен вариант гена, вовлеченного в метаболизм жирных кислот — приспособление к рациону, богатому омега-3 жирными кислотами. Среди жителей восточной части острова распространено редкое заболевание печени — семейный гренландский холестаз (cholestasis familiaris groenlandica, CFG), наследуемое по рецессивному типу. Сейчас генетический вариант, связанный с CFG, включен в программу пренатального скрининга в Гренландии — этот пример демонстрирует важность изучения генетики малых популяций для улучшения здоровья составляющих их людей. — How centuries of isolation shaped Greenlanders’ unique genetics, Genetic architecture in Greenland is shaped by demography, structure and selection.

Нейробиология

Выигрыш в генетическую лотерею в семье, страдающей наследственной формой болезни Альцгеймера

Мужчина с генетической мутацией p.Asn141Ile в гене PSEN2, которая обычно вызывает раннее развитие болезни Альцгеймера (БА), дожил до 70 лет без когнитивных нарушений. В его семье эта мутация приводила к деменции в возрасте 44–53 лет, но у него, несмотря на наличие амилоидных бляшек в мозге, когнитивные функции оставались нормальными на протяжении 10 лет наблюдений. Ученые обнаружили, что в мозге мужчины отсутствовали скопления тау-белка, характерные для БА, хотя небольшое его количество было найдено в затылочной доле, которая обычно не страдает при этом заболевании. Генетический анализ выявил у мужчины девять уникальных вариантов генов, связанных с нейровоспалением и сворачиванием белков, что, возможно, защитило его от деменции. Это третий известный случай устойчивости к БА: ранее подобное наблюдалось у двух человек с мутацией p.Glu280Ala в гене PSEN1. Исследователи предполагают, что предотвращение распространения тау-белка в мозге может быть ключом к задержке или остановке развития деменции. Сейчас проводятся клинические испытания препаратов, нацеленных на β-амилоид и тау-белок, чтобы проверить эту гипотезу. — Longitudinal analysis of a dominantly inherited Alzheimer disease mutation carrier protected from dementia, «Биомолекула»: «Болезнь Альцгеймера: ген, от которого я без ума», «На руинах памяти: настоящее и будущее болезни Альцгеймера».

Почему даже после сытного обеда хочется десерт?

Ощущение сытости снижает аппетит, что, впрочем, не распространяется на желание отведать сладкого. Нейронные основы устойчивой тяги к сладкому остаются неизвестными. Международная исследовательская группа установила на мышах, что ключевая роль в этом процессе принадлежит нейронам, продуцирующим проопиомеланокортин (ПОМК), в составе аркуатного ядра гипоталамуса и их проекциям в паравентрикулярное ядро таламуса. Эти проекции ПОМК-нейронов обладали особой чертой: они производили не α-меланоцитстимулирующий гормон, а β-эндорфин — нейропептид, стимулирующий аппетит. В свою очередь, он связывался с μ-опиоидными рецепторами нейронов паравентрикулярного таламуса и вызывал их торможение. Этот нервный контур оставался активным, пока мыши, которые ранее плотно поели, «налегали» на пищу с большим содержанием сахара. Подавление опиоидного контура, напротив, сократило интерес сытых грызунов к сладкому. Авторы работы предполагают, что обнаруженный механизм обладает потенциалом для борьбы с перееданием и ожирением. — Thalamic opioids from POMC satiety neurons switch on sugar appetite, «Биомолекула»: «Сахар — сладкая смерть».

Патофизиология

Макрофаги защищают нервные волокна от возможной гибели при ожирении и диабете

Пациенты с сахарным диабетом 2 типа страдают от диабетической периферической нейропатии (ДПН), которая выражается в потере чувствительности или появлении боли. Традиционно ее связывают с нарушением обменов глюкозы и липидов. Новая работа ученых из США углубляет понимание ее механизмов. Исследователи посадили мышей на диету с высоким содержанием жиров и фруктозы, из-за чего грызуны приобрели ожирение и преддиабетическое состояние. Через два месяца животные демонстрировали признаки боли на стимулы, которые в норме ее не вызывают, а еще через месяц к ним присоединилась слабая чувствительность на сильное тепловое воздействие. При этом число нервных волокон в коже снизилось только к шестому месяцу диеты. Прежде, чем это произошло, в нервы проникли макрофаги CCR2+, экспрессирующие связанные с нейродегенерацией гены. Как оказалось, эти клетки не были причастны к потере нервных волокон или повреждению их миелиновой оболочки. Напротив, макрофаги проявили себя как защитники нервов: нарушение рекрутирования иммунных клеток ускорило потерю чувствительности и нервных волокон. Авторы работы считают, что усиление ранних иммунных реакций способно помочь в профилактике или замедлении периферической нейропатии у пациентов с ожирением и преддиабетом. — Macrophages protect against sensory axon loss in peripheral neuropathy, «Биомолекула»: «Обёртка для аксона».

Медицина

Новый анализ крови выявляет рак поджелудочной железы до появления симптомов

Американские исследователи разработали быстрый способ выявления протоковой аденокарциномы поджелудочной железы (pancreatic ductal adenocarcinoma, PDAC) до метастазирования. Эта форма рака коварна: часто симптомы проявляются на поздних стадиях болезни, когда возможности лечения ограничены. Тест, получивший название PAC-MANN-1, обнаруживает в образцах крови ферменты протеазы, которые используются опухолевыми клетками для расщепления белков и проникновения в другие органы при помощи наносенсоров. Каждый наносенсор состоит из магнитной частицы и пептида, который служит приманкой для протеаз и после расщепления высвобождает флуоресцентное вещество-маркер. PAC-MANN-1 отличил кровь пациентов с PDAC от образцов здоровых людей, а также пациентов с другими заболеваниями поджелудочной железы. Разработчики отметили, что низкая стоимость наносенсоров (около $0,01) делает тест доступным для использования в регионах с ограниченными ресурсами. Исследователи также тестируют его эффективность в выявлении других видов рака, включая рак пищеварительного тракта. — Early detection of pancreatic cancer by a high-throughput protease-activated nanosensor assay, «Биомолекула»: «„Иммунный след“ в нейроэндокринном раке поджелудочной железы».

Экология

Микропластик в органах — макропроблема человечества?

Хотя термин «микропластик» был введен 20 лет назад, понимание его влияния на здоровье человека продвинулось только в последнее десятилетие. Исследования показали, что вместе с увеличением производства пластмасс вырос и уровень их частиц в мозге, печени и почках людей. Например, среднее содержание микропластика в посмертных образцах мозга, взятых в 2024 году, было почти на 50% выше, чем в образцах 2016 года. В мозге концентрация частиц оказалась особенно высока: в его тканях было в 30 раз больше микропластика, чем в печени и почках. Причем чаще остальных видов пластмасс встречались частицы полиэтилена. Еще одним важным наблюдением стало значительное накопление пластика в сосудах головного мозга и иммунных клетках пациентов с подтвержденной деменцией. Однако прямых доказательств вреда микропластика для здоровья человека пока не получено. Так, исследование 2024 года обнаружило пластиковые частицы в артериях 60% пациентов, перенесших операции на сердце. У этих людей чаще возникали осложнения, однако, как подчеркнули авторы работы, это могло быть связано с социально-экономическим факторами или образом жизни пациентов. — Your brain is full of microplastics: are they harming you?, «Биомолекула»: «Пластисфера: невидимый мир», «Ванильные мечты о пластике».

Маленький да удаленький: вклад беспозвоночных в существование глобальных экосистем

Коллектив ученых из Китая, Германии и Франции проанализировал результаты более тысячи исследований, проведенных на шести континентах, чтобы установить вклад термитов, муравьев и дождевых червей в состояние почв и глобальных экосистем. Выяснилось, что благодаря жизнедеятельности беспозвоночных повысились содержание макроэлементов и интенсивность газообмена (выделение CO₂) почв, а также биомасса микроорганизмов и растений. Присутствие термитов и дождевых червей оказало наибольшее влияние на почвы тропиков, где активность животных достигала максимума из-за более высоких температур. Дождевые черви регулировали содержание азота и фосфора в почве, термиты — газообмен и биомассу, в частности, они способствовали росту растений, нейтрализуя недостаток фосфора. Муравьи, напротив, проявили себя в умеренных широтах, экосистемы которых слабее, чем в тропиках, наращивают биомассу. Деятельность насекомых привела к росту уровней азота и фосфора в почве, а также повысила выживаемость и биомассу растений, устраняя дефицит азота. По мнению авторов, проведенная работа подчеркивает важность этих групп беспозвоночных в глобальном круговороте ряда элементов и развитии природных сообществ, поэтому влияние животных следует учитывать при моделировании биогеохимических процессов. — Global engineering effects of soil invertebrates on ecosystem functions, «Биомолекула»: «Трудится, как муравей? Ленится, как муравей!», «Язык взаимоотношений: дождевые черви, растения и Ко».

Эволюция

Разные животные — похожий головной мозг?

Science опубликовал три статьи, посвященных эволюции конечного мозга амниот — группы позвоночных, к которой относятся рептилии, птицы и млекопитающие:

• Исследователи из Испании и Швеции применили транскриптомный анализ на уровне единичных клеток и математическое моделирование, чтобы изучить развитие сенсорных цепей у цыплят, гекконов и мышей. — Evolutionary convergence of sensory circuits in the pallium of amniotes.
• Группа ученых из Германии, Испании и Швеции создала клеточный атлас плаща — эволюционного предшественника коры больших полушарий млекопитающих — у цыплят, и сравнила его с таковым мышей, ящериц и черепах, чтобы выявить консервативные клеточные типы. — Developmental origins and evolution of pallial cell types and structures in birds.
• Бельгийские исследователи разработали компьютерные модели для определения общих и уникальных регуляторных сигнатур разных типов клеток конечного мозга цыплят, мышей и людей. — Enhancer-driven cell type comparison reveals similarities between the mammalian and bird pallium.

Ученые обнаружили черты сходства в организации конечного мозга амниот, в том числе на уровне экспрессии генов и ее регуляции, что указывало на конвергенцию процессов на клеточном и молекулярном уровнях внутри этой группы позвоночных. Это кажется особенно удивительным, поскольку репертуар поведения и когнитивные способности животных различаются. Вместе полученные результаты углубляют понимание эволюции мозга амниот и подчеркивают как общие черты, так и различия в их нейробиологии.

Не только ослик Иа потерял хвост

В новой работе китайские исследователи рассказали о важной палеонтологической находке — вымершем птицеподобном существе Baminornis zhenghensis, останки которого обнаружили на территории Китая. Это второй после археоптерикса вид юрского периода, который можно отнести к примитивным птицам. Находка ученых подтверждает, что вымершие представители группы Avialae сосуществовали с динозаврами. B. zhenghensis приобрел некоторые черты строения современных птиц. В частности, у него не было длинного хвоста, как у археоптерикса и динозавров: несколько хвостовых позвонков срослись с образованием единой кости — пигостиля. Преобразованиям подвергся и плечевой пояс: изменились форма и расположение одной из костей (коракоида). Подобные модификации скелета адаптивны к пребыванию в воздушном пространстве, а значит, B. zhenghensis мог быть лучшим, чем археоптерикс, летуном. Однако он не мог похвастаться крупным килем — выростом грудины, к которому у современных летающих птиц крепятся мышцы крыльев, а его передние конечности с раздельными пальцами напоминали таковые у хищных динозавров. Ученые надеются, что дальнейшие находки помогут лучше понять эволюцию птиц и их родственную связь с динозаврами. — The lost long tail of early bird evolution, Earliest short-tailed bird from the Late Jurassic of China, «Биомолекула»: «Золотой век палеонтологии».

Этология

Черепахи используют магнитные «карты» и «компас» для путешествий по океану

Навигатором для мигрирующих животных может служить магнитное поле Земли, и число экспериментальных свидетельств этому растет. Чтобы ориентироваться в такой «карте», путешественники должны знать и помнить магнитные характеристики географических точек. Американские исследователи оценили наличие способностей у гуру навигации — черепах логгерхедов Caretta caretta, чей вояж на просторах Мирового океана достигает десятков тысяч километров. Ученые воссоздали для животных, содержащихся в неволе, магнитные поля, характерные для определенных областей океана: в некоторых из них черепашек кормили, в других — нет. После обучения животные успешно отличали магнитные сигнатуры, в которых получали пищу, от остальных, что указывало на способность находить известные места для кормления при помощи внутренней магнитной «карты». В магнитных полях радиочастотного диапазона черепашки успешно использовали внутреннюю «карту» для определения положения, чего нельзя сказать о «компасе» для ориентации и выбора направления. По мнению ученых, это указывает на существование двух разных механизмов магниторецепции у черепах: по одному для магнитной «карты» и «компаса». —  Learned magnetic map cues and two mechanisms of magnetoreception in turtles, «Биомолекула»: «Пазл магнитного компаса пти», «Нобель vs Шнобель, или Механизмы магниторецепции».

Микробиология

Не пропадать добру: как бактерии перерабатывают белковые компоненты погибших клеток

Британские ученые выяснили, как живые бактерии усваивают питательные вещества в составе умерших сородичей, о чем прежде было мало что известно. Исследователи показали, что кишечная палочка Escherichia coli производит фермент Lon-протеазу, который после ее гибели катализировал расщепление белков. Образовавшиеся продукты были использованы живыми бактериями: суспензия из убитых сородичей (лизат) без Lon-протеазы не поддерживала рост других клеток, что удалось исправить путем введения рекомбинантного фермента. Активность протеазы приносила пользу живым E. coli и в условиях стресса, поскольку позволяла контролировать качество белков. Однако подобное преимущество обладало меньшим значением, чем участие фермента в преобразовании компонентов погибших клеток. Посмертное расщепление белков при участии протеазы приносило пользу живым бактериям, что могло быть проявлением родственного отбора (кин-отбора). Авторы работы отметили, что совершенное открытие меняет представление о биохимии переработки питательных веществ после гибели клеток. — Bacteria encode post-mortem protein catabolism that enables altruistic nutrient recycling.