Оглавление

SciNat за январь 2017 #4: нейросеть-дерматолог, органы для мыши, выращенные в крысе, вкусные ГМО-помидоры

  • 619
  • 1,5
  • 0
  • 0
Добавить в избранное
Потребители теперь могут снова почувствовать «настоящий» вкус томатов, но для этого им придётся есть ГМО-помидоры, благо найдены утраченные у ряда томатов гены, отвечающие за насыщенный вкус, и их можно вернуть в растения генной инженерией. Вот только что победит — вкусовой снобизм или неоправданное отвращение к ГМО?
На этой неделе в Nature и Science есть от всего понемногу. Здесь и исследования растений, позволяющие быстрее получить особи с нужными свойствами (в том числе с приятным вкусом «как в детстве»), и нейробиологические работы, показывающие, как можно разделить два воспоминания, и данные экологов, указывающие на то, что растениям в горах не хватает прежде всего азота в почве, а не тепла в воздухе. Помимо упомянутых, вышли и другие статьи, содержание которых порадует узких специалистов в различных областях, но может быть не слишком интересно рядовому читателю.

Nature #541 (7638) + онлайны: колеблющиеся бактерии, органы для мыши, выращенные в крысе, нейросеть-дерматолог

  • Молекулярка. МикроРНК тормозят образование белков — трансляцию. Известно, что при этом микроРНК связываются с белками Argonaute, но конкретный механизм, по которому это нарушает ход трансляции, не был известен в подробностях. Теперь стало ясно, что при связывании Argonaute 2 с микроРНК белок фосфорилируется по нескольким сайтам, а потом практически сразу же дефосфорилируется по ним же. Видимо, этот цикл фосфорилирования-дефосфорилирования Argonaute 2 регулирует возможность экспрессии генов. — An Argonaute phosphorylation cycle promotes microRNA-mediated silencing.
  • Клеточная биология, структурка. Митохондрии могут не только делиться, но и сливаться. Это помогает им поддерживать «правильность» своей ДНК и нужный потенциал на мембранах. Внешние мембраны митохондрий сливаются благодаря действиям белков-митофузинов (от английского mitochondrial fusion) и гидролизу ГТФ. Кристаллическая структура митофузина человека MFN1, полученная авторами новой статьи, должна пролить свет на процесс слияния митохондрий, а конкретно на то, как гидролиз ГТФ меняет конформацию митофузина. — MFN1 structures reveal nucleotide-triggered dimerization critical for mitochondrial fusion.
  • Геномика, рак. Рак шейки матки — одна из наиболее частых причин смерти, связанных с раком. Поэтому анализ генома 228 образцов ткани, взятых у больных первичным раком шейки матки, и его результаты касаются многих. Этот анализ выявил, что при различных видах такого рака часто появляются мутации в генах SHKBP1, ERBB3, CASP8, HLA-A и TGFBR2. Кроме того, подтвердили связь этого рака с некоторыми типами вируса папилломы человека и разделили все случаи рака шейки матки на 3 подгруппы по их характерным проявлениям. Будем надеяться, что эти данные откроют новые молекулы-мишени для терапии такого рака. — Integrated genomic and molecular characterization of cervical cancer.
  • Микробиология. Колебания (осцилляции) можно встретить в составе самых разных процессов, происходящих в живом — от развития органов у зародыша до работы сердца. При осцилляциях могут синхронизировать свои действия клетки одного большого организма, а могут и отдельные одноклеточные. Выяснилось, что осцилляции имеют место и в бактериальных взвесях. Если при этом рассматривать пару клеток в составе такой взвеси, может выясниться, что их действия хаотичны и несинхронны. Тем не менее, миллионы таких пар своими движениями вызывают упорядоченные смещения групп бактерий на десятки и даже сотни микрометров, при том, что размер каждой такой клетки в составе группы обычно составляет несколько микрометров. — Weak synchronization and large-scale collective oscillation in dense bacterial suspensions.
  • Физиология растений. Хотя у цветковых растений и двойное оплодотворение, его суть не отличается от оплодотворения у животных. Диплоидный зародыш несёт в себе гены и отца, и матери. Меж тем, для селекции в ряде случаев было бы полезно, если бы в хромосомах был представлен только какой-то один набор генов: это очень ускоряет закрепление нужного генотипа в популяции. Для этого нужно помешать слиянию ядер спермия и яйцеклетки, а вместо него каким-то образом удвоить интересующий нас набор хромосом, чтобы их общее число осталось неизменным. Получается то, что называют двойным гаплоидом — растение с двумя наборами генов от одного из родителей. Процесс получения гаплоидов нелёгок, процент успеха невелик, однако теперь хотя бы стало понятно, в каком направлении думать, чтобы его облегчить. Двойные гаплоидные зародыши у кукурузы образуются в 6,7% случаев, если сдвинута рамка считывания у гена MATRILINEAL (MTL), кодирующего фосфолипазу в составе пыльцы. Такая частота появления двойных гаплоидов кажется небольшой, однако без мутации в MTL она в разы меньше. — MATRILINEAL, a sperm-specific phospholipase, triggers maize haploid induction.
  • Трансплантология, медицина. Растить органы для трансплантации можно даже в животном другого вида, чем то, которому этот орган предназначен. Это показали в ходе экспериментов, когда мышам, у которых клетки поджелудочной железы не могли вырабатывать инсулин, пересаживали островковые клетки нормальной поджелудочной, выращенной из соответствующих стволовых клеток мыши в организме крысы. За год эти островковые клетки приживались в телах мышей-"диабетиков" и возвращали уровень глюкозы в их крови к нормальному. Поджелудочные мышей, выросшие в крысах, достигали такого размера, что из них можно было извлечь столько островковых клеток, сколько нужно. — Interspecies organogenesis generates autologous functional islets, Regenerative medicine: Interspecies pancreas transplants.
  • Нейробиология. Бороться или бежать? У грызунов решение принимает центральная часть амигдалы — структуры, управляющей эмоциями, в частности, страхом. В центральной амигдале есть группы клеток, запускающих реакцию бегства или реакцию борьбы. Там же расположены группы клеток, тормозящих действие двух предыдущих. CRF+-нейроны, в которых есть кортикотропин-релизинг-фактор, управляют «клетками борьбы», а SOM+-нейроны, в которых есть соматостатин, управляют «клетками бегства». То, как животное отреагирует на угрозу, зависит от того, кто кого больше затормозит — CRF+ или SOM+. — A competitive inhibitory circuit for selection of active and passive fear responses.
  • Медицина, искусственный интеллект. Нейронная сеть просмотрела 129450 подписанных снимков кожи, поражённой различными дерматологическими заболеваниями, и научилась отличать себорейный кератоз от плоскоклеточной карциномы, а также родинки от проявления меланом не хуже, чем команда из 21 сертифицированного дерматолога. (В каждой паре первое новообразование доброкачественное, а второе — злокачественное.) Правильность выводов нейросети и врачей подтвердили с помощью результатов биопсии тех же образцов тканей, что были представлены на фотографиях. Есть надежда, что уже меньше чем через 5 лет визуальная диагностика заболеваний кожи с помощью «гаджетов» станет доступна практически всем жителям планеты. — Dermatologist-level classification of skin cancer with deep neural networks, Medicine: The final frontier in cancer diagnosis.
  • Генетика. При многих нарушениях развития, которые не удаётся отнести ни к одному существующему диагнозу, часто обнаруживают de novo-мутации в генах. (Мутации de novo — это изменения последовательности ДНК, которые впервые происходят либо в половых клетках одного из родителей, либо в оплодотворённой яйцеклетке.) Масштабный анализ показал, что при этом чаще всего такими мутациями поражается 94 конкретных гена, играющих роль в эмбриональном развитии. В зависимости от возраста родителей встречаемость de novo-мутаций в этих генах от 1 из 448 до 1 из 213 новорождённых. То есть, всего в мире с такими мутациями рождается до 400000 детей каждый год. — Prevalence and architecture of de novo mutations in developmental disorders.
  • Экология. Чем выше в горы, тем меньше деревьев, а на определённой высоте, индивидуальной для каждой горной системы, они и вовсе сменяются альпийскими лугами. Логично было бы предположить, что это происходит из-за снижения температуры по мере отдаления от уровня моря, но эксперименты показали, что более холодный климат не снижает концентрацию питательных веществ в листьях как таковую. Зато с увеличением высоты падает содержание азота в почве, и именно это, судя по всему, не даёт деревьям расти на больших высотах. — Elevation alters ecosystem properties across temperate treelines globally.
  • Структурка. Ростовой фактор TGF-ß1 в норме находится в «клетке» из белков, и чтобы он оттуда вышел, нужно применить к этим «клеткам» силу. Считается, что это происходит благодаря белкам интегринам. Информация о кристаллической структуре TGF-ß1 в комплексе с интегрином αVß6, по мысли учёных, поможет понять, как происходит высвобождение и активация ростового фактора. — Force interacts with macromolecular structure in activation of TGF-β, Structural biology: Growth factor rattled out of its cage.
  • Геномика, паразитология, эволюция. Чтобы эффективно бороться с паразитами, нужно знать не только их строение, но и эволюцию — историю того, как и когда они начали заражать тот или иной вид. О роде Plasmodium, в который входит малярийный плазмодий, было, как ни странно, известно немного. Виды Plasmodium malariae и Plasmodium ovale, входящие в него, в световой микроскоп практически неразличимы. Зато сравнение их геномов выявило интересные особенности этих простейших и в то же время показало, что эволюционные приспособления к паразитизму развивались у них сходным образом в одно и то же время. — Plasmodium malariae and P. ovale genomes provide insights into malaria parasite evolution.

Science #355 (6323) + онлайны: вкусные ГМО-помидоры, детские гендерные стереотипы, разъединение воспоминаний

  • Молекулярка. Нуклеосома — это часть хромосомы, в которой нить ДНК упакована вместе с гистоновыми белками H2А, H2B, H3 и H4. Чтобы ДНК реплицировать, нужно на время избавиться от нуклеосом, но после репликации необходимо быстро вернуть их на место, чтобы в ДНК не появились ошибки. Оказалось, что в этом возврате помогает белковый комплекс репликации A (replication protein A complex, RPA). Он соединяется с одноцепочечной ДНК в репликационной вилке, а также с гистонами H3 и H4 и помогает последним прикрепиться к двуцепочечной ДНК. — RPA binds histone H3-H4 and functions in DNA replication—coupled nucleosome assembly.
  • Нейробиология. Если какие-то два события ассоциируются друг с другом в памяти, это не значит, что их нельзя вспомнить по отдельности. Это показали опыты на мышах, которым «внушали» отвращение к одному из вкусов и к звуку и формировали между этими вкусом и звуком ассоциацию. Выяснилось, что за припоминание каждого такого страха отвечает своё множество нейронов, но эти два множества пересекаются. Если заставить клетки, отвечающие за ассоциацию двух неприятных событий, замолчать, животное всё равно будет помнить выученные реакции на соответствующие звук и вкус и воспроизведёт их в нужный момент. — Overlapping memory trace indispensable for linking, but not recalling, individual memories.
  • Иммунология, вирусология. Иногда вторичное заражение вирусом Денге приводит к тяжелейшим последствиям, среди которых тромбоцитопения — состояние, когда количество тромбоцитов аномально снижено. Оказалось, что виной тому антитело IgG1, у которого не хватает одной структуры в тяжёлой цепи. Из-за такой нехватки IgG1 не нейтрализует вирусные частицы, а вступает в перекрёстную реакцию с антигенами тромбоцитов, из-за чего количество последних падает. — IgG antibodies to dengue enhanced for FcγRIIIA binding determine disease severity.
  • Психология. В 5 лет американские девочки одинаково часто записывают в категорию очень умных и представителей своего пола, и мальчиков, а уже в 6 лет они всё чаще причисляют к очень умным только мальчиков и всё реже выбирают игры для умных. Нет серьёзных оснований считать, что российские дети думают по-другому. Популярный вывод: ещё в детстве девочки добровольно сдаются и закрывают себе путь в науку и другие высокоинтеллектуальные профессии. Или не совсем добровольно? Исследования покажут. — Gender stereotypes about intellectual ability emerge early and influence children’s interests.
  • Генетика, физиология растений. Многие жалуются на «картонный» вкус овощей, появившихся в результате селекции. Особенно это касается томатов. Но ничего, исследование генома почти 400 разновидностей томатов выявило гены, отвечавшие за их нормальный вкус и утраченные в ходе селекции. Конечно же, чтобы вернуть их в томаты, придётся применить генную инженерию и таким образом получить ГМО-помидоры. — A chemical genetic roadmap to improved tomato flavor, а также: N+1 Генетики нашли способ вернуть томатам былой аромат.
  • Биохимия. Стабильностью белков управляют их концевые аминокислоты. В случае дрожжей ферменты, управляющие глюконеогенезом, разрушаются, когда остатки аминокислоты пролина на их N-конце связываются с белком Gid4, что приводит к убиквитилированию таких ферментов и их дальнейшему разрушению. Конечно, важно не наличие одного лишь пролина, а ещё и то, какие аминокислотные остатки его окружают в данном белке. — An N-end rule pathway that recognizes proline and destroys gluconeogenic enzymes.

Комментарии