Подписаться
Оглавление
Биомолекула

SciNat за январь 2022 #1: ежи-саботажники, лучник из Стоунхенджа и новости про «Омикрон»

SciNat за январь 2022 #1: ежи-саботажники, лучник из Стоунхенджа и новости про «Омикрон»

  • 369
  • 0,0
  • 0
  • 0
Добавить в избранное print
Дайджест

В созвездии Тельца. На обложке нового выпуска Nature — своеобразная космическая карта. Изображение удалось получить, наложив карту межзвездного магнитного поля на схему молекулярного облака в созвездии Тельца. Магнитные поля участвуют в звездообразовании: из-за изменения напряженности межзвездного поля молекулярные облака рассеиваются, образуя звезды. Однако измерить силу такого межзвездного магнитного поля — нетривиальная задача. Кажется, китайским исследователям наконец удалось продвинуться в этом вопросе — это удалось в результате длительных наблюдений за молекулярным облаком Тельца. Выяснилось, что магнитное поле созвездия имеет упорядоченную структуру, подразделяясь на составляющие — область холодной нейтральной среды, молекулярную оболочку и плотное ядро. При этом выяснилось, что молекулярные облака готовы к «взрыву» и рождению новых звезд гораздо раньше, чем предполагалось в классической теории. — An early transition to magnetic supercriticality in star formation.

Первый дайджест этого года запускает обсуждение важных и сложных тем — здесь и тайны мозга, и коварные бактерии, и вспыхнувший в конце 2021 года «Омикрон». Вы увидите, как устроены оптогенетические картины нейронных сетей, кодирующие мотивацию, а по пути картируете нейроны по функциям. Еще вас ждет путешествие по Англии и Уэльсу образца бронзового века — заодно узнаете о «молочных» секретах питания древних британцев. И это не всё: в этом дайджесте вы познакомитесь с одной маленькой бактерией, которая смогла «хакнуть» процесс метанообразования, а также с ежом, который «взломал» механизм защиты от бактерий еще до эры антибиотиков.

COVID-19, SARS-CoV-2

Так ли опасен «Омикрон»? Штамм коронавируса SARS-CoV-2 «Омикрон» впервые идентифицировали в ноябре 2021 года на африканском континенте. Особенность этого штамма — большое количество мутаций на отростках липопротеиновой оболочки, благодаря которой вирус проникает в клетки. Самые первые данные о зараженных из ЮАР и Ботсваны показали: при инфицировании «Омикроном» болезнь протекает легче — если сравнивать с «Дельтой» и другими штаммами. До недавнего времени открытым оставался вопрос, в чем причина такого инфекционного «неуспеха»: в меньшей реакционной способности нового штамма или в увеличении количества вакцинированных людей, чья иммунная система уже готова к вторжению патогена? Вирусологи из Вашингтонского университета решили проследить прогрессирование заболевания на неподготовленных животных моделях — они заразили хомяков и мышей несколькими штаммами SARS-CoV-2. Сравнительный анализ доказал: спустя несколько дней после заражения концентрация вируса в легочных клетках лабораторных животных, инфицированных «Омикроном», была в 10 раз ниже, чем у зараженных другими вариантами вируса. Причина может быть в белке TMPRSS2, который в большом количестве несут на себе клетки легких. «Омикрон», в отличие от других штаммов, хуже связывается в TMPRSS2, поэтому не вызывает тяжелых последствий в виде пневмонии. — Omicron’s feeble attack on the lungs could make it less dangerous, «Биомолекула»: SARS-CoV-2.

Микробиология, антибиотики

Почему ежи виноваты в устойчивости к золотистому стафилококку? Первые антибиотики были обнаружены примерно 80 лет назад — но платой за это открытие стала антибиотикорезистентность. Один из наиболее устойчивых штаммов микроорганизмов — метициллин-резистентный стафилококк, лидер среди бактерий, которыми чаще всего заражаются в больницах и медучреждениях. Выяснилось, что устойчивость стафилококка к метициллину появилась еще в доантибиотиковую эпоху, а виной тому — европейские ежи. Именно они стали основными распространителями резистентных бактериальных штаммов, передав их домашним животным и человеку. — Emergence of methicillin resistance predates the clinical use of antibiotics, «Биомолекула»: «Золотистый стафилококк и стафилококковый бактериофаг из 2D в 3D», «Антибиотики и антибиотикорезистентность: от древности до наших дней».

Как решить проблему устойчивости грамотрицательных бактерий к антибиотикам? Проблема борьбы с грамотрицательными патогенными бактериями — их резистентность к большинству применяемых антибиотиков. Один из последних защитников, стоящий на страже — колистин, природный антибиотик, продуцируемый некоторыми штаммами бактерии Paenibacillus polymyxa. Однако и этот «боец» скоро может пасть на поле борьбы с устойчивыми штаммами, а причиной тому — ген mcr-1, зашитый в бактериальных плазмидах и кодирующий устойчивость к колистину. Биоинформатики из США проанализировали последовательности бактериальных геномов, чтобы решить проблему распространения колистин-резистентных патогенов. — A naturally inspired antibiotic to target multidrug-resistant.

Обнаружен неизвестный ранее путь производства метана. Долгое время считалось, что высвобождение энергии из углеводородов и последующий синтез метана возможны благодаря симбиозу разных микробных сообществ. Первая группа микроорганизмов разрушает насыщенные углеводороды до более простых соединений, а вторая группа — метаногенные археи — производят СН4. Но недавно выяснилось, что синтрофизм — не единственная возможная опция для образования метана. Так, архея Candidatus Methanoliparum способна сочетать разложение длинноцепочечных алканов с метаногенезом. — Non-syntrophic methanogenic hydrocarbon degradation by an archaeal species, A microbe that uses crude oil to make methane, «Биомолекула»: «Пределы биодоступности углеводородов в грунтах».

Археология, миграции людей

Миграции бронзового века обеспечили генетические различия среди жителей Великобритании. Современные жители Англии и Уэльса происходят от обитателей континентальной Европы — так называемых Первых европейских фермеров (Early European Farmers). Это отличает их от шотландцев, которые сформировали более закрытую северную популяцию острова. Миграция жителей с территории современной Франции на остров Великобританию происходила в течение среднего и позднего периода бронзового века. Основание для такого вывода — останки лучника из Эймсбери, которого с большим роскошеством похоронили близ Стоунхенджа. Анализ изотопов углерода из эмали зубов охотника бронзового века показал, что его родина — Французские Альпы. Любопытно, что в следующий исторический период — железный век — приток генов в Англию из континентальной Европы был значительно меньше. Это отражается в росте «молочного» аллеля, обеспечивающего устойчивость к лактазе. Получается, островные и континентальные европейцы придерживались разных подходов к молочному питанию: англичане железного века несли в себе ~ 50% генов лактазной толерантности, по сравнению с ~ 7% генов у жителей Центральной Европы. — Large-scale migration into Britain during the Middle to Late Bronze Age, Bronze Age genomes reveal migration to Britain, «Биомолекула»: «Кто все эти люди?!».

Нейробиология, мозг

Расшифрованы взаимодействия генов в нейронах дрозофилы. Дрозофил часто используют в качестве модельных объектов, в том числе — для изучения взаимодействий нервных клеток. Бельгийские нейробиологи использовали анализ транскриптомов отдельных нейронов, а также трехмерные морфологические структуры, чтобы проследить профили разнообразных нервных и глиальных клеток. В процессе исследования генно-регуляторных сетей, которые кодируют индивидуальный путь развития и уникальность нервных клеток, удалось идентифицировать более 96 000 регуляторных областей, из которых 70 000 связаны с различными траекториями развития — нейрогенезом, перепрограммированием и созреванием нейронов. — Decoding gene regulation in the fly brain, «Биомолекула»: «Всё, что вы всегда хотели знать о взрослом нейрогенезе, но боялись спросить», «Модельные организмы: дрозофила».

Как мозг контролирует мотивацию? Одна из главных особенностей нашего существования — мы стремимся к достижению целей. Наш мозг помогает нам в этом стремлении, подпитывая мотивацию и аккумулируя усилия организма для выполнения конечного результата. А как эта мотивация работает на практике, в глубине мозга? С помощью методов оптогенетики и электрофизиологии удалось буквально увидеть этот процесс в миндалевидном теле мозга мышей: достижение цели становится возможным благодаря взаимодействию между различными паттернами активности нейронов. — A neuronal mechanism for motivational control of behavior, «Биомолекула»: «Хаос в мозге».

Кальциевая визуализация помогла разделить нейроны по функциям. Современные методы транскриптомики одиночных клеток помогли выявить более 300 типов нейронов — однако не дали ответа на вопрос, какие функции выполняют все эти разновидности клеток в организме. Нейробиологи из США объединили двухфотонную визуализацию кальция с пространственной транскриптомикой, чтобы классифицировать функциональные роли клеток. Этот подход открывает новые возможности для изучения процессов обработки информации в мозге. — Dense functional and molecular readout of a circuit hub in sensory cortex.

Медицина, акушерство

Как спрогнозировать течение беременности по анализу крови? Преэклампсия — серьезное патологическое осложнение беременности, при котором повышается артериальное давление, возникают отеки и полиорганная недостаточность. Такое состояние опасно не только осложнениями для матери и плода, но и слабой изученностью: на сегодняшний день не существует надежных диагностических методик для раннего выявления преэклампсии. Потенциальным маркером могут стать внеклеточные РНК и их транскрипты. Однако выделять генетический и биохимический материал из клеток развивающегося плода для регулярного мониторинга невозможно — в силу этических и практических причин. В этом случае на помощь приходят свободно циркулирующие в крови матери внеклеточные РНК. Анализ транскриптов этих вкРНК дает представление об экспрессии генов, возможных мутациях — и, что важно, позволяет предсказывать развитие преэклампсии. — A blood test to predict complications of pregnancy, RNA profiles reveal signatures of future health and disease in pregnancy.

Структурка, ДНК

ДНК-зависимая протеинкиназа играет важную роль в негомологичном соединении концов молекулы. Этот механизм репарации помогает восстанавливать двухцепочечные разрывы в молекуле ДНК. Процесс регулируется каталитической субъединицей фермента — с помощью этого домена восстанавливаются как нейтральные, так и критические двухцепочечные разрывы, приводящие к патологиям. Вот почему ингибиторы каталитического центра ДНК-зависимой протеинкиназы считаются привлекательной мишенью для терапии рака. Исследователи из Британии изучили структуру этого важного домена с помощью криоэлектронной микроскопии, выделив человеческие ферменты из очищенных ядерных экстрактов HeLa клеток. — Structural insights into inhibitor regulation of the DNA repair protein DNA-PKcs, «Биомолекула»: «Биологическая машина репарации ДНК».

Иммунология, иммунотерапия

Иммунные ландшафты воспаления лейкоцитов. В изучении механизмов воспалительных процессов важную роль играет сравнительный анализ клеточных ландшафтов здоровых и больных тканей. При этом существующие модели не описывают динамические изменения — ведь клетки постоянно меняют свое «поведение», подстраиваясь под изменяющиеся условия. Чтобы исправить это упущение, биологи из Испании применили 4D визуализацию лейкоцитов в очагах воспаления для регистрации сотен морфокинетических параметров. — Behavioural immune landscapes of inflammation.

CAR-T-клетки для лечения сердечно-сосудистых заболеваний. CAR-T-терапия заняла свое прочное место в исследованиях, нацеленных на лечение рака. Этим возможности ее применения не ограничиваются — химерные рецепторы антигенов можно нацеливать на фиброзы в сердечной ткани для терапии сердечно-сосудистых заболеваний. Команда ученых из США упаковали CAR-T-клетки внутрь липидных наночастиц, нацелив их на мембранный белок CD5. Инъекция такой частицы внутрь мышей с сердечными заболеваниями уменьшала фиброз и восстанавливала функции кардиомиоцитов. — CAR T cells produced in vivo to treat cardiac injury, «Биомолекула»: «CAR-T-клетки, получаемые in situ (in vivo), — путь к удешевлению и широкодоступности технологии?».

Биология клеток

Как микроокружение органоидов структурирует клетки? Особенность органоидов, полученных из стволовых клеток — в их способности к самоорганизации. Однако в отсутствие внешних стимулов и «регуляторов» процессы клеточного развития носят стохастический характер, приводя к ошибкам внутренней структуры клеток. Исследователи из Швейцарии разработали алгоритм определения правильной исходной геометрии органоидов кишечных клеток — это позволяет исключить элемент случайности, воспроизводя предсказуемые регулирующиеся структуры. — Tissue geometry drives deterministic organoid patterning.

Комментарии