Генетика болезней

Изучение популяции Финляндии раскрыло новые подробности о генетике болезней

Сразу две статьи в Nature посвящены исследованию связи вариантов генов с болезнями среди населения Финляндии. Исторически на территории этой страны сформировалась изолированная популяция, что делает ее привлекательным объектом для генетических изысканий: встречаемость мутантных аллелей в такой группе выше.

Ученые проанализировали данные FinnGen, цель формирования которого заключается в сборе информации о состоянии здоровья и генотипах 500 000 граждан Финляндии к концу 2023 года. В первой работе исследователи изучили данные 224 737 участников FinnGen и соотнесли их с информацией о 15 распространенных заболеваниях, которая была получена в более ранних работах по поиску геномных ассоциаций (GWAS). Во второй — проанализировали влияние 44 370 аллелей, присутствующих в генотипе в гомозиготном и гетерозиготном состояниях, на развитие 2444 заболеваний, используя данные электронных медицинских карт 176 899 финских граждан. В результате авторы каждой из работ обнаружили новые взаимосвязи генетических вариантов с часто встречающимися заболеваниями у людей. Например, авторы второй работы установили, что из 20 выявленных взаимосвязей «аллель гена—болезнь» 13 были бы упущены при использовании стандартной модели GWAS.

По мнению авторов работ, полученные результаты показывают, насколько информативны могут быть биобанки в изучении генетических основ заболеваний, а также способны помочь в понимании роли тех или иных генетических вариантов, а также их доз, в развитии патологий. — FinnGen provides genetic insights from a well-phenotyped isolated population, Mono- and biallelic variant effects on disease at biobank scale, «Биомолекула»: «В поисках „национального генотипа“», «Щепки в потоке истории».

Развитие сарком связано с нарушением структуры генов, вовлеченных в построение теломер и деление клеток

В другой работе исследователи углубились в изучение биологии сарком — видов рака мышечной и соединительных тканей, которые часто развиваются у более молодых пациентов и трудны в излечении.

В ходе исследования были секвенированы геномы тысяч пациентов, их семей и контрольных групп по всему миру. В результате выявили два специфичных для развития саркомы пути: один вовлечен в процессы митоза, второй — в формирование теломер. Так, мутации генов центросомы — органоида, из микротрубочек которого образуются нити веретена деления, — связаны со злокачественными перерождениями оболочек периферических нервов и опухолями желудочно-кишечного тракта. А изменение структуры генов, кодирующих белки шелтерина, были ассоциированы с риском не только саркомы, но и меланомы, рака щитовидной железы.

Полученные результаты, по словам авторов, указывают на особую роль патологий митоза и конструирования теломер, вызванных изменениями генов, в риске развития сарком. — Heritable defects in telomere and mitotic function selectively predispose to sarcomas, «Биомолекула»: «Путь клетки „из греков в варяги“. Малигнизация: причины и следствия», «Теломеры и новые мишени протоонкогенной терапии».

Эволюционная геномика

Аллели домашней курицы захватывают геном вида-прародителя

Ученые оценили проникновение генов (интрогрессию) домашней курицы Gallus gallus domesticus в геном ее дикого предка — банкивской джунглевой курицы Gallus gallus, одомашнивание которой произошло примерно 4–10 тысяч лет назад предположительно в Юго-Восточной Азии. Дело в том, что эти группы птиц способны скрещиваться, что приводит к смешению генофондов. Эта особенность обеспокоила защитников природы, поскольку интрогрессия генов одомашненного животного в геном дикого может поставить под угрозу сохранение последнего.

Исследователи секвенировали ДНК Gallus gallus из музейных образцов, собранных в период с 1874 по 1939 годы, и сравнили их с геномами ныне живущих диких и домашних птиц. Оказалось, что геном современной банкивской курицы, в сравнении с ДНК ранее живущих представителей, содержит больше генов домашней курицы — интрогрессия усилилась за последнее столетие. Ученым удалось идентифицировать восемь генов одомашнивания у Gallus gallus domesticus. Эти гены задействованы в развитии мозга, зрении, размножении, что могло бы объяснить особенности этих процессов у домашних птиц.

Авторы работы заключили, что могут потребоваться усилия для сохранения генетического разнообразия дикой банкивской курицы, а полученные результаты могут стать отправной точкой для разработки мер защиты птиц. — Historic samples reveal loss of wild genotype through domestic chicken introgression during the Anthropocene, Chickens’ DNA is fouling the genomes of their wild relatives.

Иммунология

Т-лимфоциты сохраняют функциональное состояние дольше, чем способен прожить организм

Ученые из Германии и США заинтересовались пролиферативным потенциалом CD8+ Т-лимфоцитов, в клеточном цикле которых период покоя прерывается активацией с характерным переходом к трем раундам деления, по 15–20 делений каждый.

Исследователи иммунизировали мышей, после чего из их селезенки и лимфатических узлов брали Т-клетки и пересаживали их другим мышам. Затем грызунов иммунизировали и повторяли процедуру с отбором и пересаживанием клеток другой группе грызунов на протяжении 10 лет. Оказалось, что Т-лимфоциты сохранили как способность к размножению в ответ на иммунизацию, так и длину теломер, расположенных на концах хромосом. В тоже время, пересаженные клетки накапливали маркеры, такие как PDCD1 и TOX, указывающие на истощение иммунной функции при хронических инфекциях. Однако клетки сохраняли способность к делению в ответ на действие антигена.

Авторы работы отмечают, что предложенная ими модель позволяет лучше разобраться в процессах дифференцировки и истощения клеток, связанных с раком и старением, а также подтверждает способность Т— лимфоцитов сохранять потенциал размножения на протяжении периода, превышающего продолжительность жизни организма. — Functional T cells are capable of supernumerary cell division and longevity, «Биомолекула»: «Т-лимфоциты: путешественники и домоседы», «Т-клетки — марионетки, или как перепрограммировать Т-лимфоциты, чтобы вылечить рак».

Онтогенез

Белковые факторы удерживают рибосомы в неактивном состоянии на ранних этапах эмбриогенеза

Изучая эмбрионы рыбки Danio rerio и лягушки Xenopus laevis, ученые описали молекулярные механизмы активации рибосом на ранних этапах эмбрионального развития. Рибосомы — органоиды клетки, участвующие в синтезе полипептидных цепей (трансляции), — образуются в больших количествах во время развития яйцеклеток (овогенеза). Однако в яйцеклетке, как и в эмбрионе на ранних сроках эмбриогенеза трансляция подавлена. При помощи масс-спектрометрии и криоэлектронной микроскопии исследователи наблюдали за состоянием рибосом в зародышах рыб и земноводных.

Покоящиеся рибосомы связаны с четырьмя факторами, которые образуют две группы: первая — Habp4-eEF2, вторая — белок Dap1b (известный у млекопитающих как Dapl1) или его комплекс с eIF5A. Обе группы занимают функциональные участки рибосом и действуют совместно, стабилизируя рибосомы и подавляя трансляцию. В экспериментах in vitro введения рекомбинантного белка Dap1b было достаточно для блокирования трансляции и инактивации рибосом яйцеклетки млекопитающих.

Таким образом, репрессия трансляции на ранних этапах развития зародыша опосредована белковыми факторами, инактивирующими рибосомы. — A molecular network of conserved factors keeps ribosomes dormant in the egg, «Биомолекула»: «Рибосома за работой», «Чего вы не знаете о рибосоме...», «В каждой бочке затычка: как тетраценомицин X затыкает бактериальные и эукариотические рибосомы».

Микробиология

Насколько микробиом человека зависит от семьи, друзей и соседей?

Для того, чтобы найти ответ на представленный в заголовке вопрос, исследователи изучили микробный состав в почти 10 тысячах образцах слюны и кала, собранных у людей из разных уголков планеты: от деревенских жителей Аргентины до горожан в Китае, Европе и Северной Америке. Затем сравнили штаммы микроорганизмов, обнаруженных в кишечнике и полости рта между людьми разных групп — членами семьи, возлюбленными, близнецами, сожителями по дому и др.

Ученые обнаружили тесную связь микробиомов кишечника матери и ребенка (совпадение профилей метагеномов составило около 50%), которая сохранялась на протяжении жизни. Так, даже у пожилых людей в возрасте 50–85 лет сохранялись общие с их матерями штаммы кишечных бактерий, правда, в меньшей степени по сравнению с младенчеством. Напротив, состав микробиома ротовой полости определялся скорее соседями и продолжительностью совместного проживания, нежели возрастом людей или их генотипами. Чем дольше люди разделяли общее пространство, тем более схожими становились их микробиомы.

Как отметили авторы работы, полученные результаты могут иметь важное значение для понимания распространения заболеваний, таких как рак, диабет и ожирение, которые связаны с нарушением функции микробных сообществ в организме человека. — The person-to-person transmission landscape of the gut and oral microbiomes, «Биомолекула»: «Стражи микробиома», «Микробиом кишечника: мир внутри нас», «Чего от нас хотят микробы?».

Ботаника

Рецепторы симбиоза в клетках бобовых растений

Исследователи выявили рецепторный комплекс в мембранах клеток Lotus japonicus, который отвечает за развитие корневых клубеньков. Этот вид относится к семейству Бобовые, отличительной особенностью которого является симбиоз с азотфиксирующими бактериями, заселяющими корни растений с образованием клубеньков.

Экспериментаторы использовали нанотела для управления сборкой и активацией рецепторов, фиксируя изменения в формировании клубеньков. Оказалось, что основу комплекса составляют рецепторы к фактору Nod — NFR1 и NFR5. Более того, развитие корневых клубеньков происходило после образования рецепторного комплекса и было вызвано именно внутриклеточными доменами (обращенными внутрь клетки), содержащими киназы, в то время как эктодомены (обращенные во внеклеточный матрикс), распознающие Nod, были задействованы в процессах заселения клубеньков бактериями.

Наконец, ученые идентифицировали рецепторы в клетках ячменя, которые активировали образование корневых клубеньков лотоса, что, по мнению авторов, позволит спроектировать азотфиксацию и в злаках. — Nanobody-driven signaling reveals the core receptor complex in root nodule symbiosis, «Биомолекула»: «Биолюминесцентные и симбиотические микроорганизмы», «Симбионты вокруг нас».

Экология

Основные причины сокращения лесных запасов планеты нуждаются в пересмотре

Часто утрату лесов связывают с нуждами сельского хозяйства, однако в новой работе исследователи продемонстрировали значение иных факторов — добычи полезных ископаемых и древесины на экспорт. К таким выводам авторы пришли, проанализировав данные о состоянии нетронутых лесных массивов в период с 2000 по 2013 год.

Оказалось, что с производством сельскохозяйственной продукции, такой как продукты питания и ткани, связаны потери 39% лесов по всему миру. В то же время, производство бумаги, добыча полезных ископаемых и металлов привела к сокращению более 60% массивов. Согласно результатам статистического анализа, треть от этого объема опосредована экспортом из России, Канады и тропических областей в Китай, ЕС и США.

В завершение авторы призвали правительства стран к более активному участию в сохранении лесов и вмешательству в цепочки поставок с учетом широкого действия факторов, обусловливающих сокращение лесных запасов, и их связи с конечными потребителями. — Risk of intact forest landscape loss goes beyond global agricultural supply chains, Unspoilt forests fall to feed the global supply chain, «Биомолекула»: «Зеленые лекарства будущего».

Световое загрязнение затрудняет любование звездами

Засвечивание неба в темное время суток искусственными источниками освещения обуславливает световое загрязнение. В новой работе, результаты которой опубликованы журналом Science, ученые попросили волонтеров гражданской науки оценить яркость небесных светил при разном уровне подсвечивания. Исследование продолжалось в период с 2011 по 2022 годы, за который было совершено более 51 тысячи наблюдений невооруженным глазом за видимостью звезд.

Участники отметили, что количество видимых звезд уменьшается при больших количествах света. Ученые объяснили это возрастанием освещенности неба на 7–10% в год в пределах диапазона, видимого для человеческого глаза. При этом, измерение интенсивности освещения при помощи спутников неточно, так как они не чувствительны ко всем длинам волн, создаваемым светодиодным освещением, или к свету, изучаемому в горизонтальном направлении.

Авторы работы пришли к двум выводам. Первый: видимость звезд ухудшается, несмотря на (или, возможно, из-за) внедрения светодиодов в системах освещения. Второй постулирует пользу инициатив гражданской науки, которые предоставляют дополнительные данные к тем, что получены при помощи измерительных приборов. — Citizen scientists report global rapid reductions in the visibility of stars from 2011 to 2022, «Биомолекула»: «Эта ночь не похожа на ночь, или Что нужно знать о влиянии светового загрязнения на наши биоритмы».

Технологии

Микроскоп за 4 доллара

Новость, которая может заинтересовать поклонников микроскопии и всех причастных, появилась в журнале Nature. В ней сообщается о микроскопе, детали которого были напечатаны на 3D-принтере за 50 минут.

Исследователи разработали увеличительный прибор шириной 8 миллиметров. Он построен из пяти деталей, полученных при помощи 3D-печати, а также линзу из синтетической смолы. Микроскоп оснащен датчиками и системой магнитов и катушек, которая позволяет фокусироваться на объектах, расположенных на разных расстояниях. По словам создателей, оптические характеристики микроскопа можно легко настроить в соответствии с нуждами исследования без помощи специально обученного персонала.

Авторы подсчитали стоимость такого микроскопа — она составляет менее 4 американских долларов. При этом, за невысокую цену покупатель получит прибор, производительность которого сопоставима с таковой у других коммерческих продуктов. — 3D Printing a Low-cost Miniature Accommodating Optical Microscope, This mini-microscope is low-cost but high-performance, «Биомолекула»: «Микроскопия в домашних условиях», «2 методов в картинках: микроскопия», «Лучше один раз увидеть, или Микроскопия сверхвысокого разрешения».