Молекулярная биология

Раскрыт молекулярный механизм «узнавания» партнера в симбиозе бобовых и ризобий

Международная группа исследователей выяснила, как азотфиксирующие бактерии ризобии на молекулярном уровне распознают сигналы «своего» растения-хозяина. Всё начинается с выделения растением флавоноидов в почву. Эти молекулы служат химическими сигналами, которые воспринимаются бактериями и запускают ответную программу. Ключевую роль в этом процессе играет бактериальный транскрипционный фактор NodD, активируемый флавоноидами и запускающий синтез Nod-факторов — сигнальных молекул, распознаваемых растением.

Авторы показали, что специфичность такого «химического диалога» определяется тонкими структурными особенностями NodD. Структурный анализ белка NodD у бактерии Rhizobium leguminosarum (симбионт гороха) выявил два кармана, критически важных для связывания флавоноидов. Сравнение с NodD1 бактерии Sinorhizobium medicae, симбионта люцерны, показало, что форма этих карманов и набор отдельных аминокислот определяют, какие именно флавоноиды способны активировать белок. Ключевым подтверждением стала успешная замена «распознающих» участков NodD: химерный белок, сочетающий основу NodD горохового симбионта с аминокислотами, отвечающими за распознавание флавоноидов люцерны, позволил восстановить азотфиксацию у мутантных бактерий. — The molecular basis of the binding and specific activation of rhizobial NodD by flavonoids.

Иммунология

Альбумин оказался ключевым фактором естественной защиты от мукормикоза

Ученые выявили ранее неизвестный механизм естественной защиты организма от мукормикоза — опасной грибковой инфекции с высокой летальностью. Авторы показали, что центральную роль в защите играет альбумин — основной белок крови.

Анализ данных трех независимых когорт пациентов с мукормикозом выявил гипоальбуминемию как характерную метаболическую аномалию и маркер неблагоприятного исхода инфекции. Эксперименты подтвердили клинические наблюдения: очищенный альбумин подавлял рост грибков Mucorales, а мыши с дефицитом альбумина были особенно уязвимы именно к мукормикозу.

Механизм защитного действия оказался связан с жирными кислотами, переносимыми альбумином. Связанные с альбумином свободные жирные кислоты сохраняют противогрибковую активность, поскольку альбумин предотвращает их окисление — процесс, полностью устраняющий их защитные свойства. При этом в сыворотке пациентов с мукормикозом обнаруживались повышенные уровни окисленных жирных кислот.

Физиологически альбумин-связанные жирные кислоты подавляют синтез белка у грибов и блокируют экспрессию ключевых факторов вирулентности, делая возбудителя неспособным вызывать заболевание. Таким образом, альбумин не просто ограничивает рост патогена, а направляет его к «выключению» программы патогенности в ответ на неблагоприятные метаболические условия. — Albumin orchestrates a natural host defence mechanism against mucormycosis, «Биомолекула»: «Альбумин VS Альцгеймер».

Онкология

Метастазы рака молочной железы зависят от сочетания питательных веществ в органах

Ученые исследовали, какие факторы определяют способность рака молочной железы образовывать метастазы в разных органах. В ходе исследования были измерены уровни 124 метаболитов в различных тканях мышей и сопоставлены с ростом метастатических опухолей. Чтобы напрямую связать доступность питательных веществ с выживаемостью опухолевых клеток, исследователи генетически модифицировали клетки рака молочной железы так, чтобы они зависели от определенных питательных веществ, и наблюдали, в каких органах такие клетки способны формировать метастазы.

Результаты показали, что наличие или отсутствие одного конкретного питательного вещества не определяет орган-мишень для метастазирования. Вместо этого решающую роль играет сложное сочетание нескольких питательных веществ в микроокружении. При этом было выявлено, что синтез пуринов необходим для роста опухоли и формирования метастазов во многих органах — и это требование сохраняется независимо от того, насколько богата ткань нуклеотидами или насколько активно опухоль синтезирует их de novo. Таким образом, органоспецифичность возникновения метастазов зависит как от внутренних метаболических свойств опухолевых клеток, так и от микроокружения. — Nutrient requirements of organ-specific metastasis in breast cancer, «Биомолекула»: «Во власти опухоли: почему метастазы так сложно остановить?».

Нейробиология

Ученые воспроизвели обезболивающее действие опиоидов

Исследователи выяснили, как опиоидные анальгетики воздействуют на переднюю поясную кору — область мозга, играющую ключевую роль в аспектах болевого опыта — и использовали это знание для создания новой стратегии точечного обезболивания.

С помощью анализа поведения мышей ученые обнаружили, что после повреждения нерва в этой области формируется устойчивый патологический паттерн активности, связанный с хроническим, эмоционально тягостным состоянием боли. Показано, что морфин избирательно воздействует на популяцию нейронов передней поясной коры, кодирующую спонтанные болевые поведенческие реакции. Препарат обращал вспять патологическую нейронную динамику и снижал аффективно-мотивационные проявления боли (эмоции и поведение), при этом не влияя на сенсорное восприятие и рефлексы. Такой эффект соответствует тому, как опиоиды уменьшают «неприятность» боли у человека, не устраняя сам болевой сигнал полностью.

Опираясь на эти результаты, авторы разработали генную терапию, нацеленную на опиоид-чувствительные нейроны передней поясной коры. Использование синтетического промотора μ-опиоидного рецептора позволило избирательно подавлять активность этих нейронов. Такая терапия воспроизвела обезболивающий эффект морфина при хронической нейропатической боли. — Mimicking opioid analgesia in cortical pain circuits, «Биомолекула»: «Идеальный опиоид, или Как избавиться от Дамоклова меча».

Собаки учатся новым словам, подслушивая разговоры, как полуторагодовалые дети

Нейробиологи исследовали, способны ли собаки усваивать новые слова не через прямое обучение, а «подслушивая» разговоры людей, — так же, как это делают маленькие дети. В центре исследования оказалась небольшая группа «одаренных» к освоению слов собак (Gifted Word Learner dogs) — животных с необычно большим словарным запасом названий предметов. Такие собаки встречаются редко и не связаны с определенной породой или условиями содержания. Авторы применили экспериментальный подход, ранее разработанный для изучения речевого развития у детей раннего возраста.

Результаты показали, что эти собаки способны усваивать новые названия предметов, наблюдая за взаимодействием хозяев между собой, даже когда речь не адресована им напрямую. Более того, собаки успешно формировали связь между словом и объектом, даже если они не предъявлялись одновременно. По эффективности такого обучения некоторые животные не уступали, а иногда и превосходили детей в возрасте около полутора лет. Полученные данные свидетельствуют о том, что у отдельных собак существуют социально-когнитивные способности, функционально сопоставимые с навыками 18-месячных детей. Это указывает на то, что механизмы обучения через социальное наблюдение не являются исключительно человеческими и могли эволюционировать или формироваться и у других видов. — Dogs with a large vocabulary of object labels learn new labels by overhearing like 1.5-year-old infants.

Биоинженерия

Созданы мягкие биоразлагаемые импланты для беспроводного мониторинга глубоких тканей

Исследователи разработали мягкий биоразлагаемый имплантируемый сенсор, способный на расстоянии отслеживать ключевые физиологические параметры внутри организма. Новый имплант позволяет беспроводным образом измерять давление, температуру и механическую деформацию тканей на расстоянии до 16 сантиметров, сохраняя стабильность сигнала даже при изменении положения и угла считывания. В отличие от большинства имплантов, устройство не требует батарей или магнитов. Эффективность сенсора была подтверждена в экспериментах in vivo — при установке в брюшную полость лошадей. Дополнительные испытания ex vivo показали точное измерение деформаций без необходимости строгого контроля положения датчика. Разработка может найти применение в различных клинических задачах, где требуется доступ к физиологическим сигналам из глубины организма. — Soft biodegradable implants for long-distance and wide-angle sensing, «Биомолекула»: «Что такое ней­ро­про­те­зи­ро­ва­ние? Это вредно?».

Микробиология

Микробы в коре деревьев оказались важным регулятором атмосферных газов

Ученые показали, что микроорганизмы, обитающие в коре деревьев, играют важную роль в регулировании климата, активно участвуя в круговороте парниковых газов. Анализ микробиоты коры восьми распространенных видов деревьев Австралии показал, что в коре обитает огромное число микроорганизмов — до 6 триллионов клеток на квадратный метр. Геномные исследования выявили, что эти сообщества принципиально отличаются от почвенных и водных микробов и включают бактерии с гибким метаболизмом, способные использовать различные газообразные субстраты. Оказалось, что микробы коры могут поглощать метан, водород и угарный газ в присутствии кислорода, а при его нехватке — переходить к их выделению. Результаты показывают, что микробиота коры выполняет вместе с деревьями климаторегулирующую функцию. — Bark microbiota modulate climate-active gas fluxes in Australian forests.