Дайджест вышел при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках инициативы «Десятилетие науки и технологий».

---

Министерство образования России активно содействует популяризации науки, поддерживает молодых исследователей и формирует передовую инфраструктуру для отечественных институтов и университетов.

---

«Десятилетие науки и технологий» — это масштабная государственная инициатива в России, проводимая с 2022 по 2031 год. Проект включает в себя комплекс инициатив, проектов и мероприятий. Все они направлены на усиление роли науки и технологий в решении важнейших задач развития общества и страны.

Генетика и эволюция

Как растение обзавелось геномом в 35 раз больше, чем у своего родственника

Геномы некоторых растений неприлично велики — и, как правило, раздуты за счет мобильных генетических элементов — транспозонов, которые умеют копировать сами себя и расселяться по геному. Но как именно этот процесс запускается и к чему в итоге приводит, было не до конца понятно. Китайские ботаники под руководством Хунчжи Кона из Института ботаники Китайской академии наук секвенировали геном чернушки дамасской, декоративного растения из семейства лютиковых, и сравнили его с геномами родственных видов — в том числе аквилегии (водосбора), чей геном в десятки раз компактнее. Оказалось, что за 60 миллионов лет геном чернушки разросся в разы, причем почти пятая часть всех ее генов, кодирующих белки, оказалась так или иначе связана со вставками транспозонов — где-то они удлинили интроны, где-то изменили саму кодирующую последовательность, а где-то и вовсе породили новые гены, которых нет ни у одного другого вида семейства. Именно с этими вставками исследователи связывают появление у чернушки характерных для нее сложных лепестков, сросшихся плодолистиков и особого набора вторичных метаболитов — то есть транспозоны здесь работали не просто балластом, а материалом для эволюционных новшеств. — The Nigella damascena genome provides insights into transposable element-driven genomic gigantism and trait evolution.

Восемь нот, из которых сложены все птичьи песни

Французские исследователи под руководством Квентина Бакеле собрали и проанализировали огромную коллекцию записей песен воробьиных птиц — самой многочисленной и разнообразной группы пернатых, куда входит больше 3000 видов. Несмотря на кажущееся богатство птичьего пения, все оно, как выяснилось, складывается из восьми базовых акустических мотивов: трелей, свистов, гармонических «стопок» звуков и хаотичных нот. В среднем, каждый вид использует лишь около пяти из них, комбинируя по-своему. Интересно, что сама природа леса подталкивает птиц к более простым песням — густая листва плохо пропускает сложные звуки, — тогда как в умеренных широтах, где акустика чище и половой отбор сильнее, песни становятся изощреннее. Судя по всему, сами мотивы появились еще на заре эволюции воробьиных, а дальше просто подстраивались под местные условия. — The global biogeography of passerine songs, «Биомолекула»: «Что общего между пением птиц и речью человека?».

Организатор гребневика повторил опыт вековой давности

В 1924 году Ганс Шпеман и Гильда Мангольд показали, что губа бластопора у зародышей амфибий способна организовать формирование второй оси тела — открытие, за которое Шпеман позже получил Нобелевскую премию. Спустя сто лет Дмитрий Кремнёв, Анастасия Лебедева, Ирина Генихович и Андреас Хейноль решили повторить этот классический эксперимент, но уже на гребневике Mnemiopsis leidyi. Пересадка губы его бластопора действительно индуцирует у зародыша второе «горло», а если ту же ткань пересадить эмбриону стрекательного полипа Nematostella, у него закладывается вторая ось тела. За сигнал отвечают знакомые всем эмбриологам пути — β-катенин и TGFβ. Получается, что роль «организатора» могла быть унаследована от общего предка еще до того, как разошлись линии гребневиков, стрекательных и позвоночных. — A blastoporal organizer in a ctenophore.

Первый настоящий сахар найден в космосе

Испанские астрохимики Исаскун Хименес-Серра и Карлос Брионес обнаружили в молекулярном облаке G+0.693, расположенном у центра нашей Галактики в 27 тысячах световых лет от Земли, эритрулозу — четырехуглеродный сахар, который встречается, среди прочего, в малине. До сих пор в межзвездной среде находили только простейшие сахароподобные молекулы вроде гликольальдегида, так что это первый «настоящий» сахар — с тремя и более атомами углерода, — обнаруженный за пределами Солнечной системы. Наблюдения велись на радиотелескопах IRAM и Yebes в Испании. Эритрулоза способна превращаться в эритрозу — вещество, тесно связанное с добиологической химией, — а значит, подобные молекулы вполне могли попасть на молодую Землю в огромных количествах во время поздней тяжелой бомбардировки около четырех миллиардов лет назад и внести свой вклад в появление жизни. — First ‘true sugar’ molecule found in space — offering hints to life’s origins, «Биомолекула: «Дикий-дикий космос», «Приключения аминокислот: в космосе, на Земле и под землей».

Медицина

Вирус Эпштейна–Барр и рассеянный склероз: найден недостающий механизм

Вирусом Эпштейна—Барр заражены практически все взрослые люди, но рассеянный склероз развивается лишь у немногих, и почему так происходит, до недавнего времени оставалось неясно. Наталия Дросу и коллеги из Mass General Hospital показали в исследовании Science Translational Medicine, что у невылеченных пациентов с рассеянным склерозом иммунный ответ CD4+ T-клеток на поздние литические антигены вируса оказывается заметно, почти вдвое, сильнее, чем у здоровых людей. А препарат фрексалимаб, истощающий именно эту популяцию T-лимфоцитов, снижает выраженность ответа. Рассеянный склероз затрагивает около трех миллионов человек по всему миру, и эта работа впервые указывает на конкретное звено в цепочке событий, которое связывает вирус с болезнью, — а значит, и на возможную точку для терапевтического вмешательства. — Biologists pinpoint how common virus triggers multiple sclerosis, «Биомолекула»: «Рассеянный склероз: иммунная система против мозга», «Лимфома Беркитта: как вирус Эпштейна — Барр гены сближал».

Человеческие сперматозоиды впервые «выросли» под почкой мыши

Команда Котаро Сасаки из Университета Пенсильвании перепрограммировала клетки крови взрослого человека в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, довела их до стадии первичных половых клеток, объединила с поддерживающими клетками мышиного эмбриона и пересадила получившуюся конструкцию под почку мыши. Спустя полгода там сформировались сперматогонии — самые ранние из известных предшественников сперматозоидов; похожий эксперимент удался и с клетками макаки-резуса. До полноценных зрелых сперматозоидов дело пока не дошло, но модель уже позволяет заглянуть на самые ранние этапы сперматогенеза, которые иначе просто не увидеть — у человека они скрыты внутри эмбриона. Работа особенно важна для мужского бесплодия, на которое приходится значительная часть случаев бесплодия в паре. — Lab-grown sperm: scientists inch closer to fertility breakthrough, «Биомолекула»: «Сперматогенез: через тернии к звездам», «Клеточные технологии в регенеративной медицине».

Кахексию «переписали» как болезнь всего организма, а не просто «побочный эффект» опухоли

Кахексию — изнурительное истощение, которое настигает подавляющее большинство пациентов на поздних стадиях рака, — долго считали неприятным, но второстепенным осложнением опухоли. Крупный международный консорциум CANCAN в рамках программы Cancer Grand Challenges несколько лет переосмысливал это состояние как системное нарушение обмена веществ во всем организме — и уже подтолкнул к клиническим испытаниям новые препараты. Параллельно вышедшая работа в Science описывает конкретный механизм: опухоли легкого выделяют молекулу PGE2, которая активирует чувствительные нейроны, посылающие сигнал по блуждающему нерву прямо в ствол мозга и подавляющие аппетит. Если переключить эти нейроны с глюкозы на жирные кислоты через фермент CPT1a, кахексия развивается быстрее, а блокада того же фермента у мышей, наоборот, ее предотвращает. — New hope in the fight against cachexia — cancer’s deadly co-conspirator.

Карта того, как глиома меняет свою «личность» при рецидиве

Кевин Джонсон, Авишай Шпицер и Роэл Верхак с коллегами профилировали опухолевую ткань, взятую от трех десятков пациентов с олигодендроглиомой и астроцитомой, используя одновременно несколько методов одноклеточного секвенирования. Им удалось выделить два разных пути прогрессии болезни: в одном случае опухолевые клетки теряют дифференцировку и активно делятся, что сопровождается новыми генетическими поломками вроде гипермутаций; в другом — клетки приобретают мезенхимальное, более агрессивное состояние — причем это происходит независимо от генетики опухоли и совпадает с наплывом иммунных клеток-макрофагов. Так впервые сложилась цельная карта того, как именно глиома «перерождается» при рецидиве. — Acquired genetic and cell-state changes in IDH-mutant glioma progression.

Нейробиология

3D-структура генома добавляет новый слой к картине болезни Альцгеймера

Ян Чжан, Синьюэ Лу, Цзянь Ма и коллеги из Университета Карнеги — Меллона применили метод GAGE-seq, который в одной и той же клетке одновременно измеряет и активность генов, и то, как участки ДНК контактируют друг с другом в пространстве, — к посмертной ткани префронтальной коры больных Альцгеймером и здоровых доноров. Оказалось, что у больных активные и «молчащие» участки генома теряют четкие пространственные границы: происходит своеобразное перемешивание компартментов ядра. Специально обученная модель на основе трансформеров, Hicformer, показала, что без учета именно трехмерной структуры хроматина предсказать активность генов в клетках болезни куда сложнее. При этом у нейронов страдает синаптическая функция, а у клеток микроглии нарастают признаки метаболического стресса и клеточного старения. Получается, что к привычным амилоиду и тау-белку добавляется еще один, куда менее очевидный слой патологии — нарушение самой архитектуры хроматина. — Single-cell multiomics connects 3D genome and transcriptome alterations in Alzheimer’s disease.

Микроглия массово обновляется в среднем возрасте

Команда Бинг Рена из Нью-Йоркского геномного центра и Колумбийского университета изучила на уровне отдельных клеток образцы гиппокампа людей самого разного возраста — от совсем молодых до глубоко пожилых. Оказалось, что где-то между пятьюдесятью и семьюдесятью пятью годами эмбриональная микроглия — резидентные иммунные клетки мозга, которые, как долго считалось, закладываются еще до рождения и живут всю жизнь, — заметно редеет и постепенно замещается клетками, больше похожими на моноциты крови, с более выраженным воспалительным профилем. Это прямо опровергает устоявшееся представление о неизменности микроглии. Параллельно деградируют и клетки, поддерживающие гематоэнцефалический барьер. Работа вышла в рамках того же спецвыпуска, посвященного проекту 4D Nucleome. — Brain immunity may undergo a major midlife overhaul, «Биомолекула»: «Микроглия: роль „иммунных“ клеток центральной нервной системы в здоровом мозге и при ней­ро­де­ге­не­ра­тив­ных заболеваниях».

Биотехнологии

Первый общеклеточный атлас 3D-генома и метилирования по всему телу

Ученые из Salk Institute и Arc Institute создали первый в своем роде атлас, в котором для одних и тех же клеток одновременно измерены и трехмерная укладка генома, и метилирование ДНК. Атлас охватывает почти 87 тысяч клеток, взятых из 16 разных тканей человека, и выявляет свыше миллиона участков, различающихся по метилированию между типами клеток. Сопоставление этих данных с известными факторами риска заболеваний дало наглядную картину: варианты, связанные с уровнем глюкозы в крови, ложатся на эндокринные клетки, с мерцательной аритмией — на клетки сердечной мышцы, с облысением — на кожные фибробласты, а с биполярным расстройством и шизофренией — на возбуждающие и тормозные нейроны. Атлас уже выложен в открытый доступ для всех желающих. — Human body single-cell atlas of three-dimensional genome organization and DNA methylation, Two ways to read a genome: scientists reveal the first body-wide, single-cell atlas that maps dna folding and epigenetics together.

ИИ спроектировал белки, а направленная эволюция довела дело до конца

В Nature вышла работа, где нейросеть ProteinMPNN сначала «переработала» несколько протеаз ботулотоксина, сделав их более стабильными, но сохранив исходную каталитическую активность. После этого исследователи запустили фаговую непрерывную эволюцию (PACE), стартуя уже с ИИ-версий белков, — и получили протеазы с более высокой активностью, чем при эволюции от природных вариантов. Например, эволюционировавшая версия протеазы BoNT/E, нацеленной на расщепление атаксина-2 (белка, связанного с нейродегенеративными заболеваниями), оказалась в десятки раз более специфичной, чем аналогичный белок, доведенный эволюцией напрямую от дикого типа. Иными словами, ИИ-дизайн и направленная эволюция белков — не конкурирующие подходы, а инструменты, которые отлично усиливают друг друга. — AI-redesigned starting points and outcomes enhance protein evolution, «Биомолекула»: «От структуры к функции: революция ИИ в белковом дизайне».

Изюминка выпуска

Золотой век языков: две тысячи лет назад на Земле говорили в разы больше народов, чем сейчас

Дамиан Бласи, Клэр Боуэрн, Маркус Гамильтон и Расселл Грей смоделировали, как менялось языковое разнообразие человечества на протяжении последних 12 тысяч лет — от первых обществ охотников-собирателей до наших дней. Получилась неожиданная картина: языков вовсе не было больше всего в глубокой древности — их число росло вместе с переходом к земледелию и ростом населения, а пика достигло удивительно поздно, где-то между тысячей и тремя тысячами лет назад. В этот «золотой век» на планете могли одновременно существовать до 75 тысяч разных языков — в несколько раз больше, чем 7500 языков, на которых говорят сегодня. А дальше начался стремительный спад, причем задолго до эпохи европейских колониальных завоеваний: его запустил подъем крупных государств и империй вроде Римской, чьи языки постепенно вытесняли наречия покоренных народов. Сегодня половина всех сохранившихся языков находится под угрозой исчезновения, и каждый год человечество теряет последних носителей еще нескольких из них. — Study uncovers lost ‘golden age’ of languages, The golden age of language was a few thousand years ago.