Nature #558 (7708) + онлайны: генетический атлас протеома плазмы человека, неэффективная защита ученых от нападок защитников животных и важность подбора лексики при освещении медицинских тем

• Искусственные нейронные сети. Нейронные сети давно вдохновляют ученых. Они пытаются построить электронные схемы, которые были бы способны обрабатывать большие объемы данных, но технически это очень непросто. Кроме того, современным наноэлектронным устройствам трудно угнаться за мощностями больших компьютеров. Сейчас исследователи создали искусственную нейронную сеть с более чем 200 000 синапсов, которая может классифицировать сложные подборки изображений. Она используется на наноэлектронных устройствах и при этом работает наравне с программным обеспечением обычных компьютеров, но потребляя меньше энергии. — Two artificial synapses are better than one, Equivalent-accuracy accelerated neural-network training using analogue memory.
• Нейробиология. Энграммы — это форма, в которой наши воспоминания хранятся в головном мозге в виде деятельности конкретных нейронных групп. Они появляются как результат модификации синапсов при обучении и запоминаются в виде опыта при реактивации. На мышиной модели изучения пространственной памяти исследователи выяснили, как определенные зоны гиппокампа (пирамидальные нейроны CA1—CA3 полей гиппокампа и зубчатая извилина) принимают участие в формировании энграммов как стабильной длительной, так и динамической памяти. — Parallel emergence of stable and dynamic memory engrams in the hippocampus.
• Генетическая экспрессия. Белки плазмы крови важны для многих процессов в организме. Они задействованы в некоторых патологиях и выступают в роли мишеней для некоторых лекарств. Тем не менее генетические факторы, которые контролируют изменения уровней плазменных белков внутри одного индивидуума, изучены плохо. Ученые исправили сложившуюся ситуацию и создали генетический атлас протеома плазмы человека, в который вошли 1927 генетических ассоциаций с 1478 белками. Анализ также выявил потенциальные терапевтические цели новых лекарств и перспективы использования уже существующих препаратов. Кроме того, авторы говорят и о потенциальных проблемах безопасности разрабатываемых соединений. — Genomic atlas of the human plasma proteome.
• Молекулярка. Британский журнал решил опубликовать еще не отредактированную рукопись, которую только приняли к публикации. В ней идет речь о белке Parkin (или убиквитинлигазе), необычайно важном для протеасомной деградации белков. Мутации в гене PARK2, кодирующем Parkin, и в гене PARK6, кодирующем протеинкиназу PINK1, связаны с аутосомно-рецессивным ювенильным паркинсонизмом. На клеточном уровне они нарушают процессы митофагии — разрушения поврежденных митохондрий. Parkin находится в аутоингибированном состоянии, и ему необходима активация — фосфорилирование — от PINK1, но в этом процессе многие детали были неизвестны. Исследователи пролили свет на то, как снимается аутоингибирование Parkin, и предлагают объяснение, как эта лигаза убиквитирует субстраты через домен RING2. — Mechanism of parkin activation by PINK1.
• Молекулярка. Окисленные фосфолипиды — это продукты неферментативного перекисного окисления липидов. Они образуются во многих воспаленных тканях, в том числе и в местах атеросклеротических поражений, и часто опосредуют провоспалительные изменения. Исследователи, которые давно занимаются этой темой, показали на гиперхолестеринемических мышах, что одноцепочечный вариабельный фрагмент антитела, связывающийся с фосфохолиновой частью окисленного фосфолипида, блокирует захват окисленного липопротеина низкой плотности макрофагами и уменьшает воспаление и развитие атеросклероза. Эти данные могут пригодиться в разработке терапии для снижения общего воспаления, включая прогрессирование атеросклероза, стеноза аорты и стеатоза печени. — Oxidized phospholipids are proinflammatory and proatherogenic in hypercholesterolaemic mice.
• Молекулярка. Клеточная ниша. Путь сигналинга Wnt—β-катенин невероятно важен для гомеостаза кишечного эпителия, поскольку он вовлечен в процесс обновления стволовых клеток. Например, клетки Панета тонкого кишечника секретируют лиганды к Wnt, что делает их формально клетками, формирующими нишу стволовых клеток в этом отделе кишечника. Ученые выяснили, что в толстом кишечнике такую роль берут на себя субэпителиальные мезенхимальные GLI1-экспрессирующие клетки. — GLI1-expressing mesenchymal cells form the essential Wnt-secreting niche for colon stem cells.
• Молекулярка. Клеточный цикл. Клетки млекопитающих объединяют митогенный и стрессовый сигналинг до конца фазы G1, чтобы определиться, пойдут ли они на еще один клеточный цикл. До репликации ДНК в S-фазе им необходимо активировать циклин-зависимые киназы (CDK), запустить транскрипционную программу E2F и инактивировать комплекс стимуляции анафазы APC. Последний пункт считается точкой невозвращения в клеточный цикл, поскольку стресс может вернуть клетку в состояние покоя после активации CDK2 и индукции E2F, но не после инактивации APC. Для быстрой инактивации APC нужен ингибитор EMI1, но как этот процесс контролируется? Исследователи продемонстрировали, что клетки млекопитающих, бесповоротно решающие уйти в новый клеточный цикл, увеличивают активность CDK2 и экспрессию мРНК EMI1. Это запускает необратимую инактивацию APC, опосредованную EMI1, который перестает быть субстратом APC и становится его ингибитором. — EMI1 switches from being a substrate to an inhibitor of APC/CCDH1 to start the cell cycle.
• Структурка. Образование эукариотических рибосомных субъединиц — это сложный многоступенчатый процесс. Качественные данные по их формированию доступны только для грибов, и поэтому ученые озаботились получением этой информации и для человека. С помощью криоэлектронной микроскопии они получили изображения структуры промежуточных соединений на поздней стадии сборки 40S рибосомной субъединицы человека. — Visualizing late states of human 40S ribosomal subunit maturation.
• Магниторецепция. Многих наверняка завораживает, как животные без какого-либо технического оборудования могут мигрировать на огромные расстояния и не сбиваться с маршрута. Nature представляет читателям большой обзор по способам навигации животных. Особое внимание уделено магниторецепции. — Long-distance navigation and magnetoreception in migratory animals. «Биомолекула»: «Роль биогенных нанокристаллов в работе биологической „машины времени“».
• Экология. Глобальное потепление. Среди целей Парижского соглашения Организации объединенных наций по вопросам глобального потепления — приложить все усилия, чтобы ограничить повышение температуры в рамках 1,5 °C по сравнению с температурой в доиндустриальную эпоху. Звучит хорошо, но сейчас неясно, какого же именно результата можно достичь, если цель будет выполнена. Из-за региональных вариаций и разной возможности адаптации популяций к климатическим изменениям исход все равно может очень различаться. Авторы статьи утверждают, что даже выполнение мер по ограничению потепления климата в вышеозвученных пределах не дает полной гарантии того, что в течение ближайших десятилетий мировые температуры не поднимутся намного выше, а некоторые региональные экстремумы не достигнут опасных уровней для экосистем и общества. — The many possible climates from the Paris Agreement’s aim of 1.5 °C warming.
• Экология. Микология. В совершенном мире важно понимать причины разнообразия почвенных организмов, ведь они направляют биогеохимические процессы и реагируют на изменение окружающей среды. Ученые подошли к проблеме масштабно и изучили эктомикоризальные грибы (эктомикориза — симбиоз между грибом и корнями растения) на 137 участках леса в 20 странах Европы. Выяснилось, что большую часть разнообразия этих грибов объясняют факторы окружающей среды и особенности растений и что применяемые сейчас для оценивания состояния экосистем экологические пороги нуждаются в корректировке. — Environment and host as large-scale controls of ectomycorrhizal fungi.
• Наука и СМИ. Онкология. Не секрет, что научные новости на телевидении и в газетах часто искажаются. Новые лекарства и методы терапии и очерняются, и превозносятся до небес — и это может повлиять на решение пациента о своем лечении. Сейчас врачи бьют тревогу: медиа некорректно освещает (а иногда и напрямую рекламирует) персонализированные способы лечения рака, включающие генетический анализ опухоли. Некоторые пациенты из-за этого не представляют себе клинических реалий лечения и того, что, хотя перспективы такой терапии действительно многообещающие, пока эта стратегия может помочь очень и очень небольшой доле больных. — Marketing personalized cancer treatments requires careful language.
• Наука и мир. Nature публикует материалы, где ученые критикуют руководство крупнейшего немецкого института Макса Планка за то, что оно не в состоянии защитить своих ученых от нападок активистов по правам животных. Речь идет о нейробиологе Никосе Логотетисе, который проводил множество экспериментов по изучению сознания и работы мозга на приматах (о его работах по изучению сознания на макаках и людях можно почитать, например, на сайте «Популярной механики»). Четыре года назад активист проник в лабораторию и заснял, по его пониманию, плохое обращение с обезьянами в опыте. Позже группа по защите животных подала на нейробиолога жалобу в полицию. Работа всего отделения биологической кибернетики в институте была нарушена, Логотетису пришлось перейти на опыты на грызунах, его карьера сильно пострадала, дело передано в суд. Нейробиолог отрицает все обвинения и доказывает, что все его манипуляции с животными были законны. — Max Planck scientists criticize handling of animal-rights charges against leading neuroscientist.

Science #360 (6393) + онлайны: органика на Марсе, сравнение генома человека и больших человекообразных обезьян и новая вспышка Эболы

• Астробиология. Американский научный журнал всегда выходит на день позже своего британского напарника, и поэтому успел включить свежайшую новость из космоса: на Марсе найдены органические соединения: тиофеновые, ароматические и алифатические соединения! Их обнаружил в кратере Гейл марсоход с набором инструментов для анализа SAM, который прибыл на Марс в 2012 году. Правда, пока нельзя гарантированно исключить привнесение органики с Земли. В любом случае, информация важна не только для научного мира, но и для всего человечества. Science посвятил этой теме три статьи. — Background levels of methane in Mars’ atmosphere show strong seasonal variations, Organic matter preserved in 3-billion-year-old mudstones at Gale crater, Mars, Organic molecules on Mars. «Биомолекула»: «Дикий-дикий космос».
• Геном. Что же делает человека человеком, хотя бы в генетическом смысле? Ответить на этот вопрос сейчас будет проще, ведь ученые прочитали геном больших человекообразных обезьян и сравнили его с геномом человека. Различия и общие места генетического материала шимпанзе, орангутана, гориллы и двух человек помогают выделить особые структурные варианты, характерные только для людей или только для обезьян и, в частности, показать, почему же мозг человека настолько особенный. — High-resolution comparative analysis of great ape genomes.
• Эмбриогенез. Информация о раннем развитии плода важна не только для пополнения копилки фундаментальных знаний, но и для практического применения. К примеру, процедуре ЭКО уже около сорока лет, а мы все еще не до конца понимаем, как вырастить здоровых эмбрионов и предотвратить нежелательные генетические и эпигенетические изменения. Они могут привести к множествам осложнений беременности и развития плода после подсаживания в матку. Данные, полученные на мышиных моделях, к сожалению, зачастую нельзя напрямую перенести на человека. В этой статье вы прочтете о том, что же мы узнали о ранних стадиях человеческого эмбриогенеза за последнее время и какие модели для этого использовались. — Exploring early human embryo development. «Биомолекула»: «„За экстракорпоральное оплодотворение“ — это не тост, а Нобелевская премия!».
• Беременность. Продолжая тему предыдущей статьи — какие же появляются новые методы слежения за развитием плода во время беременности? Желательно, недорогие и минимально инвазивные? Ученые на пилотной группе беременных женщин проверили два новых анализа крови. По результатам первого из них они смогли определить возраст плода и дату родов с точностью, сравнимой с точностью ультразвуковой проверки. Благодаря второму же удалось определить женщин с риском преждевременных родов. Планируется проверить оба теста на бóльшей выборке женщин в клинических испытаниях. — Noninvasive blood tests for fetal development predict gestational age and preterm delivery.
• Сердечно-сосудистые заболевания. Пожалуй, все наслышаны про холестерин, его роль в организме и связь с патологиями. Ученые выяснили, что у некоторых людей есть наследуемая мутация сдвига рамки считывания в гене LIMA1, изначально не связанного с метаболизмом липидов. Однако его мутация помогает поддержать низкий уровень «плохого» холестерина — липопротеинов низкой плотности LDL-C, уменьшая поглощение холестерина через кишечник. Авторы считают, что их статья поможет профилактике сердечных заболеваний. Ну а мы не будем забывать, что в последнее время вовлеченность холестерина в развитие атеросклероза ставится под сомнение, про что и можно прочесть на «Биомолекуле». — A LIMA1 variant promotes low plasma LDL cholesterol and decreases intestinal cholesterol absorption. «Биомолекула»: «Хороший, плохой, злой холестерин, Холестериновая страшилка, которая правит миром».
• Астма. Легочные нейроэндокринные клетки (pulmonary neuroendocrine cells, PNEC), находящиеся в дыхательных путях и альвеолярном эпителии, часто контактируют с сенсорными нервными волокнами. Они встречаются повсеместно у многих видов — даже в относительно примитивных легких у амфибий и рептилий. Ученые показали на мышах, что у животных без PNEC подавляются аллергические иммунные ответы. Этот тип клеток обнаружили в непосредственной близости от врожденных лимфоидных клеток 2 группы (ILC2s) в местах ветвления дыхательных путей. PNEC повышали активность ILC2 секрецией CGRP и индуцировали гиперплазию бокаловидных клеток через ГАМК. У пациентов с астмой же количество PNEC оказалось увеличено. Возможно, эти данные помогут в разработке новой терапии против астмы. — Pulmonary neuroendocrine cells amplify allergic asthma responses.
• Иммунология. При созревании аффинности происходит отбор В-лимфоцитов, которые экспрессируют варианты антител с лучшими антигенсвязывающими свойствами для защиты от патогенов. Ученые описали молекулярный механизм, который лежит в основе клоновой селекции и созревания аффинности В-лимфоцитов человека, выделяющих антитела против белка CSP малярийного плазмодия Plasmodium falciparum. — Antihomotypic affinity maturation improves human B cell responses against a repetitive epitope.
• Когнитивные способности. Некоторые простейшие, привычные для человека понятия очень сложно или даже невозможно понять животным. Например, в эту категорию входит число «ноль», то есть «ничего». Ученые полагали, что ни одно животное не понимает «ничего» как числовое значение. Однако оказалось, что обезьяны и птицы могут не только различать числовые величины, но и понимать, что пустое множество — самое маленькое на числовой линии. Сейчас исследователи выяснили, что осознание этого понятия есть и у медоносных пчел. — Honey bees zero in on the empty set, Numerical ordering of zero in honey bees.
• Генетика. При скрещивании дикого и домашнего рисов получаются стерильные гибриды. Такой генетический барьер может мешать перемещению потенциально полезных генов из дикого риса в одомашненные сорта. Исследователи решили разобраться в этом вопросе и показали, что локус количественных признаков QTL кодирует две открытые рамки считывания, экспрессируемые во время гаметогенеза. Они ответственны за два продукта: токсин, влияющий на развитие пыльцы, и антидот для ее жизнеспособности. Таким образом, эгоистичные генетические элементы могут служить основой эволюционных механимов постзиготической репродуктивной изоляции. — A selfish genetic element confers non-Mendelian inheritance in rice.
• Ботаника. В последнее время появляется все больше новостей про иммунитет растений. Ученые сейчас показали, что растения посылают к грибу-патогену внеклеточные везикулы с sRNA. Они поглощаются клетками гриба и «отключают» его гены вирулентности. Эти данные, несомненно, могут пригодиться в сельском хозяйстве для защиты сельскохозяйственных культур от заражения. — Targeting microbial pathogens, Plants send small RNAs in extracellular vesicles to fungal pathogen to silence virulence genes.
• Археология. Эволюция. До сегодняшнего момента все известные окаменелости четвероногих (тетрапод) и их четвероногоподобных лопастеперых рыб (Elpistostege, Tiktaalik и Panderichthys) девонского периода были найдены в тропиках. Однако ученые только что описали двух ранее неизвестных четвероногих и нашли их останки в Антарктике позднего Девона, в пределах южного полярного круга. Возможно, тетраподы были распространены по всей планете? — A tetrapod fauna from within the Devonian Antarctic Circle.
• Наука и жизнь. Вирус Эбола. После сильнейшей эпидемии 2014–2016 годов Эбола вернулась — на этот раз в Демократическую Республику Конго. Хотя уровень опасности все еще остается высоким, есть все основания полагать, что новую вспышку геморрагической лихорадки удастся взять под контроль: государство и международные организации оперативно реагируют на ситуацию. Кроме того, большой вклад должна внести вакцина от «Мерк», которую уже распространяют среди населения. Но все же, по мнению автора, этого недостаточно, чтобы победить вирус насовсем. — Still not ready for Ebola. «Биомолекула»: «Уколы от Эболы» и «Вирус Эбола и макак-резус: получено новое эффективное лекарство».