https://biolabmix.ru/catalog/rna-transcription-mrna/?erid=LdtCKWnpq
Подписаться
Оглавление
Биомолекула

SciNat за июнь 2023 #1: эволюция, нейробиология, экология и чудеса инженерии

SciNat за июнь 2023 #1: эволюция, нейробиология, экология и чудеса инженерии

  • 338
  • 0,2
  • 0
  • 1
Добавить в избранное print
Дайджест

На обложке нового выпуска Science запечатлены золотистые курносые обезьяны (Rhinopithecus roxellana) — одни из сотен видов приматов, обнаруженных в мире. Международная группа исследователей проанализировала геномы нечеловеческих приматов от более чем 230 различных видов и продемонстрировала, как эти данные помогут узнать больше как о биологии нечеловеческих приматов, так и о нашем собственном здоровье. — Understanding our own order.

В первом июньском выпуске SciNat вы увидите, что соорудили инженеры и наконец-то осуществили химики, познакомитесь с микробным разнообразием кораллловых рифов, влиянием антидепрессантов на шизофренический спектр, а также узнаете, как нейроученые выступают против виктимблейминга (обвинения жертвы) и о многом другом.

Эволюция

Холод как эволюционный драйвер у одного из подсеймейств приматов

У приматов наблюдается разнообразный набор социальных систем, от одиночного образа жизни до больших многоуровневых обществ. Традиционная социоэкологическая модель объясняет это разнообразие реакцией на изменение окружающей среды, которое сформировало модели сотрудничества и конкуренции за ресурсы и защиту от хищников. Однако социоэкологическая модель не объясняет, почему симпатрические виды (живущие в одной и той же среде, но не скрещивающиеся) демонстрируют разные социальные системы.

Растет консенсус в отношении того, что социальная организация приматов наследуется от общего предка и поэтапно развивается вместе с видовой дифференциацией. Это предполагает наличие генетической основы для эволюции социальных систем животных.

Азиатские колобины, или тонкотелые обезьяны — подсемейство обезьян Старого света, которое представлено семью родами и 55 видами, обитающими от тропических лесов до снежных гор. Они обладают четырьмя различными типами социальной организации. Ученые интегрировали новые геномные данные с палеоэкологической информацией, летописью окаменелостей, характеристиками социальной организации, социальными поведенческими характеристиками и моделированием эколологических ниш, построив модель, определяющую давление отбира, которое формирует генетическую основу социальной эволюции у этого подсемейства приматов.

Ледниковые периоды в течение последних шести миллионов лет способствовали отбору генов, участвующих в связанном с холодом энергетическом обмене и нейрогормональной регуляции. У носачей (Nasalis) развились более эффективные пути, связанные с дофамином и окситоцином, что, возможно, способствовало продлению материнской заботы и лактации, увеличивая выживаемость младенцев в холодных условиях. Эти адаптивные изменения, по-видимому, усилили межиндивидуальную аффиляцию, повысили терпимость между самцамм и облегчили постепенную агрегацию независимых групп. — Adaptations to a cold climate promoted social evolution in Asian colobine primates.

Приматы

Рисунок 1. Ученые предполагают, что ледниковые периоды способствовали агрегации, когда группы предков, состоящие из одного самца и нескольких самок, сливались в большие многоуровневые общества.

Кортизол, мама и влияние сообщества на продолжительность жизни приматов

Для факторов, влияющих на приспособленность, механизмы наследования слабо определены, особенно у долгоживущих животных с продолжительным развитием. Используя более шести тысяч образцов мочи от 170 диких шимпанзе, исследователи разграничили вклад генетики, негенетических эффектов, свзязанных с материнством, и общих эффектов сообщества на изменение уровня кортизола. Уровень кортизола в организме долгоживущих приматов связан с их способностью выживать. Несмотря на наличие доказательств постоянной индивидуальной изменчивости уровня кортизола, межгрупповые эффекты внесли больший вклад в изменчивость данного признака.

Если сосредоточить внимание на внутригрупповых вариациях, негенетические эффекты, связанные с материнством, объясняют 8% индивидуальных различий в среднем уровне кортизола, что значительно больше, чем связанное с генетическими факторами, которое было неотличимо от нуля. Для шимпанзе и, возможно, других видов с длинной историей жизни влияние сообщества и матери оказываются важнее генетического наследования в формировании ключевых физиологических признаков. — Shared community effects and the non-genetic maternal environment shape cortisol levels in wild chimpanzees.

Нейробиология

Что лучше предсказывает мозговые осцилляции: коннектом или анатомия мозга?

Авторы исследования сравнили влияние двух компонентов физической структуры мозга: внешних складок коры головного мозга — области, где происходит большая часть высокоуровневой активности мозга, и коннектома — сети нервов, соединяющей различные области коры головного мозга. Команда обнаружила, что форма внешней поверхности является лучшим предиктором данных о волновых осцилляциях, чем коннектом, что противоречит парадигме о том, что коннектом имеет главенствующую роль в управлении мозговой активностью. Однако это исследование встретило и немало критики. — The human brain’s characteristic wrinkles help to drive how it works, «Биомолекула»: «Мозг по дефолту».

Данные нейронаук в защиту жертв изнасилований

Пострадавшие часто сообщают о неподвижности во время изнасилования и сексуальной агрессии, часто используя термин «застывание». Нейронаучные данные свидетельствуют о том, что страх и угроза могут блокировать кортикальные нейронные цепи, контролирующие действия, что приводит к непроизвольной неподвижности. Следовательно, аргументы, обвиняющие жертв в том, что они «не сопротивлялись», являются несостоятельными. — Neuroscience evidence counters a rape myth.

Лонгитюдное исследование влияния антидепрессантов на пациентов с шизофренией

Целью данного исследования было изучение реальной эффективности использования антидепрессантов у лиц с шизофренией. В исследовании использовалась когорта, включающая 61 889 пациента, получавших стационарное лечение в связи с шизофренией в Финляндии в период с 1972 по 2014 год. Основным показателем была госпитализация из-за психоза. Исследователи использовали методику сравнения внутри группы для сопоставления риска госпитализации, исходя из периодов использования антидепрессантов и периодов без их использования у одного и того же человека, а также традиционные модели Кокса для сравнения смертности между различными индивидами. Риск госпитализации из-за психоза был ниже при использовании антидепрессантов по сравнению с периодами без их использования. Антидепрессанты были связаны со сниженным риском смертности и незначительно повышенным риском госпитализации по непсихиатрическим причинам. — Real-world effectiveness of antidepressant use in persons with schizophrenia: within-individual study of 61,889 subjects, «Биомолекула»: «Краткая история антидепрессантов», «Шизофрения и гены: поиск иголки в стоге сена».

Ожирение позволяет прогнозировать психические заболевания

Ожирение, высокочастотное заболевание и центральный диагноз метаболического синдрома, связано с психическим здоровьем по клиническим наблюдениям и биологическим механизмам. Пациенты с диагнозом «ожирение» могут продолжительное время иметь повышенный риск развития сопутствующих психических заболеваний. В новой работе проанализировали данные австрийского национального реестра стационарных услуг с 1997 по 2014. Получение диагноза «ожирение» значительно увеличивало вероятность широкого спектра психических расстройств во всех возрастных группах, включая депрессию, психоз-спектр, тревожные, пищевые и личностные расстройства. Для всех сопутствующих диагнозов, кроме психоз-спектра, ожирение значительно чаще было первым диагнозом. Кроме того, обнаружены значительные различия между полами для большинства расстройств, причем женщины имели повышенный риск для всех расстройств, кроме шизофрении и никотиновой зависимости. Риск наиболее выражен у пациентов молодого возраста и у женщин. — Obesity as pleiotropic risk state for metabolic and mental health throughout life, «Биомолекула»: «Полюби свои жировые клетки!».

Изменения синтаксиса у людей с шизофреническим спектром и большим депрессивным расстройством

Синтаксис, грамматическая структура предложений, является фундаментальным аспектом языка. Остается спорным, является ли снижение синтаксической сложности уникальным для расстройства шизофренического спектра — или оно также присутствует при большом депрессивном расстройстве (БДР). Тридцать четыре пациента с шизоференическим спектром и тридцать восемь пациентов с БДР, диагностированных в соответствии с DSM-IV-TR, а также сорок здоровых людей (контроль) получили задание описать четыре картинки из Тематического теста апперцепции. Исследователи проанализировали произведенную речь с точки зрения синтаксиса, определив показатели синтаксической сложности (общее количество главных предложений, включающих подчиненные предложения) и разнообразия (количество различных типов сложных предложений). Авторы также провели кластерный анализ связи синтаксиса с нейропсихологическими (беглость речи и вербальная эпизодическая память) и психопатологическими показателями (позитивное и негативное формальное расстройство мышления). Синтаксис при шизофреническом спектре был значительно снижен по сравнению с БДР и контрольной группой, в то время как сравнение контрольной группы и БДР не выявило значимых различий. Не было выявлено взаимосвязи между речевыми показателями и текущим приемом лекарств, продолжительностью и тяжестью заболевания, возрастом или полом; единственной учтенной ассоциацией было образование. В результате кластерного анализа было выделено четыре кластера с разной степенью нарушения синтаксиса в зависимости от диагноза. Субъекты с более сильным нарушением синтаксиса проявляли выраженные позитивные и негативные симптомы и демонстрировали более низкие показатели в исполнительном функционировании, функционировании в целом и работе вербальной эпизодической памяти. — Syntactic complexity and diversity of spontaneous speech production in schizophrenia spectrum and major depressive disorders.

Химия

Почти что магия: химики теперь могут вставлять или удалять всего один атом из структуры молекулы!

Добавление надежного набора реакций редактирования структуры молекулы с возможностью удалять или вставлять один атом обеспечит химиков более эффективными способами синтеза и способами создания ранее недоступных соединений.

Например, для оптимизации воздействия азотных атомов в лекарственных препаратах медицинские химики иногда проводят «сканирование азота», при котором тестируют биоактивность серии аналогов с азотным атомом в различных позициях.

Однако создание этих вариантов требует много времени и может быть химически сложным из-за взаимодействия азота с катализаторами и химическими реагентами, используемыми в синтезе.

Вставка азота

Рисунок 2. Вставка азота. Использование редактирования структуры молекулы для вставки азота в конце синтеза может преодолеть эту проблему и предложить практический способ проведения «сканирования азота», не требующий полного повторного синтеза каждого аналога.

Технологии вставки/удаления единичного атома уже находят применение в областях, выходящих за пределы открытия лекарств. Например, полимерные химики Александр Жуховицкий и Рэйчел Дитслер из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл показали, что подобные реакции могут изменять углеродные основы полимеров. В конечном итоге, такие реакции способны помочь в переработке пластмассы или облегчить использование устойчивых биологических молекул для производства «повседневных» полимеров, которые в настоящее время получают из ископаемых углеводородных материалов.

Тем временем, команда Моранди вставила необычные изотопы, такие как азот-15 или углерод-13, в лекарственные молекулы. Медицинские химики могут использовать эту стратегию в экспериментах, например, для отслеживания метаболизма лекарства или для понимания его взаимодействия с целевыми белками. — ‘Almost magical’: chemists can now move single atoms in and out of a molecule’s core.

Экология

Микробное разнообразие коралловых рифов

Недавние оценки показывают, что коралловые рифы, известные богатым разнообразием рыб, беспозвоночных и водорослей, также являются средой с наибольшим микробным разнообразием на планете.

С 2016 по 2018 годы международная группа исследователей изучила 99 рифов у 32 островов в Тихом океане, где находится 80% кораллов мира. Они секвенировали ДНК более 5000 образцов трех видов кораллов, двух видов рыб и планктона. Команда определила полмиллиарда видов микробов, в основном бактерий. Микробы были наиболее разнообразны среди планктона; среди животных наибольшее количество видов было у огненного коралла Millepora platyphylla и мавританского идола Zanclus cornutus. Когда исследователи экстраполировали эти результаты, чтобы оценить общее микробное разнообразие рифов в Тихом океане, оно оказалось эквивалентным общему ранее оцененному микробному разнообразию Земли. — Coral reefs are home to the greatest microbial diversity on Earth, «Биомолекула»: «Как предсказать будущее кораллового рифа?».

Рыба Zanclus cornutus и коралл Millepora platyphylla

Рисунок 3. Рыба Zanclus cornutus и коралл Millepora platyphylla.

коллаж автора

Инженерия

Разработка нового сенсора

В наши дни, если вам потребуется биопсия, врачу, вероятно, придется вас обезболить, сделать надрез и искать нужную ткань. Но что, если маленький сенсор смог бы управлять иглой, составляя карту внутренних органов по мере движения, в то время как вы (и ваш врач) следили бы за происходящим на видеоэкране?

Именно такую возможность предлагает новое устройство размером с песчаное зернышко, которое может передавать беспроводной сигнал на расстояние до 25 сантиметров. Исследователи отмечают, что эта работа также может иметь значение для измерения кровяного давления и отслеживания процесса метаболизма лекарств внутри организма.

Новый сенсор, механизм работы которого описан в журнале Science, состоит из двух магнитов: один закреплен на пластиковом корпусе, а другой может вращаться и осциллировать. Внешнее устройство использует электромагнитные катушки для создания магнитного поля, которое перемещает второй магнит. Затем устройство собирает данные, такие как температура и давление, измеряя изменения в этом втором магните.

По словам команды, если датчик проглотить, он также может отслеживать изменения в организме в режиме реального времени, например, реагируют ли люди с желудочно-кишечными проблемами на лекарства или испытывают ли обострения.

Тем не менее, по оценкам одного из исследователей может пройти от пяти до восьми лет, прежде чем устройство будет использоваться людьми для самых простых задач. Предстоит еще много работы, чтобы датчики не только работали должным образом, но и не причиняли вреда.

Другой исследователь добавляет, что в ходе испытаний необходимо будет убедиться, что устройство не вызывает негативной реакции иммунной системы и не нарушает нормальный кровоток. — Tiny sensor could guide needles through the body, monitor health from afar, «Биомолекула»: «Молекулярные биосенсоры на базе полимеров с начинкой из квантовых точек».

Комментарии