Молекулярные технологии

В воздухе витает... ДНК

Выражение «Взять из воздуха» приобрело новое значение в рамках работы, опубликованной в Nature Ecology & Evolution. Ученые из США и Испании проанализировали строение ДНК окружающей среды (environmental DNA, eDNA), в данном случае, ДНК в составе крошечных органических частиц, парящих в воздухе государственного парка штата Флорида и на улицах Дублина, столицы Ирландии и, по совместительству, родины одного из авторов работы. При помощи метода дробовика нуклеиновые кислоты (НК) из образцов воздуха измельчили на фрагменты, которые секвенировали. Использование нанопор, чувствительных к НК, и облаков при анализе генетических данных ускорили секвенирование до двух дней, хотя раньше этот процесс мог растянуться на недели.

В воздухе парка Флориды обнаружили генетический след рыжей рыси Lynx rufus из популяции на севере штата, пауков Trichonephila clavipes, а также людей, проживающих в зонах субтропических лесов или умеренного климата. Пробы из такого многолюдного города, как Дублин, отличались разнообразием человеческой и ДНК патогенных микроорганизмов. В частности, видовой состав последних был в 7 раз обширнее, чем в парке Флориды. Таким образом, обнаружение ДНК в воздухе может быть перспективным для мониторинга биологического разнообразия, состояния популяций, распространения болезнетворных агентов и инвазивных видов. В то же время, этот метод позволяет получить генетический материал людей, что порождает этические вопросы о его использовании. — Shotgun sequencing of airborne eDNA achieves rapid assessment of whole biomes, population genetics and genomic variation, «Биомолекула»: «12 методов в картинках: секвенирование нуклеиновых кислот».

Эмбриональное развитие

Y-хромосома — не гарант развития семенников в случае нарушения обмена железа

У млекопитающих пол определяется сочетанием Х и Y хромосом: набор ХХ отвечает за развитие женского пола, XY — мужского. Ключевым регулятором пола выступает ген Sry на Y-хромосоме: если он активен в клетках зачаточных половых желез зародыша, то они превращаются в семенники. Метильные группы на контактирующих с ДНК белках гистонах препятствуют экспрессии гена. Ранее японские исследователи обнаружили, что фермент деметилаза KDM3A освобождает гистоны от подобных меток, чем облегчает экспрессию Sry. Поскольку фермент сохраняет активность при доступности внутриклеточного железа Fe²⁺, исследователи предположили, что обмен этого элемента может повлиять на половое развитие эмбриона. Чтобы проверить свою гипотезу, они провели серию экспериментов на мышах.

Нарушение захвата железа из-за отключения гена Tfrc привело к снижению запасов железа и экспрессии Sry в гонадах мышиных эмбрионов с набором ХY. Часть выросших из этих эмбрионов мышат (7 из 39) приобрели женские признаки: у них сформировалось два яичника или яичник и семенник. XY-потомство (5 из 72) с женскими гонадами появилось у самок, принимавших во время беременности связывающий железо препарат. Содержание беременных мышей на обедненной Fe²⁺ диете, напротив, не вызвало аномалий в половом развитии детенышей. Однако такое питание оказало эффект при вынашивании эмбрионов с одной поврежденной копией гена Kdm3a, то есть предрасположенных к нарушению деметилирования: двое мышат с хромосомным набором ХY развили яичники. Таким образом, полученные результаты подтвердили значение метаболизма железа в развитии пола. Поскольку в большинстве зародышей развитие половых желез протекало без отклонений, ученые предположили существование других факторов дифференциации пола. — Maternal iron deficiency causes male-to-female sex reversal in mouse embryos, «Биомолекула»: «Что такое пол?».

Медицина

Утрата Y-хромосомы раковыми и иммунными клетками не предвещает ничего хорошего

Хотя Y-хромосома невелика по размерам и содержит около 107 генов, ее потеря в клетках крови с возрастом повышает риск онкологических и сердечно-сосудистых заболеваний, болезни Альцгеймера. Кроме того, отсутствие хромосомы в клетках опухолей ухудшает прогноз для пациента. Новое исследование, опубликованное в Nature, описывает механизм, посредством которого подобная мутация способствует прогрессированию рака. Авторы определяли присутствие Y хромосомы в клетках по уровню транскрипции девяти ее генов. Подобный анализ применили к миллиону единичных клеток из образцов разных видов опухолей человека и мышей.

Нехватку Y-хромосомы обнаружили не только в опухолях, но и в фибробластах, эндотелиальных и иммунных клетках из микроокружения. Распространенность мутации в раковых и нераковых клетках были схожими, следовательно, разные клеточные типы утрачивали хромосому согласованно. Мутацию в клетках микроокружения могли провоцировать сигналы опухоли: в мышиной модели и образцах крови пациентов Y-хромосому чаще теряли те иммунные клетки, которые покидали кровь и проникали в опухоль. Особенно сильно из-за мутации пострадала функция непосредственных исполнителей иммунного ответа: потеря Y-хромосомы снизила активность Т-киллеров и способствовала переходу Т-хелперов в состояние регуляторных клеток, подавляющих иммунный ответ. Получается, вокруг опухоли формировалось своего рода «убежище» от иммунитета, в котором она могла расти, что и объясняло низкую выживаемость пациентов с высокой распространенностью мутации. Авторы работы планируют выяснить, как раковые клетки с утраченной Y-хромосомой вызывают подобные генетические изменения в близлежащих иммунных клетках. — Concurrent loss of the Y chromosome in cancer and T cells impacts outcome, «Биомолекула»: «Курить — Y-хромосоме вредить».

Генная терапия остеоартрита прошла первую фазу клинических испытаний

Остеоартрит сопровождается изменением синовиальной жидкости — питательной среды внутри сустава. Быстрое выведение препаратов, поступивших внутрь сустава, осложняет лечение заболевания. Следовательно, нарастает необходимость в новых стратегиях, направленных на долгосрочное поступление фармакологических веществ в среду сустава. Исследователи из США оценили безопасность препарата на основе вирусного вектора, экспрессирующего антагонист рецептора к интерлейкину-1 (IL-1Ra). Взаимодействуя с рецептором, он блокирует воспалительные сигналы интерлейкина и тем самым препятствует развитию заболевания. Для участия исследователи отобрали девять пациентов с остеоартритом коленного сустава, после чего каждому участнику однократно ввели препарат непосредственно в поврежденный сустав.

Инъекция вектора повысила содержание IL-1Ra в синовиальной жидкости, которое оставалось высоким на протяжении года. В то же время, добровольцы отметили снижение боли и улучшение функции сустава. Процедура не вызвала серьезных побочных эффектов: временное усиление суставной боли в двух случаях было прекращено при помощи стандартного лечения. Полученные результаты, по словам исследователей, подтверждают потенциал генной терапии в лечении остеоартрита и служат аргументом в пользу продолжения испытаний в большем масштабе. — A phase 1 clinical trial shows safe, sustained, AAV-mediated expression of IL-1Ra in the human osteoarthritic knee joint, «Биомолекула»: «Генная терапия: познакомьтесь с лекарствами будущего».

Протез сетчатки подарил слепым мышам инфракрасное зрение

Человеческий глаз, в отличие от некоторых животных, не воспринимает инфракрасный (ИК) свет из-за отсутствия специфичных фоторецепторов. Однако инфракрасное зрение могло бы улучшить ориентацию в темноте и облегчить жизнь людей с тяжелым поражением сетчатки. Китайские исследователи разработали нейропротез на основе теллуровых нанопроволок, который не только возвращает зрение, но и расширяет его чувствительность к инфракрасному свету. Уникальность разработки заключается в том, что фототоки возникают за счет собственных свойств теллура, благодаря чему отпадает необходимость во внешних источниках питания.

Авторы имплантировали протез слепым мышам. Теллуровая сетчатка не вызвала отторжения в тканях глаза и частично восстановила зрительное восприятие. Так, животные смогли отличить треугольник от круга с точностью до 62,3% в красном свете и до 57,5% в инфракрасном свете. Обнадеживающие результаты были получены на макаке-крабоеде Macaca fascicularis. Через 19 дней после внедрения протеза невидящий глаз примата начал реагировать на волны красного и инфракрасного спектра. Как и в случае с грызунами, имплант прижился без признаков отторжения. По мнению авторов, высокая биосовместимость и стабильная работа нейропротеза, подтвержденные на животных моделях, служат свидетельством в пользу его испытания на добровольцах. — Tellurium nanowire retinal nanoprosthesis improves vision in models of blindness, «Биомолекула»: «Как сетчатка распознаёт движение».

Старение

Связь таурина со старением преувеличена?

Исследование, возглавляемое специалистами Национального института старения в США, ставит под сомнение надежность аминокислоты таурина в качестве маркера старения и антивозрастной пищевой добавки. В рамках работы 2023 года было установлено возрастное снижение уровня таурина в крови мышей, людей и других приматов. В новом исследовании, напротив, по мере старения испытуемых содержание аминокислоты в крови росло или оставалось неизменным. Связь между уровнем таурина и показателями здоровья, включая массу тела и силу мышц, оказалась неоднозначной и зависела от таких параметров, как пол, возраст и вид. Противоречивые результаты исследований могут объясняться различием в подходах. Так, в работе 2023 года оценивали показатели разновозрастных животных в конкретный момент времени, в то время как в работе 2025 — лонгитюдные показатели одних и тех же особей, иными словами, полученные на протяжении длительного времени. Мнение авторов сходится в том, что результаты двух работ дополняют друг друга, а также в том, что необходимы дополнительные исследования влияния таурина, компонента БАДов и энергетических напитков, на здоровье человека. — Is taurine an aging biomarker?

Зоология

Жажда подтолкнула какаду к освоению питьевых фонтанчиков

Большие желтохохлые какаду Cacatua galerita, обитающие в западной части Сиднея, освоили необычный навык: научились пить из общественных фонтанчиков. Эта задача может показаться простой, однако для подачи воды нужно повернуть ручку по часовой стрелке и удержать ее в этом положении, несмотря на встроенный пружинящий механизм. Чтобы проследить за поведением птиц, ученые из Германии и Австралии установили камеры рядом с одним из фонтанчиков и засняли суммарно 3,5 часа видеоматериала.

Общая последовательность действий по включению фонтанчика выглядела так: какаду нажимал одной лапкой на ручку и удерживали носик второй или ставил на ручку сразу обе лапки, после чего сдвигал ее под давлением своего веса. Пока одна птица утоляла жажду, другие «выстраивались» в очередь. Успехом завершились 41% попыток, попавших в объектив камеры. Какаду лучше справлялись с механизмом фонтанчика, если могли подольше взаимодействовать с ним и были окружены небольшим числом сородичей. Навык быстро распространился в местной популяции C. galerita, чему, по мнению авторов работы, способствовало социальное обучение. Причины, по которым какаду пьют из общественных фонтанчиков, неизвестны — возможно, птицам нравится вкус воды или возможность лучшего обзора за приближающимися хищниками с высоты фонтанчика. — Cockatoos have learned to operate drinking fountains in Australia, Emergence of a novel drinking innovation in an urban population of sulphur-crested cockatoos, Cacatua galerita, «Биомолекула»: «Пернатые гении: кто сказал, что птицы глупы?».

Черви объединяются в живые башни ради миграции

Немецкие ученые впервые наблюдали, как свободноживущие почвенные нематоды формируют вертикальные структуры из своих тел — живые башни — в естественной среде. Прежде такое коллективное поведение круглых червей было замечено только в лабораторных условиях. Личинки в стадии дауэр, позволяющей выживать в неблагоприятных условиях, объединялись в подвижные конструкции, которые реагировали на прикосновения и прикреплялись к пролетающим насекомым. Таким образом, предложенная ранее гипотеза о роли башен в расселении червей получила подтверждение.

Воссоздание «строительства» в лаборатории при участии модельного вида Caenorhabditis elegans раскрыло новые детали этого феномена. Оказалось, нематоды способны возводить вертикальные структуры на любой, а не только личиночной стадии развития. Башни демонстрировали сложное поведение: формировали ответвления или даже мосты для поиска новых поверхностей. Любопытно, что все участники конструкции проявляли схожую активность, иными словами, выполняли одну роль. Исследователи предположили, что в природе, где соседствуют разные виды червей, разделение ролей будет обнаружено. Изучение коллективного поведения у более примитивных организмов вроде круглых червей способно пролить свет на происхождение более сложных форм социальной коммуникации в животном мире. — Watch a tower of worms wriggle like a single organism, Towering behavior and collective dispersal in Caenorhabditis nematodes, «Биомолекула»: «Модельные организмы: нематода».

Экология

Отдай рог! И останься жив

Охота на носорогов ради их рога, который широко используется в народной медицине, достигла угрожающих масштабов в Южной Африке: в 2017–2023 годах на территории национального парка Крюгера было убито 1985 особей (6,5% популяции). Из 74 миллионов долларов, выделенных на борьбу с браконьерами, львиная доля была затрачена на работу правоохранительных служб, включая патрулирование территорий, привлечение служебных собак и использование камер наблюдения. В результате были арестованы 700 браконьеров, что, впрочем, не особо повлияло на истребление животных, как показал статистический анализ. В то же время, безболезненное спиливание рога (дегорнизация) у 2284 носорогов, согласно исследованию в Science, сократило случаи нападений на 78%. Денежные затраты на реализацию этого подхода не превысили 1,2% от выделенного бюджета. Поскольку браконьеры всё-таки убивали некоторых животных из-за остатков рога, исследователи предложили сочетать дегорнизацию с участием правоохранительных органов для сохранения популяции носорогов. — Dehorning reduces rhino poaching, «Биомолекула»: «Репродуктивная биология: не время умирать».