Дайджест вышел при поддержке Минобрнауки России и 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.

Иммунология

Активация через торможение: как актинии защищаются от вирусов

Ученые раскрыли древний и неожиданный механизм противовирусной защиты у морского анемона Nematostella vectensis. В центре исследования оказался ранее неизвестный ген CARDIB, расположенный в геноме бок о бок с вирусным сенсором RLRb (аналогом рецепторов RIG-I у позвоночных). У человека и других млекопитающих похожий белок MAVS работает как прямой активатор: при появлении вируса он запускает мощный сигнальный каскад. Однако у морских анемонов его дальний родственник выполняет прямо противоположную функцию в мирное время (рис. 1).

В обычных условиях CARDIB связывается с рецептором RLRb и жестко подавляет активность иммунных генов, не давая системе работать вхолостую. Но стоит вирусу проникнуть в клетку, эта репрессивная связь ослабевает, запуская полномасштабный иммунный ответ. Эксперименты с генетическим нокаутом показали, что выключение генов CARDIB или RLRb лишает актиний способности противостоять инфекции: у них полностью исчезает противовирусная транскрипция, блокируется защитный апоптоз клеток, а вирусная нагрузка в лаборатории резко возрастает. Более того, проверка в естественной среде обитания — в водах эстуария Южной Каролины — подтвердила, что без этих генов морские анемоны становятся беззащитными перед вирусами. Филогенетический анализ показал, что этот механизм развивался у стрекающих параллельно или обособленно от позвоночных, наглядно демонстрируя альтернативный путь эволюции в древней гонке вооружений между хозяевами и патогенами. — An ancient anthozoan protein reveals an alternative evolutionary path of antiviral signalling.

Как работают мРНК-вакцины

Группа исследователей представила масштабный обзор иммунологических механизмов действия вакцин на основе модифицированной мРНК в липидных наночастицах (мРНК-ЛНЧ). С момента их массового внедрения в 2020 году эти платформы спасли миллионы жизней, однако молекулярные детали их активности содержат некоторые белые пятна. В работе подробно описано, как именно липидные наночастицы распознаются клетками врожденного иммунитета и как транслируемый антиген запускает скоординированный ответ. Авторы систематизировали данные о формировании мощных реакций в герминативных (зародышевых) центрах лимфоузлов, где происходит созревание высокоаффинных антител и Т-фолликулярных хелперов, обеспечивающих долгосрочную память. Главный фокус обзора направлен на фундаментальную технологическую проблему: как модифицировать компоненты LNP и нуклеозидов, чтобы полностью разделить иммуногенность (полезную защиту) и реактогенность (побочные эффекты, такие как воспаление и лихорадка). Понимание этих путей критически важно для создания вакцин нового поколения с улучшенной переносимостью против гриппа, ВИЧ, малярии и онкологических заболеваний. — Immunological mechanisms of mRNA vaccines for infectious diseases, «Биомолекула»: «мРНК-вакцина на страже коллективного иммунитета: за что вручили Нобелевскую премию в 2023 году», «Противораковые мРНК-вакцины: инструкция для победы иммунитета».

Нейробиология

Митохондриальный стресс заставляет микроглию стареть и вредить нейронам

Ученые исследовали роль митохондриального стрессового ответа (UPR^mt) в клетках человеческого мозга и обнаружили, что его активация в микроглии запускает программу преждевременного клеточного старения (сенесценции). Оказалось, что при генетическом или фармакологическом нарушении работы митохондрий микроглия начинает активно выделять воспалительные цитокины (IL-1β, IL-6, IL-8 и TNF), а также перестраивать свой метаболизм. В клетках мозга нарушается жировой обмен, они начинают хаотично накапливать липидные капли и триацилглицерины. Это бьет по метаболизму метионина — важнейшей аминокислоты, из-за чего клетка лишается своего главного химического помощника, S-аденозилметионина (SAM). Без него состарившиеся клетки теряют способность вовремя утилизировать клеточный мусор, например, опасные белковые агрегаты вроде альфа-синуклеина. В результате токсичные конгломераты забивают нейроны, ускоряя их гибель и приближая нейродегенеративные болезни. — The mitochondrial unfolded protein response in human microglia disrupts neuronal—glial communication and promotes senescence, «Биомолекула»: «Микроглия: роль „иммунных“ клеток центральной нервной системы в здоровом мозге и при ней­ро­де­ге­не­ра­тив­ных заболеваниях».

Как активность нейронов открывает секреты психических расстройств

Большинство генетических исследований психических расстройств изучают нейроны в состоянии покоя, хотя в реальном мозге их работа постоянно меняется в ответ на внешние стимулы. Международная группа исследователей решила проследить, как активация нейронов влияет на регуляцию генов. Для этого ученые создали крупнейший на сегодняшний день атлас динамических регуляторных элементов в индуцированных нейронах человека, полученных из стволовых клеток. Анализ охватил более тысячи доноров и три типа нейронов, что позволило проследить изменения экспрессии генов и доступности хроматина в первые часы после стимуляции.

Оказалось, что многие генетические варианты риска, связанные с шизофренией, биполярным расстройством и депрессией, проявляют свое действие только после активации нейронов. В ходе транскриптомного анализа исследователи выявили десятки новых генов-кандидатов, которые не удавалось обнаружить при анализе ткани мозга в состоянии покоя. Среди них особый интерес вызвали гены CPT1C и CROT, связанные с липидным обменом, что дополнительно указывает на возможную роль нарушений нейронального метаболизма в развитии психических заболеваний.

Работа демонстрирует, что для поиска генетических механизмов нейропсихиатрических расстройств необходимо учитывать не только тип клеток, но и их функциональное состояние. — Single-cell multiomics of neuron activation reveals context-specific genetics of brain disorders, «Биомолекула»: «Гены и безумие: генетическое тестирование в психиатрии».

Второй шанс для нейронов

Японские исследователи создали уникальную модель мышей, в которой аутофагию можно было быстро выключать и вновь запускать с помощью доксициклина. Уже через четыре недели после остановки этого механизма в нейронах накапливались белковые агрегаты, нарушался состав белков и РНК, появлялись вздутия аксонов, а у животных развивались двигательные и когнитивные нарушения. Однако самым неожиданным оказался следующий этап эксперимента: после восстановления аутофагии большая часть этих изменений исчезала. Нейроны очищались от токсичных включений, восстанавливалась структура синапсов и аксонов, а мыши вновь успешно проходили тесты на память и координацию движений.

Работа показывает, что даже после выраженного нарушения клеточного гомеостаза нервная ткань сохраняет значительный потенциал к восстановлению, если вновь заработают механизмы внутриклеточной деградации. Полученные результаты меняют представления о необратимости ранних этапов нейродегенерации и указывают, что стимуляция аутофагии может не только замедлять развитие болезни, но и частично обращать уже возникшие патологические изменения. Это открывает новые перспективы для разработки терапии болезней Альцгеймера, Паркинсона и других нейродегенеративных заболеваний, сопровождающихся накоплением токсичных белков. — Reversible suppression of autophagy in a mouse model reveals neuronal resilience, «Биомолекула»: «Дисфункция аутофагических путей в нейронах и ее значение для прогрессирования болезни Альцгеймера».

Микробиология

Трансформация нового уровня

Ученые обнаружили у бактерий ранее неизвестный механизм обмена белками, который активируется в ответ на стресс от низких концентраций антибиотиков. Оказалось, что часть клеток начинает выделять мембранные везикулы, наполненные белками, тогда как другая часть той же популяции переходит в состояние, способствующее их активному поглощению. Таким образом, бактерии способны напрямую передавать друг другу функциональные белки, а не только обмениваться ДНК, как считалось ранее.

Исследование на Escherichia coli показало, что такой обмен повышает выживаемость бактерий при последующем воздействии высоких доз антибиотиков. Ключевую роль в процессе играют стрессовый ответ Psp, запускающий образование транспортных везикул, и регулятор HipA, который переводит клетки-реципиенты в состояние, благоприятное для захвата белкового груза. Авторы предполагают, что подобные сети обмена белками могут быть широко распространены в бактериальных сообществах и способствовать формированию устойчивости к антибиотикам. Это открытие не только меняет представления о взаимодействии микроорганизмов, но и указывает на новую потенциальную мишень для борьбы с бактериальными инфекциями. — Antibiotics stimulate protein transfer to persister cells, «Биомолекула»: «Антибиотики и ан­ти­био­ти­ко­ре­зи­стент­ность».

Эволюция

Эволюция смеха у высших приматов

Международная группа исследователей опубликовала в журнале Communications Biology сравнительное исследование вокализации пяти современных таксонов гоминид. Его результаты показывают, что способность человека к членораздельной речи возникла не внезапно, а стала итогом длительной эволюции механизмов контроля дыхания и звукоизвлечения. Поскольку звуки не сохраняются в ископаемой летописи, ученые обратились к одному из древнейших вокальных сигналов — смеху. Они проанализировали смех орангутанов, горилл, бонобо, шимпанзе и человека в возрасте от шести месяцев до семи лет. Оказалось, что смех общего предка всех современных гоминид уже около 15 миллионов лет назад обладал изохронией — ритмической регулярностью, благодаря которой его структура оставалась устойчивой и легко узнаваемой.

Исследование показало, что в ходе эволюции смех претерпел три ключевых изменения. Во-первых, его темп постепенно увеличивался. Особенно заметно это проявляется при щекотке, когда дыхание не нарушается физическими ударами и сдавливанием грудной клетки, как во время игровой борьбы. Во-вторых, смех становился все более вариативным по своей временной организации. Наконец, только у человека появилась выраженная контекстная пластичность: мы способны менять скорость и ритм смеха в зависимости от ситуации. Например, смех, вызванный щекоткой, у людей достоверно быстрее, чем смех во время игры. Кроме того, именно человеческий смех отличается наибольшей временной вариативностью, которая воспринимается как признак искренних эмоций. По мнению авторов, эти изменения отражают постепенное ослабление жесткой связи между дыхательным циклом и звукообразованием. По мере того, как управление вокализацией становилось более гибким и зависимым от контекста, формировались анатомические и нейробиологические предпосылки для появления одного из главных отличий нашего вида — членораздельной речи. — Rhythm and timing in laughter reveal that human vocal plasticity falls on a hominid continuum, «Биомолекула»: «От слов к делу: как ген, ответственный за речь, изменил судьбу нашего вида».

Новая гипотеза формирования нервного гребня

Международная группа исследователей предложила новую гипотезу (рис. 2) происхождения клеток нервного гребня — одной из ключевых эволюционных инноваций позвоночных. Авторы считают, что первые клетки нервного гребня возникли не для формирования челюстей и черепа, как предполагалось ранее, а как мигрирующие пигментные клетки, обеспечивающие защиту от ультрафиолета и маскировочную окраску. Лишь позже эта популяция приобрела способность превращаться во множество специализированных клеток, включая нейроны, глию, меланоциты и элементы черепно-лицевого скелета. По мнению исследователей, именно постепенное заимствование уже существовавших генетических программ (кооптация) и высокая пластичность клеток нервного гребня сделали возможным появление характерных для позвоночных сложных органов и тканей, превратив эту клеточную популяцию в своеобразную эволюционную платформу для возникновения новых анатомических структур. — Co-option and innovation in neural crest evolution, «Биомолекула»: «Жизнь и путешествия замечательных клеток нервного гребня».

Зоология

Мигрирующие морские черепахи лишь приблизительно знают, куда направляются

Ученые с помощью новых комбинированных датчиков слежения раскрыли особенности навигации зеленых морских черепах во время трансокеанских миграций. Объединив в одном устройстве магнитометр и спутниковый передатчик, исследователи впервые смогли разделить собственный курс животного и влияние океанических течений. Оказалось, что черепахи действительно ориентируются по двум параметрам геомагнитного поля Земли — его интенсивности и наклону, однако их магнитная карта весьма приблизительна. Во время миграций рептилии могут долго отклоняться от оптимального маршрута под действием течений, а затем постепенно корректировать курс по мере изменения характеристик магнитного поля. По мнению авторов, такая несовершенная система навигации имеет эволюционные преимущества: случайные отклонения от привычных путей могут приводить к освоению новых мест размножения и способствовать расселению вида. — Records of compass heading for long-distance ocean migrators show mid-ocean reorientation.

Генетика и обучение формируют районы зимовки перелетных птиц

Авторы с помощью трекинга и эксперимента с перекладкой яиц показали, что районы зимовки у мухоловок-пеструшек (Ficedula hypoleuca) определяются сочетанием наследственных факторов и условий развития. Все популяции используют общий осенний миграционный коридор через Пиренейский полуостров с последующим выходом в Западную Африку, но затем расходятся по долготе в пределах зоны зимовки. Птицы с разным генетическим происхождением, выращенные в одной среде, занимали промежуточные или смещенные в сторону исходных популяций зимовочные области, при этом более ранние мигранты зимовали восточнее, чем поздние. Таким образом, структура зимовки формируется как результат взаимодействия наследственно заданных параметров миграционной программы и онтогенетически обусловленных различий в тайминге, а не только как следствие обучения или географического происхождения. — Innate factors and ontogeny determine nonbreeding areas of migrant songbirds, «Биомолекула»: «Пазл магнитного компаса птиц».