Оглавление

SciNat за май 2018 #4: «карты» и «родословные древа» клеток планарий, живая капсула-детектор, а также противостояние социума и окружающей среды

  • 215
  • 0,5
  • 0
  • 0
Добавить в избранное

«Темный город», изображение которого выбрали в качестве новой обложки Nature — это не Готэм, а панорама «города будущего» с уникальной организацией таксопарка. В настоящий момент одной из основных проблем деловых кварталов мегаполисов является сложность перемещения «из пункта А в пункт Б». Во многом это связано с нерациональной эксплуатацией такси: автомобили создают неконтролируемые пробки на дорогах. Специалисты из Массачусетского технологического института предлагают новый подход к организации таксопарка, в основе которого лежит сокращение объема таксопарка за счет равномерного распределения отдельных автомобилей в транспортной сети (а не сумбурное распределение заказов с учетом конкретных поездок). Проверив эффективность огромного количества поездок на такси, совершенных в течение одного года в Нью-Йорке — порядка 150 млн — исследователи сравнили новый и традиционный подходы. Вычисления показали, что использование альтернативного метода распределения поездок позволило бы сократить размер таксопарка на 30%. На обложке показана своеобразная карта перемещения такси за 1 минуту: правая сторона демонстрирует существующую ситуацию (желтые точки — это места назначения, а линии — траектории), а левая половина — альтернативное решение с сокращенным размером таксопарка (синие линии). — Addressing the minimum fleet problem in on-demand urban mobility.

На этой неделе ведущие научные журналы соперничают в разнообразии тем — от микроскопических биодатчиков до глобальных геологических сдвигов, происходивших миллионы лет назад. Любители эволюции смогут найти в Nature хороший и сочный обзор, посвященный сравнению социальных и экологических взаимодействий. А в Science одной из коронных тем стали фазовые переходы, происходящие с участием РНК.

Nature #557 (7706) + онлайны: «настройщики» стволовых клеток, агрессивный рак поджелудочной и курино-человеческие эмбрионы

  • Нейробиология, эволюция. Известная фраза о том, что «труд сделал из обезьяны человека», работает не всегда. Например, специалисты из Университета Сент-Эндрюс могут с ней поспорить. В новом исследовании, проведенном британскими учеными, сравнивали вклад разных поведенческих и физиологических стратегий в процесс развития мозга. Среди них выделили четыре основных группы: индивидуально-экологическую («я vs. природа»), экологическую кооперацию («мы vs. природа»), конкуренцию между индивидуумами («я vs.ты») и групповую конкуренцию («мы vs. вы»). Выяснилось, что ведущая роль в процессе эволюции мозга принадлежит экологическим активностям организмов (их вклад в процесс развития мозга достигает 60%). Иначе говоря, увеличение объема мозга, «прокачивание» жизненно важных навыков и формирование особой конституции тела, облегчающей выполнение этих навыков, обеспечивается в первую очередь благодаря процессам поиска пищи, ресурсов, приспособлению к окружающим условиям. А вот социальные аспекты развития «проигрывают» — так, конкуренция между группами организмов увеличивает объем мозга лишь на 10%. Чуть более эффективно сотрудничество, вклад которого составляет 30%. Впрочем, сотрудничество между особями и группами оценивается учеными неоднозначно: увеличение объема мозга у одного представителя вида за счет развития конкретного навыка может «снимать» со всей группы ответственность за выполнение определенной задачи. (А значит, остальные представители вида не получат возможность самостоятельно «прокачивать» новые умения, воспользовавшись готовым результатом.) — Inference of ecological and social drivers of human brain-size evolution, Modelling provides clues to the evolution of human brain size.
  • Молекулярка, рак. Одна из наиболее поздно обнаруживаемых болезней, которая к тому же практически не поддается лечению химиотерапией — это рак поджелудочной железы (Pancreatic ductal adenocarcinoma, PDAC). Сегодня выделяют два подтипа этого заболевания — «классический» и более агрессивный плоскоклеточный. Ученые из Вашингтона обнаружили, что последний тип PDAC у мужчин может вызываться благодаря «наложению» двух мутаций в половых хромосомах — мутация в Х-хромосоме по ферменту KDM6A, который в норме участвует в реакциях деметилирования белков-гистонов, и мутация UTY в Y-хромосоме. Однако выяснился еще один любопытный факт. Если раньше считалось, что фермент KDM6A удаляет метильные группы из остатков лизина на белках-гистонах, то в ходе этого исследования обнаружилось, что фермент не ограничивается только этой областью. Так, в случае развития PDAC потеря KDM6A не влияет на деметилазную активность, но приводит к изменениям в других регионах — например, на участках «супер-энхансеров». — Pancreatic cancer foiled by a switch of tumour subtype, биомолекула: Расследования в поджелудочной: чем питаются раковые клетки, Во власти опухоли: почему метастазы так сложно остановить?
  • Геология, эволюция литосферы. Происхождение континентальной коры — традиционно сложный вопрос, история которого все еще неясна. На сегодняшний день предложено несколько моделей возникновения суши в результате сдвигов литосферных плит, которые происходили примерно 1-3 млрд лет назад. Ученые из Орегона решили глубже разобраться в этом вопросе. Для этого они применили метод анализа изотопов кислорода в составе сланцев, образцы которых были отобраны со всех континентов. Результаты показали, что на границе архея и протерозоя в горных породах происходило ступенчатое снижение содержания кислородных изотопов на 0,08 промилле. Исследователи предполагают, что такой эффект был вызван сдвигом в характере взаимодействия суши и воды: если в архейскую эпоху существовали лишь отдельные прибрежные массивы суши, то в протерозойский период преобладала уже континентальная кора. Такой сдвиг может совпадать с наступлением современного гидрологического цикла. — Rapid emergence of subaerial landmasses and onset of a modern hydrologic cycle 2.5 billion years ago.
  • Эмбриология, стволовые клетки. Несмотря на огромную важность стволовых клеток в жизнедеятельности любого организма, нельзя забывать об их «помощниках». Состав и стратегии функционирования последних все еще остаются малоизученными. Так, французские ученые сфокусировались на работе сигнального пути Notch. Команде исследователей удалось обнаружить особые регуляторные элементы, связанные с белковыми доменами Notch, которые способствовали регуляции покоя стволовых клеток. Еще один важный «настройщик» стволовых клеток — это коллаген V, продуцируемый клетками-спутниками. Истощение запасов этого коллагена приводит к аномальному переходу к клеточным делениям и постепенному истощению пула стволовых клеток. — Reciprocal signalling by Notch—Collagen V—CALCR retains muscle stem cells in their niche, биомолекула: Была клетка простая, стала стволовая, Кто рубит коллагеновый лес.
  • Эмбриология. Развитие первичной полоски и ее организатора у эмбриона определяют первые стадии гаструляции. Исследователям из Рокфеллеровского университета удалось «запустить» этот процесс с помощью включения особых сигнальных путей. Так, воздействие на колонии эмбриональных стволовых клеток человека по сигнальному пути Wnt вызывало индукцию образования первичной полоски. А если провести совместную стимуляцию этих же клеточных колоний человека сразу по двум путям — Wnt и Activin — и затем перенести такие клетки к культуре куриных эмбрионов, то стволовые клетки будут автономно запускать процессы эмбриогенеза. — Self-organization of a human organizer by combined Wnt and Nodal signalling, биомолекула: Это не сказка и даже не сон — две недели in vitro живет эмбрион!
  • Структурка. Процесс убиквитинирования обычно достигается благодаря образованию ковалентной связи между С-концом убиквитина и боковой цепью лизина белка-"мишени«. Однако американские ученые, изучавшие белки легионелл (Legionella pneumophila), обнаружили другой механизм — посредством образования фосфодиэфирной связи через сериновый остаток субстрата. В ходе исследования удалось представить две модели кристаллической структуры белковых доменов, участвующих в процессе убиквитинирования, а также раскрыть молекулярные механизмы этого нестандартного типа образования связей. — Mechanism of phosphoribosyl-ubiquitination mediated by a single Legionella effector, биомолекула: Вездесущий убиквитин, «Вездесущий убиквитин» возвращается.

Science #360 (6391) + онлайны: преимущества лидерства среди аистов, умные ампулы и коварные клостридии

Dd-wXRyVAAAKr0u.jpg

На обложке нового номера Science оказалось стилизованное изображение уникального аппарата, который способен искусственно собирать атомы в молекулы. В вакуумную камеру со стеклянными стенками помещают атомы натрия и цезия. После захвата атомов и обработки их лазерными лучами, фокусируемыми через объектив микроскопа (справа на рисунке), происходит химическая реакция по объединению отдельных атомов в молекулу NaCs. — Building one molecule from a reservoir of two atoms, Cold chemistry with two atoms.

  • Этология, зоология позвоночных. Интересное исследование миграций белого аиста (Ciconia ciconia) провели немецкие ученые. С помощью GPS-навигации удалось отследить не только траектории движения птиц, но и оценить их социальные роли в группах. Выяснилось, что всех особей можно разделить на «лидеров» и «последователей». «Лидеры» при полете учитывают перемещения термических потоков (термиков), используя при этом технику парения и, соответственно, затрачивая меньше энергии на движения крыльев. «Последователи» летят вслед за «лидерами», однако остаются в термическом потоке несколько дольше и покидают его на более низкой высоте, в связи чем им приходится значительно чаще хлопать крыльями при маневрах «вверх-вниз». — From local collective behavior to global migratory patterns in white storks.
  • Биомоделирование, ЖКТ. Команде американских исследователей удалось сконструировать уникальный микродатчик, способный функционировать в труднодоступных регионах организма. Он представляет собой беспроводную капсулу, в которой находятся биосенсорные люминесцирующие бактерии. Ученые уже проверили это устройство для измерения желудочно-кишечных кровотечений у свиней. Подопытным животным давали проглотить капсулу, содержащую гемочувствительные пробиотики. Впрочем, ученые не собираются останавливаться только на протестированной технологии и уже планируют разработку альтернативных биомаркеров ЖКТ. — An ingestible bacterial-electronic system to monitor gastrointestinal health, Illuminating dark depths, биомолекула: Лечебные препараты из живых микроорганизмов.
  • Онкология. Ключом к пониманию лечения рака печени является кишечный микробиом, влияющий на возникновение воспалительных процессов в этом органе. Новое исследование показывает, что комменсальные бактерии рода Clostridium блокируют эффективный иммунный ответ как на первичные опухоли печени, так и на уже существующие метастазы. Причем это происходит по ранее неизвестному механизму: за счет модификации продукта клеток хозяина (желчных кислот), а не посредством собственных метаболитов. Видоизменение желчных кислот способствует активации иммунных клеток естественного Т-киллера (natural killer T, NKT). Рост первичных опухолей и вторичных метастаз печени удалось снизить за счет удаления NKT-клеток. — Gut microbiome—mediated bile acid metabolism regulates liver cancer via NKT cells, Cancer immunity thwarted by the microbiome, биомолекула: Микробиом кишечника: мир внутри нас, Тернистый путь метастазов: через гипоксию в печень.
  • Молекулярка, биофизика. Фазовое разделение, происходящее в клетках — один из наиболее удобных способов функциональной компартментализации, который может происходить без участия цитоплазматической мембраны. На этой неделе сразу два исследования посвящены изучению роли РНК в этом процессе. — The RNA face of phase separation, биомолекула: Разделяй и властвуй: роль разделения фаз в жизни клетки.
    • В первой работе исследователи из США обнаружили интересную функцию РНК-связывающего белка Whi3: с его помощью в структуре РНК происходят конформационные изменения. Приобретение определенной модификации РНК, опосредованное через Whi3, способствует сборке отдельных жидкостных РНК-обогащенных компартментов. — mRNA structure determines specificity of a polyQ-driven phase separation.
    • Вторая работа посвящена исследованию прионоподобных РНК-связывающих белков. Некоторые из них, такие как TDP43 и FUS, достаточно хорошо растворяются в ядре, но образуют неправильные агрегаты в цитоплазме. Агрегация этих белков в домены может вызывать нейродегенеративные заболевания. Ученые из Германии обнаружили, что этот фазовый переход между жидким и твердым состоянием может определяться концентрацией РНК. Так, высокая концентрация РНК в ядре действует как буфер, предотвращающий разделение фаз. Низкое соотношение РНК/белок приводит к образованию капель, которые затем сливаются с образованием крупных белковых агрегатов. — RNA buffers the phase separation behavior of prion-like RNA binding proteins, биомолекула: Недоупорядоченные белки.
  • Клеточная биология, транскриптомика. Плоские черви Schmidtea mediterranea представляют собой интересный объект для проведения транскриптомного анализа благодаря наличию обширного пула плюрипотентных стволовых клеток. Две научных команды обратились к этому модельному объекту для осуществления смелой задачи — составить клеточный атлас на уровне целого животного с помощью метода одноклеточной транскриптомики.
    • В первом исследовании ученые из Кембриджа (США) сконцентрировались на определении транскриптомов у подавляющего большинства типов клеток планарий (всего специалисты изучили и обобщили данные для 66 783 клеток), среди которых были ранее неизвестные типы. Также в ходе этой масштабной работы специалисты идентифицировали переходные состояния между стволовыми и уже дифференцированными клетками. — Cell type transcriptome atlas for the planarian Schmidtea mediterranea.
    • Во втором исследовании немецкие ученые также использовали метод транскриптомики одиночных клеток для реконструкции «древа» эволюции клеток на всех стадиях — от стволовых до полностью дифференцированных. После необходимых вычислений стало возможным предсказывать работу генов, которые «включают» и «выключают» функции, обеспечивающие клеточную дифференциацию. Интересно, что составление «родословного древа» клеточных взаимопревращений помогает понять, как отдельные типы клеток проявляют себя в случае регенерации. — Cell type atlas and lineage tree of a whole complex animal by single-cell transcriptomics.

Комментарии