Оглавление

SciNat за март 2018 #3: вулканические хроники, логика младенцев и эмбриональные нокауты

  • 410
  • 1,0
  • 1
  • 2
Добавить в избранное

В этот раз обложка нового номера Nature демонстрирует нам микрофотографию плесневого гриба Aspergillus fumigatus, полученной с помощью сканирующего электронного микроскопа. Шотландские ученые из Абердина идентифицировали у млекопитающих особый рецептор, который узнает меланин аспергилла и инициирует иммунный ответ, тем самым обеспечивая защиту от плесневой инфекции.

Кажется, выбор статей для новых выпусков Nature и Science был продиктован темой времени (правда, в разных направлениях и масштабах). Так, в Nature представлен подробный обзор возрастных генетических перестроек, связанных с опухолевыми процессами, в организме детей и подростков. А в Science на этой неделе особого внимания удостоились суточные ритмы животных. Но это далеко не всё — из новых выпусков ведущих научных журналов мы узнаем, что помогает бороться с плесенью, как пепел влияет на миграции населения и когда можно начинать учиться построению логических суждений.

Nature #555 (7696) + онлайны: почему вода камень не точит, как возродить цивилизацию из пепла и чем опасны дефекты плаценты

  • Молекулярка, рак. Сразу две работы нового выпуска Nature раскрывают тему развития раковых заболеваний у детей, причем оба исследования делают акцент на масштабных геномных анализах. В первой работе ученые из Германии анализировали генетические изменения среди 961 онкобольных — детей и подростков — по 24 разновидностям рака. Выяснилось, что генетические изменения в предполагаемых «раковых» генах можно разделить на два класса: малые мутационные и структурные варианты. Причем к последним относятся хромотрипсис и гипервыраженная диплоидия, которые связаны с мутацией ТР53. Выяснилось, что 7–8 % детей в исследуемой группе являются носителями данной мутации.
    Во второй работе американские ученые анализировали молекулярные последовательности в 1699 лейкозах у больных детей. В результате масштабного изучения соматических изменений были выявлены 142 гена-"инициатора«, запускающих раковый процесс (причем один из них запускается и вызывает лейкоз под воздействием ультрафиолета). Интересно, что сравнение этих педиатрических данных с результатами взрослых больных выявило лишь 45% совпадений в молекулярной структуре генов. Обе работы дают ценную информацию о развитии онкологических процессов в течение жизни человека. — The landscape of genomic alterations across childhood cancers, Pan-cancer genome and transcriptome analyses of 1,699 paediatric leukaemias and solid tumours, Landscapes of childhood tumours, биомолекула: Хромотрипсис: разобрать и собрать хромосому.
  • Геология. Изучение сейсмических волн, проходящих через астеносферу — пластичный слой, граничащий с более глубокими слоями литосферы — позволяет понимать механизм распространения землетрясений. Ранее считалось, что большая роль в возникновении сейсмической активности принадлежит воде (а точнее, гидроксильным группам). Однако австралийские ученые переоценили влияние воды на на колебания тектонических плит. Оценка сдвигов минеральных пластов размягченного перидотита показала, что тектонические перемещения практически не чувствительны к содержанию воды. Ученые скорее склонны полагать, что сила и скорость сейсмической волны в большей степени определяются окислительно-восстановительными условиями: например, была обнаружена взаимосвязь между скоростью затухания волны в верхней мантии и повышенным содержанием в ней кислорода. — Redox-influenced seismic properties of upper-mantle olivine, Oxidation softens mantle rocks.
  • Иммунология, молекулярка. Лектины С-типа — семейство рецепторов, которые обеспечивают иммунитет против плесневых грибов, однако механизм их действия все еще неясен. Исследовательской группе из Великобритании удалось идентифицировать лектин С-типа, чувствительный к меланину плесневого гриба Aspergillus fumigatus (MelLec). Благодаря этому рецептору клетки организма-хозяина способны узнавать особые DHN-участки меланина (нафтален-диоловые участки 1,8-дигидроксинафталина, naphthalene-diol unit of 1,8-DiHydroxyNaphthalene) в конидиальных спорах аспергилла, а также в других грибах, содержащих DHN-меланин. Рецептор MelLec у мышей экспрессируется эндотелиальными клетками и обеспечивает защиту от плесневой инфекции. Впрочем, ученые исследовали этот рецептор не только на мышиных моделях, но и у человека. Выяснилось, что благодаря своему полиморфизму рецептор MelLec способен не только узнавать грибковые споры, но и повышать восприимчивость реципиентов к распространенным плесневым инфекциям, которые могут передаваться с трансплантированным материалом. — Recognition of DHN-melanin by a C-type lectin receptor is required for immunity to Aspergillus, Melanin triggers antifungal defences, биомолекула: Лектины — новые инструменты в диагностике и терапии злокачественных опухолей.
  • Структурка. Благодаря N-гликозилированию обеспечивается многообразие модификаций белков клетки. Катализирует реакцию присоединения сахарных остатков особый белковый комплекс олигосахарид-трансферазы (oligosaccharyltransferase, OST), но понимание работы данного комплекса было затруднено ввиду отсутствия изображений с высоким разрешением. Благодаря методу криоэлектронной микроскопии ученым из США удалось изучить структуру OST комплекса у дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Было обнаружено, что взаимодействия между восемью субъединицами OST-комплекса опосредованы с помощью фосфолипидов, а одна из субъединиц — Ost3 — является посредником между транслоконом OST—Sec61, направляя акцепторный пептид в сторону каталитического центра. Установление точной молекулярной структуры OST-комплекса может помочь «нацеливать» небольшие ингибиторы на активные сайты гликозилирования. — The atomic structure of a eukaryotic oligosaccharyltransferase complex.
  • Океанология, экология. Казалось бы, подписанное между странами соглашение о контроле выбросов углекислого газа должно было обеспечить надлежащий климатический контроль за атмосферой Земли. Однако всё как всегда непросто: ввиду сложности идентификации углеродных выбросов и неконтролируемому землепользованию данные по отслеживанию чистого углеродного выхода часто оказываются неточными и несогласованными. (Например, Китай еще в 2015 году признал, что недооценил ежегодное потребление угля почти на 17%.) Ученые видят перспективный путь — морские глубины. Океан является одним из самых мощных поглотителей углерода, принимая на себя почти четверть мировых выбросов углекислого газа. Вопрос только в количестве (и качестве) океанических индикаторов. Некоторые энтузиасты предлагают использовать автоматизированные погружные системы, оснащенные батареями, датчиком и системой передачи данных на расстоянии. Впрочем, масштабы такого проекта сопоставимы с размерами необъятных морских пучин, ведь огромные водные пространства вряд ли удастся в должной степени оснастить роботизированной техникой, а суровые зимние ветры и ледяные покровы еще больше усложнят задачу. — Ocean sensors can track progress on climate goals, биомолекула: Кто на самом деле крутит углеродное колесо.
  • Нейробиология. Новое исследование, проведенное китайскими учеными, обращается к теме развития префронтальной коры человека. Давно известно, что эта область мозга служит своеобразным центром когнитивных функций высшего порядка — таких, например, как память, принятие решений, социальное поведение. Однако идентификация клеток в развивающейся префронтальной зоне головного мозга представляет собой чрезвычайно трудную задачу. В новом исследовании удалось отследить развитие более 2300 одиночных клеток головного мозга с 8 по 26 неделю развития. С помощью секвенирования РНК были идентифицированы 35 подтипов клеток-предшественников и обнаружены новые генетические маркеры префронтальной коры. Сравнение «графиков» нейрогенеза на разных этапах развития мозга позволяет установить тонкую молекулярную регуляцию функции префронтальной коры человека. — A single-cell RNA-seq survey of the developmental landscape of the human prefrontal cortex, биомолекула: Всё, что вы всегда хотели знать о взрослом нейрогенезе, но боялись спросить.
  • Антропология, сейсмология. Извержение Везувия увековечило процветающий римский город Помпеи, позволив проследить жизнь его обитателей спустя почти две тысячи лет. Однако что мы знаем об извержении супервулкана Тоба, пепел которого покрыл почти всю Южную Азию 15-сантиметровым слоем более 74 тысяч лет назад? Совместное исследование ученых из ЮАР, Великобритании, Австралии, США и Греции позволяет пролить свет на эту неизвестную широким кругам историю. Ранее приводились противоречивые версии: или извержение спровоцировало резкое похолодание и наступление вулканической зимы, или сейсмическая активность никак не отразилась на жизни древних людей. Ученым удалось узнать, что извержение вулкана в Азии могло заставить местных обитателей переселиться в другие районы планеты. Во время работы команде ученых удалось обнаружить две палеолитические стоянки на побережье ЮАР. И в той, и в другой были найдены фрагменты вулканических горных пород, которые совпадали по возрасту с извержением Тобы. Получается, что (несмотря на масштабное извержение супервулкана!) древние люди продолжали расселяться, осваивая в том числе и африканский континент. — Humans thrived in South Africa through the Toba eruption about 74,000 years ago, биомолекула: Кто все эти люди?!
  • Эмбриология. В ходе изучения внутриутробного развития млекопитающих ученые часто используют технологию нокаута генов, причем около 25–30% случаев удаления генов из организма мышей вызывают летальный исход. Однако анализ таких мутантов обычно сосредоточен на эмбрионах, а не на плаценте. Исследователи из Кембриджа обратились к проблеме изучения морфологии плацентарной ткани. На мышиных моделях выяснилось, что 68% линий нокаута, вызывающих смертельный исход в процессе беременности, были связаны с нарушенными фенотипами плаценты. Это исследование позволяет переоценить важность дефектов трофобласта и плаценты в развитии аномалий плода. — Placentation defects are highly prevalent in embryonic lethal mouse mutants, биомолекула: Мигранты микромира: почему плацента стала домом для бактерий?

Science #359 (6381) + онлайны: имитируем сложные белки, «оживляем» стволовые клетки и разбираемся в половом созревании плазмодия

F1.medium.gif

На обложке Science изображена не репродукция нового шедевра современного искусства, а схема лазера на основе топологических изоляторов. В отличие от обычных изоляторов они отличаются тем, что электроны на их поверхности могут существовать в особенных состояниях, в результате чего тонкий приповерхностных слой топологического изолятора обладает очень высокой проводимостью. Резонаторы, обозначенные на схеме в виде кругов, связаны между собой направляющими каналами — волноводами (эллипсы на схеме). При этом красный периметр показывает край (приповерхностный слой) топологического изолятора, а один из двух выходов обозначен закрашенным красным цветом треугольником. Такая конструкция улучшает характеристики генерации полупроводника и объединяет множество диодных лазеров в единую систему. — Topological insulator laser: Theory, Topological insulator laser: Experiments.

  • Физиология, экспрессия генов. Циркадные ритмы — объект давнего и пристального внимания ученых (вспоминаем прошлогоднюю Нобелевскую премию). Но большая часть исследований была проведена на примере ночных циклов, например, у таких животных, как летучие мыши. Ученые из США, Франции и Кении решили устранить эту несправедливость, проведя масштабное исследование суточной активности генов бабуина Papio anubis, взятых из 64 тканей (включая 22 области головного мозга) в течение 24-часового периода. Выяснилось, что около 82% белок-кодирующих генов, ответственных за выполнение важных биохимических и клеточных функций, обладают точно выраженной суточной активностью. Это особенно важно учитывать в терапии, ведь большинство кодирующих белков генов идентифицируются как лекарственные мишени. Также было установлено, что пики экспрессии генов наблюдаются перед рассветом и в вечернее (предночное) время. — Diurnal transcriptome atlas of a primate across major neural and peripheral tissues, Rhythms: The dark side meets the light, биомолекула: Тик-так по-шведски. Нобелевская премия за циркадные ритмы.
  • Физиология, молекулярка. Еще одно «циркадное» исследование, проведенное учеными из Пенсильвании. На мышиных моделях изучались механизмы, которые обеспечивают суточные изменения экспрессии генов за счет хромосомных перестроек. Выяснилось, что «контролирующим сигналом» биологических часов млекопитающих является транскрипционный фактор Rev-erbα. Благодаря циклическим связываниям Rev-erbα с хроматином происходит вытеснение других белковых комплексов, что способствует взаимодействю между энхансерами и промоторами генов. — Rev-erbα dynamically modulates chromatin looping to control circadian gene transcription, Circadian organization of the genome, биомолекула: Найдена связь между обменом веществ и циркадным ритмом.
  • Психология. «Устами младенца глаголет истина». А если младенец еще не дошел до периода вербального развития? Совместное испано-польско-венгерское исследование ищет логические смыслы в поведении 12- и 19-месячных младенцев. Кажется, ученым удалось продемонстрировать, что дети уже в самом раннем возрасте способны формулировать логические схемы суждения «от противного» (так называемые «дизъюнктивные силлогизмы», или modus tollens). Оценка времени визуального контакта с различными объектами показала, что глаза младенцев расширялись, а взгляд задерживался на объектах с неоднозначными свойствами (такой эффект назвали «взгляд удивления»). Эти данные напоминают результаты взрослых людей, которые сталкиваются с ситуациями, несовместимыми с логическим умозаключением. — Precursors of logical reasoning in preverbal human infants, Logic in babies.
  • Новые материалы. Включение активных белков в искусственные полимеры позволило бы создать новый класс материалов с уникальными свойствами. Однако такое «совмещение» живых и синтетических систем затрудняется сложностью сборки белковых конформаций, которые в клетках объединяются и транспортируются при участии посредников — шаперонов, транслоконов и т.д. Исследовательской группе из США удалось разработать случайные гетерополимеры, состоящие из 4 мономеров, которые имитируют неупорядоченные белки клетки. Такие гетерополимерные структуры облегчают солюбилизацию и стабилизацию белков в измененных средах, что обеспечивает правильную сборку белковых комплексов вне клеток. — Random heteropolymers preserve protein function in foreign environments, Random copolymers that protect proteins, биомолекула: Торжество компьютерных методов: предсказание строения белков.
  • Геология. Резкое повышение сейсмической активности в штате Оклахома, начавшееся в 2009 году, связано с нерациональной утилизацией сточных вод. Часто пустоты, остающиеся после нефтегазовых разработок, заполняются водой, что приводит к подземным толчкам. Ученые из Бристоля предлагают схему коррекции данной ситуации. Так, ограничение глубины закачки воды на высоту 200–500 метров от поверхности земли может значительно сократить ежегодную сейсмическую активность. — Oklahoma’s induced seismicity strongly linked to wastewater injection depth.
  • Паразитология. Исследователи из Швейцарии обнаружили, что половая стадия развития малярийного плазмодия находится под строгим генетическим контролем. Начало спорогонии в организме комара инициируется после экспрессии гена ap2-g. Особый гетерохроматиновый белок HP1 (Heterochromatin protein 1) заставляет ген ap2-g «замолчать», тем самым блокируя половую стадию развития плазмодия. В свою очередь, белки развивающихся гаметоцитов (gametocyte development 1, GDV1), оказавшиеся в теле комара, способны вытеснять НР1, снимая тем самым ингибирование гена ap2-g. Получается, что GDV1 действует как эффекторный белок, запускающий половую дифференциацию малярийного плазмодия. — GDV1 induces sexual commitment of malaria parasites by antagonizing HP1-dependent gene silencing, биомолекула: Как понравиться вампиру, или За что комары так любят больных малярией?
  • Стволовые клетки, старение. Одной из причин угасания функций клеток является потеря регенерационной способности стволовых клеток. Американские ученые решили поглубже разобраться в проблеме старения нейронных стволовых клеток (neural stem cell, NSC), для чего сравнивали между собой транскриптомы активных и покоящихся нейронов мышей. Выяснилось, что такие клетки отличаются по клеточному строению: в активных NSC содержатся протеасомы, а в покоящихся NSC много больших лизосом, не способных расщеплять белки, благодаря чему в них накапливались белковые агрегаты. Изменение лизосомальной активности позволяет избавляться от ненужных белков и переводить покоящиеся NSC в активированное состояние. — Lysosome activation clears aggregates and enhances quiescent neural stem cell activation during aging, биомолекула: Аутофагия, протофагия и остальные.

Комментарии