Подписаться
Оглавление

SciNat за март 2019 #3: звуки времен неолита, поиски испанского наследства и водопады в режиме самосборки

  • 290
  • 0,4
  • 1
  • 0
Добавить в избранное
Дайджест

Классифицируя информацию. Машинное обучение и квантовое вычисление — это две современных компьютерных технологии. Каждый из этих методов позволяет решать сложные задачи по классификации объектов, распознаванию образов, вытягиванию изображений. Ученые из Оксфорда (Великобритания) решили объединить два этих способа, написав алгоритм их работы на квантовом компьютере. — Supervised learning with quantum-enhanced feature spaces.

Новая неделя марта проводит границу между условно «историческими» и «технически-структурными» исследованиями. Действительно, в новом выпуске Nature многие статьи рассказывают о структурной биологии, секретах биохимии и технических открытиях. А вот темы Science сфокусировались на событиях, происходивших много лет назад. Кроме этого, мы узнаем о прямом влиянии кислорода на гены, побегаем в виртуальном лабиринте вместе с мышью и узнаем, насколько быстро черви отращивают утраченные части тела.

Nature #567 (7747) + онлайны: «нет» редактированию генома, большой неизвестный микробиом и лабораторный водопад

  • Микробиология, таксономия. В Nature опубликована открытая статья, в которой американские ученые рассказывают о 60 тысячах расшифрованных геномах микробов. Материал для этого масштабного исследования ученые нашли в микробиоме 4 тысяч добровольцев. При этом две тысячи микроорганизмов оказались ранее неизвестными кишечными бактериями. Дальнейший анализ обнаруженных таксонов микробиома позволит выявить возможные взаимосвязи бактерий с заболеваниями желудочно-кишечного тракта. — Novel insights from uncultivated genomes of the global human gut microbiome, биомолекула: Микробиом кишечника: мир внутри нас.
  • Структурка. LAT1 — это белок-транспортер, который способствует проникновению гормонов щитовидной железы и некоторых лекарственных препаратов через клеточную мембрану. Вместе с тем сверхэкспрессия белка LAT1 обнаружена у опухолевых клеток, что делает его потенциальной мишенью для противораковых средств. Известно, что белок LAT1 образует транспортный комплекс с участием тяжелой цепи антигена 4F2hc. В новом выпуске Nature показана структура LAT1-4F2hc. Выяснилось, что белок LAT1 связан с антигеном 4F2hc дисульфидными связями, причем как с внутренней, так и с внешней стороны мембраны. — Structure of the human LAT1—4F2hc heteromeric amino acid transporter complex.
  • Биохимия, биотехнология. Несмотря на огромное разнообразие биологических соединений, их химический состав ограничен несколькими наиболее часто встречающимися элементами. Например, в составе аминокислот практически не попадаются такие «артефакты», как галогены (фтор, бром, йод) или алкены с алкинами. Впрочем, целый класс микроорганизмов производит продукты, содержащие нетривиальные аминокислоты. Каким образом «редкие» вещества включаются в состав аминокислот? Ученые из США продемонстрировали один из способов, благодаря которому в метаболизм бактерии Streptomyces cattleya поступает алкин-содержащая аминокислота. Они обнаружили, что аминокислота L-лизин подвергается неожиданной цепи реакций, в результате которых она сначала галогенируется, затем ее С-С связь рвется, а на ее месте формируется тройная алкиновая связь.Это открытие дает биохимикам большой потенциал для клеточного производства галоген-, алкен- и алкин-меченых белков. — Discovery of a pathway for terminal-alkyne amino acid biosynthesis, биомолекула: D-аминокислоты: не только в Зазеркалье.
  • Структурка. Ремоделирование хроматина — это изменение структуры ДНК, при котором нуклеосомы (белки, соединенные с нитью ДНК) перемещаются относительно молекулы ДНК. Этот процесс невозможен без затрат энергии, которая выделяется при гидролизе АТФ. В новой статье Nature китайские ученые рассказывают о взаимосвязи между гидролизом АТФ и ремоделированием хроматина. Эти два процесса объединяет фермент Snf2. Выяснилось, что в клетках дрожжей Saccharomyces cerevisiae фермент Snf2, связанный с нуклеосомой, вызывает изгибание цепи ДНК, которое распространяется вдоль всей молекулы по направлению к ее проксимальному концу. — Mechanism of DNA translocation underlying chromatin remodelling by Snf2, биомолекула: Хроматин — сенсор повреждений ДНК.
  • Геология, рельеф Земли. Традиционно считалось, что водопад возникает из-за разломов земной коры, изменения русла реки или ручья, из-за ледникового движения или других геологических изменений. Но ученые из Калифорнии (США) доказали, что водопады могут «самоорганизовываться» без воздействия внешних сил. В университетской лаборатории исследователи построили модель, имитирующую природный ручей. Оказалось, что вода способна перемещать нижние твердые слои русла, которые как бы «проваливаются» ниже. Изменение уровня такого искусственного ручья формирует участки с разной высотой, которые представляют из себя мини-водопады. В природе, где объем воды в реке больше, постоянное перемещение воды способствует возникновению самых настоящих водопадов. По словам ученых, это открытие меняет принятый взгляд на историю рельефа Земли — ведь «самоформирующиеся» водопады не зависят от внешних сил. — Self-formed bedrock waterfalls.
  • Нейробиология. Ученые показали необычную взаимосвязь между зрительным восприятием и ориентацией тела в пространстве. Для этого потребовались мышь и симулятор виртуальной реальности. В ходе эксперимента выяснилось, что нейроны зрительной коры интерпретируют окружающую реальность в зависимости от того, как организм себя чувствует в настоящий момент времени. Так, мышь, которая бежала по виртуальному коридору с монохромными стенками, по-разному реагировала на идентичные визуальные ориентиры — черно-белые полоски. Получается, что визуализация реальности особым образом обрабатывается в головном мозге, опираясь на ассоциации из предшествующего опыта. — The mouse in the video game, биомолекула: Нейроны любят похожих.
  • Наука и общество. Ученые из США, Китая, Новой Зеландии и ряда европейских стран призывают наложить мораторий на генетическое редактирование эмбрионов. Генетики опубликовали открытое письмо со своими предложениями в Nature. Одно из главных требований ученых — запретить любые манипуляции с генами эмбрионов на пять лет. Такая отсрочка поможет разработать международные правила по эмбриональным исследованиям. После этого страны смогут получить право на проведение экспериментов с зародышами. Но для этого нужно выполнить три условия: 1) заранее уведомить о своем намерении Международную (и пока несуществующую) организацию по контролю за эмбриональными разработками; 2) представить подробный план исследований; 3) предоставить доказательства того, что население страны поддерживает научные исследования. — Adopt a moratorium on heritable genome editing.
D1o5rE_X4AE7QQU.jpg

Взрослые детские проблемы. Обложка нового выпуска Science пытается привлечь внимание к проблеме рака у детей. Благодаря достижениям современной науки процент успеха среди маленьких пациентов превышает 80%. Но это относится только к детям из экономически развитых стран. А вот в регионах с низким уровнем доходов показатель успешного лечения составляет всего лишь 30%. — It takes a village.

Science #363 (6432) + онлайны: исправляем прикус древних людей, захватываем Иберию вместе с иммигрантами и знакомимся с «марганцевым синдромом»

  • Иммунология. Макрофаги — защитные клетки организма, которые захватывают и переваривают чужеродные агенты. Разнообразие макрофагов может обеспечиваться за счет микроокружения тканей, в которых локализованы иммунные клетки. В своей новой работе ученые из Сингапура обнаружили две разные популяции макрофагов легких. Одна из них находилась вблизи нервных пучков, а вторая популяция тесно связана с кровеносными сосудами. Получается, что даже в пределах одной системы органов макрофаги могут выполнять разные функции и различаться не только по физиологии, но и по фенотипу. — Two distinct interstitial macrophage populations coexist across tissues in specific subtissular niches, Mapping the lung, биомолекула: Одураченные макрофаги, или несколько слов о том, как злокачественные опухоли обманывают иммунитет.
  • Молекулярка, регенерация. Представители бескишечных турбеллярий (Acoela) известны своими впечатляющими способностями к регенерации. Один из видов этих червей, Hofstenia miamia, способен отрастить новый участок тела всего за несколько часов. Ученые предсказывают этому организму судьбу нового модельного объекта для исследования регенерационных процессов. Так, им удалось идентифицировать вариабельный мотив, который регулирует гены раннего ответа (egr) на восстановление тканей. — A master regulator of regeneration, Acoel genome reveals the regulatory landscape of whole-body regeneration.
  • Антропология. Что общего между сельским хозяйством и человеческой речью? В Science ученые рассказывают о том, как изменение рациона питания древних людей повлияло на современную фонетику. Команда исследователей сравнивала черепа людей эпохи неолита и их потомков. Выяснилось, что примерно 2,5 тысячи лет назад прикус человека начинает меняться. В современном мире люди обладают так называемым «глубоким детским прикусом». Это значит, что верхние зубы заходят вперед над нижними. У наших предков челюсть формировалась несколько по-другому: верхний ряд зубов располагался строго над нижним или даже несколько загибался внутрь, в сторону языка. Это было связано с образом жизни: люди неолита питались грубой и жесткой пищей, которая разрушала зубную эмаль. Чтобы избежать ее истончения из-за механического изнашивания, верхний и нижний ряд зубов располагались друг напротив друга. Но с освоением сельского хозяйства и включением в рацион мягкой фермерской пищи эта необходимость исчезла. Самое интересное в том, что изменение прикуса позволило нам произносить звуки «f» и «v», распространенные в индоевропейских языках. — Ancient switch to soft food gave us an overbite—and the ability to pronounce ‘f’s and ‘v’s, How farming reshaped our smiles and our speech.
  • Популяционная биология, антропология. В новом исследовании ученые расследовали судьбу Y-хромосом среди испанцев. Выяснилось, что генетическое наследие мужчин, которые жили на Пиренейском полуострове 4,5 тысячи лет назад, практически полностью «растворилось» среди популяций «пришельцев» — собирателей и фермеров из Анатолии (современной Турции), Польши и Италии. Всего в исследовании были изучены генетические данные трехсот предков — коренных обитателей древней Иберии (Испании), живших 13000–500 лет назад. Гены, содержащиеся в ДНК этих древних людей, постепенно вытеснялись вновь прибывающими поселенцами из восточноевропейских и азиатских регионов. Древняя Иберия практически не оставила генетического наследства в ряду мужских поколений современной Испании. — Men who lived in Spain 4500 years ago left almost no male genetic legacy today, биомолекула: Древняя ДНК: Привет из прошлого.
  • Молекулярка. При гипоксии (дефиците кислорода) в организме нарушается ряд физиологических функций, в том числе нормальная экспрессия генов. Ранее считалось, что гипоксия изменяет экспрессию генов косвенно, регулируя активность особого транскрипционного фактора. Но в новых статьях Science ученые показали, что гипоксия способна влиять на экспрессию напрямую, непосредственно воздействуя на регуляторы хроматина. Среди наиболее чувствительных к содержанию кислорода ферментов — деметилазы гистонов KDM6A и KDM5A. Эти белки выполняют роль своеобразных «кислородных датчиков». При снижении концентрации кислорода активность этих ферментов резко снижается. — Hypoxia induces rapid changes to histone methylation and reprograms chromatin, Histone demethylase KDM6A directly senses oxygen to control chromatin and cell fate, Histone modifiers are oxygen sensors, биомолекула: Гипоксия, негипоксическая гипоксия и иммунитет.
  • Нейробиология. Белок альфа-синуклеин — один из виновников болезни Паркинсона. Агрегация этого белка приводит к образованию опухолей в нервной ткани и вызывает нейродегенеративные заболевания. Ученые обнаружили взаимосвязь между нарушениями альфа-синуклеина и марганцем. В небольших концентрациях марганец — один из необходимых участников метаболизма человека. Но вот превышение допустимой дозы этого элемента нарушает нормальное сворачивание белка синуклеина. В итоге это приводит к воспалению и гибели нейронов и развитию нейродегенеративных болезней. — Manganese promotes the aggregation and prion-like cell-to-cell exosomal transmission of α-synuclein, биомолекула: Болезнь Паркинсона: что изучать? как изучать?
  • Наука и общество. Принято считать, что древние общества были жестоки и нетерпимы к больным людям. Но вот на семинаре в Берлине ученые бросают вызов этому давнему предубеждению. Исследование древних захоронений показало, что люди с редкими заболеваниями (карликовостью, многопалостью, нарушениями развития скелета) пользовались поддержкой и уважением. Благодаря заботе своих соплеменников таким людям удавалось дожить до преклонных лет. И даже после смерти они удостаивались быть похороненными с почестями. — Rare diseases prompted care in ancient times.

Комментарии