Эволюция

Почему ярких не съели?

Эволюционное происхождение предупреждающей окраски до недавнего времени оставалось загадкой. Почему хищники не съедали особей с яркой окраской сразу? Как такие животные смогли донести до хищников, что их опасно есть? На этот вопрос отвечает недавнее крупномасштабное исследование развития предупреждающей окраски земноводных, опубликованное в Science. Один из участников исследования, симпатичный альпийский тритон, даже попал на обложку номера. Авторы считают, что яркие формы смогли развиться благодаря так называемым скрытым сигналам (hidden signals). Скорее всего, предками полностью ярких форм были формы с яркими участками тела, которые хищник видел только в непосредственной близости от жертвы. Так, у многих земноводных спинка имеет маскировочную окраску, в то время как брюшко может быть ярким, как у тритона с обложки. Именно на этих скрывающих красоту формах хищники научились понимать, что яркое есть опасно. Именно эти формы позволили целиком ярким потомкам выжить и даже получить эволюционное преимущество. — Evolutionary transitions from camouflage to aposematism: Hidden signals play a pivotal role.

Иммунология

Грешки антигенов

Некоторые вирусы изменяются с невероятной скоростью, поэтому вакцинация от них бывает неэффективна, а самостоятельно иммунная система с такими заболеваниями тоже борется хуже. Одной из причин слабости организма перед такими врагами является так называемый «первичный антигенный грех» (OAS, или антигенный импринтинг). Это явление заключается в том, что при встрече с уже знакомыми антигенами антитела в основном вырабатываются B-клетками памяти, а не плазматическими клетками (зрелая форма В-лимфоцитов), которые впервые встретили этот антиген. В результате иммунный ответ развивается быстрее. Это хорошо, но при встрече с вирусами, которые быстро мутируют, этот механизм больше вредит, чем помогает. Бывает так, что антиген изменяется настолько сильно, что антитела, которые выработал организм, уже не могут связаться с его рецепторами, поэтому антитела оказываются бесполезными. Эта проблема особенно актуальна для таких заболеваний, как грипп и коронавирус, потому что их вирусы очень быстро меняются. Ученые из США и Канады изучили, как именно осуществляется антигенный импринтинг, и подтвердили его существование. Для этого они использовали метод картирования судеб сывороточных B-лимфоцитов. Кроме того, на примере вируса гриппа они изучили, насколько далекими родственниками должны быть антигены, чтобы импринтинг не включался. Исследователи считают, что их работа поможет в создании вакцин от таких заболеваний, как коронавирус и грипп. — Molecular fate-mapping of serum antibody responses to repeat immunization, «Биомолекула»: «Когда появляется иммунологическая память?».

Посттрансляционные модификации и аутоиммунные заболевания

Человечество активно ищет подходы к лечению аутоиммунных заболеваний, изучает их возникновение и механизмы. В свежем выпуске Science раскрыт один из вариантов формирования аутоантигенов при болезни Бехтерева. Ученые из Китая выявляли аминокислоты, которые отличались по массе от закодированных в РНК аминокислот. Так они нашли те аминокислоты, которые подверглись пострансляционным модификациям. Среди них они выделили характерное для болезни Бехтерева изменение аминокислоты — карбоксиэтилирование цистеина. Такое изменение аминокислоты запускает разрушение интегрина альфа-IIb и продукцию аутоантигенов, что в итоге вызывает иммунный ответ организма. Исследователи призывают продолжать изучать связь посттрансляционных модификаций и аутоиммунных заболеваний. — Cysteine carboxyethylation generates neoantigens to induce HLA-restricted autoimmunity, «Биомолекула»: «SUMO: японская борьба или уникальная посттрансляционная модификация?».

Все болезни от нервов — нервная система задействована в анафилактическом шоке

Сильная аллергическая реакция может проявляться в виде анафилактического шока, для которого характерны резкое падение температуры тела и артериального давления, а также затруднение дыхания. Обычно в таком тяжелом состоянии обвиняют иммунную систему, но новое исследование на мышах выявило еще одного виновника — нервную систему.

Задуматься о роли нервной системы в аллергических реакциях подтолкнуло необычное поведение мышей в состоянии анафилактического шока. Они ложатся на живот и вытягиваются, а такие реакции обычно регулируется нервной системой.

Оказалось, что нервная система действительно участвует в аллергических реакциях за счет того, что тучные клетки выбрасывают фермент химазу. Химаза взаимодействует с нейронами, регулирующими температуру тела; из-за этого температура при анафилактическом шоке падает. Исследователи считают, что блокировка взаимодействия химазы с рецепторами на нейронах может быть новым способом борьбы с анафилактическим шоком. — Nervous system may play role in severe allergic reactions.

Нейробиология

Лампочки с кальцием в нейронах

Нейровизуализация с использованием кальция и связывающихся с ним флюоресцентных белков известна довольно давно. Еще в 1960-х ученые выделили из 10 000 медуз Aequorea экворин, который светился в присутствии кальция. С тех пор интерес к визуализации различных процессов с использованием кальция и белков не утихал. Но этот метод визуализации не давал хорошо изучать такие быстрые события, как потенциал действия, который является, по сути, единицей мозговой деятельности. Потенциалы действия вызывают большое, но очень быстрое увеличение концентрации кальция, поэтому связывающиеся белковые молекулы в предыдущих датчиках кальция не успевали изменять свою флюоресцентность. Но новая разработка позволяет увидеть потенциалы с помощью кальция: она подходит для наблюдения за тонкими процессами при коммуникации нейронов в мозге. Команда китайского исследователя Чжана изменила датчик кальция типа GCaMP, включающий в себя зеленый флуоресцентный белок, кальмодулин и пептидную последовательность киназы легкой цепи миозина. Они включили в новый датчик пептидный фрагмент эндотелиальной синтазы оксида азота, который связан с доменом кальмодулина; именно эта область играет решающую роль в кинетике jGCaMP8. Кроме того, исследователи долго заменяли в датчике отдельные аминокислоты, чтобы в результате получить невероятно точный и быстрый датчик. — Fast and sensitive GCaMP calcium indicators for imaging neural populations, «Биомолекула»: «Флуоресцентные репортеры и их молекулярные репортажи».

«Бессмысленные» олигонуклеотиды от неправильных белков при нейродегенеративных заболеваниях

Белок TDP-43 выполняет очень много функций в организме человека,ведь он способен связываться с ДНК и РНК, регулировать транскрипцию и трансляцию. При некоторых нейродегенеративных заболеваниях, таких как боковой амиотрофический склероз и лобно-височная деменция этот белок отсутствует в нейронах. Исследование, опубликованное в марте 2023 года в Science, рассказывает о том, к чему приводит потеря этого белка, и предлагает варианты, как бороться с последствиями этой потери. Выяснилось, что в норме TDP-43 блокирует один сайт сплайсинга в пре-мРНК, кодирующей статмин-2. Белок статмин-2 необходим для регенерации отростков нервных клеток, поэтому нарушения в его синтезе наверняка играют не последнюю роль при развитии нейродегенеративных заболеваний. В отсутствии TDP-43 статмин-2 собирается неправильно, не может нормально функционировать и не может восстанавливать отростки нейронов. Исследователи разработали антисмысловые олигонуклеотиды, способные блокировать неправильный сплайсинг РНК, кодирующей статмин-2. Ученые произвели инъекции антисмысловых олигонуклеотидов в спинномозговую жидкость мышей, у которых синтез статмина-2 был нарушен. Эти инъекции восстановили синтез правильного белка. Данная разработка открывает новые перспективы для лечения нейродегенеративных заболеваний. — Mechanism of STMN2 cryptic splice-polyadenylation and its correction for TDP-43 proteinopathies.

Генная инженерия

Мышонок двух отцов и ученых

8 марта 2023 года на Третьем международном саммите по редактированию генома человека в Лондоне было объявлено о новой невероятной разработке. Учеными были выращены яйцеклетки из клеток мышей самцов; после оплодотворения из этих яйцеклеток развилось фертильное потомство. Конечно, о подобных действиях с людьми пока не идет и речи, но само по себе событие выглядит как привет из фантастических книг. Исследователи провели многолетнюю работу, чтобы прийти к такому результату. Из клетки самцов мышей они создали плюрипотентные стволовые клетки. Эти клетки выращивали в питательной культуре, пока некоторые из них спонтанно не потеряли свои Y-хромосомы. Затем клетки обработали соединением, называемым реверсином, которое может вызвать ошибки в распределении хромосом во время клеточного деления. Так были получены клетки с двумя копиями Х-хромосомы. После этого они посылали клеткам сигналы для формирования зрелой яйцеклетки. Сформированную яйцеклетку оплодотворили сперматозоидами другого самца, а затем имплантировали в матку мыши. Большая часть потомства не выжила, но выжившие особи оказались способны к размножению и здоровы. — The mice with two dads: scientists create eggs from male cells.

Структурная биология

Противник смерти клеток

Клетки могут умирать по разным причинам и разными путями. Один из самых популярных вариантов уйти из жизни — апоптоз. Этот печальный, но запрограммированный финал помогает развиваться организму, а также он во многом препятствует раковым заболеваниям и нейродегенерациям. В основном клетку разрушают протеолитические ферменты каспазы, причем они делают это так, что окружающие ткани никак не затрагиваются. В Science опубликованы результаты исследования структуры белка BIRC6, который подавляет активность каспаз. Вероятно, его активность, препятствующая гибели клеток, играет важную роль при раковых опухолях, поэтому он представляет интерес для медицины. В норме с BIRC6 не возникает проблем, поскольку его активность подавляет белок SMAС. С помощью криоэлектронной микроскопии белка BIRC6-а, связанного с каспазами и SMAC-ом, удалось выяснить молекулярные основы того, как данный белок подавляет каспазы. Оказалось, что BIRC6 имеет димерную подковообразную структуру с центральной полостью, которая позволяет связываться с каспазами, но SMAC очень прочно связывается с тем же внутренним сайтом, что и каспазы, занимая их место. Исследователи надеются, что их работа поможет в разработке лекарств от рака. — A massive machine regulates cell death, «Биомолекула»: «Апоптоз, или Путь самурая».

Клеточная биология

Как полезные бактерии уживаются в нас

В наше время ученые по достоинству оценили важность микробиома кишечника для здоровья. Ведутся разработки, направленные на то, чтобы лечить людей, изменяя их микробиом. Но о том, какие механизмы позволяют бактериям успешно жить в кишечнике, известно не так уж и много. Эмилия Крипотоу и другие ученые из Йельского университета обнаружили механизм, с помощью которого Bacteroides thetaiotaomicron, одна из самых частых жительниц нашего кишечника, приспосабливается к своему дому. Фактор терминации транскрипции (Rho) у этой бактерии содержит большой внутренний домен (IDR). Ученые вырастили бактерии без этого домена. Такие бактерии оказались способны к нормальной жизни в стерильных средах, но в кишечнике они оказались гораздо менее успешными, чем дикие штаммы той же бактерии. Кроме того, исследователи узнали, что Rho, у которой есть домен IDR, при недостатке питания и углеродном голодании образовывает биомолекулярные конденсаты в бактериях. Эти конденсаты меняют процесс терминации, в результате чего изменяют экспрессию множества генов, например, отвечающих за добычу витаминов, которые бактерия сама себе добыть не может. Так, всего лишь один домен настолько сильно влияет на жизнь бактерий внутри нас, а значит, и на нашу жизнь. — Bacteria require phase separation for fitness in the mammalian gut.

Медицина

Количество лабораторий, работающих со смертельными патогенами, растет

Согласно отчету Global BioLabs Report, за 16 марта 2023 года во всем мире существует 51 лаборатория с четвертым, самым высоким уровнем биобезопасности (BSL), а еще 10 лет назад таких лабораторий было в два раза меньше. В этих лабораториях работают с самыми опасными смертельными патогенами, такими как вирус Марбург, вирус Эбола, вирус Ласса. Для сотрудников предусмотрена самая жесткая техника безопасности. Но во многих лабораториях, особенно в странах, в которых они появляются впервые, часто нет четкой регламентации для работы, нет законодательного регулирования. По данным отчета, законодательное регулирование любых экспериментов есть только в Канаде. Кроме того, в ближайшие несколько лет планируется построить еще 18 таких лабораторий с четвертым, самым высоким уровнем биобезопасности (BSL). Все это заставляет больше беспокоиться об угрозе утечки патогенов. Если такое страшное событие произойдет, то заражение будет массовым из-за того, что большая часть таких учреждений находится в городах или рядом с населенными пунктами. Отчет призывает ВОЗ внимательнее отнестись к регулированию работы таких лабораторий, а отдельные страны призывает согласиться на аудит  сторонних экспертов. — Growing number of high-security pathogen labs around world raises concerns.

Экология

Сколько углерода аккумулируют юные леса тропиков?

Мы постоянно слышим об экологических проблемах из-за уничтожения влажных тропических лесов, но очень сложно представить себе реальные масштабы происходящего, когда речь идет о настолько многофакторных явлениях. Новое исследование, о котором сообщает Nature, позволяет представить себе один аспект этой проблемы. Несмотря на достаточно плачевную ситуацию с влажными лесами, в некоторых районах они постепенно восстанавливаются. Недавно ученые выяснили, сколько именно углерода поглощают юные леса, а также сопоставили эти цифры с оценкой выбросов углерода, которые произошли при вырубке старого леса. Они рассматривали спутниковые данные о лесах Амазонки, Борнео и Центральной Африки. Оказалось, что за год эти леса аккумулируют около 90–130 Tg (10⁹ кг) углерода. Таким образом, восстанавливающиеся леса за 34 года покрыли 21–34% выбросов углерода из-за потери лесов за тот же период в тех же регионах. С одной стороны, исследование добавляет оптимизма, ведь восстанавливающиеся леса хороши в аккумулировании углерода, c другой cтороны, пока что они компенсируют далеко не весь вред, поэтому очень важно охранять старые леса. — The carbon sink of secondary and degraded humid tropical forests.

Последствия взрыва на «Северном потоке» и точное экологическое моделирование

В сентябре прошлого года серия из четырех взрывов разорвала газопроводы «Северный поток-1» и «Северный поток-2» недалеко от датского острова Борнхольм в Балтийском море, в результате чего в море и атмосферу было выброшено более 100 000 тонн метана. Мы больше слышали о политических и экономических последствиях, но группа ученых из Дании произвела тщательную оценку экологических последствий взрыва. Взрыв произошел недалеко от свалки боевых отравляющих веществ времен Второй мировой войны. Ученые рассчитали, что взвесь со дна не дойдет до поверхности, и действительно, на спутниковых снимках не было видно следов взвеси. Кроме того, они рассчитали биодоступность и потенциальную опасность веществ, которые могли подняться со дна. Больше всего их насторожил свинец. Ученые считают, что сильнее всего взрыв ударит по благополучию трески и морских свиней. Дело в том, что треска во время взрыва нерестилась как раз в этом месте, поэтому икра, скорее всего, пострадает от воздействия свинца. А местная популяция морских свиней так мала (около 500 особей), что потеря даже одной из них значима. Во время взрыва свиней могло оглушить, из-за чего сейчас они могут испытывать проблемы в коммуникации с сородичами. — Nord Stream pipeline blasts stirred up toxic sediment.