Биоинженерия

Эволюционный инжиниринг ферментов

Многие лекарства производятся из естественных микробных продуктов. Несмотря на их значимость, существуют препятствия при переводе их в клинические лекарства из-за структурной сложности и ограничений в их синтезе и получении производных из них. Используя данные эволюционного анализа, две независимые группы исследователей показали, что громоздкие ферментные комплексы, производящие эти молекулы, могут быть собраны вместе для создания новых продуктов по требованию. Для этого нужно знать правильное место для соединения частей. Одна группа работала с нерибосомальными пептидсинтетазами и разработала подход под названием XUT (exchange unit between T domains). Следуя этому подходу, команда сконструировала ингибитор протеасом с помощью ферментного комплекса, содержащего фрагменты пяти отдельных систем. Вторая группа работала с поликетидсинтазами (поликетидсинтазы — это ферменты, синтезирующие поликетиды, т. е. вторичные метаболиты, такие как антибиотики, токсины или статины). Ученые производили удаление и вставку концептуально схожих обменных единиц и получали много родственных поликетидных продуктов с различными модификациями. — Evolution-inspired engineering of nonribosomal peptide synthetases, Evolution-guided engineering of trans-acyltransferase polyketide synthases, «Биомолекула»: «Ферменты haut couture».

Физиология растений

ABC-транспортер брассиностероидов

Брассиностероиды — это стероидные фитогормоны, необходимые для роста и развития растений, а также для реакции на стрессы окружающей среды. Сигнальный путь брассиностероидов хорошо изучен. Брассиностероиды синтезируются внутри клетки, но воспринимаются в апопласте (за пределами плазматической мембраны) посредством связывания с внеклеточной частью рецепторного комплекса, локализованного в плазматической мембране. Брассиностероиды — полярные молекулы. Поэтому они не могут проникнуть через клеточную мембрану посредством простой диффузии. До сих пор непонятно, как происходит экспорт внутриклеточно синтезированных брассиностероидов. ABC-транспортер арабидопсиса ABCB19, возможно, играет роль в распределении и экспорте фитогормона ауксина. Исследователи обнаружили, что ABCB19 может переносить также и брассиностероиды. — Structure and function of the Arabidopsis ABC transporter ABCB19 in brassinosteroid export, «Биомолекула»: «Модельные организмы: арабидопсис», «Ауксин — философский камень растений, или Арабидопсис, который выжил».

Синтетическая биология

Улучшенная искусственная хромосома человека

Искусственные хромосомы бактерий и дрожжей уже давно служат синтетическим биологам средством записи и переписывания геномов. Спустя четверть века после того, как были разработаны первые искусственные хромосомы человека (human artificial chromosome, HAC) исследователи разработали решение проблемы неконтролируемой мультимеризации, которая сопровождала предыдущие версии HAC. Новая HAC составляет около 750 тысяч оснований, что намного больше, чем предыдущие искусственные хромосомы человека. Такой размер хромосомы достаточен для размещения мультидоменного хроматина в центромере, необходимого для наследования посредством клеточных делений. — Efficient formation of single-copy human artificial chromosomes, «Биомолекула»: «Синтетическая хромосома».

Микробиология

Совместная жизнь грибков и бактерий в кишечнике человека

Candida albicans, грибок, часто обнаруживаемый в кишечнике человека, может вызывать системные заболевания. Адаптируясь к меняющимся условиям среды, он может переключаться между дрожжевыми и гифальными формами. В кишечных сообществах взаимодействие между грибами и бактериями влияет на приспособленность C. albicans. Дрожжевые клетки доминируют при отсутствии кишечных бактерий, тогда как гифальные клетки вытесняют дрожжевые клетки у хозяев с нормальными бактериальными популяциями. Факторы, специфичные для гиф, такие как кандидализин, помогают C. albicans в колонизации. Однако со временем иммунная система нацеливается на клетки гиф. Кандидализин также ингибирует виды бактерий, что позволяет предположить, что C. albicans эволюционировал, чтобы конкурировать с кишечными бактериями, используя факторы, специфичные для гиф. — The hyphal-specific toxin candidalysin promotes fungal gut commensalism, «Биомолекула»: «Микробиом кишечника: мир внутри нас».

Эволюционная биология

Что общего у бурых водорослей и животных?

В настоящее время известно лишь несколько главных генов, определяющих пол. Действительно ли некоторые гены лучше регулируют определение пола? Существует ли общий путь, лежащий в основе половой дифференциации эукариот? Эти ключевые вопросы остаются без четкого ответа и требуют анализа определения пола у разных видов организмов. Бурые водоросли — многоклеточные эукариоты, развивающиеся независимо от животных и растений. Мужской и женский пол у бурых водорослей определяется наличием V (мужской) или U (женской) половой хромосомы, но гены, определяющие пол, остаются неизвестными. Исследователи обнаружили, что ген HMG-бокса, MIN — главный регулятор определения мужского пола у бурых водорослей. Интересно, что гены HMG-бокса являются факторами детерминации пола и у животных. — Repeated co-option of HMG-box genes for sex determination in brown algae and animals, «Биомолекула»: «Что такое пол?».

Визуальные предпочтения определит геном

Визуальные предпочтения — важный фактор выбора партнера и полового отбора. Но мало известно о том, как они развиваются на генетическом уровне. Бабочки Heliconius обладают разнообразием ярких предупреждающих рисунков, которые также используются при выборе партнера. Исследователи показали, что два вида Heliconius развили одинаковые предпочтения в отношении красного цвета за счет обмена генетическим материалом посредством гибридизации. Нейронная экспрессия регукальцина 1 коррелирует с визуальными предпочтениями в разных популяциях. Самцы, у которых произошло нарушение регукальцина 1 с помощью CRISPR-Cas9, хуже ухаживают за самками своего вида. Эти данные подтверждают роль гибридизации в эволюции поведения и показывают, как поведение, связанное с визуальными предпочтениями и способствующее адаптации и видообразованию, кодируется в геноме. — Adaptive introgression of a visual preference gene.

Эволюция менопаузы у зубатых китов

Самки обычно могут максимизировать свой репродуктивный успех, размножаясь на протяжении всей своей взрослой жизни. Однако самки млекопитающих, в частности и человека, прекращают размножение за несколько десятилетий до окончания своей естественной продолжительности жизни (наступает менопауза). Зубатые киты — единственный таксон млекопитающих, у которого менопауза развивалась в процессе эволюции несколько раз. Исследователи обнаружили, что менопауза развилась у зубатых китов благодаря тому, что самки продлили свою жизнь без увеличения репродуктивного периода. Менопауза приводит к тому, что самки зубатых китов увеличивают свои возможности для помощи между поколениями, увеличивая совпадение продолжительности их жизни с внуками и потомками, не увеличивая их совпадение репродуктивного периода с дочерьми. — The evolution of menopause in toothed whales, «Биомолекула»: «Почему женщины живут дольше».

Этология

Социальное обучение у шмелей

Культура животных, как и человеческая культура, может быть кумулятивной: для нее характерны последовательные инновации, накладывающиеся на предыдущие достижения. Но ни одно исследование до сих пор не продемонстрировало это явление у беспозвоночных. Так, шмели могут научиться у обученных шмелей-демонстраторов открывать коробку с головоломкой и получать пищевые награды, даже если они не могут сделать это самостоятельно. Эксперименты показали, что шмелям-демонстраторам требовалось временное вознаграждение, чтобы научиться первому шагу, в то время как шмели-наблюдатели обучались поведению без вознаграждения. Это говорит о том, что социальное обучение может помочь пчелам приобрести сложное поведение. Но шмели-наблюдатели не смогли открыть ящик даже после 24 дней воздействия. Таким образом, способность к социальному обучению поведению, которое невозможно изменить путем индивидуальных проб и ошибок, уникальна для людей. — Bumblebees socially learn behaviour too complex to innovate alone.