Nature #587 (7833) + онлайны: крепкий атлантический циклон, «прогрессивный кактус» и шаперон-санитар

• Генетика, эволюционные связи. Три статьи Nature познакомят нас с генетическими связями животных:
  • В первой статье команда международного проекта Bird 10,000 Genomes делится результатами исследования 363 птичьих геномов. Такая большая выборка позволила изучить 90% всех птичьих семейств, включая недавно отсеквенированные геномы. — Dense sampling of bird diversity increases power of comparative genomics.
  • Вторая статья знакомит нас с результатами проекта Zoonomia Project, в котором проанализировали 240 геномов животных — представителей 80% семейств плацентарных млекопитающих. Для такой массивной аналитики подключили новое программное обеспечение — Progressive Cactus, работе которого посвящена отдельная статья. — A comparative genomics multitool for scientific discovery and conservation.
  • В третьей статье биоинформатики из Калифорнийского университета в Санта-Крузе — того самого, где впервые опубликовали геном нового вируса SARS-CoV-2 — рассказывают о «выравнивателе геномов» Progressive Cactus. Эта программа может одновременно работать с тысячами геномов, охватывающих миллионы лет эволюции. — Progressive Cactus is a multiple-genome aligner for the thousand-genome era.
• Экология моря, климат. Тропические циклоны, которые зарождаются в океане — грозное природное явление. Однако после столкновения влажного морского воздуха с поверхностью суши интенсивность урагана резко ослабевает. Это связано с тем, что в открытом океаническом пространстве ураганы подпитываются влагой, но на суше быстро теряют свое преимущество. Японские климатологи выяснили, что так происходит не всегда. Из-за глобального потепления ураганы, выходящие на берега Северной Атлантики, сохраняют свою силу. Наблюдения последних 50 лет показывают, что типичный атлантический ураган при достижении суши теряет лишь половину своей интенсивности — в отличие от более значительного 75%-ного ослабления, которое наблюдалось в 1960-е годы. — Slower decay of landfalling hurricanes in a warming world, Tropical cyclones could last longer after landfall in a warming world.
• Клеточная биология, регенерация. Хронические заболевания почек могут приводить к образованию фиброзов — рубцеванию почечной ткани. Принятой схемы антифиброзной терапии в настоящий момент не существует — рубцовые клетки почек все еще недостаточно изучены. Чтобы продвинуться в регенерационных исследованиях, биологи из Германии составили клеточные карты почек с помощью секвенирования РНК одиночных клеток. В результате удалось проследить судьбу миофибробластов почек и обнаружить белок Nkd2 в качестве мишени для терапии почечных фиброзов. — Decoding myofibroblast origins in human kidney fibrosis, «Биомолекула»: Рак почки: чтобы вылечить, надо восстановить естественный иммунитет!
• Экология, орнитология. Крупные города изменяют естественные условия обитания многих животных. В числе значимых экологических факторов, напрямую влияющих на образ жизни птиц — шумовое загрязнение и избыточная инсоляция. Американские орнитологи оценили степень воздействия антропогенных воздействий на репродуктивный успех городских птиц. Ожидаемым результатом оказалась прямая зависимость между шумом и снижением вероятности гнездования. Более неожиданным оказалось воздействие света — удивительно, но высокая концентрация света в конкретном пространстве положительно влияла на способность к репродукции. Эти данные подтверждают важную роль сенсорных загрязнителей в образе жизни птиц, населяющих крупные города. — Sensory pollutants alter bird phenology and fitness across a continent, «Биомолекула»: Модельные организмы: птицы, Могут ли условия жизни птиц влиять на пол потомства?
• Структурка. Белки теплового шока (HSP, Heat shock proteins) активируются при повышении температуры и поддерживают множество клеточных функций. Из-за большого разнообразия некоторые семейства этих белков все еще не изучены до конца. Израильские ученые сосредоточились на одном из семейств — белках HSP40, которые работают в качестве кофактора HSP70. С помощью метода ядерного магнитного резонанса удалось обнаружить уникальную особенность класса белков HSP40 — их способность к регуляции благодаря автоингибированию. Это свойство делает класс белков HSP40 незаменимыми при дезагрегации амилоидных волокон. — HSP40 proteins use class-specific regulation to drive HSP70 functional diversity.
• Нейробиология, молекулярка. Еще одна статья Nature, в которой главную роль играют белки теплового шока 70, на этот раз — в качестве молекулярных репараторов. Так, предпосылкой для развития нейродегенеративных заболеваний является слипание потерявших форму белков. Такие белковые агрегаты скапливаются в мозговом веществе и образуют стабильные структуры, плохо поддающиеся расщеплению. Однако шаперон HSP70 способен эффективно «вычищать» слипшиеся белковые агрегаты благодаря растворению фибрилл. Эта любопытная особенность белков HSP70 может сделать их новым способом терапии для лечения нейродегенеративных расстройств, включая болезнь Паркинсона. — Molecular dissection of amyloid disaggregation by human HSP70, «Биомолекула»: Желудочно-кислотный тест для шаперона, Лечение болезни Паркинсона нейротрофическими факторами: есть ли свет в конце туннеля?
• Генетика. Интрогрессия геномов, то есть проникновение генов одного вида в геном другого вида, представляет собой движущую силу эволюции живого мира. Но как быть с репродуктивно изолированными организмами, например, дрожжами, которые размножаются клонированием? В новой работе французских исследователей выяснилось, что разные виды дрожжей тоже способны к обмену генетической информацией. Так, потомки дрожжевых гибридов Saccharomyces cerevisiae дали начало линии Alpechin, в которой присутствуют генетические элементы Saccharomyces paradoxus. Предки этой дрожжевой линии претерпели геномную нестабильность и потеряли гетерозиготность. В результате гомозиготные «наследники» линии Alpechin не способны к фертильности и размножаются митотическим делением клеток. — A yeast living ancestor reveals the origin of genomic introgressions, «Биомолекула»: Полиплоидные дрожжи быстрее адаптируются к трудным условиям.
• Молекулярка, метаболом. Метаболиты — промежуточные продукты обмена веществ — находятся под влиянием множества факторов. Для изучения метаболома команда ученых из Израиля сравнила метаболиты, передающиеся по наследству, с метаболитами, на которые воздействуют внешние условия — микробиом кишечника, образ жизни, курение и особенности питания. Выяснилось, что наибольшее влияние на метаболом оказывают диета и состав микрофлоры кишечника. Изменение пищевого рациона — например, добавление в него конкретных продуктов — способно корректировать уровень почти половины всех метаболитов организма. — A reference map of potential determinants for the human serum metabolome, «Биомолекула»: Болезни и изменения клеточного метаболизма.

Science #370 (6518) + онлайны: вакцинные обзоры, корневые часы и аминокислота-основоположник

• Спецвыпуск Science посвящен вопросам повышения температуры на планете из-за парникового эффекта и внедрению охлаждающих технологий в повседневную жизнь:
  • Жаркая работа. Люди по всему миру в разной степени страдают от жары. Наиболее уязвимые группы — пожилые люди и рабочие, которые проводят по нескольку часов под палящим солнцем. Исследователи по всему миру изучают способы, которые могут снизить тепловую нагрузку на организм человека и возможности адаптации к перегреванию. — Living with heat.
  • Экстремальные температуры. За последние два года ученые уже дважды наблюдали экстремальные скачки температуры — жару в Японии 2018 года и аномальный июльский скачок температуры в Сибири в этом году. Аналитические расчеты, которые учитывают вклад множества факторов в общий рост потепления на Земле, показывают, что определяющей причиной для большинства «горячих событий» является деятельность человека. — Adapting to the challenges of warming.
  • Горячие данные. Тот, кто владеет информацией, владеет миром. Чтобы удовлетворить все возрастающую потребность в информации, специалисты big data задействуют все большее количество облачных сервисов и приложений обработки данных. Затраты на поддержку этого информационного изобилия включают в себя постоянно увеличивающиеся затраты энергии, а значит, и охлаждающих систем для нормальной работы data центров. — Cooling our insatiable demand for data.
  • Прохладные ткани. В числе жизненно важных вещей, без которых нельзя прожить и дня, люди часто называют электричество и интернет. Незамеченными остаются привычные вещи вроде одежды и текстиля, которые считаются одними из самых ранних изобретений человечества. Современные дизайнеры и инженеры разрабатывают новые текстильные изделия, способные эффективно охлаждать тело человека в условиях повышенной температуры. — Photon-engineered radiative cooling textiles.
  • Фотонная вселенная. Фотонные материалы меняют мир энергетических технологий — с их помощью можно отводить тепловое земное излучение, управляя температурой поверхностей. В обзоре рассматривают наиболее перспективные материалы, которые обеспечивают охлаждение и используют поглощаемое тепло в качестве источника энергии. — Terrestrial radiative cooling: Using the cold universe as a renewable and sustainable energy source.
  • Охлаждающие агенты. Большинство хладагентов, которые используются в охлаждающем оборудовании, экологически небезопасны. В объективе исследования ученых — новые поколения хладагентов: гидрофторолефины и естественные охладители — аммиак, пропан и изобутан. — New refrigerants and system configurations for vapor-compression refrigeration.
  • Магнитные изменения. Управлять теплом помогают магнитокалорические материалы, которые изменяют температуру материала при его намагничивании или размагничивании. В новой статье Science описаны последние прототипы таких магнитных веществ, с помощью которых возможно нагревать или охлаждать поверхности. — Caloric materials for cooling and heating.
• COVID-19, вакцины. Подробный обзор Science посвящен самым популярным антикоронавирусным вопросам: целесообразности третьей фазы клинических исследований, сравнительному анализу перспективных вакцин и эффективности двух возможных стратегий — вакцинации пожилых людей в основной группе риска. Медики пытаются ответить на вопрос, что лучше — создание «прямой защиты» от вируса или «косвенная стратегия», когда для снижения риска передачи вируса прививают лиц, контактирующих с пожилыми людьми. — Understanding COVID-19 vaccine efficacy, «Биомолекула»: SARS-CoV-2.
• SARS-CoV-2, молекулярка. Начальным этапом заражения новым коронавирусом является взаимодействие между шипом вируса и рецептором клетки-хозяина. В научных журналах последних нескольких недель регулярно публиковали статьи о роли фермента АСЕ2 в инфицировании человека. Однако последние результаты сразу двух исследовательских лабораторий показывают еще одного участника инфекционной реакции. Им стал белок нейропилин 1 (NRP1, neuropilin-1), который облегчает проникновение вируса в клетки. Первая работа идентифицирует места наиболее сильной экспрессии NRP1 — обонятельный эпителий и выстилающую ткань дыхательных путей. Вторая статья показывает критический момент связывания шипа коронавируса с белком NRP1 — этот этап может стать потенциальной мишенью для блокирования взаимодействия вируса с клеткой при участии моноклональных антител. — Neuropilin-1 facilitates SARS-CoV-2 cell entry and infectivity, Neuropilin-1 is a host factor for SARS-CoV-2 infection, Enhancing host cell infection by SARS-CoV-2, «Биомолекула»: SARS-CoV-2.
• Биохимия, происхождение жизни. Сначала возникли неорганические вещества, затем — органические соединения, а потом... начинается жизнь. Как объяснить происхождение жизни с точки зрения абиогенеза? Слабым звеном гипотезы Опарина — Холдейна остается объяснение сборки белковых молекул. Биологи из Университетского колледжа Лондона сделали шаг вперед в проблеме абиогенной теории возникновения жизни, доказав возможность искусственного синтеза аминокислоты цистеина из цианистого водорода и сероводорода. Ученые предполагают, что цистеин мог быть полноценным предшественником пептидов, а цистеиновые остатки в водной среде могли ускорять объединение аминокислот в полипептидные цепочки. — Prebiotic synthesis of cysteine peptides that catalyze peptide ligation in neutral water, Peptide synthesis at the origin of life, «Биомолекула»: Механика докембрийского периода.
• Генетика, картирование. Для понимания того, как функционирует организм человека, важно представлять экспрессию генов и раннее развитие клеток. В двух новых статьях Science опубликованы результаты трехуровневой индексации для изучения экспрессии отдельных генов и целых хромосом. Авторы первой работы сосредоточились на анализе РНК, выделенной из широко распространенных типов клеток, чтобы исследовать органоспецифичность. Вторая команда ученых исследовала доступность хроматина для клеток этих органов и выявляла регуляторные элементы, влияющие на экспрессию генов. — A human cell atlas of fetal gene expression, A human cell atlas of fetal chromatin accessibility.
• Физиология растений. Американские ученые раскрыли механизм биологических часов арабидопсиса, благодаря чему растение контролирует рост боковых корней. Так, у Arabidopsis thaliana новые боковые корни формируются через равные промежутки времени. Этот процесс поддерживает сигнальная система, в которой участвуют полисахариды пектины. Этерификация пектинов на участке, где образуется новый боковой корень, изменяет жесткость клеточных стенок и влияет на силу сцепления между соседними клетками. В результате зачатки боковых корней могут свободно прорастать через вышележащие клеточные слои. — Cell wall remodeling and vesicle trafficking mediate the root clock in Arabidopsis.