Партнер дайджеста — Университет «Сириус»

Университет «Сириус» — это качественно новый подход к образованию и научно-исследовательской деятельности. В нем нет привычных факультетов и кафедр, ядро университета составляют Научные центры по приоритетным для России направлениям, которые возглавляют ученые с мировым именем.

Клеточная карта тела человека

Human Cell Atlas: первые результаты

Консорциум Human Cell Atlas (HCA) был создан в 2016 году для картирования человеческого тела на уровне клеток. Постепенно его работа приобрела глобальные масштабы, объединив усилия более 3600 специалистов из 102 стран. На текущем этапе консорциум приступил к интеграции данных и опубликовал большое число статей: от вопросов разработки аналитических методов с использованием искусственного интеллекта до характеристики тканей и органов человека на протяжении эмбрионального развития и после рождения.

В настоящее время на портале HCA представлена информация о почти 62 миллионах клеток, полученных от 9100 доноров. Для облегчения интеграции данных консорциум занимается разработкой 18 атласов биологической сети, которые схематично изображены на рисунке ниже. Пока на портале НСА размещены черновики трех атласов — легких, нервной системы и глаз. Будь то работа над атласом пищеварительного тракта или изучение внутриутробного развития скелета и тимуса, исследователи опираются на индивидуальные характеристики отдельных клеток, включая их транскриптомы (совокупность мРНК).

Деятельность консорциума не ограничится вышедшими статьями — это лишь первые успехи, и работа продолжается. Однако некоторые из полученных результатов нашли применение в современной медицине и фармакологии. — The Human Cell Atlas: towards a first draft atlas, Cellular atlases are unlocking the mysteries of the human body, «Биомолекула»: «Дипломатия клеток: взлёты и падения», «„Нарисуем“ живую клетку».

Нейробиология

3D транскриптом головного мозга

При помощи пространственной транскриптомики можно не только измерить активность генов, но и установить локализацию процесса. Ранее этот подход был применим для исследования тонких срезов тканей. Но благодаря новой технологии ученые смогли визуализировать транскриптом цельного головного мозга грызунов с разрешением на уровне единичных клеток. Метод клиренса (очистки) тканей TRISCO основан на трехмерной гибридизации in situ и обнаруживает специфические мРНК. Используя TRISCO, ученые наблюдали за экспрессией немедленных ранних генов (immediately early genes, IEG) в ответ на введение мышам семаглутида — препарата, который применяется для лечения сахарного диабета 2 типа и ожирения. Их экспрессия возросла в областях мозга, связанных с ожирением. По оценкам авторов, TRISCO — мощный инструмент для 3D-визуализации клеток головного мозга и других органов, который позволяет проводить всесторонний пространственный анализ транскриптома. — Whole-brain spatial transcriptional analysis at cellular resolution, «Биомолекула»: «Allen Brain Atlas: транскриптом мозга».

Как сон улучшает работоспособность мозга

То, что сон благотворно влияет на когнитивные и поведенческие показатели, хорошо известно, чего не скажешь о происходящих в этот момент функциональных перестройках мозга. Поиск ответа объединил в одном исследовании разных приматов, каждый из которых выполнял свою роль. Пока макаки проходили тест по визуальному поиску различий (visual discrimination task) до и после медленного сна (non—rapid eye movement, NREM-сон), ученые регистрировали электрическую активность в их зрительной и префронтальной коре. Поспав, испытуемые лучше справились с задачей на зрительное восприятие, а их мозговая активность стала менее синхронизированной. Схожий эффект вызывала низкочастотная (4 Гц) электрическая стимуляция зрительной коры. Как показало компьютерное моделирование, функциональные изменения мозга могли быть связаны с асимметричным снижением проводимости синапсов, особенно тормозных. — NREM sleep improves behavioral performance by desynchronizing cortical circuits, «Биомолекула»: «Доктор Сон: как сон спасает нам жизнь».

Зоология

Новые угрозы для китов

Жизнь Китообразных не стала более безопасной, несмотря на значительное сокращение объемов китобойного промысла. Эти млекопитающие продолжают страдать от прямых столкновений с судами. Нет-нет, животных никто не привлекает к ответственности из-за нарушения законов — речь идет о водном транспорте. В новой работе ученые рассчитали риск подобных контактов для четырех распространенных видов, включая синего кита Balaenoptera musculus, финвала Balaenoptera physalus, горбатого кита Megaptera novaeangliae и кашалота Physeter macrocephalus. Исследователи сопоставили маршруты животных и 176 тысяч судов, для чего проанализировали информацию о локациях китов (435 тысяч мест) и транспорта (более 35 миллиардов мест). В большинстве (92%) точек скопления видов судоходство оставалось активным. При этом управленческие меры, позволяющие предотвратить столкновения животных и транспорта, реализованы лишь в 7% очагов риска. По мнению авторов работы, достаточно распространить подобные стратегии управления на менее чем 3% поверхности океана, чтобы защитить китов от неблагоприятных встреч с судами. — Ship collision risk threatens whales across the world’s oceans.

Определенные виды антропогенного шума могут быть вредны для китов

Исследования Китообразных продолжаются. В другой работе ученые определяли слух этих обитателей океана, что, в свою очередь, продиктовано беспокойством из-за влияния шумов, производимых человеком и его техникой, на водных животных. Исследователи разработали программу по отлову и выпуску северных малых полосатиков Balaenoptera acutorostrata в период их летней миграции. Авторы работы позаботились об организации просторных «апартаментов» в области канала между норвежскими островами, где на время экспериментов разместили двух взрослых особей B. acutorostrata. У животных измеряли реакцию слуховых структур ствола мозга в ответа на звуки с разной частотой. Оказалось, малые полосатики чувствительны к частотам в диапазоне от 45 до 90 кГц, что намного выше, чем считалось ранее. Полученные результаты, как пишут ученые, позволяют понять, к каким типам антропогенного шума восприимчивы полосатики и, возможно, другие родственные им виды. — Direct hearing measurements in a baleen whale suggest ultrasonic sensitivity.

«Нетворкинг» между популяциями шимпанзе способствовал усложнению их культуры

Культурный обмен происходит не только между людьми, но и шимпанзе, их ближайшими из ныне живущих родственников, результатом чего становится освоение сложных орудий труда. Понимание того, как развивалось подобное поведение у шимпанзе, по мнению ученых, способно прояснить эволюцию культуры среди предков современного человека. Авторы работы соотнесли накопленные десятилетиями данные о генетической взаимосвязи и культурном сходстве популяций шимпанзе. Миграция особей между различными группами стимулировала совершенствование, а затем и распространение опыта изготовления сложных орудий труда с течением времени. Более простые орудия труда и стратегии поиска пищи не были взаимосвязаны с нетворкингом шимпанзе, что натолкнуло исследователей на мысль о самостоятельном появлении этих культурных феноменов в каждой популяции. — Population connectivity shapes the distribution and complexity of chimpanzee cumulative culture.

Терапия

От чистого сердца для лечения рака

До настоящего момента не было найдено лекарственное средство, которое бы эффективно сдерживало агрессию серозного рака яичников высокой степени злокачественности (High-grade serous ovarian cancer, HGSOC). Вместо форсколина, применение которого в клинической практике недопустимо, исследователи предложили его производное — колфорсина даропат (colforsin daropate). В доклинических моделях он вызывал гибель только клеток HGSOC, не затрагивая нормальные клетки маточных труб или яичников, и частично подавлял инвазию опухоли за счет ослабления сигналов MYC. Совместное применение с химиотерапевтическим препаратом цисплатином у мышей повысило чувствительность опухолей, устойчивых к химиотерапии. Колфорсина даропат уже одобрен для лечения острой сердечной недостаточности, а, значит, потенциально может быть использован и в терапии HGSOC. — Repurposing colforsin daropate to treat MYC-driven high-grade serous ovarian carcinomas, «Биомолекула»: «Иммунотерапия рака и молекулярная онкология — новинки на переднем крае науки».

Микробиология

Крепкая дружба — схожий микробиом

Ученые выяснили, как состав кишечных бактерий зависит от взаимоотношений людей, на примере жителей Гондураса с их верностью традициям в разных жизненных ситуациях: от выбора форм общения до медицинских препаратов. Участниками исследования стали жители 18 деревень, у которых проанализировали кишечный микробиом, а также оценили их связь с окружающими людьми. Близкое общение повышало схожесть кишечных микробиомов, даже если люди не были объединены родством или жилищем, в сравнении с незнакомцами. Число общих бактериальных штаммов было выше у участников, которые часто собираются вместе или едят, приветствуют друг друга, целуя в щеку. Более того, влиянием на микробиом кишечника человека обладали друзья друзей. Получается, по составу кишечной микробиоты можно предположить, насколько близки отношения ее обладателей, даже если они держат это в строжайшем секрете. — Gut microbiome strain-sharing within isolated village social networks, «Биомолекула»: «Микробиом человека».

Метаболизм

Почему вес возвращается?

Согласно исследованию, чьи результаты опубликованы на страницах Nature, расставание с лишним весом может быть врéменным из-за метаболических «воспоминаний» жировых клеток адипоцитов, сформировавшихся в период ожирения. Привыкшие к подобному состоянию, клетки поглощают бóльшие количества глюкозы и соединений пальмитиновой кислоты, входящей в состав большинства животных жиров и растительных масел, из-за чего повторный набор веса становится неизбежным. Подобная «память» обеспечивается эпигенетическими механизмами, которые регулируют экспрессию генов, связанных с активностью лизосом, апоптозом и воспалением. Соответствующие молекулярные изменения ученые наблюдали не только в адипоцитах мышей, у которых при помощи диеты с разным содержанием жиров воспроизвели динамику веса людей с ожирением, решившихся похудеть, но и в образцах человеческой жировой ткани. Таким образом, исследование обозначило объективные причины, по которым людям с ожирением необходима длительная поддержка для стойкой нормализации массы тела. — Adipose tissue retains an epigenetic memory of obesity after weight loss, «Биомолекула»: «В ооцитах мышей с ожирением нарушается работа митохондрий».