Дайджест вышел при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках инициативы «Десятилетие науки и технологий».

---

Министерство образования России активно содействует популяризации науки, поддерживает молодых исследователей и формирует передовую инфраструктуру для отечественных институтов и университетов.

---

«Десятилетие науки и технологий» — это масштабная государственная инициатива в России, проводимая с 2022 по 2031 год. Проект включает в себя комплекс инициатив, проектов и мероприятий. Все они направлены на усиление роли науки и технологий в решении важнейших задач развития общества и страны.

Молекулярная биология

Прямой путь лактата в митохондриях

Молочная кислота (лактат) — вещество, которое известно многим как компонент кисломолочных продуктов (йогурта, кефира), а также как продукт метаболизма глюкозы в условиях недостатка кислорода. Сейчас известно, что лактат непрерывно образуется и используется в разных тканях. Он постоянно присутствует в крови. Из плазмы лактат захватывается клетками и включается в различные метаболические пути. В основном он либо превращается в глюкозу в ходе глюконеогенеза в печени и почках, либо полностью окисляется до углекислого газа и воды в митохондриях с образованием АТФ.

Сердце постоянно сокращается и нуждается в непрерывном энергоснабжении. Во время интенсивных физических нагрузок лактат может становиться для него одним из основных источников энергии. Но чтобы получить энергию из лактата, он должен быть доставлен в митохондриальный матрикс. Ранее был известен только один путь: лактат окисляется до пирувата в цитозоле, а затем пируват поступает в митохондрии через митохондриальный пируватный переносчик (MPC). Но современные исследования показали, что это не единственный путь. Оказалось, что монокарбоксилатный транспортер 1 (MCT1), который переносит лактат через плазматическую мембрану, находится и во внутренней митохондриальной мембране. А значит, он может напрямую поставлять лактат в митохондрии. В исследовании, опубликованном в Nature, исследователи приводят убедительные экспериментальные доказательства: во-первых, изолированные митохондрии могут окислять лактат в процессе дыхания, и эта способность зависит от MCT1. Во-вторых, митохондрии могут импортировать лактат, меченный изотопом водорода в определенном положении. Если бы лактат превращался в пируват до попадания в матрикс, эта метка была бы удалена. Согласно этим данным, лактат может импортироваться в митохондрии напрямую. Какие условия способствуют этому обходному пути и какие преимущества он дает — еще предстоит изучить. — Lactate takes a shortcut into mitochondria to power the heart , «Биомолекула»: «Тайная жизнь митохондрий».

Долгая жизнь нематод в холоде

Пониженная температура может продлить жизнь различным организмам, от нематод до мышей. Одно из объяснений долгой жизни под воздействием холода — теория скорости жизни, которая предполагает, что продолжительность жизни организма увеличивается при замедлении метаболизма. Уже сейчас люди используют низкие температуры для продления жизни клеток и органов. Например, криоконсервация яйцеклеток позволяет годами сохранить клетки жизнеспособными, а потом использовать их, чтобы завести детей. Однако новые данные свидетельствуют о том, что увеличение продолжительности жизни под воздействием холода может быть активным процессом, в котором организм воспринимает изменения температуры и активирует адаптивные реакции, продлевающие жизнь. Но о том, какие именно реакции запускаются и как, пока известно мало.

Недавно ученым удалось обнаружить один из механизмов. У нематод, выращенных в холоде, наблюдали более высокие уровни дигидробиоптерина (BH₂), и было показано, что именно эта молекула и пути, связанные с ней, важны для эффекта продления жизни. Авторы обнаружили, что ключевой фермент для производства BH₂ — CAT-4 активируется при низких температурах. Когда образование BH₂ было экспериментально подавлено, эффект увеличения продолжительности жизни в холоде у C. elegans уменьшался. И наоборот, кормление нематод BH₂ приводило к увеличению продолжительности жизни. Авторы выяснили много подробностей о механизме: они обнаружили, что в холодных условиях экспрессия фермента повышается именно в мышцах. После попадания в немышечные ткани BH₂ претерпевает изменения сам и в итоге поддерживает превращения фенилаланина в тирозин. Примечательно, что добавление тирозина в рацион C. elegans также способствовало увеличению продолжительности жизни как при низких, так и при стандартных температурах. Возможно, именно эта роль BH₂ является ключевой в продлении жизни червей.

Кроме того, увеличение концентрации BH₂ препятствовало накоплению белков, связанных с возрастными заболеваниями, и способствовало поддержанию общего качества белков. Аналогичные эффекты наблюдали в культивируемых клетках человека. А значит, схожий механизм может существовать у разных видов. — Worms live longer in cool conditions thanks to a muscle-derived molecule, «Биомолекула»: «Криобиология: как остановить биологические часы и запустить их обратно».

Иммунология

Генетические варианты и их значение в иммунных клетках

Разные генетические варианты могут влиять на экспрессию разных генов в клетках иммунной системы. В свою очередь, некоторые изменения в экспрессии могут приводить к развитию заболеваний. Но вариантов невероятно много, определить, какие изменения в экспрессии связаны с каким генетическим вариантом и заболеванием — это очень сложная задача, подобная поиску иголки в стоге сена. В рамках первого этапа проекта TenK10K ученые использовали данные секвенирования РНК более чем пяти миллионов клеток из 28 типов иммунных клеток, а также данные полногеномного секвенирования 1925 человек. Они описали возможное влияние редких генетических вариантов на экспрессию генов в конкретных клетках. Чтобы повысить точность, исследователи использовали новый метод, который анализирует каждую клетку отдельно, а не усредненные данные. В результате удалось выявить общие регуляторные варианты для большинства протестированных генов. Кроме того, ученые разработали модель для определения того, одинаково ли генетические варианты влияют на активность генов в разных типах клеток и в разных состояниях. Она показала, что примерно половина эффектов наблюдается только в одном или нескольких типах клеток. И, наконец, используя полученные данные, ученые охарактеризовали вероятные молекулярные механизмы, связывающие конкретные варианты с заболеваниями. — Rare and common genetic variants shape single-cell immune gene expression.

Экология

Разрушительное влияние человека на семьи слонов

Деятельность человека приводит к разрушению среды обитания и вымиранию видов, однако влияние на поведение диких животных часто игнорируется. Хотя наша деятельность сильно влияет на решения животных — например, во время пандемии COVID-19 медведи, лисы, олени изменили свои маршруты, когда активность человека внезапно снизилась. Их стали чаще замечать в окрестностях городов. В новом выпуске Science освещается вопрос о том, как постепенное сокращение численности азиатских слонов из-за человеческой деятельности меняет их поведение, нарушает социальные связи и подвергает слонов дополнительным угрозам.

Оказалось, что когда численность популяции достигает критически малого размера, происходит разобщение слонов, большие сообщества разделяются на более мелкие и менее устойчивые группы. Для животных это крайне негативные события, поскольку слоны очень социальны: члены одной семьи вместе ухаживают за потомством, добывают себе пищу и воду, защищаются от хищников. Старшие особи передают знания из поколения в поколение. Без «бабушек» в новых малых группах потеря знаний может снизить устойчивость группы к разным условиям. При этом, нарушения в устройстве популяций слонов могут вредить и человеку: пищевое поведение в маленьких группах может измениться, слоны могут чаще заходить за пищей на сельскохозяйственные территории, хотя общее число слонов уменьшается. Эти наблюдения еще раз показывают, как важно защищать слонов от деятельности людей. — The devastating impact of humans on elephants’ social life.

Онкология

Разное иммунное окружение при колоректальном раке

Колоректальный рак — одно из самых распространенных онкологических заболеваний, поэтому поиск новых методов лечения очень важен. Один из существующих подходов — иммунотерапия, когда пациентам вводят антитела, например, к поверхностному белку PD-1. PD-1 может снижать активность иммунных клеток и приводить к апоптозу. В норме это помогает избегать аутоиммунных реакций, но опухоли научились использовать этот эффект в своих целях. Их лиганд PD-L связывается с PD-1. Так они «обманывают» иммунные клетки, притворяясь «своими», и остаются вне поля зрения иммунитета. Иммунотерапия предотвращает этот обман. Антитела к PD-1 не дают опухолевому PD-L связаться с PD-1, они занимают его место, но при этом не активируют тормозящие сигналы. В итоге клетки иммунной системы начинает атаковать опухоль. К сожалению, такая терапия эффективна не всегда. Она помогает, если в опухолях есть определенные нарушения исправления ошибок в ДНК. Ученые исследовали, как отличаются иммунные клетки, окружающие устойчивые к терапии опухоли, от чувствительных. И оказалось, что они окружены разными типами иммунных клеток: вокруг чувствительных преобладают T-клетки типа Th1, а вокруг устойчивых — регуляторные Т-клетки (Treg). В своем исследовании ученые также воздействовали на микроокружение опухолей. Изменяя его, они достигли более многообещающих результатов в лечении этого заболевания. Возможно, учет этих отличий в клеточном окружении опухоли поможет улучшить терапию колоректального рака. — Differentiation of stem-like CD4+ T cells modulates early effector responses in colorectal cancer, «Биомолекула»: «Иммунитет без тормозов: Нобелевская премия за антитела против рака (2018)».

Генетика рака у собак

Собаки — постоянные спутники многих людей: они делят с людьми жилье и даже наш образ жизни. К несчастью, собаки, как и люди, подвержены раку. Онкологические заболевания — самая частая причина смерти пожилых собак. В новом выпуске Science описан новый открытый ресурс с данными по генетике рака у собак — атлас генома рака собак (The Canine Cancer Genome Atlas, CCGA). Он содержит данные полногеномного секвенирования по 10 типам опухолей у собак и объединяет 667 пар опухоль-норма. В ходе анализа этих данных было выявлено 39 факторов, способствующих развитию рака у собак, включая изменения в генах TP53, PIK3CA и PTEN. Кроме того, были найдены как общие с людьми механизмы развития онкологических заболеваний, так и специфичные для собак. Эта база данных в будущем способна помочь развитию ветеринарии и более точному подбору лечения для питомцев. А также поможет людям понять, какие общие черты и различия есть в генетике рака у собак и у людей. — The genetic landscape of canine tumors: Insights from the Canine Cancer Genome Atlas (CCGA).

Палеонтология

Древний верблюд-вампир

Палеонтологи описали новый вид вымерших верблюдов — Vampyrocamelus welshi, который обитал на Великих равнинах Северной Америки около 15 млн лет назад. Это создание сложно сравнить с его современными родственниками, да и с любыми другими существующими животными. Оно представляло собой высокое, худощавое существо с крючкообразными клыками длиной до пяти сантиметров длиной у самцов (рис. 1).

Именно из-за клыков этот древний верблюд и получил свое вампирское название, хотя кровь он и не пил, а был травоядным. Исследователи предполагают, что клыки могли служить для защиты от крупных хищников или для борьбы за самок. Интересно, что окаменелости десятилетиями хранились в коллекции Чайлдса Фрика в Американском музее естественной истории, но внимательно не изучались. Наконец, в ходе разбора коллекции этот необычный зверь был описан. Открытие показывает, насколько разнообразными были древние североамериканские верблюды: по словам ученых, задолго до господства оленей и бизонов, Северная Америка находилась во владениях верблюдов. — Extinct “vampire camel” once stalked North American plains.

Нейробиология

Карта базальных ганглиев

Базальные ганглии — это скопления серого вещества, расположенные глубоко в головном мозге, на уровне оснований больших полушарий. Они выполняют очень разные задачи: регулируют движение, настроение, участвуют в когнитивных процессах. Неудивительно, что нарушения в их работе связаны с многими тяжелыми нейродегенеративными и психиатрическими заболеваниями, от болезни Паркинсона и болезни Хантингтона до шизофрении, биполярного расстройства и наркомании. Поэтому людям необходимо знать как можно больше о строении этих структур, об их клетках, молекулярных особенностях. В рамках проекта BRAIN Initiative (BICAN) был создан самый подробный на сегодняшний день атлас базальных ганглиев в мире, включающий информацию о 25,5 миллионах клеток головного мозга человека, макак и мартышек. Детальность работы поражает: в ней есть измерения экспрессии генов и модификаций ДНК в этих клетках, записи их электрической активности, информация о том, как ДНК упаковывается внутри их ядер, и многое другое. Эта огромная работа поможет понять природу многих тяжелых заболеваний, а когда-то возможно, и улучшить существующие методы лечения. — Massive atlas of brain region linked to a host of diseases is the most detailed yet.