Nature #562 (7728) + онлайны: развитие микрофлоры у детей, эффективность мышц антилоп и влияние микробов на гиперактивность дрозофил

• Микробиология. В Nature вышли две статьи про становление микрофлоры кишечника у маленьких детей. Первая статья посвящена общим наблюдениям и сделана на достаточно большой выборке — у 903 детей в возрасте от 3 месяцев до 4 лет взяли в общей сложности 12 тысяч образцов. Исследование показало, что этот период развития микрофлоры можно разделить на три стадии — стадию развития (до 14 месяцев), переходную стадию (до 30 месяцев) и стабильную стадию (от 30 месяцев до конца исследуемого периода). При этом состав молока, которым кормили детей, оказался главным фактором, влияющим на состав микробов. Прекращение грудного вскармливания приближало время созревания микрофлоры. Исследование подтвердило многие описанные ранее явления — например, влияние способа рождения ребенка (естественные роды или кесарево сечение) на состав его микрофлоры, а также влияние других детей в доме и домашних животных на формирующийся микробиом. — Temporal development of the gut microbiome in early childhood from the TEDDY study.
• Микробиология. Другие результаты того же проекта связаны с поиском факторов, связывающих раннее развитие микрофлоры и диабетом 1-го типа. Диабет 1-го типа, как и другие аутоиммунные заболевания, может развиваться под влиянием неправильно сформировавшихся в раннем возрасте взаимодействий иммунной системы с микробиомом. Исследование показало, что микрофлора здоровых детей отличалась от микрофлоры детей, у которых развился диабет 1-го типа, большим числом генов, участвующих в ферментации и синтезе жирных кислот с короткой цепью. Эти гены при этом могли входить в геномы разных микробов, так что сказать, какие именно виды микробов ответственны за различие, нельзя. — The human gut microbiome in early-onset type 1 diabetes from the TEDDY study. биомолекула: Сахарный диабет I типа, или охота на поджелудочную железу.
• Молекулярка. Синтез гликогена начинается с фермента гликогенина, гликозилирующего самого себя. Фермент выращивает на себе олигосахарид, который служит затравкой для новой гликогеновой цепочки. Детали процесса были не до конца понятны, потому что было сложно выделить чистые интермедиаты с определенным числом сахарных остатков. В новой статье ученые из Англии и Испании рассказывают, как им удалось применить палладий, чтобы все-таки зафиксировать эти отдельные формы. — Palladium-mediated enzyme activation suggests multiphase initiation of glycogenesis. биомолекула: Палладиевая Нобелевская премия по химии (2010).
• Молекулярка, физиология растений. Азот — один из важнейших факторов, определяющих, насколько растение может разрастаться. В новой работе описана сеть из 21 транскрипционного фактора, реагирующая на количества доступного азота и определяющая структуру корневой системы и побегов растения. На молекулярном уровне активность этих транскрипционных факторов влияет на работу ферментов метаболизма азота. — Transcriptional regulation of nitrogen-associated metabolism and growth. биомолекула: Одиссея азота.
• Микробиология. Если дрозофил выращивать совсем без микробов или избавить от микробов кишечника с помощью антибиотиков, они станут гиперактивными — будут ходить быстрее и больше двигаться в течении дня. Интересно, что избавить насекомых от этого неприятного дефекта можно с помощью единственного микроба — например, Lactobacillus brevis. Еще интереснее, что эффект колонизации этим микробом можно, в свою очередь, заменить добавлением единственного фермента — ксилоза-изомеразы, участвующей в метаболизме сахаров. Умиротворяющий же эффект ксилоза-изомеразы можно подавить, воздействовав на нервную или гормональную систему насекомого — например, с помощью аналога норадреналина. Это еще один пример взаимосвязи микрофлоры кишечника, состояния регуляторных систем и поведения. — A gut microbial factor modulates locomotor behaviour in Drosophila.
• Биология развития, молекулярка. Американские ученые исследовали, как происходит рост новой кости челюсти у мышей на клеточном уровне. Исследователи проводили на мышах операцию, похожую на ту, что иногда проводят для людей со слишком маленькой нижней челюстью. Кости челюсти при этом разделяют, что стимулирует рост новой костной ткани в промежутке. Новая костная ткань развивалась из стволовых клеток, которые обычно находятся внутри скелета. Для регенерации была необходима активность сигнального пути FAK, реагирующего на механическое напряжение. Другое интересное наблюдение заключалось в том, что стволовые клетки, участвующие в регенерации челюсти, становились похожими на клетки нервного гребня по профилям активности транскрипционных факторов и по оживлению ретротранспозонов. — Mechanoresponsive stem cells acquire neural crest fate in jaw regeneration.
• Метаболизм. Наблюдая за перемещениями антилоп гну с помощью GPS-ошейников, ученые установили, что эти животные способны за пять дней пройти по пустыне 80 километров и не пить при этом. На перемещения упорных животных не влияли температура и влажность. Исследование мышц антилоп, взятых с помощью биопсии, показало, что они работают значительно эффективнее, чем мышцы более крупных и оседлых коров. — Remarkable muscles, remarkable locomotion in desert-dwelling wildebeest.
• Молекулярка, иммунология. Синтаза циклического GMP-AMP (cGAS) — цитоплазматический фермент, участвующий в запуске интерферонового ответа. Новая работа показывает, что этот белок обладает и неожиданной способностью подавлять гомологичную рекомбинацию и репарацию ДНК. Под действием повреждения ДНК cGAS может импортироваться в ядро, скапливаться у двухцепочечных разрывов ДНК и образовывать там комплексы с другими белками, мешая начать гомологичную рекомбинацию. Нокдаун cGAS помогал бороться с повреждением ДНК и развитием рака in vitro и in vivo. — Nuclear cGAS suppresses DNA repair and promotes tumorigenesis.
• Молекулярка. Для некоторых видов показано, что увеличение количеств NAD+ благотворно влияет на состояние митохондрий и продолжительность жизни. Ученые обнаружили, что у нематод и мышей есть фермент ACMSD, подавляющий наработку NAD+, и нашли два селективных ингибитора этого фермента, улучшающих работу митохондрий. — De novo NAD⁺ synthesis enhances mitochondrial function and improves health.
• Генетика, иммунология. Чтобы исследовать эволюционные различия врожденного иммунитета млекопитающих, ученые рассмотрели дифференциальную экспрессию генов фибробластов и мононуклеарных фагоцитов мышей, крыс, макак и людей. Оценивалась активность генов врожденного иммунитета в ответ на появление двухцепочечной РНК. В результате оказалось, что гены, кодирующие цитокины и хемокины, отличаются и по экспрессии, и по промоторам, а гены, участвующие в регуляции ответа, наоборот, консервативны между видами и уровни экспрессии на уровне отдельных клеток у них сходны. — Gene expression variability across cells and species shapes innate immunity.

Science #362 (6413) + онлайны: истоки разнообразия позвоночных, регенерация конечности аксолотля и генетика окраски цихлид

• Генетика. В озерах восточной Африки живет 1200 видов цихлид, иногда очень непохожих друг на друга. Однако некоторые общие черты этих рыб формируются под действием одних и тех же механизмов. Например, горизонтальные полоски появляются или исчезают в зависимости от активности гена agouti-related peptide 2. — How fish get their stripes—again and again, Agouti-related peptide 2 facilitates convergent evolution of stripe patterns across cichlid fish radiations.
• Молекулярка, генетика. Барорецепторный рефлекс помогает сглаживать колебания давления крови — когда давление резко снижается, благодаря этому рефлексу ускоряется сердечный ритм и сокращается просвет сосудов. Резкий рост давления приводит к противоположным эффектам. Люди, у которых нарушен барорецепторный рефлекс, страдают от множества неудобств — например, могут упасть в обморок, поднимаясь из сидячего или лежачего положения. В новом исследовании были описаны механочувствительные ионные каналы PIEZO1 и PIEZO2, играющих важную роль в формировании этого рефлекса. PIEZO1 и PIEZO2 экспрессируются в сенсорных нейронах и передают информацию о давлении крови в нервную систему. Активация нейронов, экспрессирующих эти рецепторы, позволяет запустить барорецепторный рефлекс у мышей. — The mechanotransduction of blood pressure, PIEZOs mediate neuronal sensing of blood pressure and the baroreceptor reflex.
• Генетика, онкология. Известно много мутаций, влияющих на предрасположенность к раку, но каждая из них в отдельности, как правило, повышает риск лишь незначительно. В то же время, трудно идентифицировать набор мутаций, необходимый и достаточный для развития рака — постоянно находятся образцы опухолей, имеющие, по современным представлениям, неполный необходимый набор мутаций, но все же вставшие на путь злокачественности. Уточнить возможность мутаций повлиять на путь клетки может анализ состояния хроматина. Чтобы проявить себя, мутация должна располагаться на свободном участке хроматина, где факторы транскрипции могут получить доступ к ДНК. Ученые из США, Бразилии и Канады провели такой анализ для 410 образцов 23 типов рака. Результаты работы показывают необходимость не только изучать генетические варианты, влияющие на склонность к раку, но и состояние хроматина, характерное для рака. — The chromatin of cancer, The chromatin accessibility landscape of primary human cancers.
• Палеонтология. Исследование остатков древних позвоночных периода от 480 до 360 лет назад позволило предположить, как условия среды влияли на их разнообразие. По данным ученых из Англии и США, диверсификация этих рыб, как челюстных, так и бесчелюстных, шла в основном в прибрежных зонах. А образовавшиеся новые виды могли переместиться в более глубоководные регионы или в пресные воды. При этом колонизировать глубокие воды обычно отправлялись более грацильные формы, а те, кто помассивнее, оставались в прибрежных зонах. — Our shallow-water origins, The nearshore cradle of early vertebrate diversification.
• Клеточная биология. Ученые из Австрии и Германии пронаблюдали, какие клетки участвуют в регенерации конечности аксолотля. Как оказалось, стволовых клеток просто не хватает для такой масштабной регенерации, поэтому части фибробластов приходится дедифференцироваться и превращаться в мультипотентные клетки, чтобы доращивать новые сегменты конечности. — Single-cell analysis uncovers convergence of cell identities during axolotl limb regeneration.
• Молекулярка. Последовательно проводя in situ-гибридизацию для геномных сегментов длиной 30 килобаз, американским ученым удалось получить изображения сверхвысокого разрешения для конформаций хроматина в индивидуальных клетках. В нескольких разных линиях клеток млекопитающих ученые увидели топологически ассоциированные домены хроматина, большинство из которых исчезало при удалении когезина. — Super-resolution chromatin tracing reveals domains and cooperative interactions in single cells. биомолекула: Организовать геном: запутанная история гипотез и экспериментов, Новый взгляд на геном: не просто цепочка генов, а трехмерная сеть, интегрирующая функциональные домены ядра.
• Нейробиология. В паравентрикулярном таламусе мышей обнаружили группы нейронов, отражающих разные компоненты стимула, свидетельствующие о его значимости — например, его новизну или мерзостность. Активности этих нейронов зависели от интенсивности стимула и влияли на поведение животного. Подавление активности этих нейронов ухудшало способности животных к обучению при использовании как положительных, так и отрицательных стимулов. — Dynamic salience processing in paraventricular thalamus gates associative learning.
• Нейробиология. Другая работа обнаружила тесную связь активностей глутаматергических нейронов того же паравентрикулярного таламуса с состоянием бодрствования. Эти нейроны были очень активны в состоянии бодрствования, и подавление их работы делало животное менее активным. И наоборот, активация глутаматергических нейронов паравентрикулярного таламуса во сне позволяла разбудить животное. — The paraventricular thalamus is a critical thalamic area for wakefulness.
• Микробиология. Микробы могут передаваться между индивидами, но до какой степени это влияет на состав микрофлоры, не до конца понятно. Авторы нового исследования вывели из двух диких популяций мышей с разной микрофлорой несколько линий, которых содержали в лаборатории. Большинство микробов после 10 поколений остались неизменными, характерными для исходных популяций, и передавались они вертикально. Небольшая часть микробов передавалась и горизонтально, между мышами разных групп. Среди этих микробов большинство относилось к родам, включающим патогенов. — Transmission modes of the mammalian gut microbiota.
• Клеточная биология. Пироптоз — один из способов клеточного самоубийства, при котором от белка гасдермина D отрезается фрагмент, участвующий в образовании поры. Из-за появления этих пор начинается лизис клетки. До недавнего времени считалось, что гасдермин D разрезает или каспаза-1 или каспаза-11, но теперь обнаружился и новый механизм, с участием каспазы-8. — Pathogen blockade of TAK1 triggers caspase-8—dependent cleavage of gasdermin D and cell death.
• Структурка. Опубликованы структурки дыхательного суперкомплекса бактерий Mycobacterium smegmatis. Знание структур таких важных для жизни бактерии комплексов поможет разрабатывать новые лекарства от туберкулеза. — An electron transfer path connects subunits of a mycobacterial respiratory supercomplex.
• Структурка. Трансформирующий фактор роста β1 (TGF-β1), в отличие от большинства цитокинов, нужно активировать, чтобы он начал выполнять свои функции. Для этого TGF-β1 презентируется на поверхности регуляторных T-клеток в составе рецептора GARP. В новой работе представлена структура комплекса неактивированного TGF-β1 с GARP и антителом, которое не позволяло компонентам прореагировать и отделиться друг от друга. — Structural basis of latent TGF-β1 presentation and activation by GARP on human regulatory T cells.
• Биоинженерия. Вязкость мембран, в которые встроены белки клеточного дыхания, важна для этого процесса. Вязкостью мембраны можно управлять, меняя состав ее липидов. Исследователи из США, Дании и Китая с помощью биоинженерии научились управлять синтезом жирных кислот E. coli таким образом, чтобы вязкость мембран могла меняться в 10 раз. Эти жирные кислоты влияли на клеточное дыхание, и ученым удалось описать это влияние с помощью модели. — Viscous control of cellular respiration by membrane lipid composition.