Эмбриология

Модель двухнедельного человеческого эмбриона

Для изучения человеческих эмбрионов на стадиях, превышающих 14 дней, ученые должны полагаться на донорский материал от беременностей, прерванных на самых ранних сроках — доступ к такому материалу чрезвычайно затруднен. Именно здесь на помощь приходит развивающаяся область моделей эмбрионов на основе стволовых клеток. Такие модели основаны на естественном потенциале стволовых клеток давать начало любому типу клеток в организме — плюрипотентности. Плюрипотентные стволовые клетки могут сформировать целый эмбрион, если они помещены в правильную среду.

Команда Бернардо Олдака из Израиля создала модель человеческого эмбриона из наивных стволовых клеток человека, которые при правильных условиях самоорганизуются с образованием структур с характеристиками, напоминающими характеристики настоящего эмбриона на 13–14 день развития.

Модель содержит слой клеток, похожий на эпибласт (который формирует собственно эмбрион, а затем и плод), а также клетки, напоминающие первичные половые клетки (которые образуют сперматозоиды или яйцеклетки). Также модель имеет амнион (образует амниотический мешок), гипобласт (окружает желточный мешок), внеэмбриональную мезодерму (она образует хорионическую полость, которая позже окружает растущий эмбрион) и трофобласт (который станет частью плаценты). Результаты ученых открывают путь к исследованиям, которые невозможны на настоящих человеческих эмбрионах. — Complete human day 14 post-implantation embryo models from naive ES cells, «Биомолекула»: «Ствол и ветки: стволовые клетки».

Вирусология

Что происходит с птичьим гриппом?

Активность высокопатогенного гриппа птиц (ВПГП) H5N1 усилилась во всем мире с 2021 года и все чаще вызывает массовую гибель диких и домашних птиц — а заодно и случайные инфекции у млекопитающих. Но экологические и вирусологические свойства, которые могут определить будущие стратегии смягчения последствий инфекции, все еще остаются неясными.

Используя эпидемиологические, пространственные и геномные подходы, исследователи демонстрируют изменения в происхождении рекуррентного (периодически повторяющегося) вируса H5 и выявляют значительные сдвиги в экологии и эволюции вируса. Данные о вспышках показывают возобновления заболевания в 2016–2017 и 2020–2021 годах, которые способствовали возникновению и панзоотическому распространению H5N1 в 2021–2022 годах.

Геномный анализ показывает, что эпизоотии 2016–2017 гг. возникли в Азии, где резервуары вируса H5 являются эндемичными. В 2020–2021 гг. у африканской птицы появились вирусы H5N8. В 2021–2022 гг. новый вирус H5N1 эволюционировал путем реассортации (смешения генетического материала) у диких птиц в Европе, претерпевая дальнейшую реассортацию с низкопатогенным птичьим гриппом у диких и домашних птиц в ходе глобального распространения.

Эти результаты подчеркивают смещение эпицентра вируса H5 за пределы Азии и указывают на то, что увеличение устойчивости вируса H5 у диких птиц способствует расширению географического региона и диапазона хозяев, ускорению скорости распространения и увеличению потенциала реассортации. Поскольку более ранние вспышки H5N1 и H5N8 были вызваны более стабильными геномными изменениями, эти недавние изменения отражают адаптацию на границе взаимодействия домашних и диких птиц. Поэтому стратегии ликвидации ВПГП среди домашних птиц остаются в высоком приоритете для предупреждения эпизоотий. — The episodic resurgence of highly pathogenic avian influenza H5 virus, «Биомолекула»: «Птичий грипп: самая страшная пандемия», «Птичий грипп: опасность на крыльях».

Репродуктивная биология

Молекула, омолаживающая яйцеклетки

Пожилой возраст — основной фактор риска женского бесплодия. При старении снижается овариальный резерв (количество яйцеклеток, которые могут участвовать в процессе оплодотворения) и качество ооцитов. Роль метаболической регуляции в процессе репродуктивного старения еще недостаточно изучена. Китайские исследователи применили методы метаболомики (науки, изучающей метаболом, то есть совокупность молекул-метаболитов), чтобы идентифицировать спермидин как критический метаболит в яичниках, защищающий ооциты от старения. Ученые обнаружили, что уровень спермидина был снижен в яичниках старых мышей, а также следующий факт: добавление спермидина способствовало развитию фолликулов, созреванию ооцитов, раннему эмбриональному развитию и женской фертильности у старых мышей. Добавление спермидина может представлять собой терапевтическую стратегию для улучшения качества ооцитов и репродуктивных результатов у женщин в пожилом возрасте. Необходимо проверить, безопасно и эффективно ли его применять. — Polyamine metabolite spermidine rejuvenates oocyte quality by enhancing mitophagy during female reproductive aging, «Биомолекула»: «„Омики“ — эпоха большой биологии».

Нейробиология

Нейронаука молочных коктейлей: как мозг подталкивает нас к жирной пище

Насыщенные продукты с высоким содержанием жиров, например, мороженое, любят не только за их вкус, но и за физические ощущения, которые они вызывают во рту (mouthfeel). Исследователи из Великобритании определили область мозга, которая одновременно реагирует на гладкую текстуру жирной пищи и использует эту информацию для оценки ее привлекательности, определяя пищевое поведение.

Авторы приготовили несколько молочных коктейлей с разным содержанием жира и сахара и поместили образец каждого между двумя свиными языками, купленными у местного мясника. Затем исследователи положили языки друг на друга и измерили величину трения между двумя поверхностями. Затем ученые дали 22 участникам молочные коктейли с тем же составом. После дегустации каждого молочного коктейля участники делали ставки на то, сколько бы они потратили времени, чтобы выпить полный стакан коктейля после эксперимента. Сканирование головного мозга участников показало активность в орбитофронтальной коре. Орбитофронтальная кора человека (ОФК) — участок префронтальной коры в лобных долях головного мозга, участвующий в принятии решений.

Исследователи предложили участникам прийти второй раз в лабораторию и бесплатно пообедать несколькими блюдами карри с разным содержанием жира. Авторы измерили, сколько карри с разным содержанием жира они съели. Они обнаружили, что те, чья ОФК была наиболее чувствительна к жирной текстуре, с большей вероятностью съели больше карри с высоким содержанием жира. Британские ученые надеются, что результаты исследований помогут разработать рецептуры низкокалорийных блюд и понять нейронные механизмы переедания. — A neural mechanism in the human orbitofrontal cortex for preferring high-fat foods based on oral texture, Milkshake neuroscience: how the brain nudges us toward fatty foods.

Коды гиппокампа

Синхронная активность ансамбля нейронов гиппокампа поддерживает эпизодическую память. Это наблюдение привело к выводу, что основная функция гиппокампа — кодирование ассоциаций между различными элементами опыта. Однако альтернативная гипотеза состоит в том, что гиппокамп последовательно прогнозирует представления о мире, которые могут управлять гибким поведением. Исследователи из США нарушили входной сигнал из энторинальной коры в область CA1 гиппокампа, тем самым нарушив последовательность клеток, сохранив при этом их случайное срабатывание. Воспроизведение последовательности было прервано, но повторная активация сборки сохранилась. Таким образом, разные коды CA1 обслуживают соответствующие операции с памятью: код места поддерживает задачи ассоциативной памяти, а код последовательности поддерживает задачи, требующие изучения прогнозируемых переходов в пространстве. — Associative and predictive hippocampal codes support memory-guided behaviors.

Клеточная биология

Белковые деградаторы

Доставка в лизосомы различных биотерапевтических средств, например, при заместительной терапии лизосомальными ферментами, а также конъюгаты антитело-лекарство и олигонуклеотидные терапевтические средства, имеет решающее значение для их активности. Нацеленные на лизосомы химеры (lysosome-targeting chimeras — LYTACs) обеспечивают точную деградацию внеклеточных белков. Исследователи из США использовали генетический скрининг и протеомику для картирования клеточных детерминант активности внеклеточных деградаторов. Активация белка E3 куллина-3 позволяла целевым комплексам LYTAC достигать лизосом и стала прогностическим маркером восприимчивости клеток к деструкторам. Было обнаружено, что белок клеточной поверхности CI-M6PR, прототипный рецептор, нацеленный на лизосомы, блокируется эндогенными гликопротеинами, модифицированными маннозо-6-фосфатом (M6P). Ретромерный комплекс противодействовал этой деградации за счет переработки комплексов LYTAC-CI-M6PR. Нарушение биосинтеза M6P или рециркуляции CI-M6PR увеличивало активность LYTAC. Таким образом, детальное изучение деградации мембранных белков с помощью LYTAC может пролить свет на биологию эндоцитов и помочь в рациональном использовании деградаторов против болезней. — Elucidating the cellular determinants of targeted membrane protein degradation by lysosome-targeting chimeras.

Генетика

Эпистаз влияет на размер томатов

Эпистаз возникает, когда один ген или генетический вариант модифицирует фенотипический эффект другого. Исследователи из США рассмотрели серию цис-регуляторных аллелей трех генов, участвующих в развитии меристемы, в частности, изучая влияние на количество гнезда завязи томатов. Они обнаружили, что, хотя некоторые связи между генами зависели от дозы, многие из этих взаимодействий имели неожиданные эффекты. Эти результаты не только расширяют понимание генетических взаимодействий между тремя генами одновременно, но и дают представление о потенциально неожиданных фенотипах, которые могут возникнуть из аллелей, модифицированных для сельскохозяйственных целей. — Idiosyncratic and dose-dependent epistasis drives variation in tomato fruit size.

Биология развития

Сигналинг в развитии крыльев дрозофилы

В отсутствие лиганда Hedgehog (Hh) рецептор Ptc ингибирует активность трансмембранного белка Smo, блокируя внутриклеточную передачу сигналов через путь Hh, что имеет решающее значение во время развития и для гомеостаза. Исследователи из США обнаружили, что связывание фосфатидной кислоты (ФК) с цитоплазматическим хвостом Ptc способствует ингибированию Smo у мух и у культивируемых клеток. Это взаимодействие уменьшалось с помощью Hh. ФК также связывалась с Smo и способствовала его активации. Таким образом, Ptc может секвестрировать ФК в отсутствие Hh и высвобождать его в присутствии Hh, тем самым усиливая ингибирование Smo в отсутствие Hh и активацию Smo в присутствии Hh. — Phosphatidic acid binding to Patched contributes to the inhibition of Smoothened and Hedgehog signaling in Drosophila wing development.

Экология

Цикады — экологические нарушители

Периодические цикады — насекомые с 13- или 17-летними жизненными циклами. Они массово появляются каждые 13 или 17 лет, принося с собой не только непрерывный гул, но и приток пищи для птиц и других хищников. Гетман-Пикеринг и его коллеги провели ряд исследований за несколько лет до, после и во время появления цикад Великого Восточного выводка (выводка X) в 2021 году, чтобы определить, как увеличение численности цикад повлияло на трофическую динамику в лесах на востоке США. Они обнаружили, что по сравнению с годами, когда не было всплесков численности, вылет цикад приводил к меньшему истреблению гусениц птицами и к более плотной популяции гусениц. Поскольку птицы оппортунистически переключились на добычу цикад, их контроль над травоядными животными снизился, что свидетельствует о далеко идущих краткосрочных последствиях. — The geography of climate and the global patterns of species diversity.

Влияние климата и географии на видовое разнообразие: новые подходы

Ученых давно привлекал вопрос о том, почему видовое разнообразие неравномерно распределено по всей Земле. В периоды изменения климата особенно важно изучение глобальных моделей биоразнообразия. В этом направлении швейцарский исследователь Коэльо вместе с коллегами выдвигают новую идею, расширяя свои исследования в область климатического пространства (climatic space). Они переформулировали классический вопрос «Почему тропические регионы так богаты видами?» в вопрос «Почему тропические климаты обладают таким высоким разнообразием?». Подход исследователей сдвинулся от географического пространства, связанного с широтой и долготой, к климатическому пространству, определяемому основными параметрами температуры и осадков.

Коэльо и его коллеги используют сетку для разделения поверхности Земли на географические ячейки — области одинакового размера. Несколько географических ячеек могут соответствовать определенной климатической ячейке, которая характеризуется определенным сочетанием температуры и осадков. Затем можно определить географическую территорию, связанную с конкретным климатом. Используя данные по земноводным, рептилиям, птицам и млекопитающим, исследователи проверили метод перехода от географического к климатическому пространству.

Оказалось, что тропический климат охватывает относительно большие территории, которые имеют тенденцию к фрагментации по континентам. В сравнении с ними, умеренный и полярный климаты охватывают меньшие, но более взаимосвязанные территории. Ученые отмечают, что география климата (площадь и изоляция) практически удваивает влияние самого климата на видовое разнообразие.

Видовое разнообразие связано с совместным воздействием географии и климата. Это подчеркивает идею о том, что влияние климата, территории и изоляции тесно взаимосвязано, и поэтому необходимо изучать их в совокупности. Тропический климат, присутствующий в течение длительного времени и охватывающий большие территории, может выступать движущей силой разнообразия, в то время как умеренный климат, обладая меньшими ресурсами для сосуществования видов, может быть ограничен в своем разнообразии.

Таким образом, исследователи представили метод, который позволяет точно определить площадь и изоляцию различных типов климата. Строгое определение тропических и умеренных зон может привести к более значимым межклиматическим сравнениям, предоставить информацию для изучения зависимости от масштаба и начать выявлять механизмы, которые создают корреляции между разнообразием, климатом, территорией и изоляцией. — The geography of climate and the global patterns of species diversity.