Микробиология

Кишечник как поле битвы

Микробиом кишечника — не статичная экосистема, а настоящее поле битвы между различными видами организмов за свое место. Одним из способов борьбы является «обмен оружием», то есть перенос ДНК с полезными генетическими вариантами между особями, а также видами. Грамотрицательные бактерии Bacteroidales особенно хорошо это умеют. Они обмениваются ДНК-молекулами, кодирующими гены, необходимые для системы секреции VI. С помощью нее в клетки-конкуренты накачиваются токсины, приводя к их гибели.

Существует три вида таких систем: GA3 есть только у Bacteroides fragilis, они могут убивать других Bacteroidales. GA1 и GA2 переносятся мобильными элементами ICE между различными видами Bacteroidales, причем первый стремительно распространяется в кишечниках человека. Как оказалось, когда B. fragilis получает такую ДНК-молекулу, внутренняя GA3 перестает работать. Такая конкуренция приводит к тому, что бактерии c GA3 больше не могут убивать бактерии с GA1, но могут защищать свою экосистему от других штаммов Bacteroidales. — A ubiquitous mobile genetic element changes the antagonistic weaponry of a human gut symbiont, «Биомолекула»: «Микробиом кишечника: мир внутри нас».

Как работают диеты на основе анализа микробиома?

Можно ли использовать знания о микробиоме для подбора нужной человеку диеты?

«Можно и нужно», — говорят исследователи, пронализировавшие результаты клинического исследования диеты, которая направлена на восстановление микробиома у детей с недоеданием. Оно показало, что у детей, получавших диету с большим количеством полисахаридов, изменялся не только микробиом, но и в целом увеличивался рост и восстанавливалось развитие.

Это происходит благодаря бактерии Faecalibacterium prausnitzii, которая экспрессирует амидгидролазу жирных кислот и снижает уровень этаноламинов, в частности, олеолэтаноламида. Данная молекула подавляет аппетит, а снижение ее уровня, наоборот, благоприятно для детей с недоеданием. Подобные события также могут влиять на другие молекулы, которые затрагивают метаболизм, воспаление и другие процессы. — A human gut Faecalibacterium prausnitzii fatty acid amide hydrolase, «Биомолекула»: «Как микробиота поможет в борьбе со старением?».

Биохимия

В защиту окислительного стресса

Об антиоксидантах и их полезных свойствах знают даже люди, совершенно далекие от биохимии. Однако их польза не так однозначна. Недавно завершившееся исследование SELECT, которое изучало эффект применения селена и витамина Е — известного антиоксиданта — показало, что у мужчин, принимающих витамин Е, увеличивается риск возникновения рака предстательной железы. Так могут ли прооксиданты, то есть вещества, способствующие окислению других веществ, иметь положительные свойства?

Как выяснили исследователи, вероятно, да.

Они протестировали эффект прооксидантов на мышиных моделях предстательной железы и обнаружили, что метадион — метаболит витамина К1 растений, может замедлять прогрессирование рака предстательной железы.

Он инактивирует киназу VPS34, необходимую для производства фосфатидилинозитол трифосфата. Отсутствие его, в свою очередь, приводит к нарушению распределения внеклеточных пузырьков и последующей клеточной смерти, которую авторы назвали «триаптоз». Интересно, что избыточная продукция фосфатидилинозитолтрифосфата связана с тяжелым наследственным заболеванием — Х-связанной миотубулярной миопатией. Авторы протестировали менадион на мышиной модели этого синдрома и обнаружили, что диета с наличием этого вещества увеличивает выживаемость животных. Таким образом, прооксиданты также заслуживают нашего внимания, в особенности как новый тип терапевтического воздействия. — Dietary pro-oxidant therapy by a vitamin K precursor targets PI 3-kinase VPS34 function, «Биомолекула»: «Активный кислород: друг или враг, или О пользе и вреде антиоксидантов».

Биотехнологии

Увеличение емкости хранения информации в ДНК подсмотрели у природы

На ДНК уже давно смотрят как на потенциальный способ хранения информации. Один грамм ДНК содержит столько же информации, как и 10 миллионов часов видео в высоком разрешении. Информация хранится в виде сочетаний четырех нуклеотидов. Однако в реальности процесс создания таких длинных молекул для хранения негенетической информации сложен, дорог и нередко неточен. Китайские исследователи, впрочем, посмотрели на еще один механизм, с помощью которого ДНК передает информацию — эпигенетические изменения.

3–8% цитозинов в нашем геноме метилированы. Метилирование ДНК — это способ регулирования ее активности (метилированный цитозин связан со снижением экспрессии генов) и, своего рода, пятая буква генома. Создав метод, который позволяет направленно метилировать цитозины на искусственно синтезированной молекуле ДНК, авторы смогли увеличить емкость хранения информации. Однако пока такая технология позволяет модифицировать только фрагменты около 1300 пар оснований, которые, впрочем, кодируют 269,337 бит информации, в том числе и изображения вроде тигра и панды. — Parallel molecular data storage by printing epigenetic bits on DNA, «Биомолекула»: «Шестое ДНК-основание: от открытия до признания».

Сеанс одновременной игры: геном и микроскопия сверхвысокого разрешения в одной целой клетке

Nature также обсуждает недавний препринт от команды создателя ATAC-seq Джейсона Буэнростро. Новая технология позволяет сочетать секвенирование in situ в отдельных клетках с локализацией в ней белков.

Метод состоит из множества этапов, в том числе полногеномного секвенирования in situ и ex situ (для уточнения), иммуноцитохимического окрашивания и последующего погружения в специальный растягивающийся гель, который увеличивает разрешение изображения, а также дальнейшую интеграцию данных.

С помощью этого подхода авторам удалось рассмотреть в отдельных клетках, как нарушения распределения ламина увеличивают количество гетерохроматиновых участков в стареющих клетках. Будет ли этот метод использоваться так же часто, как ATAC-seq, или останется нишевым, покажет дальнейшее рецензирование и время. — Phenomenal’ tool sequences DNA and tracks proteins — without cracking cells open, «Биомолекула»: «Экспансионная микроскопия, или Как увидеть новое сквозь старую линзу».

Эпигенетика

5-метилцитозин в ДНК и РНК играет разные хроматиновые роли

Не только ДНК может содержать метилированные цитозины — цитозины РНК также могут быть мечены этой маркой. Однако роль этой модификации практически не изучена, поэтому каждая публикация на эту тему дает пищу для размышлений.

Белок TET2 катализирует окисление метилированного цитозина в ДНК, способствуя удалению этой метки, и, в свою очередь, разворачиванию хроматина для транскрипции. По идее, мутации этого белка должны приводить к преобладанию ненормально «закрытых» хроматиновых участков. Но этого не наблюдается. Напротив, в клетках без этого белка хроматин аномально открыт.

Как оказалось, так происходит потому, что этот белок действует на РНК совершенно другим образом. Продукты транскрипции ретротранспозонов нередко содержат метилированные цитозины. Они распознаются белком MBD6, который, в свою очередь, привлекает механизмы, приводящие к открытию хроматина. Если TET2 не функционирует, то цитозины РНК остаются метилированными, а значит, хроматин остается открытым в нежелательных участках. Это наблюдение очень важно, потому что мутации TET2 наблюдаются при многих видах онкологических заболеваний. — RNA m5C oxidation by TET2 regulates chromatin state and leukaemogenesis, «Биомолекула»: «Медицина и эпигеном».

Эволюционная биология

Мультиомный анализ тихоходки

Китайские исследователи вышли на новый уровень исследования вопроса о том, что делает тихоходку устойчивой к ионизирующему излучению. Они не только описали новый вид тихоходок под названием Hypsibius henanensis, но и провели геномный, транскриптомный и протеомный анализ. Изучив их у тихоходок, подвергшихся облучению, они обнаружили три механизма устойчивости.

Первый — горизонтальный перенос генов, в частности, гена DODA1 (DOPA-гидроксигеназы), который тиходки, вероятно, получили от растений. Этот ген участвует в синтезе пигментов беталаинов, которые защищают организмы от радиации. Второй — белок TRID1, ускоряющий репарацию ДНК. Наконец, у тихоходок активно транскрибируются белки-сборщики электрон-транспортной цепи митохондрий, которые ускоряют регенерацию аденозинфосфатрибозы и способствуют последующей зависимой от нее репарации ДНК.

Вероятно, это не все открытия, и у других тихоходок есть и альтернативные механизмы. Новые омиксные технологии могут помочь нам их скорее открыть и изучить. — Multi-omics landscape and molecular basis of radiation tolerance in a tardigrade, «Биомолекула»: «Всесильные водяные медведи — в чем их секрет?».