Эволюция

Как плазмиды научились переносить гены устойчивости к антибиотикам

Плазмиды — небольшие кольцевые молекулы ДНК внутри бактерий — сегодня стали главными «перевозчиками» генов устойчивости к антибиотикам. Чтобы понять, как это произошло, международная группа ученых сравнила плазмиды из бактерий, выделенных между 1917 и 1954 годами, с современными образцами, проследив более ста лет эволюции. Оказалось, что практически все плазмиды доантибиотиковой эры не содержали генов устойчивости, и большинство так никогда их и не приобрели. Однако небольшая группа плазмид эволюционировала через сложные процессы слияния и рекомбинации в особую категорию мультирепликонных, самопередающихся генетических элементов, которые теперь обеспечивают глобальное распространение устойчивости к антибиотикам первой линии и препаратам последней надежды среди грамотрицательных бактерий. Массовое применение антибиотиков в XX веке запустило эволюционную гонку вооружений на молекулярном уровне, превратив плазмиды из относительно безобидных элементов в главную угрозу современному здравоохранению. — Pre- and postantibiotic epoch: The historical spread of antimicrobial resistance, «Биомолекула»: «Антибиотики и ан­ти­био­ти­ко­ре­зи­стент­ность».

Новая история карпов и сомов: от моря к рекам

Отофизовые рыбы — это огромная группа, в которую входят, например, карпы, сомы и угри, и которая сегодня составляет почти 70% всех пресноводных видов. Раньше считалось, что они возникли в пресной воде еще до распада Пангеи, то есть более 200 миллионов лет назад, хотя первые ископаемые находки датировались только поздним мелом — и оставался «провал» почти в 80 миллионов лет. Но новый окаменелый экземпляр возрастом около 66–70 миллионов лет заставил ученых пересмотреть гипотезу. Объединив данные палеонтологии, морфологии и геномики, исследователи пришли к выводу, что современные отофизовые и их ближайшие ископаемые родственники появились около 154 миллионов лет назад и изначально обитали в морской среде, а в пресные воды переселялись минимум дважды независимо. Кроме того, анализ слуховых косточек — частей аппарата Вебера, отвечающего за их уникальный слух, — показал, что характерная «сверхчуткость» к звукам появилась именно вместе с адаптацией к жизни в реках и озерах. — Marine origins and freshwater radiations of the otophysan fishes.

Генная терапия

Мостиковые рекомбиназы для масштабных перестроек генома человека

Ученые открыли и доработали новый инструмент для редактирования генома человека — так называемые мостиковые рекомбиназы (bridge recombinases). В отличие от привычного CRISPR, который в основном делает точечные разрезы в ДНК, эти ферменты под управлением особой РНК могут вставлять, вырезать и даже переворачивать целые фрагменты генома. В новой работе исследователи использовали вариант фермента ISCro4, добившись 20% успешных вставок нужных участков ДНК и высокой точности — в 82% случаев изменения происходили строго в целевом месте. Более того, с помощью этой системы удалось переставлять гигантские блоки ДНК размером до 0,93 мегабазы — это почти миллион «букв» генетического кода, что сопоставимо с целыми генами и крупными регуляторными областями. Такой масштаб открывает перспективы не только для изучения фундаментальной работы генома, но и для будущих терапий, где важно убирать или перестраивать крупные генетические дефекты, например, повторяющиеся последовательности, связанные с болезнями. — Megabase-scale human genome rearrangement with programmable bridge recombinases, «Биомолекула»: «Переписывая код жизни: как инструменты генного редактирования могут навсегда изменить медицину?».

Генная инженерия

CRISPR и мутации: исследователи нашли скрытые закономерности

Ученые изучали, как клетки справляются с двунитевыми разрывами ДНК — это одни из самых опасных повреждений, ведь их неправильная починка может вызвать мутации и перестройки генома, что напрямую связано с раком. Интересно, что именно такие разрывы лежат и в основе многих противоопухолевых терапий, и в основе технологий редактирования генома, включая CRISPR-Cas9. Поэтому понимание того, какими путями клетка «чинит» эти разрывы, важно и для медицины, и для биотехнологий.

Чтобы разобраться, ученые использовали CRISPR не только как инструмент для разреза ДНК, но и как способ проверить, как клетка потом ремонтирует эту молекулу. Они выключали по одному из более 18 тысяч генов и смотрели, какие именно «почерки ремонта» — вставки, делеции или их комбинации — появляются. Эти отпечатки ремонта оказались вовсе не случайными, а отражали работу разных белков и путей.

Так, например, они обнаружили, что два родственных белка (XLF и PAXX) действуют противоположно: один толкает клетку к вставкам, другой — к делециям. Другой белок, HLTF, помогает убрать «застрявший» на ДНК Cas9, и от этого зависит исход ремонта. Даже комплексы, отвечающие за упаковку хроматина (например, SAGA), оказались вовлечены в выбор пути починки.

Результатом работы стала база данных REPAIRome, где можно посмотреть вклад почти любого человеческого гена в ремонт разрывов ДНК. Это — своего рода «карта дорог», по которым клетка чинит ДНК, и теперь исследователи могут точнее прогнозировать, как поведет себя геном при редактировании или во время развития опухоли. — A comprehensive genetic catalog of human double-strand break repair, «Биомолекула»: «Просто о сложном: CRISPR/​Cas».

Климатология

Как мир входит в эру разрушительных пожаров

Исследователи собрали глобальные данные о наиболее смертоносных и дорого обошедшихся лесных пожарах с 1980 по 2023 год и показали, что они возникают не случайно и не «везде понемногу». Наибольшая концентрация катастрофических событий пришлась на средиземноморский регион и умеренные хвойные леса (например, Северную Америку и Евразию) — именно эти экосистемы особенно уязвимы к сочетанию засух, жары и ветров. Но решающим фактором оказывалось не только наличие леса, а то, что пламя распространялось на территории, где есть плотное население и развитая инфраструктура: здесь потери жизней и экономический ущерб были максимальными.

Ключевой результат работы в том, что с 2015 года ситуация резко изменилась: почти половина всех крупнейших экономических катастроф за 44 года произошла именно в последние десять лет. Это означает, что риск растет не линейно, а ускоряется, и совпадает это с все более экстремальными климатическими условиями. Таким образом, исследование показало: нынешние пожары — не просто бедствия «там, где есть города», а явный сигнал того, что изменение климата делает мир в целом более пожароопасным и что адаптация к этому будущему становится критической задачей. — Climate-linked escalation of societally disastrous wildfires.

Трансплантология

Универсальные почки

Обычно почку от донора группы «A» нельзя пересадить пациенту с группой «O», так как иммунная система сразу ее отвергнет. Ученые нашли способ частично обойти эту проблему: во время искусственного охлажденного кровотока почку обрабатывают ферментами, которые «счищают» с ее поверхности А-антиген, превращая ее фактически в орган группы «O». Чтобы проверить метод, такую «перекодированную» почку пересадили в тело пациента с группой «O», находившегося в состоянии смерти мозга. Первые два дня орган работал без признаков отторжения, но начиная с третьего дня на нем снова появились А-антигены — они синтезировались клетками самой почки. Это вызвало иммунный ответ, однако анализ клеток показал и признаки адаптации, что дает надежду на разработку методов долгосрочной совместимости. Если удастся решить проблему «восстановления» антигена, этот подход может сделать пересадку органов доступнее и справедливее. — Enzyme-converted O kidneys allow ABO-incompatible transplantation without hyperacute rejection in a human decedent model, «Биомолекула»: «Не можешь излечить — восстанови! Как появилась регенеративная медицина и какие у нее возможности сегодня».