Nature #597 (7877) + онлайны: неуязвимый для антител коронавирус и летающие роботы в форме семян растений

• COVID-19, вакцинация. Вирусологи из Рокфеллеровского Университета собрали и проанализировали все мутации домена спайкового белка коронавируса SARS-CoV-2, которые могут скрывать его от антител. Выяснилось, что больше всего мутаций в тех точках белка, на которые нацелены антитела. Затем ученые объединили разные замены в одном синтетическом полимутантном белке, чтобы узнать, смогут ли антитела защитить от него. Совмещения 20 мутаций оказалось достаточно для почти полной неуязвимости. Но лишь для антител, которые вырабатывались либо только заболевшими, либо только вакцинировавшимися людьми. Однако антитела из плазмы людей, которые переболели и спустя время вакцинировались, срабатывали на полимутанный вирус. Это дает надежду на защиту от новых вариантов коронавируса, с которым нам предстоит столкнуться. — High genetic barrier to SARS-CoV-2 polyclonal neutralizing antibody escape, «Биомолекула»: «„Спутник V“, „ЭпиВакКорону“, „Модерну“ делать будем? Ликбез по вакцинам против коронавируса».
• Биомимикрия. Разработчики новых миниатюрных летающих роботов вдохновились семенами растений, которые управляют своим полетом без двигателя. Результат работы авторов публикации может использоваться для мониторинга чистоты воздуха, количества ультрафиолета — и даже для диагностики болезней. Исследователи предложили способы, с помощью которых внутрь летающей оболочки можно поместить разные микросхемы и датчики. А некоторые их макеты оказались способны достичь большей производительности, чем вдохновившие создателей семена растений. Летательные аппараты дешевы, потому что производят их плоскими, но из материала с памятью формы, что позволяет им на последнем этапе обрести нужное для полета пространственное строение. — Three-dimensional electronic microfliers inspired by wind-dispersed seeds,«Биомолекула»: «Биороботы: фантастика или реальность?».
• Археология. Заселение Полинезии — пожалуй, один из самых эпичных эпизодов истории человечества: ради этого около тысячи лет назад переселенцы пересекли треть Земли по воде. Но до сих пор неясно, в каком порядке происходило покорение разных островов. Авторы новой публикации по теме поделились полногеномными данными 430 человек из 21 главной популяции островов, с помощью которых удалось восстановить хронологию расселений людей по разным островам Полинезии. — Paths and timings of the peopling of Polynesia inferred from genomic networks, «Биомолекула»: «Кто все эти люди?!».

Nature Communications: ученые исправляют ошибки природы, она же удивляет их уникальным элементом кровообращения в мозгу мышей

• Ангиология, эндокринология. Обычно кровеносные капилляры объединяются в вены, которые идут к сердцу и не расходятся повторно на элементы капиллярного русла. Единственным в головном мозге млекопитающих исключением была портальная гипоталамо-гипофизарная система. Там повторное разветвление русла поддерживает обмен гормонами между дугообразным ядром гипоталамуса и гипофизом для того, чтобы первый мог регулировать работу второго. В результате активные молекулы не растворяются в общем объеме крови и не расходятся на весь организм, а быстро добираются до своей цели с минимальными потерями. Но транспорт молекул, выделяемых другим, супрахиазматическим ядром гипоталамуса (SCN, главным регулятором суточных ритмов мозга) к одной части мозга оставался под вопросом. Дело в том, что SCN влияет на работу сосудистого органа lamina terminalis (OVLT), который регулирует обмен жидкости в организме, лихорадку и овуляцию. Но не было ясно, как очень маленькое ядро гипоталамуса может вырабатывать достаточно сигнальных молекул. И теперь ученые объяснили это, найдя в мозге мышей сосуды, которые переносят кровь из капилляров SCN в капилляры OVLT. Таким образом, в головном мозге неподалеку от старой обнаружилась новая портальная система. — Identification of the suprachiasmatic nucleus venous portal system in the mammalian brain.
• Микробиом. У разных видов обезьян в дикой природе состав кишечной микробиоты — сообществ микроорганизмов, живущих в кишечнике — сильно отличается друг от друга. Биологи из Техаса обнаружили, что эти же виды обезьян, содержащиеся в неволе, утратили большинство уникальных кишечных бактерий. Однако при этом обезьяны приобрели характерные для других видов — и в том числе, для человека — виды бактерий. По мнению исследователей, зоопарки стали естественной лабораторией, которая дала ответ на вопрос «Возможна ли колонизация кишечника бактериями, характерными для другого вида животных?». Теперь мы знаем, что специфичные для вида-хозяина кишечные бактерии не так уж сильно ему необходимы, как думали раньше. А микробиота обезьян вообще сходится в общей точке становится похожей на человеческую. Авторы считают, что главная причина такого схождения — одинаковые рационы для разных видов в сочетании с искусственно выращенными фруктами и овощами. И действительно, в дикой природе даже живущие в одном месте обезьяны питаются по-разному. А фрукты и овощи, которые едим мы — далеко не то же самое, чем питались наши предки. — Captivity and the co-diversification of great ape microbiomes, «Биомолекула»: «Микробиом кишечника: мир внутри нас».
• Направленная эволюция. Биологи из Кембриджа добились ускорения синтеза белка, изменив 16S рРНК, центральную часть бактериальных рибосом — молекулярных машин, синтезирующих белок в клетках. Раньше таким образом добивались повышения точности синтеза, устойчивости к антибиотикам и распознавания последовательностей, кодирующих внедренные человеком неканонические аминокислоты. Теперь исследователи собрали вместе мутации, которые улучшают производительность рибосом, и получили почти в шесть раз больше белка: его сигнал использовали для измерения эффективности модификаций. В том числе удалось ускорить включение в белок закодированных человеком неканонических аминокислот. —Directed evolution of rRNA improves translation kinetics and recombinant protein yield.
• Тканевая биоинженерия, репродуктология. Исследование внутренней среды яичников показало, что сеть межклеточных волокон внутри них влияет на фертильность. Авторы публикации подробно изучили, как ориентация и упругость волокон, геометрия и текстура формируемых ими пор меняются с возрастом, окончанием препубертата, началом менопаузы. Если кратко, оказалось, что волокна становятся толще, а поры шире. Полученные результаты помогут создавать искусственные яичники с биомиметическими каркасами, которые обеспечат оптимальные для яйцеклеток условия. — A blueprint of the topology and mechanics of the human ovary for next-generation bioengineering and diagnosis, «Биомолекула»: «Искусственные органы и тканевая инженерия».

Science #373 (6562) + онлайны: заселение Америки людьми и тайны молекулярных часов корней растений

• Регенерация сердца. Мышечные клетки сердца человека после рождения практически утрачивают возможность делиться. Из-за этого после повреждений, связанных с операциями или инфарктом, место умерших кардиомиоцитов заполняет соединительная ткань. Она мешает передаче электрических импульсов и работе сердца. Научить клетки сердца регенерироваться — давняя мечта ученых, которая недавно приблизилась к реальности. Это стало возможным благодаря находке: способу возвращения кардиомиоцитов к этапу развития, на котором они еще делятся. Авторы открытия воспользовались частичным репрограммированием — способом временно омолодить клетки, запустив ненадолго факторы плюрипотентности. Для этого они встроили в ДНК подопытных мышей гены этих четырех белков, работу которых запускали с помощью антибиотика доксициклина. И индукция работы факторов Oct4, Sox2, Klf4 и c-Myc действительно позволила кардиомиоцитам мышей делиться. Но только когда их включали незадолго до или после повреждения миокарда. Если же работу факторов плюрипотентности запускали спустя 6 дней после повреждения, регенерации добиться не удавалось. А когда работу встроенных генов поддерживали длительное время, то в сердце развивалась опухоль, и такая мышь умирала. — Reversible reprogramming of cardiomyocytes to a fetal state drives heart regeneration in mice, «Биомолекула»: «Регенерация на кончиках пальцев».
• Археология. Когда на территорию Америки впервые попали люди? Прежние исследования отвечали, что 13 или 17-16 тысяч лет назад — в конце последнего ледникового периода. А теперь археологи обнаружили следы человека древностью в 23-21 тысяч лет назад — во время пика оледенения и рядом со следами мамонта. Возраст отпечатков ног удалось определить по семенам рядом с ними с помощью радиоуглеродного анализа. Судя по находке у озера Отеро в нацпарке Уайт-Сэндс (Нью-Мексико, США), те люди сосуществовали с такими животными плейстоцена, как гигантский ленивец, американский мастодонт, саблезубая кошка или мамонт. Следы последнего обнаружили в слое метром выше человеческих. Древность находки наводит на два вопроса. Как люди все же перебрались в Америку, ведь во время существования оставивших следы персон сухопутный перешеек Беринга был закрыт льдом? И точно ли люди уничтожили плейстоценовую фауну? — Evidence of humans in North America during the Last Glacial Maximum.
• Развитие растений, молекулярные часы. Растения отличаются от других царств живых организмов тем, насколько сильно по ходу роста они могут перестраивать свой организм для адаптации к условиям среды. К тому же растут они в течение всей жизни, в том числе — отпускают новые боковые корни, которые закрепляют их в почве и поглощают там раствор из питательных веществ. Для запуска развития бокового корня в подходящее время и в удачном месте нужно учесть много сигналов. И в это вовлечены молекулярные часы (гены с колеблющейся активностью), названные root clock. Эти часы с некоторой периодичностью запускают асимметричное деление двух клеток на периферии проводящей системы растений — они становятся зачатком бокового корня, который растет, прорываясь через лежащие снаружи ткани. Этот процесс ученые используют в качестве модели механизмов, определяющих развитие органов, и теперь определили важные в этом процессе молекулы. Оказалось, что инициирует закладку бокового корня ретиналь. Но делает он это, связываясь с белком липокаином (TIL), индуцируемым температурой — видимо, он и является основой молекулярных часов. Именно активность кодирующих TIL генов колеблется со временем и определяет, где сигнал ретиналя сработает. — A plant lipocalin promotes retinal-mediated oscillatory lateral root initiation.