Нейробиология

Нейронный путь у крыс, благодаря которому они заботятся друг о друге

Взаимодействие между членами популяции — основная часть социального устройства, о механизмах которой известно крайне мало. Исследователи обнаружили новый нейронный путь — он берет начало в заднем интраламинарном таламическом ядре (PIL) и доходит до медиальной преоптической области (MPOA). Известно, что последняя участвует в контроле ухода за сородичами. Оказалось, что нейроны в PIL и MPOA активируются при физическом контакте между самками крыс. Хемогенетическая активация PIL-нейронов и пути PIL-MPOA приводила к усилению степени ухода между сородичами. Стимуляция нейронов пути PIL-MPOA вызывает синтез паратиреоидного гормона 2 (PTH2), и при введении его антагониста отмечено снижение активности особей в уходе друг за другом. Также подтверждено анатомическое сходство организации PIL и распределении рецепторов PTH2 в MPOA между мозгом крысы и человека. — A thalamo-preoptic pathway promotes social grooming in rodents, A gentle lick or nibble makes this brain circuit buzz, «Биомолекула»: «Роль миндалевидного тела в социальном поведении».

Использование двух препаратов позволяет избежать воздействия на весь организм и ограничить его только мозгом

Побочным действием препаратов является их неминуемое попадание в ткани, окружающие мишень, и оказание эффекта на них. При заболеваниях центральной нервной системы одно из ключевых требований к препаратам — воздействие только на мозг. Удалось выработать стратегию ингибирования рапамицина у млекопитающих (mTOR) при сохранении его активности в других органах и тканях. Такой результат достигнут благодаря ингибитору mTOR RapaLink-1 и лиганду FKBP12 RapaBlock. Такая комбинация препаратов частично нивелировала системные эффекты ингибиторов mTOR, с сохранением активности RapaLink-1 в ксенотрансплантантах глиобластомы. — Brain-restricted mTOR inhibition with binary pharmacology, Two-drug trick to target the brain blocks toxicity in the body.

Морским млекопитающим потребовались серьезные изменения в структуре мозга для жизни в воде

Экстремальное давление, которое воздействует на мозг на глубине, привело к возникновению приспособленности млекопитающих. Ныряние увеличивает потребность в защите мозга, в этом случае воздействие оказывает даже сам физический процесс погружения на глубину — движения, которые совершают животные. Ученые смоделировали кровеносную систему мозга китообразных (задействовали 11 видов) и узнали, что эволюция свела к минимуму влияние перепадов давления на сосуды. Исследованная часть сосудов носит название retia mirabilia, и их функция ранее была неизвестна. Вероятнее всего, именно они защищают мозг китообразных от пульсации, вызванной нырянием и подъемом с глубины. Оказалось, что большая артериальная емкость в сетчатке в сочетании с небольшой внесосудистой емкостью в черепе и позвоночном канале может защитить сосуды головного мозга от 97% воздействия перепадов давления. — Retia mirabilia: Protecting the cetacean brain from locomotion-generated blood pressure pulses, Recasting the whale’s wonderful net, «Биомолекула»: «Морские животные в ходе эволюции становятся крупнее».

Медицина

Стало известно о взаимосвязи между патологиями печени и сердца

Сердечная недостаточность и заболевания печени часто идут рука об руку и являются одними из наиболее распространенных причин смертности в мире. О механизме, приводящем к сердечной недостаточности при заболеваниях печени и наоборот, известно мало. Выяснили, что фактор свертывания XI (FXI) — белок, вырабатываемый исключительно в печени, способен защищать сердце в ответ на патологическое ремоделирование. Полученная информация может лечь в основу нового терапевтического подхода. — A coagulation factor moonlights in the heart, Liver-heart cross-talk mediated by coagulation factor XI protects against heart failure.

Как мозг сам старается справиться с болезнью Гентингтона

Болезнь Гентингтона проявляется во взрослом возрасте, однако мутация, ставшая причиной возникновения болезни, существует на протяжении всего роста и развития организма. Уже в течение первой неонатальной недели мозг мышей с мутацией демонстрировал нарушения физиологии нейронной цепи. Ко второй недели мозг нормализовал возникшие нарушения, но симптомы заболевания все равно проявлялись, только уже во взрослом возрасте. При фармакологическом воздействии на мышей в самом начале развития удавалось предупредить некоторые симптомы болезни в будущем. — Treating early postnatal circuit defect delays Huntington’s disease onset and pathology in mice, Balancing neuronal circuits, «Биомолекула»: «Болезнь Хантингтона».

Генетика

Долой чашки Петри, амплифицируем!

Для определения вида бактерии необходимо вырастить культуру. Для уменьшения трудозатрат предложили новый подход к номенклатуре — SeqCode, согласно которому для обозначения видовой принадлежности необходима только последовательность генома. Такой подход позволяет публиковать названия бактерий на основе изолированного генома, собранного в метагеноме, или с единичной амплификации. В отношении формирования названий и прочих правил, новый подход аналогичен классическому ICNP. Разработан специальный реестр SeqCode, через который происходит регистрация видов, тут же они и проверяются. — SeqCode: a nomenclatural code for prokaryotes described from sequence data, Microbiologists propose new DNA-based naming system for microbes.

Этология

Кто помогает людям кушать больше шоколадок?

Ранее никто не оценивал, какой вклад вносят насекомые, муравьи, птицы и летучие мыши в урожайность какао-бобов — сырья для шоколада, источника для любимых многими сладостей. На северо-западе Перу проведен эксперимент: на поле с произрастающими на нем какао-бобами удалены все возможные опылители и вредители, перечисленные выше, а после проведена оценка продуктивности. Количество завязей уменьшилось на 1,4% при удалении летающих насекомых. Количество плодов снизилось при исключении птиц и летучих мышей, причиной стало закономерное увеличение численности членистоногих, которые охотились на опылителей. При доступе к деревьям птиц и летучих мышей урожай увеличивался более чем вдвое, а удаление муравьев приводило к потере плодов. — Quantifying services and disservices provided by insects and vertebrates in cacao agroforestry landscapes.

Биоинформатика

Новый инструмент для дизайна белков

Активное использование deep learning привело к революции в прогнозировании структуры белков и в драг-дизайне. Почти все экспериментально охарактеризованные конструкции белков de novo были созданы с использованием таких подходов, как, например, Rosetta. Новый метод дизайна белковых последовательностей — ProteinMPNN — показал отличные результаты в экспериментальных тестах. Нативные белковые остовы алгоритм восстанавливает до 52,4% последовательности против 32,9%, которые позволяет выполнить Rosetta. Точность метода подтверждена при помощи рентгеновской кристаллографии и криоэлектронной микроскопии. — Robust deep learning–based protein sequence design using ProteinMPNN, Scientists are using AI to dream up revolutionary new proteins, «Биомолекула»: «Конструкторское бюро белков».

Биотехнологии

Разработан алгоритм для создания синтетических клеток

Искусственное создание клеток, которые бы функционально походили на живые — нерешенная задача. Разработан процесс сборки протоклеток, основанный на захвате и обработке пространственно сегрегированных бактериальных колоний в отдельных коацерватных микрокаплях для эндогенного конструирования. Такие бактериогенные протоклетки наследуют разнообразные биологические компоненты и могут быть реконструированы для включения ДНК-гистонового ядра, вакуолей и цитоскелета из филаментов. Для производства АТФ имплантирована кишечная палочка. Подобная разработка позволит создавать синтетические клеточные модули с потенциальным применением в инженерной биологии и биотехнологии. — Living material assembly of bacteriogenic protocells, Life brought to artificial cells, «Биомолекула»: «Синтетическая жизнь».

Эмбриология

Изучена регуляция образования и дифференцировки гемопоэтических стволовых клеток в эмбриональный период

Для поддержания гомеостаза гемопоэтических стволовых клеток (ГСК) в костном мозге взрослого происходит строгий контроль дифференцировки и самообновления. Точно неизвестно, как регулируются эти две задачи во время эмбрионального периода. Для анализа образования ГСК и предшественников были изучены in vivo клетки мышей, содержащие предшественники ГСК и экспрессирующие фактор транскрипции печеночного лейкоза (HLF). Наблюдения в динамике изучили одновременное образование ГСК и предшественников из популяции HLF+. Фактор транскрипции EVI1 гетерогенно экспрессировался в клетках-предшественниках, преимущественно во внутриэмбриональных артериях. Засвидетельствовано, что фетальные ГСК вносят минимальный вклад в образование клеток-предшественников и функциональных клеток крови до рождения. — Independent origins of fetal liver haematopoietic stem and progenitor cells, «Биомолекула»: «Такие разные стволовые клетки».

Макрофаги на страже здоровья стволовых клеток

Стволовые клетки крови во время эмбрионального развития мигрируют в специальные «отсеки» для последующего образования, собственно, клеток крови. В экспериментах на эмбрионах рыбок данио выяснилось, что макрофаги контактируют со стволовыми клетками в этих «отсеках» и изучают их на предмет маркеров стресса. Стволовые клетки с высоким уровнем активируемого стрессом белка (кальретикулина) уничтожаются, другие же пролиферируют. Такая регуляция качества отдельных стволовых клеток макрофагами обеспечивает производство кровяных клеток. Возможно, такой механизм является определенно удачной стратегией обеспечения безопасности от рака. — Quality assurance of hematopoietic stem cells by macrophages determines stem cell clonality, «Биомолекула»: «Одураченные макрофаги, или Несколько слов о том, как злокачественные опухоли обманывают иммунитет».

Эволюция

Реконструировано расхождение животных и грибов от общего предка

Животные и грибы эволюционировали в рамках одной эукариотической супергруппы — Opisthokonta. Реконструировано филогенетическое дерево эволюционного расхождения Metazoa (животных) и Fungi (грибов). Набор данных, легший в основу дерева, включал в себя четыре новых генома. Животные возникли после накопления генов, функционально важных для многоклеточности. Геномы предков грибов содержат больше метаболических генов и меньше отличаются от последнего общего предка с животными. Отмечены различия в отношении механизмов получения генов. Слияния характерны для Metazoa, в то время как большая часть новых генов у грибов появилась в результате горизонтального переноса. Результаты подтверждают, что животные и грибы развивались по противоположным траекториям. — Divergent genomic trajectories predate the origin of animals and fungi.

Геномы папоротников и саговника заполняют бреши в понимании эволюции растений

300 миллионов лет назад возникли семенные растения, что привело к появлению цветковых растений. Анализ трех видов папоротников и саговника привел к обнаружению генов, ответственных за появление семян. Также получены данные, подтверждающие появление ряда генов путем горизонтального переноса от грибов и других микробов. Так, геном саговника имеет четыре копии грибкового гена цитотоксина, белка, который может проделывать отверстия в чужеродных клетках, а геном Ceratopteris содержит 36 копий другого гена цитотоксина бактерии. Эти приобретенные гены могли усилить защиту их новых хозяев от патогенов или травоядных.

Секвенирование геномов папоротников заполняет пробелы в филогенетических деревьях, ведь цветковые растения появились спустя 200 миллионов лет после возникновения папоротников. Получены данные о том, что водяной папоротник (Ceratopteris richardii) имеет 10 генов, которые контролируют время цветения, прорастание семян и форму цветка у Arabidopsis. А ДНК Adiantum capillus-veneris содержит гены факторов транскрипции, EMS1 и TPD1, белки которых в семенных растениях регулируют гены, участвующие в развитии пыльцы. Геном этого папоротника также содержит три гена, которые регулируют развитие семян у цветковых растений. — Genes for seeds arose early in plant evolution, ferns reveal.

Биоразнообразие

Планета муравьев

Муравьи — важные инженеры экосистемы, которые распространяют семена и перерабатывают органические вещества. Ранее ученые оценивали распределение муравьев по всему миру, но не подходили к оценке количества глобально. Нашлась команда исследователей, которая сделала это: был проведен анализ 12 000 отчетов в базах данных, из которых отобрано 489 исследований с подсчетом муравьев, признанным достаточно достоверным. Количество муравьев на планете — 20 квадриллионов, или около 12 мегатонн биомассы (больше, чем всех диких птиц и млекопитающих вместе взятых). Больше всего муравьев в тропиках, особенно в саваннах и влажных лесах. — How many ants live on Earth? Scientists finally have an answer, «Биомолекула»: «Трудится, как муравей? Ленится, как муравей!».