Эволюция

Яркость или блеклость: что надеть на свидание с хищником?

Чтобы не оказаться добычей хищников, животным приходится приспосабливаться. Помимо прочего, окраска тела должна способствовать безопасности организма. У животных существуют две альтернативные стратегии защиты от хищников: покровительственная и предупреждающая окраски. Первая помогает остаться незамеченным: животное сливается с окружающим пейзажем. Вторая отпугивает хищников: она намекает на опасность обладателя яркого наряда. Почему две насколько разные стратегии распространены так широко, в каких условиях выгоднее быть незаметным, а когда лучше выделиться? На эти вопросы попытались ответить ученые. Люди науки провели эксперимент на 21 участке на шести континентах, чтобы проверить, как сообщество хищников, сообщество жертв и визуальная среда влияют на риск нападения 15 018 бумажных «молей» с маскировочной или предупреждающей окраской. Результаты показали, что предупреждающая окраска более эффективна в условиях низкой интенсивности хищников, тогда как покровительственная окраска защищает лучше при низкой освещенности, если другой прячущейся добычи мало. — Global selection on insect antipredator coloration, «Биомолекула»: «Имитаторы-халтурщики».

Молекулярная биология

Регуляция сплайсинга

Перед тем, как начать выполнять свою работу в клетке, РНК требуется подготовиться, созреть — только транскрипции часто недостаточно. Одним из этапов созревания является сплайсинг — процесс вырезания определенных участков (интронов) из молекул РНК и соединения нужных последовательностей (экзонов). Cплайсинг происходит не только после транскрипции, но и параллельно с синтезом РНК. Ключевые элементы сплайсинга координируются во время транскрипции РНК-полимеразой. Но как именно взаимодействуют факторы сплайсинга и РНК-полимераза, долгое время было неясно. Существовало предположение, что главная роль во взаимодействии принадлежит С-концевому домену (CTD) крупнейшей субъединицы РНК-полимеразы II (Pol II) RPB1. Но новое исследование ставит это воззрение под сомнение. Оказалось, что усечение CTD не влияет на ассоциацию ключевых факторов сплайсинга. Однако исследование не только отвергает старое, оно предлагает новое. Исследователи выявили значимость другой субъединицы РНК-полимеразы — RPB9. Эта субъединица напрямую связывается с мономером U2AF1, которая обеспечивает раннюю, зависимую от полимеразы фазу распознавания 3’-сайта сплайсинга. Затем в игру вступает независимо действующий мономер U2AF2, который связывается с U2AF1 и вытесняет его из комплекса с Pol II, а после запускает позднюю, независимую от полимеразы, фазу сборки комплекса сплайсинга. Интересно, что раньше U2AF воспринимался как неразделимый гетеродимер, а теперь функции его мономеров разделены. Показано, что их динамический цикл определяет две фазы котранскрипционного сплайсинга пре-мРНК. Сплайсинг — очень важный процесс, многие тяжелые заболевания связаны с его нарушениями, поэтому новая информация о его механизмах крайне ценна. — Dynamic U2AF cycling defines two phases of cotranscriptional pre-mRNA splicing, «Биомолекула»: «Белки против РНК — кто первым придумал сплайсинг?».

Долгая жизнь детей голодной нематоды

Исследование, проведенное на круглых червях Caenorhabditis elegans и опубликованное в новом выпуске Science, раскрывает механизмы, с помощью которых голодание родителей может потенциально продлить жизнь их потомков. Этот эффект обеспечивается лизосомами — органеллами внутриклеточного пищеварения, которые в условиях голодания утилизируют органеллы собственной клетки. Активность лизосом в условиях голода запускает эпигенетические изменения, которые не изменяют последовательность ДНК, но влияют на активность генов, причем эти изменения наследуются. Ученые обнаружили, что ключевую роль в этом процессе играет гистон HIS-71, который перемещается из кишечника в половые клетки, передавая сигнал о долголетии следующим поколениям. Это помогает объяснить, почему потомки людей, переживших голод, иногда живут дольше. — An inheritance of long life, «Биомолекула»: «Модельные организмы: нематода».

Воспаление при старении и митохондрии

Митохондрии обладают интересной особенностью: иногда они выбрасывают из себя ДНК. Исследование на мышах показало, что энергетические станции клеток избавляются от дефектной ДНК, содержащей специфические нуклеотиды, которые могут быть опасны для ДНК. Но избавление митохондрий от проблем неполноценное — они скорее прячут проблемы «в угол», а не решают их. Ведь в цитозоле «мусорная» ДНК митохондрий запускает воспалительные процессы, связанные со старением. В исследовании раскрываются причины и механизмы избавления от мтДНК, а также связь этого явления с хроническим воспалением, развивающемся с возрастом. — Mitochondria expel tainted DNA — spurring age-related inflammation, «Биомолекула»: «Тайная жизнь митохондрий».

Системная биология

Новый способ определения значения генов

Несмотря на то, что геномы бактерий меньше геномов эукариот, определение функций их генов — непростая задача. Из-за генетической избыточности повреждение одно гена не всегда приводит к заметным изменениям в жизнедеятельности и внешнем виде бактерий. Ученые разработали метод, который может быть полезен для выяснения функций генов бактерий, а также связей между генами — дуальное транспозонное секвенирование (dual Tn-seq). Новый метод использует систему генетических «штрихкодов» и инструмент редактирования ДНК (Cre-lox). Благодаря этому методу возможно массово создавать мутантов с двумя выключенными генами в рамках одного эксперимента и проверять, как это влияет на выживаемость бактерий. Те пары неработающих генов бактерий, которые ассоциированы со смертью организма, можно считать связанными одной жизненно важной функцией.

Метод апробировали на возбудителе пневмонии Streptococcus pneumoniae. В результате удалось выявить сотни скрытых связей между генами и сделать предположения о функциях генов. Выявленные генетические взаимодействия охватывают широкий спектр биохимических процессов и представляют новых возможных участников в относительно хорошо изученных путях. Метод способен помочь найти новые гены, которые жизненно важны для бактерий, а значит, и новые мишени для разработки новых антибиотиков. — Dual transposon sequencing profiles the genetic interaction landscape in bacteria.

Экология

Минимальная жилая площадь пчел

Уже в конце 20 века ученые стали фиксировать сокращение численности опылителей. К сожалению, эта проблема на сегодняшний день становится только острее. Без опылителей не будет не только меда, но также ставит под угрозу существование большинства цветковых растений, как культурных, так и диких. Главная причина — исчезновение подходящих для них мест обитания. Но как определить, сколько именно природной среды необходимо сохранить в местах, которые используются под сельскохозяйственные нужды? Исследователи предложили метод, основанный на поиске критического порогового значения местообитаний.

Этот порог — минимальный процент территории, который должен быть отведен под естественные угодья (луга, опушки). После его достижения усилия по улучшению качества среды, например, высадка богатых нектаром растений становятся более эффективными, чем расширение площади естественных территорий. Метаанализ показал, что самый низкий порог у журчалок (6%), а самый высокий — у бабочек (37%). Если природных участков меньше, то для поддержания популяций потребуется приложить чрезвычайно много усилий, чтобы достаточно повысить их качество. Эта работа дает конкретные ориентиры для экологической политики и сохранения опылителей. — Critical habitat thresholds for effective pollinator conservation in agricultural landscapes, «Биомолекула»: «Суперорганизмы».

Фунгициды жуков-садоводов

Задолго до того, как люди начали выращивать пшеницу или кукурузу, общественные насекомые (например, муравьи и термиты) уже вели свое хозяйство. Odontotermes obesus выращивает грибы Termitomyces, которые служат ему источником пищи. Насекомые строят для грибов гнездо, удобряют их, собирают урожай. Но удобрений и возделывания земель бывает недостаточно. Люди постоянно сталкиваются с необходимостью бороться с вредителями, насекомые сталкиваются с теми же проблемами. И находят им решения. В новом выпуске Science сообщают о том, как O. obesus, выращивающий грибы, использует микробов, выделяющих фунгициды, для подавления патогенных грибов Pseudoxylaria. Это открытие — еще один яркий пример конвергенции, того, как одни и те же приспособления могут возникать среди неродственных организмов. — Gardening strategies of termite farmers.

Клеточная биология

Атлас клеточного разнообразия

Разные типы клеток — это ключевые для существования жизни функциональные единицы, их можно проследить по всему филогенетическому древу. Стремительное развитие технологий изучения отдельных клеток в сочетании с развитием методов секвенирования геномов открывает возможности для того, чтобы охарактеризовать молекулярные особенности клеток самых разных организмов. Тем не менее, наше понимание разнообразия внешнего вида, функционирования эукариотических клеток остается ограниченным. Мы пока не можем разобрать все это разнообразие, используя геномные последовательности. В новом выпуске Nature представлена инициатива The Biodiversity Cell Atlas (Атлас биоразнообразия клеток), целью которой является создание молекулярных атласов отдельных клеток по всему древу жизни эукариот. Эта работа объединит филогенетическую информацию, высококачественные геномы и общие стандарты для облегчения сравнения между видами. The Biodiversity Cell Atlas должен углубить наше понимание эволюции и разнообразия жизни на клеточном уровне, учитывая регуляцию генов, траекторию дифференцировки и молекулярные профили, специфичные для разных типов клеток. — The Biodiversity Cell Atlas: mapping the tree of life at cellular resolution.