Гены цветов для подражания мухам и другие новости недели

Генетика мимикрии

1. На некоторых оранжевых лепестках южноафриканского цветка гортерии раскидистой (Gorteria diffusa) около самой сердцевины есть черно-зеленые пятна с бликом, очень похожие на мух. Самцы мух принимают эти лепестки за самок, садятся на цветок и пытаются спариться с ним. Конечно, из этого ничего не выходит, но зато цветок получает пыльцу. Исследователи из Кембриджского университета (Великобритания) выяснили, что для обмана насекомых G. diffusa использует кооптацию трех наборов генов. Одни задействованы в гомеостазе железа, другие отвечают за рост корневых волосков, а третьи — факторы транскрипции — контролируют цветение. Первая группа генов обеспечивает присоединение железа к обычным фиолетовым и оранжевым пигментам лепестков, чтобы изменить цвет на зелено-черный. Ген корневых волосков GdEXPA7 помогает образовывать увеличенные эпидермальные клетки — это делает «муху» еще более похожей на живую. А модуль miR156-GdSPL1 регулирует само образование пятен на лепестке. Таким образом, растение в процессе эволюции не обзавелось новыми генами, а заставило старые работать сообща в нужном месте.

Вакцины

2. Недавно разработанные мРНК-вакцины против вируса Зика и ВИЧ защитили беременных крольчих и их будущее потомство. Обе инфекции — ВИЧ и вирус Зика — передаются от матери к ребенку, вакцинация беременных должна помочь, но только если антитела передаются внутриутробно. Исследователи из США вводили вакцины с самоамплифицирующимся репликоном repRNA беременным самкам кроликов. Доставляли вакцины с помощью технологии LION — это эмульсия наночастиц, которая электростатически связывает нуклеиновые кислоты в составе вакцины. Вакцины вызывали сильные антигенспецифические реакции антител у беременных крольчих, и эти антитела пассивно передавались от матерей потомству. Животные хорошо переносили вакцинацию, и на размере помета она не сказалась. Исследователи даже допускают, что вакцина могла распространиться на крольчат в утробе и вызвать образование антител уже в их организме. Хотя крольчата получают антитела от привитых матерей, последующая вакцинация новорожденных будет поддерживать уровень антител.

Инфекции

3. Редкий штамм токсоплазмы убивает выдр на побережье Калифорнии. В 2020 году на калифорнийском пляже нашли умершую выдру с маленькими шишками по всему телу — это была воспаленная жировая ткань. В тканях животного обнаружили токсоплазму (Toxoplasma gondii). Обычно токсоплазмоз приводит к поражению и воспалению нервной системы, умирают от него не очень часто. Но в ЦНС этой выдры паразитов почти не было — она умерла раньше, чем токсоплазма проникла в мозг. Затем на побережье Калифорнии нашли еще несколько таких выдр. Теперь исследователи из Калифорнийского университета в Дэвисе изучили геном T. gondii от четырех  выдр; у всех был тот же штамм, который нашли у двух зараженных пум почти 30 лет назад в Канаде — штамм COUG. С тех пор COUG находили только однажды у дикой свиньи в горах Сьерра-Невада. Не очень понятно, как он добрался до побережья Калифорнии, возможно, с перелетными птицами или с домашними кошками, которых привезли люди. Исследователи считают, что контроль популяции диких кошек и стерилизация могут улучшить ситуацию. (Подробнее на PCR.NEWS.)

Старение

4. Здоровье мышц зависит от фермента фосфатидилэтаноламин-цитидилтранспазы PCYT2, который участвует в синтезе липидов клеточных мембран. Дефицит фермента вызывает у животных и людей прогрессирующую мышечную слабость, а его активность снижается с возрастом. Австрийские ученые посмотрели, как PCYT2 влияет на мышцы лабораторных мышей и рыбок данио при заболеваниях и старении. Они изучили мутантных животных, у которых фермент не работал, и обнаружили, что их фенотипы похожи на фенотипы людей с мутациями в Pcyt2. Снижение синтеза фермента нарушало стабильность мембран мышечных клеток, ухудшало гомеостаз митохондрий и мешало мышцам восстанавливаться после физических упражнений. Когда ученые увеличили экспрессию Pcyt2 в клетках мышей с дефицитом фермента и пожилых мышей, их мышцы стали работать лучше, а возрастное снижение силы замедлилось.

5. Взаимосвязи между маркерами клеточного старения, депрессией в позднем возрасте и другими патологиями и нарушениями искали исследователи из США. Индекс клеточного старения авторы определяли по 22 секреторным белкам, связанных со старением, — SASP. Повышенная экспрессия этих белков ассоциирована с атеросклерозом, остеоартритом, дисфункцией почек и другими патологиями. У пациентов с депрессией в позднем возрасте индекс SASP выше, чем у пожилых людей без депрессии; исследователи предположили, что ускоренное старение и поздняя депрессия могут быть связаны. Ученые проанализировали клинические данных 466 человек, чтобы выявить связь клеточного старения и нескольких факторов: тяжести депрессии и тревоги, когнитивной функции, сердечно-сосудистого и кадиометаболического здоровья и кровяного давления. Вопреки гипотезе авторов, маркеры клеточного старения оказались ассоциированы с более низкой когнитивной функцией (хотя здесь корреляция была слабой) и худшим сердечно-сосудистым здоровьем, но не с тяжестью депрессии и тревоги. Физическое здоровье, таким образом, коррелировало с фенотипом клеточного старения сильнее, чем психологические особенности.

Биоэлектроника

6. Исследователи из Кембриджского университета разработали биогибридный нейроимплантат, который воссоздал связь передней парализованной лапы крыс с мозгом. Один из способов восстановить функцию парализованной конечности — имплантировать электроды в поврежденное место и соединить их с целыми нервами. Однако электроды часто не приживаются, вокруг них образуется рубцовая ткань. Новое устройство состоит из электродов и культивированных прямо на них миоцитов, которые ученые создали из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека. Слой миоцитов между электродами и живой тканью позволяет имплантату интегрироваться в организм, и рубцевания не происходит. Сигнал от нервов к электродам проходит через эти клетки. Исследователи внедрили такой имплантат в предплечья крыс с парализованными передними конечностями и соединили его с нервным пучком предплечья — локтевым и срединным нервами. Миоциты на электродах выживали в теле крыс в течение 28 дней. Восстановить подвижность конечностей не удалось, но устройство было иннервировано моторными аксонами животных и воспринимало двигательные сигналы от мозга. И если такой имплантат подключить к остальной части нерва в парализованной конечности или к протезу (когда конечность отсутствует), движение можно восстановить.

7. Американские исследователи создали умный пластырь, который мониторит состояние раны, лечит ее антимикробным препаратом и электростимуляцией. Электронные устройства в виде пластырей, облегчающие уход за хроническими и долго не заживающими ранами, —  небольшие гаджеты, часто без проводов, их удобно использовать. Новый умный пластырь может отслеживать состояние раны с помощью мультиплексного анализа воспалительных биомаркеров — температуры, рН, глюкозы, лактата, аммония, — доставлять в рану лекарственный препарат и стимулировать ткани током. Ученые проверили устройство на крысах: через три дня ношения пластыря количество бактерий в ранах значительно снизилось по сравнению с контрольной группой животных. Раны с пластырем заживали быстрее, чем без него, причем быстрее всего — в группе с комбинированной терапией, где пластырь лечил их и лекарством, и током.

Рецепторы щелочи

8. У дрозофил нашли ген, который отвечает за восприятие щелочного вкуса. Исследователи из Китая и США предлагали мухам выбрать между сладким раствором с нейтральным и щелочным pH — и дрозофилы выбирали нейтральный. Но мутантные мухи без одного рецепторного гена не избегали щелочи, а даже наоборот, предпочитали ее в низких концентрациях. Правда оказалось, что предпочтение связано с ионами натрия и ощущением соленого вкуса, а не с самой щелочью. Ген щелочного рецептора, который назвали alkaliphile или alka, как выяснили ученые, кодирует хлоридный канал в чувствительных нейронах на хоботке мух. Кроме того, он экспрессируется в антеннах и щупиках дрозофил, которые отвечают за обоняние, и в хемосенсорных нейронах на ногах мух. При избытке гидроксид-ионов (а именно их избыток говорит о высоком pH и щелочности) этот канал открывается, и из клеток выходят ионы хлора — в итоге клетки деполяризуются. Это позволяет дрозофилам воспринимать щелочь в пище и избегать ее, если, конечно, ген работает как надо.

9. Другой ген, влияющий на чувствительность к щелочи, обнаружили у растения сорго. Высокая щелочность почвы обычно не очень хорошо влияют на растения, но сорго может выживать в почве с pH до 10. Теперь исследователи из Китая с помощью GWAS определили локус, отвечающий за чувствительность к таким почвам. Его назвали Alkali Tolerance 1 (AT1), он кодирует гамма-субъединицу G-белка, которая регулирует фосфорилирование аквапоринов — каналов, через которые из клетки выводится перекись водорода. Именно избыток перекиси внутри клетки вызывает ее гибель в щелочных условиях. Фосфорилирование ингибирует работу канала. Нокаут AT1 прекратил ингибирование и повысил толерантность к щелочи, причем не только в сорго, но и в рисе и кукурузе, в то время как сверхэкспрессия одного аллеля с усеченным С-концом повысила щелочную чувствительность. Исследователи заключили, что нокаут AT1 в растениях или выбор нефункциональных аллелей может помочь в селекции сельхозкультур, способных расти на щелочных почвах.

Историческая ДНК

10. Чтобы отыскать причину потери слуха и других болезней Бетховена (которых было немало), большая команда генетиков секвенировала геном композитора из прядей волос, которые считались принадлежащими ему. Предварительный анализ и оценка родства показали, что из восьми имеющихся образцов только пять принадлежали одному и тому же человеку (либо монозиготным близнецам). Геном одного из таких образцов секвенировали с высоким разрешением: он оказался похож на геномы современных немцев, жителей земли Северный Рейн-Вестфалия. Генетических причин глухоты или болезней желудочно-кишечного тракта исследователи не нашли, но, возможно, сохранность ДНК в образце была недостаточной (слишком короткие фрагменты не позволяли, в частности, определить протяженные повторы). Зато авторы нашли варианты, связанные с циррозом печени и ДНК вируса гепатита В.

Один из образцов, подлинность которого не подтвердилась, — так называемый локон Хиллера, — принадлежал женщине. Это открытие не менее важно, так как в начале 2000-х годов именно в этом образце нашли свинец, и появилась версия, что свинцовое отравление могло стать причиной болезней Бетховена или даже его смерти. Очевидно, что эта версия теперь отпадает. (Подробнее на PCR.NEWS.)

Голод

11. Ученые из Института исследований метаболизма Макса Планка и Гарвардской медицинской школы в экспериментах на мышах выяснили, почему чувство голода усиливается во время диеты и после нее. Когда мыши ели недостаточно, активировались гипоталамические нейроны PVHTRH, высвобождающие глутамат. Одновременно усиливалась передача сигналов между этими нейронами и нейронами AgRP, которые опосредуют чувство голода. И это сохранялось, даже когда мыши начинали питаться нормально. В итоге после окончания диеты мыши ели гораздо больше и быстрее набирали вес. Ингибировали нейронов PVHTRH снижало передачу сигналов в AgRP, и мыши после диеты набирали не так много.

Боль

12. Синдромом раздраженного кишечника страдают до 11% населения во всем мире, и большинство из них женщины. Среди симптомов расстройства — хроническая боль в животе и чувство тревоги. Теперь команда ученых из США выяснила, что хроническую боль и беспокойство регулирует небольшая популяция энтерохромаффинных клеток кишечника. Они активируются в ответ на пищевые раздражители, метаболиты бактерий, механическое растяжение или другие стимулы и посылают сигналы близлежащим нервным окончаниям слизистой. В экспериментах на мышах исследователи убедились, что активация нейроэндокринных серотонинергических клеток в эпителии кишечника приводит к постоянной висцеральной чувствительности, боли и тревожному поведению. Ученым было достаточно воздействовать только на эти клетки, чтобы подавить или вызвать боль и гиперчувствительность. Также авторы выяснили, что эти клетки опосредуют сенсибилизирующее действие бактериальной жирной кислоты изовалерата — она связана с воспалением ЖКТ. Блокада серотонинергической передачи сигналов нормализовала поведение мышей. Кроме того, активность энтерохромафинных клеток кишечника по-разному влияла на висцеральную боль у самцов и самок.

Новые препараты

13. До 10% трансплантатов роговицы отторгается. Чтобы этого не произошло, люди вынуждены после операции использовать глазные капли с кортикостероидами, иногда — каждый час. Это неудобно, да и не всегда возможно. Ученые из Китая и США разработали наночастицы, нагруженные дексаметазона натрия фосфатом. Лекарство из таких наночастиц высвобождается постепенно, поэтому достаточно сделать всего одну инъекцию после операции. В экспериментах на крысах авторы показали, что наночастицы эффективны: препарат высвобождался в течение шести месяцев и предотвратил отторжение трансплантата роговицы. Кроме того, наночастицы даже обращали вспять ранние признаки отторжения. (Подробнее на PCR.NEWS.)

Диагностика

14. Ученые из Института биохимии Макса Планка и Висконсинского университета в Мэдисоне с коллегами предложили новый подход к обнаружению изоформ белка в протеоме человека с помощью шотган-протеомики. Обычно шотган-протеомика предполагает гидролиз белков протеазой трипсином, и это накладывает ограничения — не всегда получается различить изоформы и варианты белков. Теперь исследователи использовали шесть разных протеаз для фрагментации белков из шести линий человеческих клеток. Затем они повели глубокое фракционирование жидкостной хроматографией и тандемной масс-спектрометрией с помощью прибора Orbitrap Tribid. Так ученым удалось выявить более миллиона пептидов из 17,7 тысяч генов, кодирующих белок или группу белков. Еще они проверили, как много мРНК, образованных с помощью альтернативного сплайсинга, транслируются в белки. Оказалось, около 64%, но, по мнению авторов, процент может быть еще выше. Исследователи создали открытый сайт deed-sequencing.app, где можно увидеть все известные модификации белка, связанные с каким-либо геном.