Новые свидетельства теории РНК-мира прямиком из космоса и другие новости недели

Геномика

1. В ходе совместной работы британские и боливийские ученые подтвердили существование еще одного вида водных кувшинок рода Victoria. Наряду с уже известными V. сruziana и V. amazonica, исследовали выделили вид V. boliviana, который обладает самыми крупными листьями в мире —3,2 метра в диаметре. В этом им помог комплексный подход: авторы сочетали наблюдения в живой природе и садах, морфологический анализ образцов и секвенирование генома. Гербарий, помимо живых растений, включал также изображения, полученные через платформу iNaturalist от волонтеров.

Чтобы установить филогенетические связи внутри рода, ученые сравнили строение не только ядерной ДНК, но и ДНК хлоропластов. Оказалось, что число хромосом V. boliviana идентично V. cruziana, но размер генома занимает промежуточное положение между V. сruziana и V. amazonica. Ученые также обнаружили 12 инсерций и делеций в ДНК пластид, которые позволили разграничить три вида. Ученые заключили, что V. сruziana и V. amazonica разделились около 5 млн лет, а V. boliviana и V. cruziana — 1,1 млн лет назад.

Нейробиология

2. Исследователи из Университета Тафтса обнаружили половые различия в эффекте алкоголя на электрическую активность амигдалы у мышей. Экспериментаторы вводили этанол разной концентрации грызунам и отслеживали значения потенциалов локального поля в этой структуре. Однократная инъекция ослабила мощность волн в β-диапозоне (15–30 Гц) у самцов и γ-диапозоне (80–120 Гц) у самок. Инъекции в течение пяти дней повлияли на показатели электрической активности у самцов, но не у самок.

Оказалось, эффект этанола реализуется через δ-субъединицу ГАМК-рецепторов. Ученые повторили опыт на линии мышей с нокаутом гена, кодирующего δ-субъединицу. У грызунов с измененными ГАМК-рецепторами введение этанола сдвинуло активность амигдалы так же, как и у самок с нормальным ГАМК-рецептором. Поскольку нервные контуры амигдалы вовлечены в развитие тревожности и страха у грызунов и у людей, полученные результаты проливают свет на причины ассоциации этих состояний со злоупотреблением алкоголя.

3. Американские ученые вместе с коллегами из Нидерландов исследовали роль астроцитов таламуса в воспалении, вызванном черепно-мозговой травмой (ЧМТ). Гиперактивация астроцитов у здоровых мышей изменила ЭЭГ-активность мозга так же, как и повреждение коры, а также повысила их предрасположенность к развитию судорожных припадков. Экспериментаторы обнаружили в таких клетках дефицит белка GAT3 — транспортера тормозного медиатора ГАМК. Восстановление его экспрессии в астроцитах таламуса снизило негативные последствия гиперактивации. Аналогичный эффект GAT3 наблюдали и у мышей с ЧМТ.

Исследователи также изучили посмертные образцы таламуса, принадлежащего людям без и с ЧМТ, а также перенесшим инсульт. Они пришли к выводу, что изменения астроцитов имели место в таламусе людей, пострадавших от травмы или инсульта. Полученные результаты предполагают, что астроциты таламуса могут стать терапевтической мишенью для предотвращения последствий ЧМТ мозга в виде эпилепсии.

Диагностика

4. Американские ученые разработали метод CIRCLE (Cancer Immunotherapy Response CLassifiEr), для прогноза ответа на иммунотерапию у пациентов с онкологическими заболеваниями. Авторы работы проанализировали данные секвенирования экзома у людей с разными видами рака, затем — обогащение генов и сигнальных путей у пациентов с положительной/отрицательной реакцией на лечение. Полученные результаты дополнили данными о возрасте, типе и мутационной нагрузке опухоли.

CIRCLE выявил гены Bclaf1, Kras, Braf, Tp53 и сигнальные пути MAPK и p53 в качестве предикторов ответа на терапию ингибиторами контрольных точек иммунитета. Ученые проверили метод на данных экзома 165 пациентов с раком. Чувствительность и специфичность CIRCLE оказались на 11% выше по сравнению с прогнозами только на основании значений мутационной нагрузки опухоли.

5. Исследователи из Италии предложили устройство для диагностики вируса кори в слюне пациентов. Они сконструировали микрофлюидную платформу по типу «лаборатории на чипе» (lab-on-a-chip, LOC), в которой при помощи поверхностных акустических волн осуществляется как выявление вирионов, так и циркуляция жидкости. При этом по размеру биосенсор не превышает монету.

Новый метод ученые протестировали на образцах слюны, которые собрали у добровольцев без кори. В часть образцов поместили вирионы кори, предварительно размноженные в культуре человеческих клеток, другие оставили интактными в качестве контроля. Устройство может быть особо полезным в развивающихся странах, а также в развитых странах, где фиксируются локальные вспышки из-за большого количества невакцинированных людей.

6. Другой биосенсор, созданный американскими учеными, позволяет обнаружить следовые количества одного из самых сильных нейротоксинов — VX. Изначально VX разрабатывали как пестицид, однако ввиду высокой отравляющей способности его использование в сельском хозяйстве запрещено.

Биосенсор состоит из двух белков, которые изменяют свою пространственную структуру в присутствии VX, переходя в более компактное свернутое состояние. Это обеспечивает контакт сайтов связывания белков со всей поверхностью молекулы нейротоксина и его детекцию в мельчайших концентрациях (1:1 млрд). Структуру биосенсора проектировали при помощи программы ProtCAD из 20 различных белков. Высокая чувствительность биосенсора также разрешила проблему детекторов предыдущего поколения, которые реагировали на присутствие других химических веществ, таких как инсектициды.

Технологии

7. В новой работе исследователи из Университета Аделаиды в Австралии размышляют о роли редактирования генома в борьбе с инвазивными видами млекопитающих. Технология CRISPR-Cas9 успешно используется для создания стерильных насекомых (sterile insect technique, SIT). Согласно новому исследованию, она обладает потенциалом в борьбе с грызунами, кроликами, дикими кошками и лисами, но с разной вероятностью успеха и затратами времени. Для уничтожения популяции из 200 тысяч мышей и крыс понадобится 18 и 19 лет, для кроликов — 48 лет. Однако в случае с более крупными животными борьба может растянуться на 140 лет и закончится победой над заносным видом с вероятностью 50/50. Тем не менее, авторы отметили, что возможность контроля популяций долгоживущих млекопитающих, таких как кошки и лисы, сохраняется на очень больших территориях.

Адаптация

8. Коллектив ученых из Дании, Америки и Германии заинтересовался молекулярной основой цепкости лапок гекконов, которые, как известно, позволяют этим рептилиям подниматься по вертикальным поверхностям. Для визуализации ультраструктуры щетинок, которыми усеяны лапки животных, исследователи воспользовались рентгеновской микроскопией.

Оказалось, что щетинки лапок геккона Gekko gecko покрыты липидной пленкой толщиной в один нанометр. Притом молекулы в ее составе образуют плотные, упорядоченные ряды. Вероятно, гидрофобные свойства липидов обеспечивают плотный контакт щетинок с поверхностью, а также защищают их белки от дегидратации. Один из таких белков — кератин, чьи волокна расположены по направлению щетинок, что препятствует истиранию.

Генетика поведения

9. Исследование, возглавляемое британскими учеными из Университета Эксетера, показало, как изменяется активность генов во время миграции насекомых. Исследователи секвенировали геном мухи Episyrphus balteatus из семейства журчалок, известной перелетом на юг через высокогорье осенью. Экспрессию генов отследили дважды: во время миграции через горные перевалы и летом.

Ученые выявили более 1,5 тысяч генов, чья активность изменилась у мигрирующих мух. Это гены, вовлеченные в обмен веществ, гормональную регуляцию, работу мышц, иммунитет, стрессоустойчивость и продолжительность жизни насекомого. Подобные изменения возникли в результате модификации сигнальных путей гормонов инсулина и октопамина, JAK/SТAT. Для части генов ранее была установлена связь с миграцией у бабочек.

Физиология

10. Канадские ученые смоделировали туберозный склероз на органоидах почек и изучили его молекулярный механизм. Эта болезнь характеризуется появлением множественных новообразований по всему организму и обусловлена инактивацией генов-супрессоров опухолей — Tsc1 или Tsc2.

Экспериментаторы вырастили ткани почек из человеческих стволовых клеток с биаллельной мутацией в Tsc1 или Tsc2. Затем клетки полученных органоидов ввели в почки мышей, что вызвало канцерогенез у грызунов. Оказалось, исходными для опухолей при туберозном склерозе выступали предшественницы шванновских клеток. Инактивация Tsc1 или Tsc2 затронула развитие эпителиальных, стромальных и глиальных клеток, что объясняет вариацию опухолей по размеру, строению и профилю экспрессии генов даже в пределах организма одного человека.

11. Группа, возглавляемая учеными из Калифорнийского университета, сообщила, что рацион и режим питания мышей повлияли на их транскриптом и микробиом подвздошной кишки — конечного отдела тонкого кишечника, вовлеченного в процессы обмена углеводов с участием инкретина и липидов с участием желчных кислот. Так, ожирение, вызванное неограниченным кормлением, изменило состав кишечных бактерий, что нарушало циркадные ритмы грызунов.

Частично восстановить ритмы удалось при помощи кормления по расписанию. Периодический прием пищи активировал секрецию гормона из семейства инкретина GLP-1 клетками подвздошной кишки, а также изменял передачу сигналов фарнезоидного рецептора (FXR), лигандом которого выступают желчные кислоты. По словам ученых, эти результаты подчеркивают значение диеты и контролируемого питания для микробиома кишечника, который, в свою очередь, модулирует циркадные ритмы и метаболизм.

Микробиология

12. Ученые из Индии, Британии и Японии объяснили, почему опасный штамм холерного вибриона O139, который мог спровоцировать восьмую пандемию холеры, вымер. Авторы изучили строение генома О139 из 330 образцов, собранных за период с 1992 по 2015 год, и проследили его эволюцию.

Оказалось, на заре своего возникновения в 1992 году штамм был устойчив к действию антибиотиков из-за присутствия нескольких генов с соответствующей активностью, что позволило ему распространиться. Но постепенно О139 утратил эти гены, в то время как ранее существовавшая разновидность O1 приобрела антибиотикорезистентность. Еще одно ключевое изменение затронуло состав токсинов, вырабатываемых вибрионом. По мнению ученых, вероятность появления нового штамма, способного вызвать пандемию холеры, остается высокой, поэтому контроль за циркулирующими разновидностями необходим.

Астрохимия

13. Международная команда исследователей из Испании, Японии, Чили, Италии и США обнаружила скопление нитрилов в межзвездном пространстве недалеко от центра Млечного Пути. Это примечательно, поскольку в лабораторных экспериментах, имитирующих пребиотические условия, одними из предшественников РНК были именно нитрилы. Таким образом, в новой работе ученые предоставили свидетельство в пользу теории РНК-мира.

Применив телескопы IRAM и Yebes для изучения электромагнитных спектров молекулярного облака в межзвездном пространстве, исследователи обнаружили циановую кислоту, изомеры цианоаллен, пропаргилцианид и цианопропин с общей формулой C₄H₃N, а также цианоформальдегид и гликолонитрил. Исследователи предположили, что эти вещества могли попасть на Землю с комет и метеоритов, на поверхностях которых были замечены их следы.