SciNat за январь 2017 #4: нейросеть-дерматолог, органы для мыши, выращенные в крысе, вкусные ГМО-помидоры
Молекулярка. МикроРНК тормозят образование белков — трансляцию. Известно, что при этом микроРНК связываются с белками Argonaute, но конкретный механизм, по которому это нарушает ход трансляции, не был известен в подробностях. Теперь стало ясно, что при связывании Argonaute 2 с микроРНК белок фосфорилируется по нескольким сайтам, а потом практически сразу же дефосфорилируется по ним же. Видимо, этот цикл фосфорилирования-дефосфорилирования Argonaute 2 регулирует возможность экспрессии генов. — An Argonaute phosphorylation cycle promotes microRNA-mediated silencing.
Клеточная биология, структурка. Митохондрии могут не только делиться, но и сливаться. Это помогает им поддерживать «правильность» своей ДНК и нужный потенциал на мембранах. Внешние мембраны митохондрий сливаются благодаря действиям белков-митофузинов (от английского mitochondrial fusion) и гидролизу ГТФ. Кристаллическая структура митофузина человека MFN1, полученная авторами новой статьи, должна пролить свет на процесс слияния митохондрий, а конкретно на то, как гидролиз ГТФ меняет конформацию митофузина. — MFN1 structures reveal nucleotide-triggered dimerization critical for mitochondrial fusion.
Геномика, рак. Рак шейки матки — одна из наиболее частых причин смерти, связанных с раком. Поэтому анализ генома 228 образцов ткани, взятых у больных первичным раком шейки матки, и его результаты касаются многих. Этот анализ выявил, что при различных видах такого рака часто появляются мутации в генах SHKBP1, ERBB3, CASP8, HLA-A и TGFBR2. Кроме того, подтвердили связь этого рака с некоторыми типами вируса папилломы человека и разделили все случаи рака шейки матки на 3 подгруппы по их характерным проявлениям. Будем надеяться, что эти данные откроют новые молекулы-мишени для терапии такого рака. — Integrated genomic and molecular characterization of cervical cancer.
Микробиология. Колебания (осцилляции) можно встретить в составе самых разных процессов, происходящих в живом — от развития органов у зародыша до работы сердца. При осцилляциях могут синхронизировать свои действия клетки одного большого организма, а могут и отдельные одноклеточные. Выяснилось, что осцилляции имеют место и в бактериальных взвесях. Если при этом рассматривать пару клеток в составе такой взвеси, может выясниться, что их действия хаотичны и несинхронны. Тем не менее, миллионы таких пар своими движениями вызывают упорядоченные смещения групп бактерий на десятки и даже сотни микрометров, при том, что размер каждой такой клетки в составе группы обычно составляет несколько микрометров. — Weak synchronization and large-scale collective oscillation in dense bacterial suspensions.
Физиология растений. Хотя у цветковых растений и двойное оплодотворение, его суть не отличается от оплодотворения у животных. Диплоидный зародыш несёт в себе гены и отца, и матери. Меж тем, для селекции в ряде случаев было бы полезно, если бы в хромосомах был представлен только какой-то один набор генов: это очень ускоряет закрепление нужного генотипа в популяции. Для этого нужно помешать слиянию ядер спермия и яйцеклетки, а вместо него каким-то образом удвоить интересующий нас набор хромосом, чтобы их общее число осталось неизменным. Получается то, что называют двойным гаплоидом — растение с двумя наборами генов от одного из родителей. Процесс получения гаплоидов нелёгок, процент успеха невелик, однако теперь хотя бы стало понятно, в каком направлении думать, чтобы его облегчить. Двойные гаплоидные зародыши у кукурузы образуются в 6,7% случаев, если сдвинута рамка считывания у гена MATRILINEAL (MTL), кодирующего фосфолипазу в составе пыльцы. Такая частота появления двойных гаплоидов кажется небольшой, однако без мутации в MTL она в разы меньше. — MATRILINEAL, a sperm-specific phospholipase, triggers maize haploid induction.
Трансплантология, медицина. Растить органы для трансплантации можно даже в животном другого вида, чем то, которому этот орган предназначен. Это показали в ходе экспериментов, когда мышам, у которых клетки поджелудочной железы не могли вырабатывать инсулин, пересаживали островковые клетки нормальной поджелудочной, выращенной из соответствующих стволовых клеток мыши в организме крысы. За год эти островковые клетки приживались в телах мышей-"диабетиков" и возвращали уровень глюкозы в их крови к нормальному. Поджелудочные мышей, выросшие в крысах, достигали такого размера, что из них можно было извлечь столько островковых клеток, сколько нужно. — Interspecies organogenesis generates autologous functional islets, Regenerative medicine: Interspecies pancreas transplants.
Нейробиология. Бороться или бежать? У грызунов решение принимает центральная часть амигдалы — структуры, управляющей эмоциями, в частности, страхом. В центральной амигдале есть группы клеток, запускающих реакцию бегства или реакцию борьбы. Там же расположены группы клеток, тормозящих действие двух предыдущих. CRF+-нейроны, в которых есть кортикотропин-релизинг-фактор, управляют «клетками борьбы», а SOM+-нейроны, в которых есть соматостатин, управляют «клетками бегства». То, как животное отреагирует на угрозу, зависит от того, кто кого больше затормозит — CRF+ или SOM+. — A competitive inhibitory circuit for selection of active and passive fear responses.
Медицина, искусственный интеллект. Нейронная сеть просмотрела 129450 подписанных снимков кожи, поражённой различными дерматологическими заболеваниями, и научилась отличать себорейный кератоз от плоскоклеточной карциномы, а также родинки от проявления меланом не хуже, чем команда из 21 сертифицированного дерматолога. (В каждой паре первое новообразование доброкачественное, а второе — злокачественное.) Правильность выводов нейросети и врачей подтвердили с помощью результатов биопсии тех же образцов тканей, что были представлены на фотографиях. Есть надежда, что уже меньше чем через 5 лет визуальная диагностика заболеваний кожи с помощью «гаджетов» станет доступна практически всем жителям планеты. — Dermatologist-level classification of skin cancer with deep neural networks, Medicine: The final frontier in cancer diagnosis.
Генетика. При многих нарушениях развития, которые не удаётся отнести ни к одному существующему диагнозу, часто обнаруживают de novo-мутации в генах. (Мутации de novo — это изменения последовательности ДНК, которые впервые происходят либо в половых клетках одного из родителей, либо в оплодотворённой яйцеклетке.) Масштабный анализ показал, что при этом чаще всего такими мутациями поражается 94 конкретных гена, играющих роль в эмбриональном развитии. В зависимости от возраста родителей встречаемость de novo-мутаций в этих генах от 1 из 448 до 1 из 213 новорождённых. То есть, всего в мире с такими мутациями рождается до 400000 детей каждый год. — Prevalence and architecture of de novo mutations in developmental disorders.
Экология. Чем выше в горы, тем меньше деревьев, а на определённой высоте, индивидуальной для каждой горной системы, они и вовсе сменяются альпийскими лугами. Логично было бы предположить, что это происходит из-за снижения температуры по мере отдаления от уровня моря, но эксперименты показали, что более холодный климат не снижает концентрацию питательных веществ в листьях как таковую. Зато с увеличением высоты падает содержание азота в почве, и именно это, судя по всему, не даёт деревьям расти на больших высотах. — Elevation alters ecosystem properties across temperate treelines globally.
Геномика, паразитология, эволюция. Чтобы эффективно бороться с паразитами, нужно знать не только их строение, но и эволюцию — историю того, как и когда они начали заражать тот или иной вид. О роде Plasmodium, в который входит малярийный плазмодий, было, как ни странно, известно немного. Виды Plasmodium malariae и Plasmodium ovale, входящие в него, в световой микроскоп практически неразличимы. Зато сравнение их геномов выявило интересные особенности этих простейших и в то же время показало, что эволюционные приспособления к паразитизму развивались у них сходным образом в одно и то же время. — Plasmodium malariae and P. ovale genomes provide insights into malaria parasite evolution.