Может ли движение #MeToo благотворно повлиять на науку, зачем строить фотоумножители под двухкилометровым антарктическими льдом, из-за чего началось верхнедриасское глобальное похолодание, как клетки определяют свою судьбу, а молекулы внутри них встречают свою, рассказывает Indicator.Ru.

Один за всех и все за одного

Три мушкетера могли постоять друг за друга, а три новые технологии позволяют поэтапно отследить, как из одной клетки получается целый организм – и как трудится каждая клетка в отдельности, включая и выключая гены и синтезируя белки, чтобы такая масштабная затея удалась. Специалисты уверены, что этот подход «трансформирует десятилетие будущих исследований». Одна из упомянутых технологий позволяет извлечь тысячи нетронутых клеток из живого организма, вторая – эффективно прочитать их генетический материал, а третья – пометить клетку или отследить ее судьбу на компьютере.

Извлекая отдельные живые клетки из организма, можно секвенировать (прочитать генетический код) синтезированные в ней молекулы РНК. Поскольку информационная РНК работает как матрица для создания белковых молекул, закодированных в генах, секвенирование РНК дает понять, какие гены активны в клетке в конкретный момент времени. А производимые с этих генов белки и определяют, чем эта клетка занимается.

Но только недавно ученым удалось показать, что такой эксперимент возможен в больших масштабах: почти одновременно вышли исследования активности генов 8000 клеток эмбриона дрозофилы (Drosophila melanogaster) и 50 000 клеток нематоды (Caenorhabditis elegans). Исследователи выяснили, какие транскрипционные факторы (так называют белки-переключатели активности генов) отвечают за то, какую судьбу выберет клетка и к какому типу будет относится она и ее потомки. Позднее подобные работы провели и на эмбрионах позвоночных: лягушке и рыбке Danio rerio.

202b4fa590ba5f5527a64a0bdffa59e612861775 
Jeffrey Farrell, Schier Lab/Harvard University

 

Оставалась последняя проблема: как проследить за клеткой дальше, если из организма ее уже извлекли? Однако если отдельные клетки в другом эмбрионе пометить геном, кодирующим флуоресцентный белок («заразив» ее безобидным вирусом или при помощи CRISPR), можно сопоставить эти данные. На эмбрионе человека провести подобный эксперимент пока нельзя, но узнать роль клеток в развитии болезней, старении и регенерации можно. Этим займется консорциум LifeTime – коллаборация из 53 научных учреждений и 60 компаний Европы.

В далекой-далекой галактике…

… Часто происходит что-то интересное. Но не менее часто на таком расстоянии самого главного глазами не увидишь – и оптическим телескопом тоже. На помощь приходит так называемая многоканальная, или многоволновая астрофизика (русский перевод multimessenger astrophysics еще не устоялся). Электромагнитное излучение, гравитационные волны и различные элементарные частицы из космоса – все это научились улавливать телескопами астрофизики, чтобы получить данные о ранее недоступных нашему измерению процессах Вселенной. В этом году ученые впервые смогли доказать, что детектор нейтрино зарегистрировал нейтрино из другой галактики.

Поток нейтрино, пойманный крупнейшим в мире нейтринным телескопом IceCube, был выпущен блазаром – активным галактическим ядром. Блазар становится очень ярким источником излучения, так как в центре него находится сверхмассивная черная дыра, которая разогревает вращающийся вокруг нее газ, заставляя его светиться и выбрасывать джеты – вспышки раскаленной плазмы. Ранее IceCube (получуже улавливал нейтрино, иногда даже не из Млечного Пути, однако раньше не удавалось установить их источник. Но на этот раз Fermi, космический гамма-телескоп NASA, находящийся на орбите Земли, смог засечь блазар по направлению, с которого прилетели нейтрино.

D948ffa31c8efb8b0d8bee334631ad0652815047 
Jamie Yang and Savannah Guthrie/Icecube/NSF

 

Первое межгалактическое послание – повод для радости сотрудников обсерватории: теперь они надеются, что смогут увеличить объем льда для своей установки в десять раз. Интересно, что хотя IceCube находится на Южном полюсе, он регистрирует события со стороны Северного полушария: только нейтрино могут пройти Землю насквозь, чтобы их воздействие на электроны и нуклоны льда можно было зарегистрировать при помощи фотоумножителей, расположенных подо льдом на глубине от 1450 до 2450 метров.

Песнь льда и пламени о Гайавате

Герой саги Лонгфелло, написанной на размер и по схеме карельской «Калевалы», а сюжетом опирающейся на индейские предания, дал название кратеру под гренландским ледником. 31-километровый кратер Гайавата стал следом столкновения с метеоритом, входящего в число 25 самых крупных из известных на Земле.

956bd121c265184c6241618d936aa4207fd1040b 
NASA Scientific Visualization Studio

 

Но в отличие от Чиксулубского кратера, датировка Гайаваты сбивает ученых с толку: за последние 100 000 лет в ледниках Гренландии не сохранилось осколков и обломков-свидетельств падения такого крупного объекта. Однако полученные радаром изображения показывают, что кратер никак не старше этого возраста. Более того, некоторые признаки нарушения структуры льда в глубине кратера указывают на совсем «юный» возраст – 13 000 лет. Если кропотливая и долгая работа с минеральными кристаллами со дня этого кратера даст такой же ответ, то Гайавата может оказаться причиной глобального похолодания в позднем дриасе, которое 12 680 лед назад пришло на смену аллередскому потеплению. Тогда метеоритная теория дриасского похолодания из противоречивой и недоказанной станет общепринятой.

Карусель для молекул и электронный пучок

Вместе эти две составляющие дают способ быстро и точно «разметить» положение атомов в ранее неизвестной молекуле.

3D-структуры и расположение атомов в молекуле можно узнать с помощью рентгеновской кристаллографии (так произошла, например, расшифровка структуры ДНК). Для такого анализа понадобится кристалл, где все молекулы выстроены в одном определенном порядке. Но для некоторых субстанций вырастить упорядоченный кристалл размером хотя бы с песчинку может быть невероятно сложно. Другой выход – получить 2D-кристалл, то есть, лист из одного слоя молекул, и облучить его потоком электронов. Но что делать с кристаллом толщиной больше одной молекулы, но слишком маленьким для рентгеновской кристаллографии?

В этом году выход был найден: ученые из США, Германии и Швейцарии предложили облучать электронами кристалл на вращающейся подставке, а потом сопоставлять изображение, получившееся с разных углов зрения. Такая техника помогает определить взаимное расположение за считанные минуты, не тратя на эту работу дни или даже месяцы, как раньше.

31c2e15f68fdfa026141e245b6c55d4cd8431709 
Gonen Lab

 

#MeToo в науке

Как бы неожиданно это не звучало, одним из прорывов года по версии журнала Science стало движение против сексуального насилия. Оказалось, что среди ученых оскорбления и домогательства долгие годы оставались в тени. Но в этом году вышел отчет американских Академий наук, инженерии и медицины, который резко привлек внимание к этой проблеме.

По данным отчета, более 50% сотрудниц научных учреждений и 20-20% студентов (в зависимости от области исследований) подвергается сексуальным домогательствам и унижениям. И самая живучая форма – сексистские стереотипы, из-за которых женщин могут обижать, принимать враждебно и не брать на работу из-за их пола.

5bf3f2ed44c333b494e87c928b85b05cc9510b77 
Daria Kirpach/Salzmanart

 

Отчет подтолкнул волну жалоб, в ответ на которые некоторые научные учреждения пошли на увольнения виновных. Однако до победы критикам существующего порядка еще далеко: во многих учреждениях за научные заслуги сотрудникам готовы прощать все. Одна из сторонниц их публичного осуждения, БетЭнн МакЛоглин, нейробиолог из Университета Вандербильдта, даже основала группу #metooSTEM, чтобы поддерживать жертв насилия. По ее словам, к примеру, в Национальных институтах здоровья грантополучателям не грозят даже дисциплинарного взыскания за подобные правонарушения. Каждое свое выступление женщина начинает с 46 секунд молчания – по одной за каждый год, пока Национальные институты здоровья продолжают раздавать гранты тем, кто применяет к студенткам сексуальное насилие.

Дочь денисовца и эмигрантки из Восточной Европы

Кость женщины, чьей матерью была неандерталка, а отцом – денисовский человек, была найдена в сибирской пещере в 2012 году, но анализ ДНК позволил узнать о ее предках только сейчас.

Жившая 50 000 лет назад в той же пещере, где в 2011 году впервые были найдены останки таинственных денисовцев, женщина унаследовала примерно половину генетических вариантов от них и от неандертальцев. Принадлежащая женщине митохондриальная ДНК, которая преимущественно передается по материнской линией, явно принадлежала неандертальской женщине. Примерно половина ее аллелей (генетических вариантов) гетерозиготны, что позволяет предположить, что она действительно была гибридом первого поколения, родившимся от двух далеких линий рода Homo. Однако в отцовском геноме можно тоже предположить неандертальское родство: возможно, неандертальские гены пришли к ней и с этой стороны, хотя и через много поколений.

Еще один противоречивый вывод – тот факт, что мама-неандерталка этой сибирской женщины оказалась более близкой родственницей неандертальцев из Хорватии, чем найденных ранее неандертальцев из той же пещеры. Почему это произошло и как группы неандертальцев мигрировали на такие расстояния туда и обратно? И если они свободно скрещивались с денисовцами, почему они так и не объединились в один вид? Вопросов пока намного больше, чем ответов.

21ea808a00724b5dc6887c05c15d7ab520650179 
Thomas Higham/University of Oxford

 

Выследить по ДНК

Угрозами вычислить по IP уже давно никого не удивишь: сегодня даже давно забытые «глухари» удается раскрыть при помощи анализа ДНК. Причем теперь криминалистам необязательно секвенировать каждого, ведь ДНК-генеалогия позволяет найти преступника по генеалогическим деревьям, основанным на генетических данных его дальних родственников. Так, к примеру, в апреле удалось найти маньяка, орудовавшего в Калифорнии в 1970-80-х годах.

Сегодня по всему миру набирают популярность генетические анализы для установления родства – тесты вроде 23andMe или Ancestry. Полученные данные компании обязаны хранить в неприкосновенности, однако судебное постановление может разрешить полиции использовать их для поиска нарушителей закона. Чтобы упростить работу полицейским, сегодня любой желающий может поделиться данными с онлайн-базой данных GEDMatch, запущенной двумя специалистами по генеалогии из Техаса и Флориды. Именно с ее помощью удалось выследить уже 73-летнего преступника, сопоставив ДНК с мест преступления с ДНК его дальних родственников.

К этой осени троюродные братья или даже более близкие члены семей 60% европеоидных американцев могут найтись в этой базе с 1 миллионом образов. 3 миллиона образцов позволит найти 90% белого населения США, даже если они никогда не проходили ДНК-тесты. Ученым только предстоит решить связанные с такими исследованиями этические вопросы – в том числе, что делать с возможностью перепутать преступника с кем-то из его близких родственников.

8266c2bb5851041c8ce15bdc1777b147655d7eba 
Reuters

 

Гены, вы имеете право хранить молчание

РНК-интерференция – открытый 20 лет назад способ заставить гены «молчать» (то есть, не производить белок) при помощи блокировки информационных РНК. Однако создать новый класс лекарств на основе этой технологии долго не удавалось: РНК-молекулы, которые должны создавать интерференцию, легко подвержены разрушению, да и направить их адресно в нужную ткань не удавалось.

После десятилетия работы решить эту проблему смогли исследователи из Кебриджа, которые смогли заключить РНК в объятия липидных наночастиц, которые помогают найти дорогу в печень и защищают неустойчивую молекулу на протяжении долгого пути. Такое лекарство могло бы спасти пациентов от транстиретинового амилоидоза – блокировать производство неправильно сворачивающегося белка, который повреждает мышцы и нервы.

В этом году исследователям удалось добиться одобрения для своего лекарства – вслед за одобрением нескольких других классов РНК-лекарств двумя годами ранее. Сейчас развивается еще более новый метод доставки: на этот раз защищать и провожать по назначению молекулу РНК смогут специализированные сахара.

31d313a2fbf098f2c214c05e4126b0aa6e6f9910 
Val Altounian/Science

 

Посмертные записки эдиакарского клуба

Эдиакарские ископаемые – необычная ветвь многоклеточных живых организмов, обитавшая на Земле полмиллиарда лет назад и не оставившая прямых потомков. Ученые уже 70 лет спорят, были ли многие из них растениями, животными или другой ветвью древа жизни, которая не смогла сохраниться до наших дней.

Австралийские ученые исследовали молекулярные органические остатки на ископаемых с Белого моря, которые принадлежали жившим 550 миллионов лет назад организмам. Они обнаружили высокое содержание гопанов, что позволило доказать, что маленькие шарики с Белого моря когда-то представляли собой колонии цианобактерий.

С той же методикой исследователи приступили и к одному из самых знаменитых эдиакарских органимов – овальной полметровой дикинсонии (которой мы решили посвятить подзаголовок этой части). Ее останки, как оказалось, содержали похожие на холестерин молекулы, которые характерны для животной клетки. Эта «молекулярная подпись» намекает на то, что Dickinsonia может оказаться первым известным животным. А чуть позже другая научная группа нашла следы молекул, сегодня производимых только губками. Молекулы появились в слоях породы возрастом 660-635 миллионов лет, и это на 100 миллионов лет старше, чем первые известные ископаемые губки.

96831ecddc29d93f79ee7d7b55122c3fcece78ed 
D. Grazhdankin

 

Белково-капельным путем

Как молекулы оказываются в нужное время в нужном месте, чтобы клетка могла выполнять свои функции? Как они пробираются сквозь густой молекулярный «суп» цитоплазмы, чтобы встретить свою пару среди тысяч других? Ответом на этот вопрос могут стать жидкие капельки. Из белка.

С 2009 года ученые начали понимать, что многие белки могут отделиться от цитоплазмы и конденсироваться в концентрированные жидкие капельки, особенно когда клетка отвечает на стресс. Фазовое разделение двух жидкостей, похожее на то, что произойдет с уксусом и маслом в салатной заправке, сегодня становится одной из самых актуальных тем в биологии. В 2017 году роли белковых капелек в функционировании генов в ядрышке клетки посвятили целых две статьи в Nature. В уходящем 2018 году три работы в Science показали, что их функции гораздо шире: оказалось, что белки в форме капелек могут участвовать в переписывании информации с ДНК на РНК.

Некоторые белки с «хвостами», похожими на спагетти, могут запускать такую конденсацию. Однако если что-то пойдет не так, жидкость может превратиться в гель, а гель затвердеть, что приводит к патологическим последствиям (образованию амилоидных бляшек и нейродегенеративным заболеваниям). Поэтому изучение темы беловых капелек может помочь еще и созданию лекарств от таких болезней, как боковой амиотрофический склероз.

0ad895e7777e9058646d11b96fbfb5bb84aa5a2a 
E.M. Langdon et al
 
Автор: Екатерина Мищенко
 
***
 
 

Похожие новости

  • 23/12/2016

    В Новосибирске откроется выставка священных атрибутов народов ханты и манси

    ​Выставка священных атрибутов народов ханты и манси откроется в Новосибирске в пятницу и продлится до середины февраля, сообщила пресс-служба городского краеведческого музея.Экспонаты для выставки "Всадник - Золотой свет" взяты из фондов Музея истории и культуры народов Сибири и Дальнего Востока ИАЭТ СО РАН.
    1075
  • 26/12/2018

    Ученым впервые попал в руки ген-микс неандерталки и денисовца

    ​Она была прекрасна в своей «продвинутости» по лестнице очеловечивания, а он весьма привлекателен как грубоватый мужлан, встреченный ею в котловине зеленой долины в окрестностях известняковой пещеры. Через сотню тысяч лет пришельцы с запада назовут эту пещеру Денисовой.
    941
  • 19/01/2017

    Самые громкие и важные исследования ученых СО РАН за 2016 год по версии НГС

    Хомяки-математики, яд для лечения сердца, спасение от энцефалита и таяние льдов Гренландии — НГС.НОВОСТИ изучили самые громкие и важные исследования ученых СО РАН за последний год.  Новосибирцы гордятся Академгородком и славой научного центра Сибири, которую город получил благодаря институтам СО РАН и работающим в них ученым.
    2184
  • 06/03/2017

    Новосибирские археологи пересматривают взгляды на эпоху мезолита в Центральной Азии

    ​​Найденные в Киргизии каменные орудия труда удревняют мезолит еще на десять тысячелетий. Результаты исследований опубликованы в ежегоднике «Проблемы археологии, этнографии, антропологии Сибири и сопредельных территорий».
    1892
  • 25/11/2016

    Денисовская игла меняет общепринятые представления об истории появления человека

    ​Большая швейная костяная игла, обнаруженная археологами на Алтае в Денисовской пещере в слое возрастом около 50 тысяч лет, послужила очередным доказательством, что первобытные люди, населявшие в то время юг Сибири, владели отличными техническими навыками обработки материалов и были носителями прогрессивной культуры, которая самобытно развивалась на этой территории.
    1476
  • 30/06/2016

    Находка сибирских археологов может стать новым словом в науке

    ​Ученые Института археологии и этнографии СО РАН при раскопках во Вьетнаме нашли нетронутый древний слой, содержащий каменные орудия труда и охоты. Находка стала сенсацией: по мнению археологов, доисторическая коллекция может опровергнуть некоторые существующие теории и позволит выдвинуть новые гипотезы.
    2054
  • 13/10/2017

    В центре Новосибирска археологи нашли уникальные предметы эпохи бронзы

    ​Во время охранно-спасательных работ на археологическом комплексе Турист-2 сотрудники Института археологии и этнографии СО РАН обнаружили ранний могильник эпохи бронзы. Там были найдены предметы, не имеющие аналогов в мире.
    805
  • 25/11/2016

    Находки сибирских археологов пока не объяснены

    Приобский отряд Института археологии и этнографии Сибирского отделения РАН в мерзлоте Ямало-Ненецкого автономного округа неподалеку от Северного полярного круга обнаружил более чем двухметровые бревна с вытесанными личинами и парное мужское погребение в домашнем очаге жилища северных хантов.
    1349
  • 16/03/2016

    Древние жители Европы, обладавшие генетическим наследием денисовцев, оказались ранними неандертальцами

    ​Об этом говорится в статье, опубликованной в журнале Nature. Такие выводы сделала международная группа из 14 ученых, проанализировавших фрагменты ядерной ДНК, извлеченной из останков, обнаруженных в испанской пещере Сима-де-лос-Уэсос (горный массив Сьерра-де-Атапуэрка).
    1429
  • 02/07/2016

    Археологи нашли в Сибири уникальный каменный браслет

    ​Расположенная на Алтае Денисовская пещера, тщательно обследованная учеными из Института археологии и этнографии СО РАН, явила археологам потрясающий артефакт - каменный браслет, изготовленный пять десятков тысяч лет назад.
    1696