Вакцина против ГМО и панан

Фармацевтический гигант Мерк закончил разработку вакцины, защищающей людей от воздействия разнообразных химикатов, содержащихся в генетически модифицированных продуктах.

«Это огромный прорыв, — говорит сотрудник компании Мерк, д-р. Фрэнк Н. Пищев. (Dr. Frank Enfoods). — Мы все знаем насколько опасно ГМО для человечества и поэтому, разработав эту вакцину, мы надеемся спасти многие миллионы жизней».

Не до конца ясно, каким образом вакцина работает, некоторые источники говорят, что она на самом деле является обычным плацебо, которое заставляет людей меньше волноваться из-за ГМО.

Однако анти-ГМО и антипрививочный гуру Михаил Степанов (Michael Stevens) заявляет, что все это полнейшая ерунда: «Они появились с этой псевдовакциной, скорее всего под завязку напичканной всякими химикатами, только ради того чтобы защитить нас от воздействия других химикатов? В этом же нет никакого смысла!»

Однако компания Мерк настаивает, что вакцина является безопасной и не содержит никаких следов ртути или алюминия, веществ известных тем, что вызывают аутизм у детей.

Вакцина против ГМО под фирменным названием Глифовакц должна появиться в продаже в начале следующего года.

В ответ компания Монсанто анонсировала новый ГМ-продукт, который сможет защитить людей от вредных токсинов, содержащихся в вакцинах. Новый продукт, являющийся комбинацией банана и острого красного перца, получил название «панан».

«Мы сумели объединить банан и перец, — говорит работающий на Монсанто учёный доктор Б. Ацилов (Dr. B. Thuringiensis). — Но самое главное, мы смогли внедрить защитный ген, который будет противодействовать нейротоксину, который содержится во всех вакцинах». Новый ГМ-продукт панан появится в продуктовых магазинах уже этой осенью.

В это время анти-прививочные активисты запутались и не знают что и думать. «Это какое-то сумасшествие, — считает Леонид Рождественский (Lloyd Christmas), уполномоченный общества «Долой Науку — в Исцелении Щастье Едва ли Есть» (ДНИЩЕЕ). — Мне кажется, что нас заставляют выбирать из двух больших зол».

Монсанто и Мерк готовы сражаться за место под солнцем для своих новых продуктов, запланированы масштабные маркетинговые кампании. По некоторым источникам, Монсанто будет использовать слоган: «Если не панан, то кто?» В то время как Мерк заготовило речёвку: «Сегодня ешь ты ГМО, а завтра родину того!»

Так же недавно появились результаты исследования, проведённого АКФ (Ассоциация Комментаторов Фейсбука), которые показали, что более 90% проблем на Земле в конечном счёте произошли по одной из двух причин. Первая — это Барак Обама, вторая — компания Монсанто.

По словам главного исследователя Аллана Троллинга (Allan Trolling), они были не сильно удивлены, и в действительности у них было подозрение, что источников мировых проблем всего два, а исследование лишь это подтвердило. Возражение, что наличие заключения до проведения исследования может сместить результат, исследователи отвергли, сказав: «Данные такие, какие есть. Кто вы такие, чтобы сомневаться в них?».

На самом деле, стоит заметить, что это излюбленная тактика различных псевдоучёных: проводить исследования с целью подтверждения уже сделанных выводов, что вакцинация — это плохо, гомеопатия — работает, акупунктура — больше чем плацебо. Для этого частого явления даже есть специальное название — предвзятость подтверждения (confirmation bias).

На данный момент ни Монсанто, ни Белый Дом не прокомментировали исследование.

По материалам The Spudd Magazine — http://thespudd.com/merck-announces-new-vaccine-against-gmos/ http://thespudd.com/monsanto-debuts-new-gmo-that-protects-against-vaccine-injuries/
Перевод — Андрей Панов — http://22century.ru/med-n-health/16234 http://22century.ru/med-n-health/16292

В комментариях будет 3D вариант целиком.

У хищных микроорганизмов нашли точные копии глаз животных

  Ученые нашли у одноклеточных организмов планктона настоящий глаз, по своей структуре мало чем отличающийся от глаз животных. Океанологи раньше принимали этот орган хищных простейших за останки животного, съеденного этими микроорганизмами. Об открытии сообщается в журнале Nature.

  Канадские исследователи продемонстрировали, что оцеллоид (глазоподобная структура) у динофлагеллят из группы варновиид (Warnowiid) состоит из органелл, напоминающих элементы глаза животных — хрусталик, роговицу, зрачок и сетчатку. Под микроскопом ученые рассмотрели, что мощную линзу окружают митохондрии (эти поставщики энергии внутри клетки приняли форму роговицы), а сетчатка выстроена из пластид, унаследованных от красных водорослей, древних симбионтов варновиид. У водорослей, как и у растений, пластиды отвечают за извлечение энергии из солнечного света — в оцеллоиде же они перестроились на обнаружение света.

  Функции оцеллоида науке пока неизвестны. Однако новая функция пластид заставляет предположить, что эти органы позволяют динофлагеллятам выслеживать добычу: они фиксируют, как меняется преломление света при его прохождении сквозь прозрачную «дичь». После этого хищнику становится понятно, в каком направлении двигаться.

  «Внутренняя организация сетчатого тела напоминает поляризационные светофильтры на линзах камер и пленку на солнечных очках — это сотни мембран, выложенных параллельными рядами», — рассказывает соавтор статьи Брайан Леандер (Brian Leander).

  Новое исследование демонстрирует экстремальный случай конвергентной эволюции: глазоподобные структуры возникли у животных и простейших независимо друг от друга, но с одной целью — определять интенсивность и направленность света.

Источник: http://lenta.ru/news/2015/07/02/warnoviid/

Гены, от которых вырастают крылья. И ноги. И всё остальное.

У каждого многоклеточного животного есть своё многоклеточное, только ему присущее тело. Любую муху мы можем отличить от слона. Это легко, ведь их тела соответствуют определённому плану строения. Для мухи, например, это шесть лап, крылья, сегменты тела. В то же время у слона конечностей меньше и крыльев нет. Но как этот особенный план записан в слоне или мухе? Если задуматься, то он должен быть уже в первой клетке, из которой разовьётся организм. И конечно, он записан в геноме этой первой клетки — в виде генов и межгенных регуляторных участков. Так можно ли сделать из мухи слона?

➡ Особенные гены для особенных задач

  Генетики часто используют в работе плодовую мушку. Как следствие, для неё известно впечатляющее количество нарушений в разных генах — мутаций. Мутации эти были выявлены в основном по изменению внешнего вида мухи. Например, есть гены, продукты которых — белки, синтезирующие красный пигмент в глазах насекомого. Благодаря этим генам у плодовой мушки дикого типа глаза красные. Если один из таких генов отключить, глаза лишатся пигмента и мухи-мутанты будут белоглазыми. Повреждения тех или иных генов могут вообще лишить насекомое глаз, или щетинок, или окраски тела. Но есть мутации, эффект от которых намного более драматичен.

  В конце 40-х годов ХХ века биологам попалась муха с ногами вместо антенн на голове. Ноги на голове — это уже не просто другой цвет глаз!

 

  Такое происшествие — не «потеря чего-то», а «превращение одного в другое». Или ещё пример. Мушиная грудь состоит из трёх сегментов, на втором из которых располагаются крылья. Известны мутанты, у которых третий сегмент груди превращён во второй, и муха имеет две пары крыльев. Вы не задумывались, как появились четырёхкрылые бабочки? Их предкам было достаточно сохранить мутации, приводящие к развитию лишних, но столь пригодившихся им крыльев.

  Мутации, вызывающие превращение одних частей тела в другие, назвали гомеозисными (от лат. homеo — подобный). Можно определить, где произошла та или иная мутация, и выяснить, какой именно ген она повредила. Такие гены были найдены, их тоже назвали гомеозисными. Насколько эти гены распространены у живых организмов и можно ли найти их у человека? Явные следы сегментации тел млекопитающих остались в строении скелета. Вы знаете, что бывают люди, у которых обе челюсти — верхние? Что можно легко превратить спинные позвонки мыши в грудные, выключая определённые гены? Подобно тому как мухе можно «подарить» вторую пару крыльев, мыши можно легко обеспечить дополнительную пару рёбер. И не одну. Это тоже результат мутаций в гомеозисных генах. Как выяснилось, они есть у всех многоклеточных организмов.

➡ Раскрой мне свои гомеозисные гены, и я скажу, кто ты

  Вообще говоря, где грань между мутацией и нормой? Вы обидитесь на слова о лишней паре крыльев, если вы бабочка. Замечания об избыточных ногах, возможно, расстроят креветку. А у неё просто работает ген, который у мухи отключён, и потому она имеет не шесть ног, а десять.

  Гомеозисные гены у всех организмов очень похожи. Вероятно, с задачей планирования своего тела столкнулось уже первое многоклеточное животное. И решение этой задачи унаследовали все современные животные. Например, у мучного жука есть восемь гомеозисных генов, которые расположены в геноме поблизости друг от друга — в составе одного генного кластера. У плодовой мушки таких генов тоже восемь, но расположены они двумя группами далеко друг от друга. Вероятно, такая ситуация возникла из-за хромосомной перестройки, в результате которой исходный комплекс разделился надвое, но сохранил работоспособность. Большинство насекомых в этом смысле похожи на мучного жука. Похожа на мучного жука и мышь. У неё группа гомеозисных генов, аналогичная генам насекомых, расположена в едином кластере. Только таких кластеров — четыре. Очевидно, они возникли в результате последовательного удвоения одиночной предковой группы генов. Гомеозисных генов у мыши в несколько раз больше, чем у мухи, но все они похожи на восемь мушиных и, вероятно, возникли за счёт удвоения исходных генов и последующей самостоятельной эволюции.

  В целом просматривается связь: чем сложнее устроен организм животного, тем больше у него гомеозисных генов. Так, у всех беспозвоночных есть только один содержащий их кластер. При этом у таких примитивных организмов, как губки, в нём всего один либо два гена. А вот у примитивных позвоночных — миног — уже четыре кластера, как у мыши. Кстати, первые гомеозисные мутации были обнаружены и описаны у растений… Например, на месте лепестков могут появляться тычинки.

➡ Сферы влияния

  Гомеозисные мутации у плодовой мушки обнаружили давно, в начале XX века, и с тех пор описали большое их количество. Как позже выяснилось, не все они расположены в генах. Но тогда генетики ещё не знали, что же, если не гены, может быть повреждено мутациями. Понимание принципов работы гомеозисных генов росло параллельно с развитием биологии, и едва ли не всем новым фактам о работе генома находилось место в кластерах гомеозисных генов. Часто изучение самих гомеозисных генов рождало новые знания, — многие генетические механизмы впервые были показаны именно на них. Попробуем разобраться, к чему это привело.

  Лучше всего изучен комплекс гомеозисных генов плодовой мушки Bithorax («двойная грудь»), названный по найденной в нём мутации, которую обнаружили почти сто лет назад, в 1915 году. Bithorax-комплекс — это отделившаяся часть единого предкового комплекса гомеозисных генов. Он ответственен за развитие задних двух третей тела мухи. Первая треть тела контролируется другой частью разделившегося кластера — комплексом Antennapedia («ноги-вместо-антенн»). Может, не очень понятно, почему целый комплекс, отвечающий за формирование первой трети тела, назван в честь головных антенн, но слишком уж была примечательна мутация, превращающая антенны в ноги.

(Схема Bithorax-комплекса генов плодовой мушки. Цвета сегментов тела мухи отвечают участкам комплекса генов того же цвета, мутации в которых влияют на эти сегменты. Стрелками обозначены гомеозисные гены Ubx, аbd-A, Abd-B.)

  Когда разных мутаций в Bithorax-комплексе обнаружили несколько десятков, удалось вывести соответствие между их положением в геноме и частью тела мухи, в которой возникает нарушение. В комплексе всего три гена. Но именно они определяют строение девяти сегментов тела. Более удивительно, что многие участки Bithorax-комплекса, влияющие на целый сегмент, вообще лишены генов. Число таких участков влияния соответствует числу сегментов тела, подчинённых Bithorax-комплексу.

  С развитием методов молекулярной биологии в 80-е годы XX века выяснилось, что в разных сегментах тела три гена Bithorax-комплекса работают по-разному. Стало очевидно, что работа генов эукариот (организмов, чьи клетки содержат ядра) может регулироваться отдалёнными участками ДНК, в которых генов нет. В этих участках могут находиться последовательности-энхансеры*, усиливающие работу гена, либо последовательности-сайленсеры**, способные работу гена прекратить. Причём энхансеры и сайленсеры сами могут быть отрегулированы: в каких-то тканях быть выключенными, а в каких-то других работать. Каждый цветной блок на рисунке вверху — это кластер регуляторных последовательностей, ключевых для правильного развития соответствующего сегмента тела. Именно под их управлением работа трёх генов Bithorax-комплекса различна в каждом сегменте. В свою очередь за счёт уникального сочетания продуктов гомеозисных генов в каждом сегменте они развиваются по-разному. Как так получается, что в каждом сегменте тела работает только свой уникальный регуляторный участок ДНК для гомеозисных генов? Сейчас этот вопрос активно изучается, но чёткого ответа на него пока нет.

  Продукты гомеозисных генов — белки, которые связываются с ДНК и влияют на работу других генов. В результате «под ними» работают десятки генов, уникальная настройка которых позволяет выпустить крылья или отрастить ноги. Итак, понятно, как за счёт разной работы гомеозисных генов в теле появляется с десяток сегментов (в каждом из которых эти гены работают по-своему), но непонятно, за счёт чего возникают различия внутри сегмента. Почему, например, такие разные части тела, как крылья и ноги, находятся в одном сегменте? Ответ кроется в структуре регуляторных участков Bithorax-комплекса. Они включают энхансеры и сайленсеры для гомеозисных генов. В каждом сегменте тела главную роль играет один из регуляторных участков, но в разных тканях этого сегмента он ведёт себя по-разному, поскольку в разных тканях активны разные энхансеры и сайленсеры. Так один регуляторный участок может обеспечить тонкие различия в работе гомеозисных генов в каждом типе тканей одного сегмента. Откуда регуляторная ДНК «знает», в какой ткани ей работать, а в какой молчать? Скажем лишь, что она знает это намного лучше нас… У нас же на этот счёт есть лишь ряд гипотез.

➡ Планы изменились

  Сотни миллионов лет эволюция «лепила» животных, меняя их тела. Комплексы гомеозисных генов — ключевая деталь в конструкторе тела. Чтобы поверить, что этот конструктор способен на самые разные фокусы, можно взглянуть на муху и, скажем, кита.

  Вам уже надоел детский Лего? Конечно, до создания новых тел ещё далеко и последствия таких действий неочевидны, но мы постепенно начинаем разбираться в правилах сборки. Можно идти путём эволюции. Например, чтобы понять, что требуется для образования конечностей, можно попробовать сравнить работу гомеозисных генов у рыб и мышей. Как считается, наши руки и ноги в ходе эволюции возникли из плавников. Было замечено, что активность одного из гомеозисных генов у мышей выше, чем у рыб. Исследователи предприняли попытку усилить его работу у рыб в надежде, что их плавники станут похожими если и не на мышиные лапы, то хотя бы на их примитивный аналог. В новых условиях костная ткань в плавниках развивалась активнее, форма плавников стала округлой и более близкой к форме лап. Конечно, это лишь намёк на настоящие ноги. Скорее всего, на пути к выходу на сушу у рыб менялась не только работа самих гомеозисных генов, но и ответ на неё других генов.

  За последние сто лет, прошедшие со времени открытия первых мутантных мух с ногами на голове и лишними крыльями, мы поняли, почему подобные изменения возникают. Мы даже можем планомерно влиять на строение тела мухи, мыши или рыбы, меняя их геном. При этом до полного понимания того, как строение тела записано в геноме, ещё далеко. Но по крайней мере теперь мы можем многое сказать на тему, почему муха так непохожа на слона.

* Энхансеры (от англ. enhance — усиливать) — последовательности ДНК, связывающие белки-активаторы и способные усиливать работу генов.

** Сайленсеры (от англ. silence — подавлять) — последовательности ДНК, связывающие белки, негативно влияющие на работу окружающих генов.

Автор: Павел Елизарьев. Институт биологии гена РАН.

Источник: http://www.nkj.ru/archive/articles/23728/

Бактерий научили ставить диагноз

Две группы биологов на этой неделе получили генетически модифицированных бактерий, которые стали способны определять наличие рака у мышей и диабета у людей.

Сангита Бхатия (Sangeeta Bhatia) из Массачусетского технологического института и ее коллеги ранее разрабатывали метод обнаружения рака при помощи наночастиц. При наличие опухоли наночастицы выделяли пептиды, которые потом можно было обнаружить в моче больного. Однако, как признали ученые, пептидный след оказывался слишком слабым, чтобы служить четким показателем заболевания. Тогда они решили прибегнуть к помощи бактерий. Для этого группа из МТИ объединилась с коллективом биоинженеров из Калифорнийского университета в Сан-Диего во главе с Джефом Хасти (Jeff Hasty). Они рассчитывали, на склонность бактерий проникать именно в опухоли, так как быстро растущая ткань опухоли богато снабжается питательными веществами.

Исследователи использовали бактерий Escherichia coli, геном которых был модифицирован таким образом, чтобы при встрече с опухолью печени у бактерий начинал работать ген LacZ, производящий определенный фермент. Затем мышам вводили вещества – предшественники люциферина, вызывающего люминесценцию. В присутствии фермента вещества превращались в люминесцентное соединение, которое потом выводилось из организма мыши с мочой, придавая ей красный цвет. Как отмечают Сангита Бхатия и ее соавторы в статье, опубликованной журналом Science Translational Medicine, если другие методы борются за то, чтобы обнаруживать опухоли печени размером менее одного квадратного сантиметра, генетически модифицированные бактерии позволяют диагностировать опухоль размером в один квадратный миллиметр.

Другое исследование также было опубликовано в Science Translational Medicine. Группа под руководством биохимика Жерома Бонне (Jerome Bonnet) из Университета города Монпелье при помощи сходного приема научилась определять ключевой признак диабета, а именно повышенный уровень глюкозы в моче больного. Ученые изменили геном бактерий так, чтобы они продуцировали большое количество красного флуоресцентного белка, когда содержание глюкозы превышает определенный уровень. В этом случае кишечных палочек даже не нужно вводить в организм больных, их просто добавляют к образцам мочи. Данный метод не точнее, чем обычный способ измерения глюкозы. Но примененная стратегия может быть в дальнейшем использована для обнаружения других веществ в более сложных диагностических задачах.

Источник: http://polit.ru/news/2015/05/29/ps_bacteria/

Хромосомы ощетинились дошираком

  Суперкомпьютер «Ломоносов» помог исследователям из МГУ разгадать одну из главных загадок молекулярной биологии и показать выгоды укладки ДНК по принципу доширака

  Группа исследователей из Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова попробовала разобраться с одним из наименее ясных на сегодня вопросов молекулярной биологии — с вопросом о том, как в ядре клетки упаковываются нити ДНК. Ученые пришли к выводу, что укладка в особое состояние под названием «фрактальная глобула» за счет ускоренной тепловой диффузии позволяет всей этой генетической машинерии клетки работать с максимальным быстродействием. Результаты своего исследования они опубликовали в майском номере престижного физического журнала Physical Review Letters [1], импакт-фактор которого равняется 7,7.

  Фрактальная глобула — понятие математическое. Если вы уроните на пол длинную леску от спиннинга, она свернется в такой невообразимо подлый клубок, что вам придется либо распутывать его часами, либо бежать в магазин за новой катушкой.

  Это — обычная, так называемая равновесная глобула. Фрактальная глобула — структура в этом смысле намного более вежливая. Применительно к леске это комок, в котором леска ни разу не завязалась в узел, она просто свернулась множество раз, так, чтобы ни одна петля вокруг другой не запуталась. Такая структура представляет собой множество свободных петель разного размера — потяни ее за два конца, и она легко распутается. Из-за такой укладки, похожей на укладку нынешних макарон быстрого приготовления «Доширак», наши физики Александр Гросберг, Сергей Нечаев и Евгений Шахнович, впервые предсказавшие ее еще в 1988 году, назвали такую глобулу «складчатой». В последние годы ее чаще называют фрактальной — и звучит научнее, да и полней отражает свойства такой глобулы, поскольку, как и во всех фракталах, ее структура (в данном случае форма мелких и крупных петель) повторяется на малых и больших масштабах.

  Долгое время это предсказание оставалось невостребованным. Но результаты исследований последних лет указывают, что хромосомы (нити ДНК) складываются в ядре именно в такую конфигурацию — во фрактальную глобулу. Сегодня по этому поводу в научном сообществе нет консенсуса, но большинство специалистов, работающих в этой области, сильно заинтриговано, и последние пять-семь лет наблюдается целый поток исследований, посвященных геному, свернутому во фрактальную глобулу.

  Интуитивно это было понятно. Двойная спираль ДНК, укрепленная соответствующим набором белков, представляет собой длиннющую нить, называемую хроматином.

  И если этот хроматин представляет собой библиотеку технических руководств по синтезу того или иного белка, нужного организму, то лучше было бы текст этих руководств без нужды не трогать и, соответственно, избегать ненужных перекрещиваний одного гена с другим, складывать хроматиновую нитку так, чтобы ни в одном месте части этой нитки между собой не завязывались узлом. Поэтому, как бы эта нитка хроматина в ядре ни складывалась, она не должна повторять судьбу нечаянно упавшей на пол рыболовной лески, то есть быть не простой глобулой, а фрактальной.

  Вдобавок нитка во фрактальной глобуле, не имеющая узлов, по идее должна иметь более высокую свободу перемещений, что для ДНК немаловажно. Для того чтобы ДНК нормально функционировала, необходимо, чтобы ее отдельные части в нужный момент встречались между собой, «включая» сигнал к считыванию и указывая всей системе место, откуда это считывание следует начинать, причем все это должно происходить достаточно быстро.

  «Согласно существующим сегодня теориям, в полимерной цепи, свернутой в обычную глобулу, средний квадрат теплового смещения частицы (в данном случае звена этой цепи) растет пропорционально времени в степени 0,25», — рассказал старший научный сотрудник кафедры физики полимеров и кристаллов физического факультета МГУ Михаил Тамм, являющийся одним из авторов исследования.

  По словам Михаила Тамма, ему вместе с коллегами удалось придумать до некоторой степени аналогичную теорию для звена полимерной цепи, свернутой во фрактальную глобулу:«Мы сумели оценить тепловую динамику, свойственную этому виду укладки. Проведенное нами компьютерное моделирование хорошо подтвердило теоретический результат», — отметил Михаил Тамм.

  Ученые из МГУ создали свой метод компьютерного моделирования, который позволял укладывать хроматиновую цепочку во фрактальную глобулу и отслеживать происходящие там тепловые процессы. Им удалось сделать то, что не получалось у их предшественников, — смоделировать ситуацию с длинной цепочкой, состоящей из четверти миллиона звеньев.

  По словам Михаила Тамма, моделирование длинных цепочек, а именно они позволяют получить сколько-нибудь значимые результаты, затрудняется тем, что они очень долго приходят в равновесное состояние, при котором уже можно исследовать происходящую там тепловую диффузию.

  Удачно разрешив эту проблему за счет грамотно выстроенной программы и большого компьютерного времени на суперкомпьютере МГУ «Ломоносов», исследователи смогли оценить динамику теплового движения во фрактальной глобуле. Оказалось, что частицы — то есть звенья хроматиновой цепочки — движутся быстрее, чем в обычной, не фрактальной, глобуле. Здесь средний квадрат теплового смещения звена хроматиновой цепочки рос пропорционально времени не в степени 0,25, как в обычной глобуле, а в степени 0,4, то есть движение звеньев там оказывалось значительно более быстрым. Что, по-видимому, в числе прочего и определило для хроматиновой нити выбор фрактальной глобулы в качестве способа ее укладки в ядре.

  Исследователи надеются, что их работа позволит более полно понять, как именно функционирует вся машинерия, связанная с хранением и считыванием информации в ДНК.

  «С точки зрения динамики нам бы хотелось разобраться с тем, какие там встроенные характерные времена, какие процессы могут происходить просто за счет теплового движения, а что неизбежно требует привлечения активных элементов, ускоряющих работу ДНК», — резюмировал Михаил Тамм.

Григорий Колпаков, Владимир Гелаев

1. Anomalous Diffusion in Fractal Globules. Doi: 10.1103/PhysRevLett.114.178102. — http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.114.178102
Источник — http://www.gazeta.ru/science/2015/05/25_a_6714661.shtml

Микроб заполняет брешь

(Гидротермальная система Замок Локи вдоль Срединно-Атлантического хребта)

В донных осадках на глубине 3283 м в Северном Ледовитом океане обнаружены микроорганизмы из надцарства архей, более близкие к эукариотам, чем любые другие прокариоты. Судя по набору генов, новая группа микробов, получившая название локиархей, обладает многими важными признаками эукариот, включая актиновый цитоскелет и способность к фагоцитозу. Скорее всего, именно благодаря этой способности предкам эукариот удалось захватить бактериального симбионта, давшего начало митохондриям. Открытие подтвердило, что эукариоты не просто имели общего предка с современными археями (что соответствует «трехдоменному» древу жизни), а произошли от одной, вполне определенной, группы архей, что соответствует «двухдоменному» древу и формально (с точки зрения кладистической систематики) заставляет считать эукариот подгруппой архей.

Происхождение эукариот — одна из самых интригующих проблем эволюционной биологии. Для объяснения отдельных этапов становления эукариотической клетки и всего процесса в целом предложены сотни гипотез, как конкурирующих, так и дополняющих друг друга.

На сегодняшний день твердо установлено, что митохондрии и пластиды эукариотической клетки являются потомками симбиотических бактерий (альфапротеобактерий и цианобактерий соответственно). Митохондрии были уже у последнего общего предка всех современных эукариот: это их универсальная черта. Хотя некоторые современные эукариоты лишены митохондрий, это — результат вторичной утраты.

Природа «хозяйской» клетки, некогда захватившей бактериальных симбионтов, менее очевидна, чем происхождение митохондрий и пластид. Геном эукариот явно имеет химерное происхождение: часть генов досталась им от архей, другая — от бактерий (в том числе от симбионтов, но не только от них). Гены архейного происхождения выполняют в эукариотической клетке в основном «центральные» функции (такие как работа с генетической информацией и синтез белка), гены бактериального происхождения — в основном «периферические» (обмен веществ, взаимодействие с внешней средой). По-видимому, предок эукариот (та клетка, которая приобрела митохондриального симбионта) был близок к археям, а бактериальных генов он нахватался путем горизонтального переноса. Недавние исследования показали, что массированное заимствование бактериальных генов происходило на ранних этапах формирования чуть ли не всех крупных клад (групп) архей, так что предок эукариот в этом плане не был исключением (S. Nelson-Sathi et al., 2014. Origins of major archaeal clades correspond to gene acquisitions from bacteria — http://www.nature.com/nature/journal/v517/n7532/abs/nature13805.html).

Однако эукариотическая клетка устроена намного сложнее, чем прокариотическая, причем далеко не для всех эукариотических генов и молекулярных систем найдены очевидные прокариотические предшественники или аналоги. Откуда взялись эти уникальные особенности эукариотической клетки — вот главный вопрос, на который необходимо ответить. Другой, менее принципиальный, но тоже интересный вопрос, связан со структурой древа жизни.

 

Ставшая уже классической «трехдоменная» система делит все клеточные организмы на три домена (надцарства): бактерии, археи и эукариоты. Альтернативная двухдоменная версия предполагает, что эукариоты отпочковались от одной из групп архей уже после того, как те начали расходиться (дивергировать). В этом случае эукариот формально следует считать подмножеством архей.

По мере накопления геномных данных позиции двухдоменной модели укрепляются. Становится всё более очевидно, что эукариоты обособились внутри архейной «кроны», то есть являются более близкими родственниками одним археям, чем другим. На роль ближайшего родственника эукариот претендует так называемая клада TACK — надтип архей, включающий типы Thaumarchaeota, Aigarchaeota, Crenarchaeota и Korarchaeota. Впрочем, молекулярно-генетическое сходство эукариот с представителями этой клады недостаточно велико, чтобы однозначно решить вопрос об их родственных связях.

Археи — чрезвычайно разнообразная группа, однако значительная часть их разнообразия сегодня известна ученым лишь по последовательностям гена 16S рРНК, по которому традиционно проводят классификацию прокариот. Это некультивируемые микробы, отказывающиеся расти на лабораторных средах. Из проб, взятых в разных местах (например, из почвы, горячих источников или донных морских отложений) выделяют все имеющиеся там версии гена 16S рРНК и строят по ним эволюционные деревья. На деревьях часто обнаруживаются ветви, не соответствующие ни одной из известных групп прокариот. О такой ветви можно только сказать, что это новая, неизвестная группа, и примерно определить степень ее родства с известными микробами. «Примерно» — потому что одного-единственного гена 16S рРНК недостаточно для более строгих выводов.

В кладе TACK тоже есть такие условные группировки некультивируемых архей, одна из которых называется DSAG (Deep-Sea Archaeal Group — «глубоководная группа архей»). Археи из этой группы обнаружены во многих точках мирового океана на больших глубинах. Фактически, DSAG — одна из самых многочисленных и широко распространенных групп архей в глубоководных донных отложениях, однако ни вырастить чистую культуру этих микробов в лаборатории, ни выделить из проб другие их гены, кроме 16S рРНК, пока не удавалось. Точнее, выделить-то можно, но как понять, какие из бесчисленных фрагментов ДНК в данной пробе принадлежат именно интересующему нас микробу — обладателю необычного варианта 16S рРНК?

Исследователям из Уппсальского университета (Швеция) и Бергенского университета (Норвегия) удалось преодолеть технические препятствия, до недавних пор казавшиеся непреодолимыми, и собрать из кусочков почти полный геном одного микроба из загадочной группы DSAG, а также неполные геномы двух других ее представителей.

Авторы изучили ДНК из пробы грунта, поднятой с глубины 3283 м в Северном Ледовитом океане, недалеко от гидротермальной зоны Loki’s Castle («Замок Локи»), расположенной на склоне срединно-океанического хребта. Анализ последовательностей 16S рРНК показал, что доля архей из группы DSAG в пробе необычайно высока (около 10% всех прокариот и более 70% архей в пробе принадлежат к этой группе). Это и позволило, наряду со сложнейшими современными методами метагеномного анализа и компьютерной обработки геномных данных, отделить фрагменты генетического материала DSAG от всех прочих и собрать из них три генома.

Авторы использовали множество хитроумных приемов. Например, чтобы на первом этапе получить набор фрагментов ДНК, почти наверняка принадлежащих DSAG, они искали «филогенетически значимые» гены (то есть медленно эволюционирующие и при этом имеющиеся почти у всех микробов), строили для каждого гена эволюционное дерево, а затем выбирали те генетические варианты, чье положение на дереве соответствует положению DSAG на дереве 16S рРНК.

Поскольку природа DSAG после сборки геномов во многом прояснилась, авторы присвоили группе более внятное название. Они нарекли глубоководных микробов «локиархеями» (Lokiarchaeota) в честь гидротермального района Замок Локи, а также в связи с тем, что споры мифологов вокруг фигуры этого скандинавского бога сопоставимы по остроте со спорами биологов о происхождении эукариот. Тот представитель группы, чей геном собрали почти полностью, был назван Lokiarchaeum, двух других обозначили пока условно: Loki2 и Loki3.

О чем же рассказали геномы локиархей? Прежде всего, они позволили построить надежное эволюционное дерево, основанное не на единственном гене 16S рРНК, как до сих пор, а на аминокислотных последовательностях 36 консервативных белков, считающихся хорошими «филогенетическими маркерами».

На этом дереве локиархеи образуют единую монофилетическую группу в пределах надтипа TACK. Когда авторы включили в анализируемый массив данные по эукариотам, те пристроились к локиархеям в качестве одной из веточек: ближе к Loki3, чем к Lokiarchaeum и Loki2. Таким образом, локиархеи оказались ближе к эукариотам, чем к другим археям (подобно тому, как шимпанзе ближе к людям, чем к другим обезьянам). С точки зрения кладистической систематики это означает, что эукариоты — подмножество архей (подобно тому, как люди — подмножество обезьян). Таким образом, подтвердилась двухдоменная, а не трехдоменная структура древа жизни.

Одной из особенностей геномов локиархей является повышенная доля генов бактериального происхождения. Это согласуется со сказанным выше о периодическом массовом заимствовании бактериальных генов археями, в том числе, возможно, и предками эукариот.

Если локиархеи — ближайшая родня эукариот, то у них могут найтись гены и признаки, характерные для эукариот, но отсутствующие у других прокариот. И действительно, в геноме Lokiarchaeum нашлось целых 175 белок-кодирующих генов (3,3% от общего числа генов в геноме), похожих на эукариотические, в том числе на так называемые ESPs (eukaryotic signature proteins) — белки, считающиеся уникальными для эукариот. Этот факт, наряду с вышеупомянутым эволюционным деревом, — второй весомый довод в пользу близкого родства локиархей и эукариот.

Авторы скрупулезно разбирают факты, позволяющие утверждать, что «эукариотические» гены Lokiarchaeum не являются результатом случайного загрязнения собранного генома нуклеотидными последовательностями эукариот. Во-первых, эти гены у Lokiarchaeum всегда соседствуют с типично прокариотическими генами, а во многих случаях они находились на прочтенных фрагментах ДНК вместе с генами, уникальными для архей. Во-вторых, эти гены присутствуют в пробе во множестве экземпляров. При этом настоящая эукариотическая ДНК там обнаружена лишь в следовых количествах, а характерные для эукариот гены 18S рРНК вовсе не найдены. В третьих, на эволюционных деревьях «эукариотические» гены локиархей во многих случаях образуют базальные ветви, то есть отделяются от общего ствола до начала дивергенции эукариот. Это значит, что они унаследованы от общего с эукариотами предка, а не заимствованы у эукариот позднее.

Среди «эукариотических» генов локиархей наибольший интерес представляют гены, связанные с подвижностью клетки и ее мембраны, с возможностью формирования разнообразных мембранных структур и активного захвата объектов из внешней среды. Ключевую роль в выполнении этих функций у эукариот играет белок актин — важнейший компонент цитоскелета. В геноме Lokiarchaeum имеются целых пять генов, кодирующих белки, похожие на эукариотические актины и актиноподобные белки (ARPs, actin-related proteins). Эти белки локиархей («локиактины») намного ближе к актинам эукариот, чем открытые ранее у других архей гомологи актина — так называемые кренактины. Эволюционные деревья показывают, что общий предок эукариот уже имел более одного актинового гена, то есть начало диверсификации актинов предшествовало появлению эукариот. Кроме того, у локиархей есть белки, похожие на известные эукариотические регуляторы формирования актиновых нитей. Таких белков нет у других прокариот. По мнению авторов, эти факты показывают, что у локиархей с большой вероятностью имеется актиновый цитоскелет.

У локиархей также обнаружено большое разнообразие особых регуляторных белков (малых ГТФаз из надсемейства Ras), играющих у эукариот важную роль в регуляции работы актинового цитоскелета в ходе таких процессов, как фагоцитоз и везикулярный транспорт. У некоторых других прокариот тоже найдены похожие белки, но в несопоставимо меньшем количестве.

Еще одна «эукариотическая» черта локиархей — присутствие особого комплекса генов (ESCRT), служащего для образования всевозможных изгибов клеточной мембраны и отпочковывания мембранных пузырьков. У эукариот комплекс ESCRT обслуживает, помимо прочего, систему убиквитин-опосредованной деградации белка; в геномах локиархей обнаружены компоненты и этой системы тоже.

Рибосомы локиархей, по-видимому, больше похожи на рибосомы эукариот, чем любые другие прокариотические рибосомы. В частности, только у локиархей есть «эукариотический» рибосомный белок L22e.

Таким образом, локиархеи оказались своеобразными переходными формами, заполняющими брешь между типичными про- и эукариотами. Важность этого открытия для решения проблемы происхождения эукариот трудно переоценить. Анализ генома локиархей и его сравнение с геномами других представителей клады TACK показали, что архейный предок эукариот имел сложное строение и обладал многими продвинутыми признаками, которые раньше считались уникальными для эукариот. Такие эукариотические «ноу-хау», как убиквитиновая система деградации отслуживших белков, актиновый цитоскелет, везикулярный транспорт, а возможно, и фагоцитоз, необходимый для захвата симбионтов, — всё это, вероятно, уже имелось у тех архей, которые дали начало эукариотам, подружившись с альфапротеобактерией — предком будущих митохондрий.

В свете новых данных становится понятнее отмеченное ранее мозаичное распределение отдельных эукариотических признаков у архей из клады TACK. Скорее всего, эти признаки имелись у их общего предка с локиархеями и эукариотами, но потом в разных ветвях они многократно и независимо терялись.

Растущие возможности метагеномики и компьютерного анализа нуклеотидных последовательностей позволяют надеяться, что среди некультивируемых микробов — этой «темной материи» мира прокариот — будет найдено еще немало интересных форм. В частности, среди локиархей (которые, как мы знаем, являются широко распространенной и массовой глубоководной группой) вполне могут обнаружиться виды, стоящие еще ближе к эукариотам, чем описанные в обсуждаемой статье.

Александр Марков

1. Complex archaea that bridge the gap between prokaryotes and eukaryotes. Doi:10.1038/nature14447. — http://www.nature.com/nature/journal/v521/n7551/abs/nature14447.html
2. Evolution: Steps on the road to eukaryotes. Doi:10.1038/nature14522. — http://www.nature.com/nature/journal/v521/n7551/abs/nature14522.html

Источник — http://elementy.ru/news?newsid=432477

Расплатился за безграмотность

Суд обязал немца, утверждающего, что вируса кори не существует, выплатить обещанные им €100 000 за доказательство обратного. Кажется, Стефан Ланка (Stefan Lanka) подзабыл: реальный мир — не Интернет, где можно без последствий заявить какую-то чепуху и не обращать внимания на контраргументы.

Ланка, называющий себя биологом, впал в антивакцинаторскую крайность. В то время как многие антивакцинаторы пытаются выставить корь как несерьёзное заболевание и даже издают книги для детей, в которых оно описывается как нечто чудесное, Ланка утверждает, что заболевание — всецело психосоматическое. Потому, утверждает он, что нет никакой физической основы наблюдаемых состояний у больных — люди просто убеждают самих себя до такой степени, что это приводит к появлению наблюдаемых симптомов.

Психосоматические заболевания, без сомнения, существуют, но та идея, что корь — одно из них, может стать шоком для родителей, чей ребёнок страдает от слепоты или тяжёлого повреждения мозга или даже погиб в результате поражения вирусом кори. Предположение Ланки, что корь вызывают «душевные переживания из-за разлуки» — оскорбление родителей, страдающих из-за потери ребенка.

Хоть Ланка и не объяснил, почему в 1963 году после изобретения вакцины от кори в Европе и Северной Америке эти «душевные переживания» пошли на спад и возвращаются лишь сейчас, когда многие родители отказываются вакцинировать детей, он продолжает свою опасную пропаганду.

Ланка допустил ошибку, попытавшись найти дополнительную поддержку своим взглядам: четыре года назад, выступая в The Local, он предложил €100 000, заявив, что: «Так как известно, что "вируса кори" не существует и, согласно данным биологии и медицины, существовать не может, в силу того, что нам известна истинная причина кори, мы хотим поощрить людей просвещать себя и других».

Доктор Дэвид Барден (David Barden) отправил своё исследование Ланке по обсуждаемой теме, легко доступное всем, кто не поленится использовать Google Scholar. Как и ожидалось, Ланка отказался произвести выплату. Барден обратился в суд, где предоставленные доказательства были рассмотрены нейтральной стороной. Региональный судья немецкого округа Рэйвенсбург (Ravensburg) постановил, что Ланка должен выплатить деньги.

Ланка обещал подать апелляцию и сказал, что судебные издержки Бардена превысят выигрыш. Кроме того, возможно, суды высшей инстанции по тем или иным причинам сочтут предложение не имеющим юридической силы. Но многочисленные предоставленные доказательства говорят в пользу Бардена, и невелика вероятность, что какой-либо суд пойдет против него в вопросах науки.

Несколько месяцев назад в Берлине умер 18-ти месячный малыш, это демонстрирует всю серьезность ситуации. Германия переживает сильнейшую вспышку кори за последние десять лет, равно как и в США после вспышки в Диснейленде фиксируются всё новые и новые случаи.

По материалам IFLS — http://www.iflscience.com/health-and-medicine/measles-denier-made-pay
Перевод — Анастасiя Кошель
Иллюстрация — Steve Sack — http://www.iflscience.com/health-and-medicine/measles-denier-made-payhttp://vk.cc/3JKpWs