Растения без света накормят марсонавтов

Илон Маск обещает скоро колонизировать Марс. Но чем должны питаться астронавты, которые отправятся в долгий полет? Можно взять еду в тюбиках, однако нужна и свежая зелень. При поддержке NASA создаются инновационные подходы. Например, предлагается выращивать растения без света. Шутка? Отнюдь, нет. В темном космосе невозможен фотосинтез, но зато можно запустить альтернативную биохимию. Например, химики создали электролизер, эффективно превращающий углекислый газ и воду в ацетат, а биотехнологи готовят ГМ‑культуры, которые могут его метаболизировать. Вообще, у проростков растений, особенно с масличными семенами, для преобразования липидов работает видоизменений цикл Кребса — глиоксилатный шунт. С позеленением он отключается. Ученые с помощью генной инженерии активировали этот путь во взрослых растениях и получили на ацетате арабидопсис без единого фотона! А еще им удалось вырастить на подслащенной воде плодоносящие карликовые помидоры‑черри. Даже если полет на Марс не состоится, «темновое» культивирование применимо и на Земле для выращивания ценных овощей на недорогих субстратах!

Хакнуть генетический код

Алфавита в 20 букв ученым оказалось мало. Сегодня вовсю идет работа над расширением генетического кода: в материале Nature описываются смелые эксперименты синтетических биологов. Специалисты уже запросто кодируют стоп-кодонами более 200 неканонических аминокислот. Причем, если сначала модификацию трансляции производили в пробирке, то теперь взламывают код живых организмов: кишечной палочки, нематод и даже мышей. Белковый хакинг имеет прикладное значение: вставка необычных аминокислот позволяет лучше изучать протеины, производить новые нестандартные полимеры в клеточных фабриках или разрабатывать лекарства на основе белков, способных образовывать прочные ковалентные связи. Например, благодаря включению фторсульфат-тирозина в рецептор PD-1 удалось уменьшить опухоли у мышей. А вот группа Джорджа Чёрча из Гарварда решила нарушить правило универсальности: перекодировав некоторые аминокислоты, они вырастили бактерий совершенно невосприимчивых к фагам. Подход получил название генетический файрволл. Другие ученые проводят еще более экстремальные опыты: создают клеточные системы с квадруплетными кодонами или перепрограммируют рибосомы на прием бета- и гамма-аминокислот и даже катализ углерод-углеродных связей вместо обычных пептидных!

Мы в ответе за тех, кого приручили

Жизнь в неволе — огромный стресс для диких животных, особенно травоядных. Поэтому в ходе процесса одомашнивания шел сильный отбор на крепость иммунной системы, повышенную репродукцию и психологическую устойчивость к стесненным условиям. Можно сказать, приручаемость — сложный поведенческий признак. Коза была одними из первых одомашненных видов, и ученые решили определить гены приручения. В ходе популяционных исследований обнаружили двухгенный локус STIM1-RRM1, который подвергся сильнейшему отбору при доместикации безоарового козла — предка современных коз. А именно, определенные снипы в гене RRM1 наблюдалась у домашних коз, но не их диких сородичей. Известно, что этот ген кодирует субъединицу фермента рибонуклеотидредуктазы, нужного для поддержания ДНК, особенно митохондриальной, что важно для развития нервной системы. Миссенс-мутация в нем способствует лучшей приручаемости и, по-видимому, быстро распространилась во всей популяции первых одомашненных коз 6500 лет назад. Генетики считают, что описанный локус связан с общим для млекопитающих регулятором поведения: ГМ-мыши с воспроизведенной точечной заменой в поведенческих тестах меньше боялись людей и проявляли большую социальность, а GWAS показал ассоциацию локуса с СДВГ и деструктивным расстройством у человека!

Защита персональных данных от метагеномики

Изучение микробиома человека невероятно популярно: всё благодаря распространению shortgun-метагеномики, когда анализируются не отдельные ампликоны, такие как гены 16s рРНК, а сразу вся ДНК в пробе. Издержка метода в том, что от 10 до 90% последовательностей, которые секвенируются, принадлежат отнюдь не микробам, а их хозяину. Их обычно удаляют. Но интересно, что можно извлечь из этих прочтений? И могут ли крупные метагеномные проекты нарушить конфиденциальность личных геномных данных доноров? Такими вопросами задались японские ученые. Они решили попытаться добыть информацию о людях из исследования метагенома кишечника. На основе всего лишь незначительного количества ридов человека, полученных при анализе образцов фекальной микробиоты, биоинформатики смогли правильно предсказать пол, происхождение человека и повторно идентифицировать индивидов, геном которых был ранее прочитан и доступен, а также оценить риски наследственных патологий! Результаты работы, которая недавно вышла в Nature Microbiology, должны как помочь разрешить вопросы этики, так и пригодиться в медицине и криминалистике.

Тайна гомохиральности

Белки состоят из левых аминокислот, а ДНК — правая спираль. Миллиарды лет назад природа выбрала одни оптические изомеры для построения всего живого и отбраковала другие. Хиральная чистота давно в фокусе ученых: ее возникновение у первых молекул жизни пытались объяснить и поляризованным УФ-светом, и космическим излучением. Прорывное исследование, опубликованное в Science Advances, похоже, приблизило нас к разгадке великой тайны пребиотической химии. Молекулярные биологи из Гарварда и Кембриджа в опытах разделяли рацемическую смесь рибо-аминооксазолина (РАО) — соединения-предшественника РНК — с помощью распространенного в земной коре магнетита. При наложении сильного внешнего поля им удалось собрать на поверхности магнитного железняка в 1,5 раза больше молекул одного из стереоизомеров. Достижение хиральной асимметрии в таких экспериментах говорит о том, что в условиях древней Земли магнитные минералы действительно могли приводить к концентрированию на себе только определенных энантиомеров биомолекул. Гомохиральность РАО «открывает дорогу» к хирально чистой РНК, как раз лежавшей в основе жизни во времена РНК-мира! 

Любителям азиатской кухни

В 2015 году была вручена Нобелевская премия за открытие артемизинина, лекарства против малярии на основе полыни. Идею препарата почерпнули из традиционной китайской медицины. Огромный научный интерес представляет и китайская национальная кухня! В материале Nature разбираются плюсы и минусы ряда популярных в Азии блюд, которые готовят с незапамятных времен. Например, последние исследования зеленого чая — главного напитка в Китае, которому уже более 5000 лет — показали, что он снижает риск смерти от сердечно-сосудистых болезней за счет антиоксидантов катехинов, однако при этом может вести к инсулинорезистентности. Древнейший продукт ферментации, соевый соус, служит хорошим источником дефицитного микроэлемента селена, но способствует избыточному потреблению натрия, приводящему к значительным проблемам со здоровьем. Тофу — будущий заменитель мяса — содержит изофлавоны, которые проявляют фитоэстрогенную активность. Хотя раньше считалось, что из-за них может развиться рак молочной железы, работа 2020 года, наоборот, продемонстрировала, что соевый творог уменьшает риск развития онкологии!

Пишите, какие новости из Science и Nature вас удивили больше всего!