Обзор: "НАУКА и ОБЩЕСТВО 2024". НАУКА. 8
275 В первом обзоре июня читайте: "Развитие биологии как науки крайне важным для построения в РФ биоэкономики" Мария Воронцова, сессия ПМЭФ; новый взгляд на процесс амилоидной агрегации от ИТЭБ РАН; на Ближнем Востоке нашли древнюю форму жизни; Balon: перезагрузка жизни на молекулярном уровне; Мозг - суперкомпьютер! Мозг может хранить гораздо больше информации.
Эксперт назвала развитие биологии как науки крайне важным для построения в РФ биоэкономики
Заместитель декана по науке факультета фундаментальной медицины МГУ имени М.В.Ломоносова, к.м.н., член президиума Российской ассоциации содействия науке РФ Мария Воронцова считает биологию наукой XXI века
Развитие биологических наук и решение насущных вопросов в области биологической безопасности крайне важны для развития в России биоэкономики, считает заместитель декана по науке ФФМ МГУ, Мария Воронцова.
"Все мы с вами можем согласиться в том, что биология как наука и ее разные подразделения являются наукой XXI века, и биоэкономика основывается на ней. Мне видится, что поддержание не только медицины, но и в принципе развитие биологических наук чрезвычайно важно, это основа будущей биоэкономики", - сказала она на сессии ПМЭФ.
Говоря о необходимости решения проблемных вопросов в области биологической безопасности, эксперт отметила, что это также крайне важно для построения биоэкономики в России.
"Биотехнологии, биомедицина - это область, которая не просто затрагивает наше личное пространство, нашу личную жизнь, это технологии, которые затрагивают нашу биологическую сущность. И в этом смысле это очень чувствительная сфера для каждого из нас, для нынешнего и будущего поколения. А также мне кажется, что важно вовлечение общества в дискуссию на разных уровнях и из разных социологических групп. Мне кажется, что у общества существует запрос на большее количество информации с точки зрения биологии, образования в сфере биологии и, конечно, с точки зрения поступления кадров", - сказала она.
Ученые предложили новый взгляд на процесс амилоидной агрегации
Пущинские ученые из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН при поддержке Российского научного фонда обнаружили данные, позволяющие предположить, что связывание мышечных белков в саркомере может происходить с образованием амилоидоподобной структуры. Результаты исследования опубликованы в International Journal of Molecular Sciences.
Агрегация белков – распространенный процесс в клетках живых организмов. Известно, что пептиды и белки обладают способностью переходить из нативных конформационных состояний в агрегированные состояния. Наиболее интересна науке амилоидная агрегация белка, поскольку она чаще всего связана с заболеваниями человека и животных, известных как амилоидозы. К данным заболеваниям относятся болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, системные амилоидозы, прионные заболевания и др. Однако амилоиды привлекают внимание не только из-за связи с болезнями, но также благодаря их функциональной роли в организме. Например, амилоиды, формируемые протеолитическими фрагментами белка Pmel17 в меланосомах, защищают клетки от токсического действия предшественников меланина, а амилоидная агрегация белка CPEB в мозге ассоциирована с процессами консолидации памяти, и играет ключевую роль в длительных синаптических изменениях.
В проекте, возглавляемом в.н.с. ИТЭБ РАН Лией Бобылёвой, исследовали особенности агрегации и комплексообразования двух мультидоменных мышечных белков: титина и С-белка. Известно, что наименьшей сократительной единицей в мышцах является саркомер. Он состоит из множества связанных между собой белков для выполнения функции сокращения. Основными белками в саркомере являются актин, миозин и титин. Титин из них является самым большим белком: молекулярные массы его изоформ составляют от 3,0 миллионов до 3,7 миллиона Дальтон. Этот белок состоит из отдельных субъединиц – доменов, количество которых может достигать 182. В мышечном саркомере титин связан с другим белком – миозин-связывающим белком С (С-белком), который состоит из таких же доменов, как и титин, но его молекулярная масса гораздо меньше (134 кДа, 10 доменов). Функция этих двух белков заключается в поддержании саркомерной структуры. Однако неизвестно, каким образом эти два белка связаны между собой в саркомере. Сотрудники Лаборатории структуры и функций мышечных белков ИТЭБ РАН в ходе выполнения проекта РНФ № 22-24-00805 впервые получили данные, позволяющие предположить, что связывание этих мышечных белков в саркомере может происходить с образованием амилоидо-подобной структуры.
https://rscf.ru/news/biology/uchenye-predlozhili-novyy-vzglyad-na-protsess-amiloidnoy-agregatsii-/
На Ближнем Востоке нашли древнюю форму жизни
Биологи обнаружили на острове в Красном море древние живые организмы, которые обитали на Земле более трех миллиардов лет назад. Исследователи проанализировали возраст уникального живого строматолита и изучили бактерии, из которых он состоит. Ранее на побережьях Ближнего Востока не находили ничего подобного.
Планета Земля существует уже 4,55 ± 0,01 миллиарда лет. И большую часть этого времени ее населяет жизнь — по некоторым оценкам, как минимум четыре миллиарда лет. Но когда конкретно она возникла, науке пока неизвестно. Зато люди знают, какая форма жизни доминировала на первых этапах — строматолиты. Они состоят из микробных сообществ, цианобактериальных матов или эукариотических водорослей, которые создавали карбонатный осадок на дне водоемов.
Это ископаемые многоклеточные организмы со слоистой структурой, жившие главным образом в архее и протерозое. Самая древняя находка датируется 3,7 миллиарда лет назад. Строматолиты — идеальный объект для изучения ранней эволюции жизни на нашей планете, ведь порой их находят живыми. Таких образований, конечно, осталось мало, и обычно они встречаются в биомах с экстремальными условиями вроде гиперсоленых или щелочных водоемах. Строматолиты отыскивали в озерах на Кубе, в Мексике, в России и других странах. В морях всего дважды — в Австралии и на Багамах.
Биологи из Саудовской Аравии обнаружили новый регион, заселенный живыми строматолитами. Древние организмы нашли в Красном море на острове Шейбара. Он находится на карбонатной платформе Аль-Ваджх (Al Wajh), которая почти полностью окружена поясом из рифов и кораллов. Шейбара один из 92 островов этой платформы, их максимальная высота над уровнем моря не превышает двух метров.
Исследователи побывали на острове еще в январе 2021 года — собрали полевые данные с беспилотника, зафиксировали окружающую температуру, соленость морской поверхности (зимой она может достигать 41 промилле, 4,1 процента соли на литр). Они пробуривали керн для датировки кораллов и проводили лабораторные исследования (рентгеновскую микроскопию срезов и прочее). Результаты научной работы опубликованы в журнале Geology.
https://naked-science.ru/article/biology/na-blizhnem-vostoke-nashl
Balon: перезагрузка жизни на молекулярном уровне
Недавно исследователи сообщили об открытии естественного белка под названием Balon, который может мгновенно остановить производство новых белков в клетке. Этот белок был найден в бактериях, обитающих в вечной мерзлоте Арктики, но он также присутствует и у многих других организмов, что делает его важным механизмом для поддержания состояния покоя в разных видах живых существ.
Для большинства организмов способность переходить в состояние покоя является важным условием выживания. В условиях недостатка пищи или сильного холода многие организмы замедляют свою активность и метаболизм, чтобы дождаться лучших времен. Около 60% всех микробных клеток находятся в состоянии покоя в любой момент времени. Даже у млекопитающих, которые целиком не впадают в спячку, некоторые клетки могут временно отключаться.
«Мы живем на планете спячки», — говорит Сергей Мельников, эволюционный молекулярный биолог из Ньюкаслского университета. «Жизнь в основном заключается в том, чтобы быть в состоянии покоя».
На протяжении многих лет ученые обнаружили несколько белков, называемых факторами спячки, которые помогают клеткам погружаться в состояние покоя. Эти белки могут разбирать клеточные структуры или предотвращать экспрессию генов, но самые важные из них останавливают работу рибосом — машин для синтеза новых белков. Это помогает клетке экономить энергию для выживания.
В начале этого года в журнале Nature были опубликованы результаты исследования, в котором сообщалось о новом факторе спячки — белке Balon. Этот белок был найден у 20% всех известных бактериальных геномов и действует совершенно по-новому.
Карла Елена-Буэно обнаружила Balon случайно, оставив арктическую бактерию на льду на слишком долгое время. Она увидела, что этот белок блокирует рибосомы, даже если они находятся в процессе синтеза белков, что раньше не наблюдалось.
Белок Balon был обнаружен у бактерии Psychrobacter urativorans, которая живет в замерзших почвах Арктики. Исследователи надеются, что изучение этого белка поможет создать организмы, способные лучше переносить изменения климата.
«Когда бактерии активно растут, они производят много рибосом», — говорит Мэй-Нган Франсис Яп, микробиолог из Северо-Западного университета. «Когда они сталкиваются со стрессом, им нужно остановить синтез белков, чтобы сэкономить энергию».
Механизм работы белка Balon отличается своей обратимостью, что делает его уникальным. Этот белок можно вставлять в рибосому, чтобы остановить рост клетки, а затем быстро удалить, когда условия станут благоприятными. Благодаря такой способности клетки могут легко переходить в состояние покоя (dormancy) и так же быстро выходить из него при необходимости.
Несмотря на новизну обнаруженного механизма, белок Balon оказался широко распространенным. Его родственники были обнаружены у многих видов бактерий, включая возбудителя туберкулеза и термофильные бактерии, обитающие в горячих подводных термальных источниках.
Состояние покоя необходимо не только для бактерий, но и для многих других организмов на различных стадиях их жизненного цикла. К примеру, человеческие яйцеклетки могут находиться в состоянии покоя десятилетиями, ожидая оплодотворения. Это свидетельствует о важности способности временно приостанавливать жизненные процессы для выживания многих видов.
Ученые надеются, что открытие Балона и его повсеместное распространение помогут людям по-новому взглянуть на то, что важно в жизни. Мы все часто впадаем в спячку, и многим из нас это очень нравится. «Мы проводим во сне треть нашей жизни, но вообще об этом не говорим», — сказал Мельников. Вместо того, чтобы жаловаться на то, чего нам не хватает, когда мы спим, возможно, мы сможем воспринимать это как процесс, который связывает нас со всей жизнью на Земле, включая микробы, спящие глубоко в вечной мерзлоте Арктики.
Мозг - суперкомпьютер! Новое исследование раскрывает секреты его невероятной мощности
Новое исследование показало, что мозг способен удерживать почти в 10 раз больше информации, чем считалось ранее. Как и у компьютеров, объём памяти мозга измеряется в "битах", и количество этих битов зависит от связей между нейронами, известных как синапсы. Ранее учёные полагали, что синапсы имеют ограниченное количество размеров и сил, что ограничивает ёмкость памяти мозга. Однако новые данные подтверждают, что мозг может хранить гораздо больше информации.
В ходе исследования учёные разработали высокоточный метод оценки силы связей между нейронами в части мозга крысы. Эти синапсы играют ключевую роль в обучении и памяти, так как именно здесь клетки мозга обмениваются информацией. Более глубокое понимание того, как синапсы усиливаются и ослабляются, позволяет точнее определить, сколько информации могут хранить эти связи. Анализ, опубликованный в журнале Neural Computation , демонстрирует, как этот новый метод может повысить наше понимание процессов обучения, старения и заболеваний, разрушающих связи в мозге.
По словам Джея Ю, доцента нейрофизиологии из Чикагского университета, эти подходы помогают понять потенциал нейронных цепей по обработке информации. Способность оценить, сколько информации может быть представлено, важна для понимания того, как мозг выполняет сложные вычисления.
В человеческом мозге более 100 триллионов синапсов между нейронами. Химические посредники передаются через эти синапсы, способствуя передаче информации по мозгу. По мере обучения передача информации через определённые синапсы усиливается. Это "усиление" синапсов позволяет нам сохранять новую информацию. В общем, синапсы усиливаются или ослабевают в зависимости от активности их составляющих нейронов — явление, известное как синаптическая пластичность.
Однако с возрастом или при развитии неврологических заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера, активность синапсов снижается, что ослабляет их, ухудшая когнитивные способности и способность хранить и извлекать воспоминания.
Учёные могут измерить силу синапсов, анализируя их физические характеристики. Сообщения, отправляемые одним нейроном, иногда активируют пару синапсов, что позволяет исследовать точность синаптической пластичности. Это означает, что можно определить, усиливаются или ослабевают синапсы одинаково при получении одного и того же сообщения.
https://www.securitylab.ru/news/549042.php
https://direct.mit.edu/neco/article/36/5/781/120323/Synaptic-Information-Storage-Capacity-Measured
*АМКСБ в стиле Анри Матисса