Международная команда орнитологов исследовала миграционные пути Ficedula hypoleuca разных популяций методом кольцевания, а также отслеживая индивидуальные траектории птичек с датчиками-рюкзачками. Ареал зимовок мухоловок-пеструшек тянется от Сенегала на западе Африки до Центральноафриканской Республики на востоке (около 4 000 км). Несмотря на то, что осенью мухоловки со всего ареала гнездования от Западной Европы до Сибири летят на места зимовки через Испанию, популяции не перемешиваются и птицы предпочитают зимовать вместе с сородичами из мест гнездования. Показано, что сибирские популяции летят на места зимовок гораздо дальше своих европейских родственников и занимают самые восточные участки зимовок в Африке. С мест гнездования в Сибири через всю Европу к местам зимовок птички весом всего в 12 г преодолевают путь в 12 700 км, в сравнении, например, с 3 000 км пути мухоловок из испанских популяций. А вот весной на размножение в Сибирь мухоловки-пеструшки летят по укороченному на 4 500 км пути, «срезая» дистанцию над Средиземным морем.  Таким образом, осенний путь миграции птиц из сибирских популяций отражает историческое расселение мухоловок-пеструшек на север и восток из первичного ареала, находящегося в Западной и Центральной Европе.

Особенностью данного исследования стал уникальный эксперимент с перемещением яиц и самок голландских популяций на шведские участки ареала гнездования для установления роли врожденных (обусловленных родительской популяцией) и онтогенетических (формирующихся в популяции приемных родителей) факторов в определении миграционных путей мухоловок-пеструшек. Для этого на шведском участке исследования получили птиц, выведенных из яиц мухоловок-пеструшек голландской популяции и яиц, отложенных самками из голландских популяций, оплодотворёнными самцами шведской популяции. Благодаря поставленному эксперименту удалось наблюдать занимательную картину: шведские мухоловки зимовали в самых западных частях зимовочного ареала, чуть восточнее зимовали межпопуляционные гибриды, выращенные в Швеции, еще восточнее птицы, выведенные из яиц голландских мухоловок, перемещенных в Швецию и, наконец, самое восточное расположение зимовок наблюдалось у мухоловок голландских популяций.  Таким образом, показано, что места зимовок мухоловок-пеструшек определяются как наследственными, так и средовыми (формируемыми в ходе индивидуального развития) факторами. Интересно, что все птицы, выращенные в Швеции, возвращались на места гнездования в Швецию, вне зависимости от их голландского происхождения.

Различие путей осенней и весенней миграции говорят о преобладании разных механизмов ориентации: возвращение к местам гнездования возникает на основе импринтинга с помощью навигации к цели, а следование к местам зимовок частично унаследованы и проходят по общим маршрутам, которые, по-видимому, обусловлены эволюционной историей расселения вида.

Полный текст статьи в Science «Innate factors and ontogeny determine nonbreeding areas of migrant songbirds»: https://www.science.org/doi/10.1126/science.ads0532

The post Результаты исследования ученых биологического факультета опубликованы в журнале Science first appeared on Биологический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова.

Некоторые виды живых существ настолько похожи друг на друга, что долгое время (когда не был доступен генетический анализ) ученые считали их одним видом. Также известны противоположные случаи, когда популяции — небольшие группы в рамках одного вида — из-за различий в среде обитания становятся столь непохожими, что на первый взгляд кажутся отдельными видами.

Поэтому до сих пор существуют недостаточно изученные организмы, которых или ошибочно относят к разным видам, или, напротив, объединяют в один. Это не позволяет ученым объективно оценить биоразнообразие различных регионов планеты, в том числе морей Арктики и северной части Тихого океана, которые в первую очередь испытывают последствия климатических изменений. Из-за таких изменений некоторые виды могут менять места обитания или вовсе исчезать, поэтому важно их отслеживать.

Биологи из МГУ, Института проблем экологии и эволюции имени А.Н. Северцова РАН и Музея естественной истории имени Стейнхардтов (Израиль) исследовали голожаберных моллюсков-дифареолисов, обитающих в северных частях Атлантического и Тихого океанов. Этих беспозвоночных часто называют морскими зайчиками из-за похожих на уши головных щупалец.

Ранее считалось, что в морях российской Арктики и в Тихом океане живет два отдельных вида дифареолисов (Diaphoreolis midori и Diaphoreolis viridis), которые отличаются цветом тела и отростков на спине (от ярко-зеленого до оранжевого). При этом по данным стандартного генетического анализа (проводимого по быстро эволюционирующему гену COI в митохондриях) исследуемые виды оказались довольно близки.

Авторы собрали 77 дифареолисов в северных морях России — Баренцевом, Белом, Японском и Охотском, — а также в Тихом океане. Чтобы точно определить вид найденных особей, исследователи применили комплексный подход: сравнили внешние и внутренние признаки моллюсков и проанализировали последовательности пяти разных генов. Среди выбранных для анализа участков ДНК были те, что меняются быстро (например, митохондриальный ген COI, а также ядерный спейсер ITS2) и позволяют определить ближайших родственников особи, и те, что эволюционируют медленнее (ядерные гены H3 и 18S рРНК) и отражают более древние связи.

Генетический анализ показал, что все исследованные моллюски из разных морей «перемешались» на общем эволюционном дереве. Это говорит о том, что популяции этих «видов» активно обмениваются генами. Например, дифареолисы из Японского моря, которых ранее относили к виду Diaphoreolis midori, морфологически (внешне) и генетически не отличимы от тихоокеанского Diaphoreolis viridis. А в прибрежных водах острова Сахалин были обнаружены особи, генетически более близкие к атлантическим популяциям, чем к другим тихоокеанским. Более того, у дифареолисов из всех морей быстро эволюционирующие ядерные гены имели идентичную последовательность, что стало главным признаком их принадлежности к одному виду — Diaphoreolis viridis.

«Мы обнаружили значимые генетические различия только в ДНК митохондрий, тогда как ядерная ДНК подтвердила, что даже географически отдаленные популяции относятся к одному виду. Мы связываем это с тем, что в ходе климатических изменений прошлого (циклов оледенений и потеплений) удаленные популяции дифареолисов одного вида оказались изолированы в различных океанических бассейнах. Это в совокупности с некоторыми другими факторами могло привести к значительному расхождению моллюсков по внешним признакам и ДНК митохондрий, наблюдаемому в настоящее время», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Ирина Екимова, старший научный сотрудник кафедры зоологии беспозвоночных биологического факультета МГУ.

Более того, авторы исследования открыли и описали новый вид дифареолисов. Его обнаружили в акватории Курильских островов на глубине 706 метров. До этой находки все описанные виды дифареолисов были найдены на глубинах, не превышающих 30 метров. Таким образом, новый дифареолис, который отличается от остальных видов и морфологически, и генетически, — первый глубоководный вид этого рода, а потому он получил название Diaphoerolis shinkaii, что в переводе с японского означает «глубокое море».

Ученые подчеркивают, что знания об истинном разнообразии и особенностях популяционной структуры морских организмов помогут точнее прогнозировать, как климатические изменения и человеческая деятельность — например расширение судоходства — повлияют на ареалы разных видов.

Источник: msu.ru

The post Два вида северных «морских зайчиков» оказались одним целым first appeared on Биологический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова.

Долгое время серотонин рассматривался преимущественно как нейромедиатор. Однако сегодня известно, что он выступает еще и фундаментальным морфогеном – веществом, которое управляет делением клеток, их миграцией и специализацией на самых ранних этапах беременности, задолго до появления зачатков мозга. В ходе экспериментов исследователи выяснили, что зародыш способен не только поглощать серотонин из материнского организма, но и самостоятельно управлять его запасами. Когда ученые искусственно смоделировали условия, при которых поступление серотонина извне нарушалось, они зафиксировали активный запуск ферментативной цепочки его эндогенного производства.

Для защиты от переизбытка серотонина в клетках эмбриона предусмотрен другой механизм. По мере развития зародыша роль метаболического барьера берет на себя фермент моноаминоксидаза, который расщепляет невостребованные молекулы. Если же этот фермент заблокировать, возникающая серотониновая перегрузка не нарушает развития: эмбрион сохраняет правильную форму, функции митохондрий и ключевые маркеры клеточного благополучия. При этом избыточный серотонин проникает в клеточное ядро, где при помощи ферментов трансглутаминаз связывается с гистонами – белками, вокруг которых упаковываются нити ДНК. Таким оригинальным образом клетка не столько избавляется от свободного серотонина, сколько использует его в качестве стабильной эпигенетической метки, способной влиять на работу генов на протяжении всего последующего развития.

«Мы пришли к выводу, что доимплантационный эмбрион активно поддерживает точный уровень внутриклеточного серотонина. Важно, что, накапливаясь внутри клетки эмбриона, серотонин может химически «пришиваться» к белкам и влиять на их работу. Мы предполагаем, что серотонилирование гистонов в эмбрионе может представлять собой важную эпигенетическую метку, с помощью которой колебания серотонина в материнском организме программируют более поздние этапы развития», – говорит соавтор исследования, доцент кафедры эмбриологии биологического факультета МГУ Денис Никишин.

Сделанные открытия позволяют биологам и медикам по-новому взглянуть на механизмы раннего программирования здоровья. В будущем исследователям предстоит выяснить, как именно такие первичные эпигенетические метки способны менять активность генов на более поздних стадиях развития и влиять на физиологическое состояние организма во взрослой жизни.

Источник: msu.ru

The post В МГУ выяснили, как ранние эмбрионы поддерживают идеальный баланс серотонина first appeared on Биологический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова.

Стороны будут совместно разрабатывать новые научные активы для косметики — включая нанолипосомы и растительные экзосомы, — проводить клинические исследования по стандартам, сопоставимым с фармацевтическими (GCP), а также развивать технологии ферментации и клональное микроразмножение краснокнижных растений Сибири. Объединение экспертизы крупнейшего российского бренда натуральной косметики и ведущего биологического факультета страны позволит создавать инновации внутри страны, усиливая технологическую составляющую косметической отрасли. Таким образом, потребителю будет доступна косметика с доказанной эффективностью, сопоставимой с фармацевтическими препаратами.

Соглашение также предполагает развитие образовательных инициатив: студенты биофака получат доступ к R&D-центру компании для прохождения стажировок, а специалисты Natura Siberica будут читать лекции на факультете.

Александр Стукалин, генеральный директор Natura Siberica: «Для нас это партнерство — основа для создания косметики, опирающейся на доказательную науку. Мы будем внедрять в продукты активы, прошедшие валидацию совместно с биофаком МГУ».

Академик Михаил Петрович Кирпичников, декан биологического факультета МГУ: «Это пример партнерства, где фундаментальные знания встречаются с прикладными задачами индустрии. Мы рассчитываем на последовательную совместную работу».

Подписание соглашения такого уровня — уникальный пример, когда два крупных представителя бизнеса и науки объединяются, чтобы усилить позиции российской натуральной косметики как на локальном, так и на мировом рынке.

The post Биологический факультет МГУ и ГК Natura Siberica подписали соглашение о развития российской косметической отрасли first appeared on Биологический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова.

― Вы специалист в достаточно новой области знания ― 3D-геномике. Как в ней рассматривают геном?

― Еще десять лет назад термин «3D-геномика» вызывал непонимание даже у биологов, поскольку ДНК ― это линейный полимер и, казалось бы, какое отношение к ней имеет трехмерная пространственная организация? Чтобы понять, чем мы занимаемся, нужно сначала вспомнить, что представляет собой эукариотический геном и как он эволюционировал.

Гены, кодирующие белки, очень схожи у разных животных и у человека. Можно сказать, что они практически идентичны у людей и, например, у обезьян, мышей и даже рыб. Все потому, что наша эволюция шла путем резкого усложнения систем, регулирующих гены, а не самих генов.

Гены человека, как и остальных эукариот, то есть организмов, чьи клетки содержат ядро, регулируются промоторами ― специальной последовательностью нуклеотидов, располагающихся в начале гена, и так называемыми энхансерами, которые, в свою очередь, могут находиться где угодно, в том числе далеко от промотора. В процессе нашей эволюции, особенно на этапе перехода от приматов к человеку, количество энхансеров резко возросло, и сегодня мы знаем, что на один ген их может приходиться более десяти. В разных ситуациях в организме могут использоваться разные комбинации энхансеров — например, для того, чтобы клетки могли лучше адаптироваться к каким-то внешним условиям или отвечать на какие-то сигналы. Энхансеры представляют собой площадки, с которыми связываются различные регуляторные белки, в том числе транскрипционные факторы и различные компоненты транскрипционной машины. Затем все это определенным способом передается на промотор. Но как это можно сделать? Самый простой способ состоит в том, чтобы разместить энхансер рядом с промотором в физическом пространстве клеточного ядра.

Энхансеры и промоторы часто находятся далеко друг от друга на молекуле ДНК. И для того чтобы они оказались рядом, должно произойти выпетливание разделяющего их фрагмента ДНК, то есть образование самой настоящей петли из ДНК, в основании которой будут находиться энхансер и промотор.

Такая система позволяет собирать разные комбинации энхансеров, поскольку вы можете сделать сколько угодно разных петель, приблизив таким образом к промотору несколько энхансеров. Кроме того, это дает возможность активировать одним блоком энхансеров сразу несколько генов, что требуется в случаях, когда эти гены участвуют в синтезе какого-то одного продукта, необходимого для реализации определенного метаболического пути.

― Как описываемая вами пространственная организация генома может быть связана с различными заболеваниями?

― Важно понимать, что в микромире, о котором мы говорим, все постоянно движется, различные элементы, в том числе куски хромосом, перемещаются относительно друг друга. Если мы имеем дело с очень сложным и большим геномом, таким как человеческий, то иногда рядом с энхансером может оказаться не тот промотор — например, промотор онкогена, который не должен работать в этих клетках. Так, система, исходно дающая большие преимущества, в то же время может стать причиной серьезных недостатков, в том числе нарушения регуляции работы генов. Эволюция придумала решение для этой проблемы еще на стадии появления многоклеточных организмов, разбив геном на отдельные структурно-функциональные блоки. Мы называем их топологически ассоциированными доменами (ТАД). Все описанные выше манипуляции, перемещения частей хромосомы в пространстве клеточного ядра, образование петель и т.д., как правило, происходят внутри каждого такого блока, а не за его пределами, то есть пространственные контакты ограничиваются границами ТАД.

― А как выглядят эти ТАД?

― Эти структурно-функциональные блоки представляют собой клубки, сферические или полусферические структуры, организованные из хроматиновой фибриллы внутри хромосомы. У разных клеток ТАД могут немного различаться по форме. И если раньше все это выводилось чисто биоинформатическим методом, из карт пространственной организации генома (где ТАД выглядят как треугольники), то сегодня у ученых появилась возможность визуализировать именно клубки, окрасив их с помощью специфических красителей, связывающихся только с определенными фрагментами ДНК. ТАД ограничивают сферу действия энхансеров, которые в основном активируют те гены, которые находятся внутри ТАД. Исчезновение границы, разделяющей ТАД, может приводить к нарушению регуляции и другим неприятным последствиям.

— Как давно на геном стали смотреть подобным образом?

— Любая экспериментальная наука зависит от появления новых методов: например, когда был изобретен микроскоп, мы впервые увидели микромир, о существовании которого раньше не подозревали. Что касается 3D-геномики, то в 2002 г. появился метод под названием Chromosome Conformation Capture, позволивший идентифицировать фрагменты ДНК, находящиеся рядом друг с другом в физическом пространстве клеточного ядра. На основании этого впервые были построены карты пространственной организации генома, то есть от простых рассуждений на эту тему мы смогли перейти к анализу конкретных данных. В течение многих лет любимой моделью биологов был домен бета-глобиновых генов, потому что он хорошо изучен; кроме того, глобиновые гены часто нарушаются при различных заболеваниях. Именно на примере этого домена впервые было продемонстрировано, что энхансеры действительно собираются в блоки, к которым привлекаются работающие в данный момент гены. Позже с использованием методов, основанных на фиксации конформации хромосомы, были обнаружены ТАД.

— То есть эти ТАД, эти клубки — не просто красивое визуальное представление нашего генома, а его полноценные функциональные блоки?

— Более того, не просто функциональные, а структурно-функциональные. Очень важно, что в данном случае структура оказывается связанной с функцией. Представьте себе какое-нибудь государство, в котором есть свои области, районы и т.д. Управление таким государством всегда идет по некой иерархии, но на каждом его уровне есть свои изолированные системы, обладающие определенной степенью автономии. Так и здесь: ТАД — это функциональные единицы генома, обладающие определенной степенью автономии. Исследовать их очень интересно.

— Такой взгляд на пространственную организацию генома уже отражен в учебниках, например вузовских, или мы все еще склонны рассматривать геном в линейных представлениях?

— В июне этого года вместе с моим коллегой Сергеем Владимировичем Ульяновым мы издали новый учебник для студентов-биологов под названием «Хроматин и эпигенетика», где обсуждаемые выше вопросы представлены достаточно подробно. Он был создан на основе курса лекций, который я читаю на кафедре молекулярной биологии биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова. Это действительно очень хороший учебник, которого еще не было в России, да и за рубежом подобных книг не так много. Я думаю, что он будет востребован и принесет пользу будущим ученым.  

— Давайте вернемся к вопросу связи различных заболеваний с ТАД. Могут ли эти клубки свернуться неправильно или повредиться, что приведет к негативным последствиям для здоровья?

— Генетически обусловленные заболевания можно разделить на две большие группы. Первая связана с физическим повреждением тех или иных генов. Такие поломки часто происходят с глобиновыми генами, кодирующими белки, которые входят в состав гемоглобина. Подобные нарушения приводят, например, к нарушению синтеза гемоглобина ― заболеванию под названием «таллассемия». Вторая группа заболеваний ассоциирована с ситуациями, где сам ген не поврежден, но почему-то работает не так или не там, где нужно (и это встречается гораздо чаще, чем проблемы со здоровьем, вызванные именно поломкой генов). В таких случаях речь уже идет о нарушении многоуровневых регуляторных систем, которые контролируют тот или иной ген и определяют, когда ему работать, а когда нет. И здесь очень полезной оказывается 3D-геномика, позволяющая объяснить многие из этих случаев. Есть целое научное направление под названием Genome—wide association study (GWAS), связанное с исследованием ассоциаций между относительно небольшими изменениями генома и предрасположенностью к тем или иным заболеваниям. Ученые, занимавшиеся этими вопросами, отмечали, что незначительные изменения генома, лежащие, как правило, вне кодирующих последовательностей, коррелируют с возникновением рака или других тяжелых заболеваний. Было накоплено большое количество статистических данных, но никто не мог понять, почему так происходит, ведь гены не повреждены. Но теперь, когда мы неплохо изучили механизмы формирования 3D-генома, стало очевидно, что даже небольшие изменения вне кодирующих областей могут влиять на его пространственную организацию.

— Вы могли бы привести еще какие-то примеры?

— Существует врожденное заболевание под названием «полидактилия», для которого характерно появление большего, чем в норме, количества пальцев на руках или ногах. Такая аномалия организации конечностей напрямую связана с тем, что в клетках организма нарушены границы между ТАД: два клубка, грубо говоря, сливаются в один, и в результате этого энхансер, находящийся в одном домене, начинает активировать гены, располагающиеся в другом. Это открытие стало первым задокументированным случаем, когда ученые доказали, что нарушение 3D-генома приводит к возникновению подобных заболеваний. Далее выяснилось, что такая ситуация, когда регуляторные элементы одной группы генов начинают активировать другую, не ту группу генов, что нужно, очень часто выступает и причиной онкологических заболеваний.

Рак в целом можно рассматривать как нарушение работы регуляторных систем. Это происходит в нашем организме постоянно: каждый день у нас возникают раковые клетки, которые благополучно уничтожаются иммунной системой. Но если происходит какой-то сбой, то они начинают бесконтрольно делиться.

— В случае если произошла какая-то проблема именно на уровне 3D-организации генома, иммунная система сохраняет способность защищать организм от раковых клеток?

— Иммунитет реагирует не на то, как изменилась пространственная организация генома, а на внешние характеристики клетки. Если система распознавания работает корректно, то раковые клетки будут убиты, а что стало причиной превращения здоровых клеток в раковые, иммунной системе по большому счету безразлично. Как правило, раковые клетки несут на своей поверхности специальные маркеры, которые и распознает наша иммунная система, а затем уничтожает такие патологические клетки.

Но онкологическое заболевание возникает тогда, когда раковых клеток стало очень много и организм не успел их уничтожить. Причиной всегда выступает некое событие в индивидуальной клетке.

Однако исследовать одну клетку в пробирке очень трудно, и ученые обычно используют в качестве исходного материала миллионы клеток. Это значит, что те результаты, которые мы видим в биохимических экспериментах, представляют собой некую «среднюю температуру по больнице»: мы видим какую-то интегральную картину из многих клеток. Около десяти лет назад мы задались целью разработать протокол, позволяющий составить карту укладки 3D-генома в индивидуальных клетках. Не буду вдаваться в подробности, но эта цель была достигнута. Итоги эксперимента были опубликованы в Nature в 2017 г. Примечательно, что они были получены в рамках дипломной работы студента нашей кафедры молекулярной биологии Ильи Михайловича Флямера.

― И что вы увидели?

― В первую очередь, очень большую вариабельность между клетками. Границы ТАД при этом оказались довольно стабильными, но то, как хромосомы уложены внутри них, иногда очень сильно различается. Это означает, что «неправильные» регуляторные контакты в контексте 3D-генома могут периодически возникать в индивидуальных клетках и это может стать причиной заболеваний, в том числе и онкологических. Не так давно мы опубликовали обзорную статью, где было показано, что большинство подобных случаев (из тех, что были задокументированы) связаны именно с раком. Это обусловлено тем, что, как я уже говорил, рак представляет собой нарушение регуляции экспрессии генов. Образование раковых клеток ― это в целом свойство нашего организма, наших клеток: они недостаточно стабильны, и в них периодически могут возникать какие-то отклонения. 

― Мы говорим о причине возникновения рака. Но сможет ли наш организм уничтожить раковые клетки после того, как заболевание начнет развиваться, и зависит ли это от 3D-генома?

― То, что происходит дальше, ― вопрос скорее уже к иммунологам.

― В начале нашего разговора вы сказали, что большинство событий, приводящих к онкологическим заболеваниям, возникают в некодирующем геноме, который у человека составляет около 98%. Почему за миллионы лет эволюция не избавилась хотя бы от его части? Какое эволюционное значение имеет то, что у нас он такой большой?

― Сам термин «некодирующий геном» немного устарел. Сегодня мы понимаем, что это та часть генома, которая не кодирует только белки. В то же время существует множество регуляторных не кодирующих белки РНК, которые выполняют не менее важную задачу: регулируют работу определенных генов, в том числе и в процессе клеточной дифференцировки ― превращении клеток из плюрипотентных в специализированные. Исследованием молекулярных механизмов клеточной дифференцировки занимается эпигенетика. Роль регуляторных РНК в работе данных механизмов  ― это огромный пласт, который еще не вполне охвачен современной наукой. Возвращаясь к вашему вопросу: ответа на него сегодня нет.

В свое время ученые из США пытались создать хромосому, которая содержала бы только смысловые последовательности, но ничего не получилось: она либо снова набирала множество повторяющихся и других последовательностей, либо попросту выбрасывалась из клеток.

Сегодня мы знаем, как кодируются практически все белки человека. Но это то же самое, что знать, из чего построен дом, и иметь набор кирпичей. А где архитектурный план? Как собирать эти кирпичи? Понятно, что он записан в ДНК, потому что если мы берем ядро и пересаживаем его в пустую яйцеклетку, получается клон ― организм, внешне совершенно неотличимый от исходного. Но то, как именно эта информация закодирована в ДНК, мы совершенно не понимаем. Мы знаем только триплетный код, кодирующий белки, но какие механизмы отвечают за то, что один человек отличается от другого или, например, от мыши, мы не понимаем. Это огромная проблема, решить которую пока очень сложно. Приведу пример: есть заболевание, известное как синдром Тричера Коллинза. Причина его появления ― некое нарушение в работе рибосомных генов, приводящее к тому, что в организме синтезируется меньше рибосом, чем нужно. Казалось бы, дефицит рибосом ― это ведь плохо для всего организма. Но какое фенотипическое проявление мы видим у этого заболевания? Искривленная челюсть. Как это связано с рибосомопатией, о которой я говорил выше? Задача ученых ― разобраться в том, как в генах кодируется фенотип, какие механизмы определяют это. Возвращаясь к вашему вопросу: вполне возможно, что именно эта огромная часть генома, не кодирующая белки, несет данную информацию, просто мы пока не понимаем, как ее расшифровать. Описанная мной ситуация может быть большой проблемой и для генной терапии, о которой сегодня очень много говорят.

Пытаясь вырезать из генома какие-то условно «плохие» гены, мы, сами того не зная, можем выбросить вместе с этим и что-то важное, и это может привести к последствиям, предсказать которые пока сложно.

― Я думала, что вырезают только из тех частей, про которые уже точно все известно.

― Сейчас вообще еще ничего не вырезают, пока это все на уровне разговоров. Но уже сегодня мы можем очень многое сделать в пробирке, в культуре клеток. Так, например, наши эксперименты выявили, что удаление конкретного фермента из раковых клеток укрепляет их ядро и подавляет их способность к миграции, делая их тем самым в значительной мере похожими на здоровые клетки. Это открытие меняет наш взгляд на организацию ядра эукариотической клетки. Согласно традиционному взгляду, знакомому нам еще со школы, ядро представляют вроде некой «коробочки», защищающей ДНК, которая сидит внутри нее. Но на самом деле ядро ― это не «коробочка», а экзоскелет, который формируется вокруг генома! Форма и свойства ядра в значительной мере определяются тем, как упакован геном.

В нашем эксперименте мы, сами того не желая (изначально у нас были другие цели), изменили способ упаковки генома. В результате ядра стали прочными и раковые клетки потеряли свое типичное свойство ― способность мигрировать.

― Это открытие как-то можно будет применить в медицине?

― Не думаю. Если вы смогли как-то идентифицировать раковую клетку, то лучшее, что с ней можно сделать, ― убить ее, и для этого в медицине уже есть свои эффективные подходы. А лечить такие клетки, в том числе пытаться менять упаковку генома, на мой взгляд, совершенно бессмысленно. Сейчас вся медицина ориентирована на то, чтобы убивать раковые клетки. Поэтому наша работа представляет интерес с точки зрения фундаментальной науки, а не внедрения в клиническую практику.

― Какие из ваших недавних исследований в области 3D-геномики вы считаете наиболее интересными?

― В первую очередь хочу отметить уже упомянутую карту пространственной организации 3D-генома индивидуальных клеток, составленную на основе исследования клеток дрозофил. Эта карта ― самая подробная из имеющихся сегодня карт для индивидуальных клеток. Она обладает разрешением до 10 Кб и до сих пор остается непревзойденной в экспериментах подобного рода.  

Очень интересны также наши исследования, касающиеся роли 3D-генома в регуляции работы генов прокариот. Результаты нашей работы в 2025 г. были опубликованы в журнале Nature. Совместно с коллегами из США мы построили карты пространственной организации генома кишечной палочки (Escherichia coli) и увидели ряд новых структур. Так, например, мы впервые показали, что на уровне 3D-генома осуществляется репрессия горизонтально перенесенных генов в клетках (в том числе генов устойчивости к антибиотикам). Это открытие может иметь перспективы для борьбы с антибиотикорезистентностью.

В прошлом году у нас была опубликована еще одна значимая работа. Мы изучили работу 3D-генома амебы диктиостелиум (Dictyostelium discoideum) и показали, что, в отличие от нас, у этого организма никаких ТАД нет. Но есть другая пространственная организация: некие петли, которые тоже могут изолировать одну группу генов от других. Примечательно, что у них есть определенная специализация: очень часто такая петля включает какие-то функционально связанные гены. Видимо, эта необходимость разделять геном на структурно-функциональные домены (ТАД, как у нас, или ограниченные петли, как у амебы диктиостелиум) сложилась на этапе перехода от одноклеточности к многоклеточности. Причем природа делала несколько подобных попыток.

Dictyostelium discoideum интересна тем, что эта амеба может существовать и как примитивный одноклеточный организм, и как более сложное, многоклеточное существо: это происходит тогда, когда многочисленные амебы собираются вместе в какое-то единое тело. Подобные исследования проливают свет на эволюцию и появление многоклеточности на Земле.

Ранее нам еще удалось изучить структурно-функциональные домены в геноме дрозофил. В их геноме тоже есть некие клубки, но они имеют несколько другой механизм образования, нежели ТАД позвоночных животных. Оказалось, что здесь работают самые простые физико-химические законы взаимодействия между отдельными нуклеосомами (элементарными частицами в хроматине ― комплексе белков с ДНК в клеточных ядрах всех эукариот), приводящего к тому, что значительная часть хроматина собирается в глобулу. Эти глобулы разделены участками там, где в силу определенных причин взаимодействие между нуклеосомами невозможно. Это исследование проводилось с помощью суперкомпьютера МГУ им. М.В. Ломоносова «Ломоносов». Как именно происходит описанный мною процесс, показало компьютерное моделирование. Результаты этой работы были опубликованы в журнале Genome Research. Я рассказал лишь о небольшой части наших научных работ. Надеюсь, что в будущем нам удастся провести еще много других интересных экспериментов.

Источник: https://scientificrussia.ru

The post Клубки, петли и не только: как упакован геном и при чем здесь различные заболевания? Интервью с биологом Сергеем Разиным first appeared on Биологический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова.

— Что такое синтетическая биология и чем она отличается, например, от генной инженерии?

— Синтетическая биология — область молекулярной биофизики, объединяющая возможности генной инженерии, физики белка, структурной биологии для создания новых уникальных инструментов. Это позволяет получать не встречающиеся в природе биологические объекты на основе строительных блоков, которые можно синтезировать с помощью методов химического и органического синтеза, либо на основе имеющихся в нашем распоряжении природных строительных блоков. Полученные объекты могут обладать новыми необычными полезными свойствами, поэтому синтетическая биология представляет очень большой интерес для ученых. Что касается отличия от генной инженерии, то синтетическая биология использует ее методы. Это смежные дисциплины, которые не могут существовать друг без друга.

— Мне на память приходят громкие эксперименты последних десятилетий: выведение зеленых светящихся поросят, генетические манипуляции с козами, которых «научили» давать белок, образующий паутину, и прочие. Но в данном случае речь идет о модификации уже существующих животных, а что самое сложное удалось создать сегодня с нуля с помощью методов синтетической биологии?

— Давайте вспомним Нобелевскую премию 2024 г. по химии, которая была присуждена за разработку методов, позволяющих предсказывать структуру белков, используя искусственный интеллект и нейросети. Эти открытия, с одной стороны, решают извечную проблему, каким образом могут выглядеть белки, если известна только последовательность аминокислот, а с другой стороны, позволяют предсказать и некоторые важные структурные и функциональные свойства этих белков. Пожалуй, именно это направление синтетической биологии можно назвать сегодня самым значимым и быстро развивающимся. Многое в этой области было сделано благодаря предыдущим открытиям структурной биологии, но именно экспериментальное определение структуры белка позволило понять, как устроены белки, из чего они состоят, с какими группами взаимодействуют. Понимание физики этих взаимодействий позволяет делать предсказания с очень большой точностью, на уровне 90%.

Методы, отмеченные Нобелевской премией в 2024 г., по сути, опираются на базы данных, включающих огромное количество последовательностей, структур, полученных экспериментально. Они статистически предсказывают, какими свойствами и структурой могут обладать не существующие в природе белки, созданные на основе схожих аминокислотных последовательностей. Но здесь есть одна проблема. То, что предсказывает модель, всегда остается некой теорией. И то, каким будет тот или иной объект в реальности, может показать только эксперимент.

Второй важный момент: сегодня у ученых есть возможность синтезировать бесконечное множество различных аминокислот для получения новых белков, но предсказывать такие новые структуры нейросети пока не могут.

― То есть они предсказывают, какими будут белки, построенные из стандартных 20 аминокислот, которые отвечают за синтез белков во всех живых организмах, но не из других аминокислот?

― Да. Когда химическая структура заместителей в этих аминокислотах отличается от природных типов и, соответственно, не встречается в белках, чья структура известна и депонирована в соответствующей базе данных, это становится проблемой. Тем временем подобные аминокислоты довольно легко синтезировать и у ученых есть много методов, позволяющих строить белки с новыми интересными свойствами из таких необычных аминокислот.

По сути, это новая биохимия, и уровень сложности, который можно внести в белковые структуры, здесь значительно выше по сравнению с тем, что дает базовый набор аминокислот.

― Эти новые аминокислоты выходят за базовый набор из 20, но все же существуют в природе? Или речь о том, что можно создать принципиально иные, не встречавшиеся нигде аминокислоты?

― Речь о так называемых неканонических аминокислотах. Они существуют в природе, но выходят за базовой набор протеиногенных аминокислот. Новизна здесь заключается в том, что мы можем по-разному их комбинировать. Примечательно, что многие из этих аминокислот прилетают к нам из космоса. Генетический код на нашей планете таков, что эти аминокислоты здесь не используются: видимо, они были слишком редкими или не столь необходимыми. Но это не значит, что они не могут быть востребованными на других планетах.

― А наши, наоборот, будут ненужными.

― Да. Это некая особенность, связанная с начальными условиями развития жизни на планете.

― Для чего нужны белки, созданные с помощью таких неканонических аминокислот?

― Это позволяет модифицировать структуру белков очень тонким образом, например производить замены аминокислот которые принято называть мутациями, но в данном случае это скорее хирургия на уровне отдельных атомов. Такие манипуляции позволяют лучше понять принципы работы белков, изучить, что происходит в них при взаимодействии с какими-то кофакторами или с другими белками. В то же время это дает возможность вносить новые свойства в белки: например, можно абсолютно уникальным и селективным образом пометить необходимый белок и наблюдать за его активностью в клетке или в организме. Можно также создать новый белок, который будет осуществлять какую-то уникальную химическую реакцию, например катализ.

― Подобные белки уже пробовали внедрять в живые организмы?

― Да, это возможно. Более того, есть возможность модифицировать генетический код простейших микроорганизмов, что позволяет освободить определенные кодоны в генетическом коде под использование их для неканонических аминокислот. Это сложная, но очень важная задача ― управлять тем, как жизнь использует генетический код и аминокислоты, составляющие основу белков.

― А если говорить не об отдельных белках, а о создании целых клеток и организмов с заданными свойствами с нуля, то какие главные препятствия здесь существует?

― Прогресс в этой области ушел далеко вперед. Есть созданные с нуля синтетические организмы, например микоплазма, чей генетический код был значительно отредактирован. Интересное свойство таких организмов заключается в том, что они совершенно невосприимчивы к вирусам. Вирус пытается воспользоваться их генетическим кодом, но он неспособен генерировать генетическую последовательность и в дальнейшем белки, необходимые ему для воспроизводства. Таким образом, этот вирус просто не может себя копировать.

Подобные синтетические организмы зависимы от ресурсов, необходимых им для роста и жизни, то есть без неканонических кислот они обойтись не могут, и, соответственно, обитать такие «существа» способны только в условиях лаборатории.

Создание невосприимчивых к вирусам организмов можно назвать задачей двойного назначения. Потенциально геном человека тоже можно отредактировать таким образом, что он будет невосприимчив к вирусам. А теперь представьте, что какая-то страна, с одной стороны, сделала свою популяцию устойчивой к вирусам, с другой ― создала вирус, который может убить всех. Поэтому в области синтетической биологии есть множество этических проблем. До каких пределов мы можем редактировать жизнь? Можно ли менять основу генетического кода и создавать какие-то новые организмы? Как эти новые организмы будут взаимодействовать с природными сообществами? Эти вопросы ждут ответов. Мы же, в свою очередь, занимаемся не философскими вопросами, а гражданскими научными исследованиями, результаты которых призваны сделать жизнь человека лучше.

― В прошлом году у меня вышло интервью с биологом Петром Каменским. Рассказывая о синтетической биологии, он говорил, что у ученых есть большой интерес к тому, чтобы превратить бактерии в некие биофабрики, которые можно будет использовать для наработки больших количеств полезных продуктов. Можно сказать, тотальное порабощение бактерий! Что вы думаете об этом?

― Да, такие работы существуют. В распоряжении ученых есть широко используемый и универсальный подход, при котором бактерию ставят перед выбором: либо она синтезирует нужный белок, либо погибает. Если она решает синтезировать белок, то за счет определенного набора генов (которые она синтезирует вместе с целевым рекомбинантным белком) бактерия приобретает устойчивость к антибиотику.

― А в природе бактерии не всегда синтезируют нужные нам вещества?

― В природе они вообще никогда этого не делают.

― То есть могут, но не хотят?

― Им это просто невыгодно энергетически. Если это не вопрос выживания, то зачем тратить энергию? Именно поэтому в лабораторных условиях, чтобы получить необходимые белки, бактерию ставят перед жизненно важным выбором.

― При этом желательно, чтобы это была какая-то большая популяция бактерий, чтобы эффект был ощутимым?

― Да. Как правило, для получения миллиграммов белка требуются литры культур бактерий, то есть миллиарды и триллионы бактериальных клеток!

― Я знаю, что для вас синтетическая биология ― самое интересное научное направление. Над чем вы сейчас работаете?

― В первую очередь над созданием новых флуоресцентных и фотоуправляемых белков. Методы синтетической биологии позволяют использовать неканонические аминокислоты, о которых мы говорили выше. Мы столкнулись с ограниченностью природного набора аминокислот, исследуя, как работает фотоактивный оранжевый каротиноидный белок (Orange Carotenoid Protein, OCP). В природе он нужен для защиты цианобактерий от фотоповреждения. При очень ярком свете он может переходить из неактивного состояния в активное, но делает это неохотно, поскольку в природе этой реакции препятствует наличие нескольких контактов между белком и каротиноидом. Мы пытались модифицировать данные контакты таким образом, чтобы оставить только один, повысив тем самым выход фотопродукта. Это открывает возможности для изучения фотопереключения и сопутствующих этому процессу реакций.

По сути, мы перебрали все возможные варианты природных аминокислот, и оказалось, что сделать это можно было только с помощью неканонических. Этот новый метод мне очень понравился, и я понял, что он пока мало где используется, а перспектив у него достаточно много. Благодаря этой работе мы решили создать новую лабораторию, специализирующуюся на подобных методах и подходах.

Сотрудники лаборатории создали уникальную установку на основе фемтосекундного лазера и детекторов единичных фотонов, позволяющую измерять кинетику затухания флуоресценции и получать изображения (Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy, FLIM). Видео: Александр Козлов / «Научная Россия»

― Какие еще организмы, помимо цианобактерий, вам интересны?

― Мы работаем с зелеными водорослями, человеческими клетками и даже с целыми организмами (некоторые эксперименты проводятся на лабораторных животных: мышах, крысах и кроликах). Это совместная работа, в которой нам помогают коллеги из ФИЦ «Фундаментальные основы биотехнологий» РАН, ИБХ РАН, МФТИ, ИФР РАН и других научных центров, имеющие необходимые оборудование и компетенции. В наши задачи входит изучение функциональных свойств белков. Нам интересно исследовать то, как одни белки взаимодействуют с другими, как они проникают в клетки, что они там делают и т.д. Если в процессе работы мы понимаем, что белок может иметь какую-то пользу для медицины, то начинаем задумываться об экспериментах с участием животных.

― Выше мы говорили о бактериях. А насколько проблематично создать что-то более сложное, например эукариотическую клетку, у которой, в отличие от бактерий, есть ядро?

― Пожалуй, это очень сложно по многим причинам. Самая очевидная из них ― размеры. Геном прокариот (одноклеточных организмов, не имеющих клеточного ядра и других внутриклеточных органелл. ― Примеч. корр.) намного меньше, чем у эукариот. Создание с нуля полностью синтетической эукариотической клетки, не говоря уже о целом организме, может быть крайне непростой задачей. Тем не менее ученые занимаются этим, и я не сомневаюсь, что рано или поздно цель будет достигнута.

― Правда ли, что одним из самых больших препятствий в этой области остается создание клеточной мембраны?

― Да, это имеет принципиальное значение. Мембраны были и остаются неким природным барьером между внешней и внутренней средами клетки. На мембранах находится огромное количество белков, участвующих в регуляции метаболических реакций. Изучение того, как клетки взаимодействуют с окружающим миром и передают сигналы друг другу, как они отвечают на полученные сигналы, ― одна из важных задач нашей лаборатории.

― Могут ли в будущем синтетические организмы заменить исчезнувшие из природных экосистем организмы?

― Можно пофантазировать и представить, что синтетические организмы, адаптированные под определенные условия среды, вполне могут быть использованы, например, для терраформирования Марса и других планет. Здесь, как мне кажется, многое зависит от конкретной задачи и понимания условий, сложившихся в данный момент. Приведу другой пример. Если где-нибудь происходит разлив нефти, то на помощь могут прийти организмы, которые умеют перерабатывать эту нефть, хотя подобные условия обитания для них нехарактерны. Их нужно найти и выделить в чистую культуру. Этим занимаются микробиологи, которые часто помогают предприятиям в борьбе с последствиями экологических бедствий.

― А захотят ли эти организмы есть нефть? Вдруг на месте аварии и в его окрестностях найдется что-нибудь повкуснее?

― Такое тоже возможно. В целом всегда, когда есть выбор, жизнь будет выбирать более легкий путь. Поэтому если эта нефть представляет собой какой-то уникальный, единственный субстрат, тогда, конечно, микробы будут перерабатывать в первую очередь именно ее. Разливы нефти могут происходить повсюду, в том числе в северных регионах. Тем не менее даже там ученые находят бактерии, которые могут питаться этой нефтью, устраняя загрязнения.

― В группе вашей лаборатории в Telegram был пост о трех ваших научных мечтах: снять настоящее молекулярное кино, собрать белок, полностью состоящий из неканонических аминокислот, и измерить температуру в разных частях клетки. Вам удалось приблизиться к своим целям?

― Я пытаюсь мечтать по-крупному. Если говорить о молекулярном кино, то мы все очень ждем, когда в России заработает синхротрон СКИФ. Эта мегасайенс-установка позволит проводить структурные эксперименты с временны́м разрешением. Это означает, что, используя короткую вспышку света, можно будет запустить какую-то фотохимическую реакцию, а затем посмотреть через определенный промежуток времени, как изменилась структура белка, и сравнить с тем, что было в начале. Пожалуй, термин «молекулярное кино» ― некое преувеличение, но набор из нескольких подобных кадров может быть очень полезен для понимания того, как работает фотопереключаемый белок или какая-то фотоуправляемая система.

Что касается создания белка на основе неканонических аминокислот, то мы работаем в этом направлении.

На текущий момент мы можем успешно вводить одну неканоническую аминокислоту, и это уже открывает перед нами много новых возможностей для модификации белка и изучения его свойств.

Если же мы научимся вводить три-четыре неканонические аминокислоты, то это будет еще интереснее, потому что даст возможность решать другой класс проблем, в том числе связанных с организацией уникальных каталитических центров.

Отвечая на вопрос об измерении температуры клетки: здесь есть давняя биофизическая проблема, связанная с тем, что любые реакции, сопровождающиеся выделением тепла, влияют на температуру в ближайшем окружении. Расчеты показывают, что это могут быть довольно большие изменения температуры. В клетках теплокровных животных, например, могут наблюдаться особенно высокие градиенты температуры в районе митохондрий. Это связано с тем, что там активно протекают метаболические реакции. Наверняка эта температура должна отражать активность органелл и метаболизма в целом.

Поэтому иметь инструменты, которые бы позволяли измерять температуру локально, было бы очень полезно для изучения клеток и того, как они себя чувствуют в разных условиях. Думаю, это самая технически простая задача из трех перечисленных и она обязательно будет решена в будущем.

― Прибавились ли какие-то новые мечты к этим трем за последнее время?

― Я очень хочу, чтобы мои студенты, аспиранты и сотрудники научились хорошо писать статьи, заявки на гранты, получали премии. Это моя задача как заведующего лаборатории ― подготовить молодых сотрудников к самостоятельной работе.

Источник: https://scientificrussia.ru

The post Синтетическая жизнь: что ученые умеют создавать уже сегодня? Интервью с биологом Евгением Максимовым first appeared on Биологический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова.

В научном журнале Zoologischer Anzeiger вышла статья коллектива авторов биологического факультета МГУ, посвященная описанию второго известного вида из рода Apodotrocha (семейства Dorvilleidae).

Новый вид относится к мейобентосу — организмам очень малого размера, обитающим в тонком жидкого ила или промежутках между песчинками. Из-за миниатюрности строение этих червей сильно упрощено: редуцированы многие внутренние системы органов, отсутствуют параподии и даже щетинки. Передвигаются такие черви с помощью ресничных шнуров – черта характерная скорее для трохофорных личинок.

Долгое время исследователи принимали этих существ за неизвестных личинок более крупных полихет. Однако авторам статьи удалось обнаружить у них половые продукты, что доказало: перед учеными не личинки, а взрослые особи, сохранившие личиночный облик (явление педоморфоза). Еще одной уникальной особенностью вида стали специальные эпителиальные «карманы», в которых черви носят симбиотических бактерий.

Видовой эпитет «tobik» появился благодаря забавной причине. Ученые отметили «поразительное сходство» контуров сегментированного тела червя с фигурой маленького норвич-терьера Тобика. Собака принадлежит заведующей Котлопунктом ББС МГУ Аксинии Гайдуковой и является любимцем сотрудников биостанции.

Для официального подтверждения названия авторы даже включили в научную публикацию иллюстрацию, сопоставляющую морфологию червя и внешний вид собаки. Необычная история и качественные микрофотографии Apodotrocha tobik привлекли внимание научного сообщества — изображение нового вида вынесли на обложку номера.

The post «Тобик» — новый вид беломорских червей first appeared on Биологический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, посвящено уникальным представителям семейства белков-Аргонавтов. В то время как белки-Аргонавты эукариотических клеток участвуют в РНК-интерференции и используют направляющие («гидовые») РНК для прямого узнавания и уничтожения целевых мРНК, большинство прокариотических белков-Аргонавтов (pAgo) узнают ДНК-мишени. В этом исследовании выявлена новая группа белков pAgo, которые образуют комплекс с нуклеазами HNH-семейства и демонстрируют замечательное поведение при столкновении с чужеродной ДНК. Вместо специфического воздействия на целевую ДНК, они активируют связанную с ними нуклеазу, которая вызывает деградацию всей ДНК в клетке — и чужой, и собственной.

«Представьте себе это как клеточную сигнализацию, которая при попадании в клетку чужеродной ДНК не просто подает сигнал тревоги или останавливает нарушителя, а уничтожает его вместе с зараженной клеткой. При этом чужая ДНК действует как шаблон, запуская сборку защитных филаментов», — подчеркнул профессор биологического факультета МГУ, заведующий лабораторией ИБГ РАН, член-корр. РАН Андрей Кульбачинский.

Ученые выяснили, что комплексы белков-Аргонавтов с HNH-нуклеазой действуют не в одиночку. Когда они обнаруживают вторгшуюся ДНК, например, плазмиды или вирусные геномы, белки подвергаются структурной трансформации, «полимеризуясь» в спиральные филаменты регулярной структуры, которые обвивают и расщепляют ДНК.

«Криоэлектронная микроскопия убедительно продемонстрировала формирование филаментного нуклеазного комплекса, что является принципиально новым в наших представлениях о защитных механизмах прокариот», — рассказала профессор биологического факультета, профессор РАН Ольга Соколова.

Открытие филаментов Аргонавтов и HNH-нуклеаз дает важные сведения о разнообразии и сложности прокариотических иммунных систем и имеет значительный потенциал для разработки антимикробных препаратов и инструментов для диагностики и редактирования генома с уникальными возможностями.

Работа поддержана Российским научным фондом.

Источник: msu.ru

The post Биологи МГУ раскрыли новый механизм иммунной защиты бактерий first appeared on Биологический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова.

Исследование проведено в рамках Междисциплинарной научно-образовательной школы МГУ «Молекулярные технологии живых систем и синтетическая биология», а его результаты опубликованы в журнале «Биофизика».

Пионерные транскрипционные факторы — это уникальный класс белков-регуляторов, которые могут распознавать свои сайты даже в условиях, когда ДНК упакована в неактивный хроматин и плотно обернута вокруг гистонов. SOX2 является одним из наиболее изученных и биологически значимых представителей этого класса: он лежит в основе формирования плюрипотентных состояний, участвует в раннем эмбриональном развитии и активации онкогенных программ. Несмотря на огромное количество данных, оставался нерешённым вопрос, почему SOX2 связывается с разными позициями нуклеосомы в разных экспериментах и какие структурные факторы определяют выбор целевых участков связывания. Одни методы указывали на предпочтение центральных позиций, другие — краевых, а третьи демонстрировали широкий спектр допустимых сайтов. Это несоответствие долгое время затрудняло интерпретацию результатов, поскольку отсутствовала единая структурная модель, способная объяснить наблюдаемое многообразие.

Чтобы решить эту проблему, ученые МГУ провели масштабное атомистическое молекулярное моделирование, охватившее все вероятные сайты связывания с ДНК на нуклеосоме. Исследователи показали, что связывание может происходить как без смещения нуклеосомной ДНК, так и со смещением ДНК на одну пару нуклеотидов. В первом случае SOX2 способен стабильно связываться только в ограниченном наборе позиций, что соответствует условиям строго позиционированных нуклеосом, характерных для многих регуляторных участков. Во втором случае — на более лабильных нуклеосомах — SOX2 может формировать корректный комплекс в 14 разных позициях, что объясняет появление неожиданных сайтов связывания в экспериментах in vitro на нестрогих «скользящих» последовательностях ДНК, позиционирующих нуклеосомы. Таким образом, исследователи впервые показали, что способность нуклеосомы к передвижению по ДНК определяет её видимую доступность для пионерного фактора. Исследование также выявило новые перспективные позиции для связывания, которые ранее не были охвачены экспериментально.

«Результаты работы показывают, что предпочтения SOX2 определяются не только его собственными свойствами и предпочтительной последовательностью связывания, но и локальной геометрией нуклеосомной ДНК и строгостью позиционирования нуклеосомы. Фактически в исследовании получена карта потенциальной доступности нуклеосом для пионерного фактора, что является важным шагом к определению механизмов запуска перепрограммирования клетки SOX2 и другими пионерными транскрипционными факторами», – говорит один из авторов работы, профессор биологического факультета МГУ член-корреспондент РАН Алексей Шайтан.

Источник: msu.ru

The post В МГУ оп­ре­дели­ли, как бе­лок–ре­гуля­тор вы­бира­ет по­зиции для свя­зыва­ния с ДНК first appeared on Биологический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова.

Результаты исследований опубликованы в «Журнале общей биологии».

Исследование выполнено в рамках Междисциплинарной научно-образовательной школы МГУ «Будущее планеты и глобальные изменения окружающей среды».

В условиях глобальных масштабов воздействия человека на природу традиционная охрана отдельных видов уже недостаточна, так как проблема заключается в изменении целых экосистем. Современная природоохранная биология фокусируется на оценке состояния экосистем в целом, чтобы определить приоритеты их сохранения. Для этого разработаны критерии, позволяющие классифицировать экосистемы по степени редкости и уязвимости. Цель обзора – раскрыть принципы этой международной методологии и обсудить возможности ее применения в России.

Экосистемный подход представляет собой метод управления природными ресурсами, который фокусируется на взаимодействии между живыми организмами и их окружением, а не просто на защите отдельных видов. Сохранность сообществ и экосистем в свою очередь способствует сохранению видового разнообразия и поддержанию экосистемных функций, таких как регулирование климата, депонирование углерода и сохранение запасов воды. Экосистема определяется как взаимосвязь живых организмов и неживых компонентов окружающей среды, поддерживаемая различными физическими, химическими и биологическими процессами. Важно учитывать пространственные и временные масштабы при оценке рисков для экосистем. Наземные экосистемы обычно классифицируются по растительному покрову, отражающему экологические условия.

Чтобы определить, какие экосистемы уязвимы и нуждаются в приоритетных мероприятиях по сохранению, а какие, напротив, устойчивы, необходимы стандартные критерии оценки уязвимости экосистем. Такие критерии, подходящие для оценок состояния как наземных, так и водных экосистем, сформулированы Международным союзом охраны природы (МСОП) в методических рекомендациях к созданию международного Красного списка экосистем. В качестве критериев рассматривают сокращение ареала, ограниченное распространение, деградацию абиотических условий, нарушение биотических процессов и риск разрушения экосистемы при кумулятивном воздействии негативных факторов. Критерии позволяют ранжировать экосистемы по природоохранным категориям от исчезнувших до находящихся под наименьшей угрозой. Эти категории – основа природоохранных решений.

В России пока не существует единого реестра экосистем, и природоохранные мероприятия часто направлены на защиту отдельных видов, а не экосистем в целом. Внедрение экосистемного подхода и разработка Красного списка экосистем России позволит эффективнее планировать природоохранные мероприятия и принимать управленческие решения в природопользовании на основании фундаментальных научных исследований.

«Оценка уязвимости экосистем – это междисциплинарная научная задача. Она ставит новые вызовы сфере образования, требует новых компетенций специалистов и диктует необходимость разработки новых научных университетских программ», – отметил доцент кафедры экологии и географии растений биологического факультета МГУ Сергей Дудов.

Источник: msu.ru

The post Новый экосистемный подход к охране биоразнообразия выдвинули в МГУ first appeared on Биологический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова.