Программируемый убийца рака, калькулятор недосыпа, горящая Европа

Ученые нашли «химический будильник» в мозге

Мы знаем, что сон жизненно необходим, но до сих пор оставалось загадкой, как именно мозг отслеживает его продолжительность и качество, как он решает, что пора вставать. Группа исследователей из Вашингтонского университета (США), похоже, нашла недостающее звено. В работе, опубликованной на сервере препринтов, они описывают молекулярный сигнал, который служит своеобразным «будильником» в головном мозге мышей.

Ученые использовали флуоресцентный сенсор, чтобы в реальном времени наблюдать за активностью фермента протеинкиназы А (PKA) — вещества, которое есть и у человека и ранее ассоциировалось с состоянием бодрствования. Оказалось, что поведение этого фермента подчиняется строгому ритму. Когда мышь бодрствует, уровень химических «меток», которые PKA оставляет на белках клеток, остается стабильно высоким. Но как только животное засыпает, уровень этих меток начинает медленно и непрерывно падать на протяжении всего периода сна.

Сигнал реагирует не только на длительность сна, но и на его прерывистость. Если сон мыши нарушается микропробуждениями, уровень PKA мгновенно идет вверх, а потом снова снижается. Таким образом, фермент одновременно суммирует общее время отдыха и количество помех, что позволяет ученым точнее предсказывать момент пробуждения, чем простое измерение времени, проведенного во сне.

В ходе эксперимента исследователи намеренно лишали мышей сна, а затем давали им отдохнуть. В этом случае падение уровня PKA было еще более глубоким, чем при обычном сне. Это навело ученых на мысль, что сигнал измеряет не просто время, а то, насколько восполнена накопленная «потребность во сне». Иными словами, фермент показывает, сколько именно недосыпа «отработано» организмом.

Возможно, перед нами потенциальный биомаркер недосыпа. Ведь до сих пор не придумано «алкотеста для сна» — объективного способа проверить, способен ли человек (например, водитель фуры или хирург на дежурстве) сохранять бдительность. Ученые уже планируют следующие эксперименты: они намерены вмешиваться в работу PKA в реальном времени, чтобы проверить, действительно ли этот фермент напрямую управляет ощущением отдохнувшего состояния. Если гипотеза подтвердится, человечество получит не просто объяснение механизма сна, а ключ к диагностике скрытой усталости.

“Бешеные молекулярные ножницы” превратили в избирательного убийцу рака

На этой неделе научный мир обсуждает необычный дуэт публикаций в журнале Nature, которые могут перевернуть представление о лечении рака. Ученые из США совершили виртуозный трюк: они взяли «сломанный» CRISPR-фермент, который бактерии используют для хаотичного уничтожения захватчиков, и перепрограммировали его в высокоточный скальпель против злокачественных опухолей.

Все началось почти десять лет назад, когда биохимик Райан Джексон и его команда изучали белок Cas12a2. Они ожидали, что он будет вести себя как стандартные ножницы для редактирования генов (CRISPR). Но эксперименты проваливались один за другим. Джексон даже обвинял своих студентов в том, что они «загрязняют белок». Однако оказалось, что фермент будто бы... безумен. Вместо аккуратной резки он, распознав цель, впадал в неистовство и начинал без разбора рвать ДНК внутри клетки.

Сегодня две исследовательские группы превратили этот хаос в изящную стратегию. Суть гениально проста: фермент настраивают на поиск конкретной матричной РНК — той, что производят раковые клетки с мутациями в генах TP53 (встречается в половине всех случаев рака) или KRAS (отвечает за многие смертоносные опухоли). Когда Cas12a2 находит такую РНК, он активируется и уничтожает геном клетки. Здоровые клетки, даже с РНК, отличающейся всего на одну букву, остаются нетронутыми.

Биохимики из Университета Юты называют это «программируемой химиотерапией» и «молекулярным выключателем смерти». В лабораторных чашках Петри система показала потрясающую точность, а на живых мышах — реально уменьшила опухоли, вызванные вирусом папилломы человека (ВПЧ) и мутантным TP53.

Немецкая биотех-компания Akribion Therapeutics уже разрабатывает терапию на основе этого метода для лечения онкологических заболеваний головы и шеи. Сооснователь компании Пол Шольц хочет получить первые данные клинических испытаний к 2030 году.

Однако эйфорию сдерживают скептики. Во-первых, фермент довольно крупный, и доставлять его внутрь клеток — технически сложно. Во-вторых, даже в идеальных лабораторных условиях он не убивал все раковые клетки. Это отрезвляет ученых, но, возможно, открывает путь для комбинированной терапии.

Тем не менее многие ученые надеются, в будущем технологию можно будет адаптировать даже для лечения аутоиммунных или нейродегенеративных заболеваний. А химиотерапия, которая бьет по всему живому, возможно, скоро уйдёт в прошлое, уступая место умной молекулярной снайперской стрельбе.

Пять чашек кофе в день защищают печень от цирроза и рака

Хорошая новость для кофеманов: ваша привычка может быть не просто утренним ритуалом, но и серьезной инвестицией в здоровье. Ученые из Медицинского центра Седарс-Синай (США) опубликовали результаты масштабного исследования: они проанализировали данные 354 957 людей, накопленные в Британском биобанке. В начале эксперимента ни у кого из этих людей не было диагностировано заболеваний печени. Затем в течение в среднем 13 лет ученые кропотливо сопоставляли пищевые привычки добровольцев с их томографическими снимками и биохимическими анализами крови.

Разница между теми, кто игнорирует кофе, и самыми преданными его поклонниками (от пяти чашек в день) оказалась колоссальной.

• Риск развития цирроза снижался на 32%.
• Риск возникновения рака печени падал на 47%.
• Вероятность смерти от печеночных заболеваний уменьшалась на 42%.

Даже скромное потребление — 1—2 чашки в день — уже давало первые позитивные сдвиги. Однако пик защитного эффекта, по данным ученых, приходился на 3—4 чашки ежедневно.

Любопытно, что положительная динамика наблюдалась не только у любителей обычного кофе, но и у тех, кто предпочитал декофеинизированный напиток. Получается, дело не в кофеине. Спасителями печени выступили другие биоактивные вещества — в первую очередь антиоксиданты и полифенолы, которые эффективно подавляют хроническое воспаление и замедляют рубцевание тканей (фиброз).

Это подтвердили и объективные методы диагностики: у регулярно пьющих кофе было значительно меньше жировых отложений в печени, ниже уровень маркеров воспаления и выше концентрация белков, отвечающих за нормальную работу органа.

Авторы работы делают важную оговорку: исследование носит наблюдательный характер, а значит, не является прямым руководством к действию. Искусственно увеличивать дозу кофе, чтобы «прокачать» печень, не стоит.

Врачи напоминают, что напиток подходит не всем. Людям с неконтролируемой гипертонией, аритмией, хронической бессонницей или тревожными расстройствами стоит соблюдать осторожность. К тому же аналогичный защитный эффект на печень оказывают и более традиционные меры: сбалансированная диета, физкультура, контроль веса и отказ от злоупотребления алкоголем. Тем не менее открытие дает ученым мощный ключ к пониманию того, как природные соединения могут предотвращать заболевания.

Молекулы белков научились уменьшать или увеличивать, как Алису в Стране чудес

Биотехнологи из Университета Дьюка (США) создали ИИ-инструмент под названием RayGun. Этот «лучевой пистолет» способен миниатюризировать или, наоборот, увеличивать в размерах природные молекулы белков, не нарушая их форму и функциональность.

До сих пор ученые уже разработали разные «модели белкового языка» на основе ИИ, которые могут создавать протеины с нуля. Можно даже создавать антитела к болезням с высоким клиническим потенциалом. Новый же инструмент умеет модицифировать уже существующие белки, используя те же шаги, что и матушка-природа: он добавляет или удаляет отдельные аминокислоты в белковой цепочке или заменяет их другими.

Это открытие становится значимым шагом к редактированию существующих белков. Ведь во многих областях исследователям не нужен совершенно новый белок — они хотят улучшить, уменьшить или увеличить уже проверенную, рабочую молекулу. Самая простая аналогия — Алиса в Стране чудес, которая вырастала и уменьшалась, съедая и выпивая волшебные угощения.

Это может стать заманчивой перспективой для применения в биотехнологиях. К примеру, меньший белок может проходить через мембраны, через которые не может протиснуться крупная молекула.

В чем, собственно, революция? Да в том, что до сих пор попытки использования ИИ для модификации существующих белков были неудачными: они изменяли или структуру, или функцию молекулы. Ученые из Университета Дьюка использовали ESM-2, большую языковую модель для проектирования белков (вместо текста она обучается на миллионах последовательностей аминокислот, а когда уже знает закономерности этих последовательностей — начинает генерировать новые). Они модифицировали тип ее работы, сделав так, что она теперь умеет генерировать один и тот же белок разных размеров без ущерба для его функциональности.

Сначала RayGun использовали для уменьшения четырех белков разных размеров — от небольшого гемоглобина до длиннющего фермента. Инструмент уменьшил число аминокислот на 15—20%, при этом исходная структура и функция белков не изменились. Потом его заставили сгенерировать увеличенную версию одного из белков, который запускает рост и дифференцировку клеток. Увеличенный белок смог лучше связываться со своим рецептором (распространенной мишенью в терапии рака).

Инструмент работает отлично, раз за разом удивляя своих создателей. Сейчас его результаты обнадеживают, но нужны дальнейшие исследования: будет ли он работать с другими типами белков, хорошо ли сможет редактировать все необходимое.

Лесные пожары в Европе: научный взгляд и перспектива

Мощные пожары, бушующие во Франции и Испании, подпитываемые беспрецедентной жарой, бьют рекорды. В связи с этим международная группа ученых под руководством метеорологов из Университета Гронингена (Нидерланды) разобрала ситуацию и сделала прогнозы, что ждет Европу в будущем. По мнению климатологов и метеорологов, в Испании и Франции в дальнейшем можно будет ожидать пожарный режим, близкий к калифорнийскому, поскольку изменение климата способствует формированию жарких и сухих условий.

Спутниковые данные показывают: по состоянию на 29 июля во Франции сгорело 91 000 га, в Испании — более 200 000. Пожар недалеко от Мадрида вообще стал крупнейшим в истории страны и едва не уничтожил комплекс НАСА, используемый для связи с космическими аппаратами дальнего космоса. Во Франции пожарные боролись с огненным облаком, настолько интенсивным, чтобы вызывал собственные опасные ветры и даже сухие молнии.

Ученые считают, что эти катаклизмы свидетельствуют о системном изменении характера пожаров в Южной Европе. Десятилетия относительного затишья кончились, впереди, по мнению ученых, нарастание опасности. Основной фактор пожароопасной погоды — повышение температуры, вызванное антропогенным изменением климата. Растительность высохла и стала идеальным материалом для возгорания. Тенденцию, по мнению ученых, невозможно остановить.

Плохой новостью становится и то, что опасность превысила возможности европейских пожарных — они перестают справляться.