Заткнуть нейрон и понять жука

Иллюстрации: Георгий Мурышкин
// Что у нас интересненького в мире биологии?
Юлия Кондратенко

В нашем совместном проекте с ресурсом «Биомолекула» мы представляем новости наук о жизни. В журнале публикуется краткая версия — полную можно найти на biomolecula.ru.

 

Как работает природный пулемёт

Жуки-бомбардиры (Brachinini) получили своё название не просто так. Они обладают природным оружием, позволяющим прицельно выбрасывать из задней части брюшка потоки горячих (до 100 оС) химикатов. «Выстрелы» следуют очередями, как у пулемёта.

Чтобы разобраться в устройстве жучьего  оружия, учёные использовали сканирующий электронный микроскоп, а также синхрофазотрон в качестве мощного источника рентгеновского излучения. И смогли в подробностях изучить строение и работу камер в теле жука, в которых происходят взрывные химические реакции.

Оказалось, что стенки камер укреплены неравномерно: между хранилищем, откуда поступают реагенты, и камерой, в которой происходят бурные химические реакции, есть гибкая мембрана. Каждым взрывом, происходящим в реакционной камере, мембрану отбрасывает назад, так что она на время закрывает доступ новой порции химикатов. Именно поэтому из жука выходит пулемётная очередь, а не сплошной горящий поток.

Arndt E.M. et al. // Science. 2015. Vol. 348. P. 563–567.

 

Всё лучшее — стволовым клеткам

Стволовая клетка отличается от обычной широкими возможностями профориентации: её потомки могут стать хоть нейронами, хоть клетками печени. Однако после деления лишь одна из «дочек» стволовой клетки наследует её уникальные свойства — другая выбирает постоянную «профессию». Учёные выяснили, почему так происходит. Всё дело в неравномерном распределении митохондрий — органелл, которые производят энергию, сжигая питательные вещества. Одна из дочерних клеток наследует энергетические станции последней модификации, другая — предыдущего поколения.

Это может показаться несправедливым, но ведь на стволовую клетку возложены более ответственные функции, значит, и оборудование ей должно достаться более современное.

Katajisto P. et al. // Science. 2015. Vol. 348. P. 340–343.

 

Сделать лего-конструктор из ДНК

ДНК можно использовать не только как носитель информации, но и как строительный материал. Биоинженеры уже научились собирать из неё самые разные нанообъекты — от смайлика до модели шаттла. И вот недавно немецкие учёные сконструировали из ДНК детали, сборкой и разборкой которых можно управлять. Это удалось сделать,  задействовав слабое притяжение торцов ДНК. Детали нужно собрать в таком порядке, чтобы на стыках располагались разные комбинации из выступающих торцов спиралей. Получается что-то вроде блоков конструктора «Лего». Сила притяжения торцов зависит от температуры и содержания солей в реакционной смеси. Варьируя эти условия, детали можно совмещать или, наоборот, разъединять. Так что из ДНК теперь можно делать, например, контейнеры для лекарств, которые будут открываться в нужный момент, а также разного рода молекулярные переключатели.

Gerling T. et al. // Science. 2015. Vol. 347. P. 1446–1452.

 

Нейрон, замолчи!

Биологи уже давно научились «включать» нейроны с помощью света определённой длины волны. Для этого в клетку вводят ген натриевого канала, который реагирует на фотоны. Тогда, если посветить на клетку голубым, в неё начнут поступать ионы натрия — а именно с этого начинается возбуждение нейрона. Сам принцип управляемого светом канала учёные позаимствовали у водоросли хламидомонады и уже получили на искусственно возбуждённых нейронах интересные данные о механизмах закрепления воспоминаний. Но исследователям не хватало канала, который мог бы нейроны отключить. В природе эти клетки «успокаиваются», выпуская наружу ионы калия. Однако управляемые светом калиевые каналы до сих пор не обнаружены, поэтому учёные решили не ждать милостей от природы и сконструировали такие каналы сами. В результате им удалось заблокировать у рыбок реакцию на прикосновение — с помощью всё того же голубого света.

Cosentino C. et al. // Science. 2015.Vol. 348. P. 707–710.

 

Мы забываем из-за сбоев в поисковике

Наша память локализована в разных частях мозга. При этом быстрый доступ к нужному воспоминанию обеспечивает определённый нейронный штрихкод — набор клеток гиппокампа. Он, в свою очередь, должен выдаваться в ответ на все подходящие поисковые запросы. Например, если животное входит в комнату, с которой у него связаны неприятные воспоминания, они тотчас извлекаются из памяти при виде знакомых деталей обстановки.

Недавно учёные провели эксперимент: мышам блокировали переход воспоминаний из кратковременной памяти в долговременную. При этом связи между нейронами, нейронами, отвечающими за доставку маркеров воспоминаний в хранилище памяти от маркеров воспоминания к хранилищу памяти, получались менее прочными, чем у мышей без амнезии. Но оказалось, что даже неокрепшее воспоминание можно пробудить, если напрямую активировать нейроны его штрихкода в гиппокампе. То есть мозг забывает потому, что повреждена система поиска информации, а само воспоминание всё-таки сохраняется.

Ryan T.G. et al. // Science. 2015. Vol. 348. P. 1007–1013.

 

 

Опубликовано в журнале «Кот Шрёдингера» №9 (11) за сентябрь 2015 г.