для чего надо изучать биологию

Стартап Orchid выбирает эмбрионов с лучшими генами для ЭКО

Стартап 29-летней выпускницы Стэнфорда Нур Сиддики проводит полное секвенирование генома эмбрионов-кандидатов на процедуру ЭКО, а затем вычисляет вероятность для будущего ребенка заболеть одним из более, чем 1200 заболеваний, в которых ту или иную степень влияния оказывают гены, включая аномалии развития нервной системы, предрасположенность к раку, диабету, шизофрении и др. И выбирает лучших.

Такие процедуры уже какое-то время существуют в репродуктивных клиниках, но они секвенируют всего 0,25% всего генома, тогда как Orchid читает почти 99%. Цена вопроса - 2500 долларов за один эмбрион.

ЭКО происходит так. Пациентка проходит двухнедельный курс гормональной терапии, затем из нее извлекают яйцеклетки. Их оплодотворяют, затем эмбрионы проводят в инкубаторе несколько дней, в этот период и проводят генетические тесты, после чего они помещаются в матку пациентки.

У Orchid всего 16 сотрудников, но они уже представлены в 40 репродуктивных клиниках по всей стране и имеют тысячи клиентов, включая, по слухам, несколько известных имен из тех-индустрии.

Во время интервью Wired журналист задал Сиддики вопрос:

Представьте, что если бы подобная технология существовала раньше, и ваши бабушка и дедушка воспользовались ей, т. к. не хотели, чтобы их ребенок страдал от заболевания глаз, ваша мама бы не родилась и вы, соответственно, тоже. Думаете, это справедливо?

Ну и дальше следует диалог типа:

- Я не удаляю свою мамку.

- Но типа как бы задним числом существует мир где ты ее типа стерла.

- У меня была бы мамка, но она бы не страдала.

- Ты бы не увидела, как она страдает, потому что не существовала бы.

- Это была бы другая я.

- Но ведь именно страдания твоей мамки побудили тебя попытаться улучшить мир.

И т. д.

Это не единственный раз когда вокруг стартапа велись этические дискуссии, его уже сравнивали с Гаттакой и Дивным новым миром.

Биологи выяснили, как тихоходки выживают в экстремальных условиях

Долгое время для исследователей оставалось загадкой, как именно тихоходки запускают анабиоз, при котором их тело высыхает и выглядит словно безжизненный шар. В таком состоянии эти животные могут переносить холод, голод, засуху на протяжении нескольких лет. К ответу на вопрос приблизились американские биологи.

ссылка на гифку

Тихоходка под микроскопом

Тихоходки (Tardigrada) — восьминогие микроскопические беспозвоночные, которых еще называют «маленькими водяными медведями» из-за их ног, отдаленно напоминающих лапы медведя. Тихоходок по праву можно назвать самыми живучими существами на земле: считается, что они способны пережить любой апокалипсис.

Эти животные десятилетиями могут находиться под водой, выдерживать температуры ниже минус 200 градусов Цельсия и на протяжении нескольких лет жить в жидком кислороде при минус 193 градусах. Также тихоходка годами способна существовать без еды, воды и кислорода, вполне комфортно чувствует себя в открытом космосе и хорошо переносит воздействие радиации.

В экстремальных условиях у тихоходок повышается уровень стресса, и они переходят в состояние анабиоза, при котором втягивают свои конечности, резко сокращают запасы воды. Тело высыхает и выглядит как безжизненный шар (или тун — так называют шарообразную форму тихоходок в анабиозе). Во время глубокой спячки метаболизм тихоходок замедляется до 0,01 процента от его нормальной скорости. Такое состояния значительно повышает шансы на выживание.

Тихоходка в анабиозе

Пока тихоходки находятся в анабиозе, их легко переносят ветер и вода. Когда животные попадают в благоприятные условия, уровень стресса возвращается к норме, и они «оживают». Важно отметить, что эти существа не процветают в экстремальных условиях, а просто их переживают.

Ученые давно пытаются понять, какие именно механизмы отвечают за состояние «туна», то есть за превращение тела тихоходок в «безжизненный шар». К ответу приблизилась группа американских исследователей из Университета Маршалла и Университета Северной Каролины в Чапел-Хилле. Результаты работы опубликованы в журнале PLoS One.

Чтобы вызвать у тихоходок «тун», биологи подвергли животных воздействию высоких концентраций перекиси водорода, сахара и соли при температуре минус 80 градусов. В эксперименте использовали вид тихоходок Hypsibius exemplaris, который выращивали в лаборатории в одно- и двухлитровых колбах на протяжении нескольких недель. Затем их переносили в чашки Петри, где испытывали и изучали с помощью микроскопов и масс-спектрометрии, позволяющей исследовать и анализировать вещества.

Ученые обнаружили, что когда у тихоходок повышался уровень стресса, они вырабатывали высокореактивные молекулы — внутриклеточные активные формы кислорода (свободные радикалы). Затем эти свободные радикалы вступали в реакцию с другими молекулами и окисляли аминокислоту под названием цистеин — важный компонент многих белков и ферментов. Такие реакции заставляли белки менять свою структуру и функции, «оповещая» организм о наступлении анабиоза.

Также тихоходка, снимок сделан с помощью растрового электронного микроскопа

Когда же исследователи подавляли высвобождение высокореактивных молекул с помощью антиоксидантов, то есть не допускали окисления цистеина, тихоходки не могли больше испытывать стресс, а значит, и перейти в состояние «туна».

«У тихоходок цистеин работает как своего рода регулирующий датчик. Он позволяет этим животным чувствовать окружающую среду и реагировать на стресс», — пояснила Лесли Хикс (Leslie Hicks), участвовавшая в исследовании.

Авторы научной работы отметили, что их открытие хотя полностью и не раскрывает всех механизмов, позволяющих тихоходкам превращаться в «безжизненный шар», значительно приближает к ответу на этот вопрос.

В новых исследованиях ученые хотят выяснить, можно ли считать окисление цистеина универсальным механизмом защиты у всех видов тихоходок. Биологи уверены, что их данные помогут коллегам в будущем лучше понять процессы старения и даже то, как сделать долгосрочные космические путешествия безопасными для человека.

Статья спизжена отсюда

Биологи объяснили, почему у растений разная форма листьев

Исследователи из США и Китая определили генетические механизмы, лежащие в основе разнообразия форм листьев у растений. Полученные данные позволят адаптировать растения к разным климатическим зонам и повысить их урожайность путем управления формированием листьев на генетическом уровне.

Земляника с различной формой листьев

Форма, размер, структура и сложность строения листьев растений могут значительно отличаться даже у разных сортов одного вида, не говоря уже об их общем многообразии в природе. Наблюдаемые различия возникли не совсем случайно. Они обусловлены необходимостью терморегуляции, управления водным режимом листа и адаптации растений к условиям окружающей среды, таким как влажность воздуха и количества солнечного света.

Разнообразие листьев определяется главным образом двумя факторами: сложностью листа и особенностями его края. Простой лист состоит из одной плоской пластинки, а сложный — из нескольких простых. В свою очередь, край листа может быть цельным, зубчатым или лопастным с разной глубиной зубцов.

Чтобы определить, от чего зависит характер развития листьев, биологи из Мэрилендского университета (США) и Шэньчжэньского института синтетической биологии (Китай) изучили их формирование на примере лесной земляники (Fragaria vesca). Исследователи определили два ключевых регуляторных пути, участвующих в развитии разной структуры листьев у трех мутантов земляники. Результаты своей работы ученые описали в статье, опубликованной в журнале Current Biology.

Обычно у земляники образуются сложные листья, состоящие из трех отдельных листочков, причем край каждого из них имеет четко выраженные зубцы. Но недавно был обнаружен мутант с одиночными листьями вместо тройных. В новом исследовании международная команда биологов идентифицировала мутант с тройными листьями, но более глубокими зубцами.

Краткое графическое представление результатов исследования

Подробно изучив геном этих трех вариантов земляники, ученые обнаружили два независимых пути, при помощи которых генетические факторы SL1 и SALAD определяют сложность и зубчатость листьев соответственно. Чем больше в зачатке листа синтезируется фактора SL1, тем более сложным он получится: тройным, пятерным и так далее. И наоборот, чем меньше в клетках на краю листа образуется фактора SALAD, тем более глубокие зубцы получаются. Удивительно, но эти два пути регуляции формы листьев в конце сходятся и влияют на работу одного и того же гена CUC2, который во многом отвечает за рост и деление растительных клеток.

Причем выводы биологов не ограничиваются земляникой и могут применяться ко многим другим растениям. Эксперименты с резуховидкой таля (Arabidopsis thaliana) — стандартным модельным растением — показал аналогичную регуляцию особенностей листа. По мнению исследователей, эта связь может быть использована, чтобы помочь растениям адаптироваться или переносить более широкий спектр условий в разных климатических зонах.

Резуховидка таля или просто арабидопсис

«Если мы сможем настроить эту регуляцию, мы сможем, например, заставить растение производить больше биомассы, что потенциально будет способствовать увеличению производства фруктов. Мы также можем вывезти эту землянику куда-нибудь за пределы ее естественной среды обитания и расширить ее адаптивность, изменив морфологию листьев. Например, больше зубцов означает, что они будут иметь более высокую устойчивость к холоду. А более широкие и гладкие листья будут лучше адаптированы к более теплому климату», — объяснили авторы нового исследования.

Статья спизжена отсюда

Адаптация приматов-инвалидов в дикой природе

Канадские исследователи изучили поведение приматов в естественной среде обитания и пришли к выводу, что те из них, кто имеет врожденные аномалии или покалечен в процессе жизни, вполне неплохо адаптируются к своим недостаткам. Они не только выживают, но и размножаются. Более того, им активно помогают сородичи.

Японская макака с врождёнными дефектами

Врожденные пороки развития, болезни и травмы, полученные во взрослом возрасте, бывают не только у людей, но и у животных. Это вовсе не означает, что такая особь в дикой природе непременно погибнет — она может жить и адаптироваться к своим недостаткам.

Ученые из Университета Конкордия (Канада) решили больше узнать о том, как такие животные выживают в дикой природе. Исследование, опубликованное в American Journal of Primatology, посвящено приматам. Специалисты проанализировали 2807 исследований, проведенных с 1931 по 2023 год. В работах изучались в общей сложности 125 видов, чаще всего это были шимпанзе. К другим видам относились японские макаки, макаки-резусы, макаки-крабоеды и оливковые бабуины. Из всего объема изученных работ ученые выделили 114 статей о физических недостатках приматов.

Выяснилось, что врожденные пороки развития больше характерны для макак, а вот травмы и болезни в процессе жизни чаще получали шимпанзе. По крайней мере, именно такие случаи были объектом проанализированных учеными работ.

Несмотря на физические недостатки, приматы смогли приспособиться — они адаптировали свое типичное для вида поведение, чтобы выжить и даже размножаться. Так, некоторые шимпанзе успешно передвигались на трех или даже двух конечностях (за неимением остальных) вместо обычных четырех. Приматы с физическими особенностями активно внедряли в свою жизнь новые способы функционирования. Если у них не было передних конечностей, они использовали предплечья, чтобы наклонить ветку с фруктами и поесть.

Интересно, что к нуждам детеныша-инвалида адаптировались и их родители. Они обеспечивали дополнительный уход, что не наблюдалось в случае здорового потомства. Более того, сородичи помогали своим родственникам с ограниченными возможностями. Например, самец японской макаки «усыновил» молодую обезьяну-сироту с физическими недостатками.

(1) Взрослый самец без кистей и с пороками развития ног;
(2) Тот же самец прыгает на двух ногах;
(3) Взрослый самец с пороками развития кистей ест картошку;
(4) Группа обезьян с ограниченными возможностями и без них занимается социальным уходом;
(5) Молодая самка с обширными пороками развития всех четырех конечностей, передвигается используя локти;
(6) Взрослая самка-инвалид ухаживает за сородичем без инвалидности, используя жесты ухода, характерные для инвалидов;
(7,8) Взрослый самец без инвалидности держит и ухаживает за младенцем-инвалидом, в то время как мать сидит рядом;
(9) Взрослая самка с сильно уродливыми руками сжимает зерно в жесте кормления, характерном для инвалидов

«Приматы находят способы изменить свое поведение — например, уникальный стиль передвижения, ношение своих детенышей, методы поиска пищи, а также индивидуальный стиль социального ухода, чтобы компенсировать свои физические недостатки», — рассказала одна из авторов работы Сара Тернер.

Еще ученые узнали, что примерно 60 процентов случаев инвалидности приматов были связаны с деятельностью человека. Обезьяны попадали в силки, предназначенные для других животных, получали увечья в результате столкновений с автомобилями, переносили инфекции, передающиеся от людей, или болели из-за воздействия загрязняющих веществ. Этот вывод оказался весьма неожиданным для исследователей, поэтому они рекомендовали уделить более пристальное внимание охране дикой природы.

Статья спизжена отсюда

Биологи поняли, зачем пчелы строят соты не шестигранной формы

Среди множества шестиугольных сот изредка появляются пяти- и семигранные. Долгое время они считались случайной ошибкой, нарушающей стройность общей структуры. Но оказалось, что такие ячейки — результат элегантного решения геометрической проблемы, связанной со «стыковкой» сот разных размеров.

Пчелы выводят потомство в шестиугольных сотах. Такая форма позволяет использовать минимум строительного материала при максимуме внутреннего объема каждой соты, при этом между ними не остается просветов. Лишь изредка встречаются соты нестандартной формы — пяти- и семигранные. Более того, это характерно и для пчел, и для некоторых ос, их родственников. Новая работа американских ученых показала, что это позволяет соединять в единой конструкции соты разных размеров, в которых созревают личинки с разной судьбой. Об этом рассказывается в статье, опубликованной в журнале PLoS Biology.

Напомним, что колонии пчел и общественных ос состоят из многочисленных стерильных рабочих особей — потомства единственной самки, матки, которая занята лишь откладыванием яиц. До определенного момента в сотах развиваются только рабочие, пока колония не достигнет нужного размера и ей не придет пора «размножиться».

Для этого необходимо вывести фертильных особей, самок и самцов, которые станут основой новой семьи. Такие особи требуют особых условий развития, они заметно крупнее рабочих, поэтому и соты им нужны побольше. Это ставит перед насекомыми необычную геометрическую проблему: соединить в рамках единой конструкции, без промежутков, шестигранные ячейки разных размеров.

Соты пчел и ос с парами ячеек нестандартной формы. Снимки ориентированы так, что более «свежие» соты находятся внизу, показывая, что пятигранная ячейка строится перед семигранной, позволяя переходить к шестигранникам больших размеров

Чтобы выяснить, как решается эта задача, Майкл Смит (Michael Smith) и его коллеги из Обернского университета (США) собрали снимки 115 колоний пяти видов пчел (Apis mellifera, A. cerana, A. dorsata, A. florea и A. andreniformis) и пяти видов общественных ос (Vespula vulgaris, V. maculifrons, V. flavopilosa, V. shidai и Metapolybia mesoamerica). С помощью машинного зрения они получили точные данные по числу и длине граней, а также количеству соседей для 22 745 отдельных сот.

Оказалось, пяти- и семиугольные соты возникают при переходе от небольших к крупным сотам. Они возводятся парами, так что общее число внешних граней остается тем же, что и у двух шестиугольных ячеек. Это позволяет легко «стыковать» такую пару с соседями, не нарушая общую структуру. Одновременно размеры граней пятиугольной соты дают возможность соединять ее с небольшими шестиугольниками, а более длинные грани семиугольной соты — перейти к более крупным шестиугольникам.

Эффективность этого решения подтвердило моделирование, проведенное математиками из Корнеллского университета на основе триангуляции Делоне. Они показали, что добавление больших шестигранников к массиву малых постепенно деформирует общую структуру: это либо приведет к возникновению просветов, либо потребует строительства дополнительных, нефункциональных ячеек. Однако введение пяти- и семигранных пар снимает эту проблему, позволяя сохранить целостность конструкции без потерь.

Статья спизжена отсюда

Занимательная биология

Мозг

ВОЗ собирается признать третий пол на официальном уровне

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) собирается обновить свое руководство по учету гендерной проблематики, чтобы объявить, что «пол не ограничивается только мужчинами или женщинами». Об этом говорится в официальном заявлении организации от 12 июля.

Там отметили, что первое издание руководства датируется 2011 годом, сейчас ВОЗ приняла решение его обновить для руководителей здравоохранения в связи с появлением новых научных данных и «концептуального прогресса в области гендера, здоровья и развития».

В новом руководстве будут обновлены «ключевые концепции, связанные с гендером», а также расширена концепция интерсекциональности, которая исследует, как «динамика гендерной власти» взаимодействует с другими иерархиями привилегий или неблагоприятных условий, что приводит к различным результатам в отношении здоровья этих людей.

Также в новом руководстве ВОЗ планирует «выйти за рамки бинарных подходов к гендеру и здоровью для признания гендерного и сексуального разнообразия или представлений о том, что гендерная идентичность существует в континууме, и пол не ограничивается мужским или женским».