10 неймовірних наукових відкриттів 2020 року за версією журналу Nature

Цей матеріал є перекладом статті з сайту одного з найавторитетніших наукових журналів у світі Nature "Viruses, microscopy and fast radio bursts: 10 remarkable discoveries from 2020"

Віруси, мікроскопія та швидкі радіо сплески: 10 чудових відкриттів з 2020 року

Порушення симетрії матерія – антиматерія

Колаборація T2K повідомляє про можливе знайдене порушення дзеркальної симетрії частинок-античастинок (також відому як CP симетрія) частинками з лептонної групи. Лептонне порушення СР можна віднайти за допомогою нейтрино. Нейтрино мають три «аромати», що визначаються пов’язаним із ними зарядженим лептоном (електроном, мюоном або таучастинкою) і можуть змінюватися від одного аромату до іншого під час подорожі. Якщо CP-симетрія зберігається, ймовірність осциляцій для перетворення мюонного нейтрино в електронне нейтрино буде такою ж, як у перетворення мюонного антинейтрино в електронне антинейтрино. В експерименті T2K нейтрино (або антинейтрино), які пройшли 295 кілометрів крізь Землю, виявляються підземним детектором в обсерваторії Каміока в Японії (на фото). Експеримент вимірює ймовірність осциляцій перетворення мюонного нейтрино в електронне. Результати з 95% вірогідністю виключають збереження CP і можуть бути першими ознаками походження асиметрії матерія-антиматерія у нашому Всесвіті. Оригінальне дослідження: Nature 580, 339–344 (2020).

Відновлення озонового шару зупиняє зсув струменевого потоку

Відкриття діри у весняному атмосферному озоновому шарі над Антарктикою в середині 80-х років виявило загрозу, спричинену штучними речовинами, що руйнують озоновий шар (ozone-depleting substances - ODSs). Антарктична озонова діра, яка знаходиться на висоті близько 10–20 кілометрів, також вплинула на циркуляцію атмосфери аж до поверхні в Південній півкулі - найголовніше, перемістивши літній струменевий потік в напрямку полюсу. Виробництво та використання ODSs було заборонене Монреальським протоколом 1987 року та наступними поправками до нього. Таким чином, концентрація ОРВ в атмосфері зменшується, і з’явилися перші ознаки відновлення озонового шару. Banerjee та ін. повідомляють, що пов'язані з діркою ефекти припинилися з початком відновлення озону. Про зупинку таких ефектів повідомлялося і раніше, але Banerjee та його колеги першими офіційно віднесли це до наслідків Монреальського протоколу. Оригінальне дослідження: Nature 579, 544–548 (2020).

На елітному доісторичному ірландському похованні виявлено інцест

Cassidy та ін. вивчав соціальні структури фермерських громад, концентруючи увагу на людях, похованих у прохідних гробницях. Найвідоміша ірландська прохідна могила - величезний пам'ятник у Ньюгранжі (на фото). Він був побудований з використанням складної інженерної думки, щоб гарантувати, що в кінці довгого, обкладеного каменем проходу, похоронна камера буде освітлена променями світанкового Сонця в найкоротший день року. Знайдена там древня ДНК із виявлених людських останків виявляє рідкісні та несподівані випадки інцесту. Чоловік, похований у камері Ньюгранжа близько 5000 років тому, був нащадком кровозмішного союзу першого ступеня: його батьки були або братами і сестрами, або батьками та дитиною. Ця знахідка змусила команду припустити, що еліта, пов'язана з цим чудовим пам'ятником, практикувала інцест як спосіб збереження династичної кровної лінії. Оригінальні дослідження: Nature 582, 384–388 (2020).

Незабаром супутники зможуть нанести на мапу кожне дерево на Землі

Brandt та ін. повідомляють про свій аналіз супутникових знімків із високою роздільною здатністю, що охоплюють понад 1,3 мільйона квадратних кілометрів західної Сахари та регіону Сахель Західної Африки. Автори нанесли на карту розміщення та розмір близько 1,8 мільярда окремих крон дерев; ніколи раніше дерева не картографувались на такому рівні деталізації на такій великій площі. Комерційні супутники почали збирати дані, здатні захоплювати наземні об'єкти розміром один квадратний метр або менше. Це ставить сферу дистанційного зондування Землі на порозі фундаментального прориву: від фокусування на сукупних вимірах в масштабі ладшафту до потенційної можливості відобразити місця розташування та розміру крони кожного дерева у великих регіональних або глобальних масштабах. Цей прогрес, безсумнівно, призведе до фундаментальних змін у тому, як ми осмислюємо, контролюємо, моделюємо та управляємо глобальними наземними екосистемами. Оригінальні дослідження: Nature 587, 78–82 (2020).

Латентний ВІЛ отримує шок

ВІЛ може ховатися у «прихованій» формі у клітинах-резервуарах вірусу, піддаючись незначній або взагалі не піддаючись транскрипції, і таким чином залишаючись не виявленим імунною системою. Методи лікування „Шок і вбивство” мають на меті змінити цю латентність і збільшити експресію вірусного гена (шок), роблячи клітини-резервуари вірусу вразливими до елімінації (вбивства) імунною системою. Дві групи описують втручання на тваринних моделях, яке викликає, мабуть, найсильніший та відтворюваний шок, про який повідомлялося на сьогодні. Nixon та його колеги використовували препарат під назвою AZD5582, який може активувати фактор транскрипції NF-κB - головний стимулятор експресії гена HIV-1. McBrien зі співавторами поєднав два імунологічні втручання - опосередковане антитілами виснаження CD8 + Т-клітин (імунні клітини, що знижують рівень вірусної транскрипції) та лікування препаратом N-803, який активує транскрипцію HIV-1.Окрім досягнень, що демонструють дослідження, вони демонструють концептуальні та технічні проблеми, пов'язані із фармакологічною зміною затримки. Оригінальні дослідження: Nature 578, 154–159 (2020); Nature 578, 160–165 (2020).

Розробка прискіпливого пожирача

Муха Drosophila sechellia харчується виключно отруйним плодом ноні (Morinda citrifolia). Що робить цей вид таким прискіпливим пожирачем порівняно зі своїми родичами-універсалами? Auer та ін. зламав систему за допомогою інструмента для редагування геному CRISPR – Cas9. Один клас сенсорного нейрона, який експресує білок рецептора одоранту 22a (Or22a), є більш поширеним у D. sechellia, ніж у інших видів мух - група показала, що невеликі зміни в амінокислотній послідовності Or22a сприяли пристрасності D. sechellia до ноні. Вони також ідентифікували кілька інших еволюційних змін, які могли б сприяти цьому, очевидно, простому поведінковому зсуву. Навіть крихітні мухи, які люблять смердючий плід, можуть дати потужне розуміння того, як мозок еволюціонує, формуючи складну поведінку. Оригінальні дослідження: Nature 579, 402–408 (2020).

Швидкі радіосплески у нашій власній Галактиці

Три статті, опубліковані в Nature, повідомляють про виявлення явища, яке називається швидким радіосплеском (fast radio burst - FRB), що надходить від джерела в нашій Галактиці. Цікаво, що FRB супроводжувався сплеском рентгенівського випромінювання. Відкриття було зроблено та розтлумачене шляхом об'єднання спостережень з безлічі космічних та наземних телескопів. Назва «швидкі радіосплески» - це хороший опис того, що вони собою являють: яскраві сплески радіохвиль із тривалістю приблизно в мілісекунди. Вперше виявлені у 2007 році, їх нетривалий характер робить особливо складним виявити їх та визначити їхнє положення на небі. Цей FRB є першим, для якого були виявлені відмінні від радіохвиль випромінювання, перший виявлений в Чумацькому Шляху і перший, пов’язаний із зоряним залишком, який називається магнітаром, що підтверджує, що магнітари можуть спричиняти FRB. Оригінальні дослідження: Nature 587, 54–58 (2020); Nature 587, 59–62 (2020); Nature 587, 63–65 (2020).

Кріоелектронна мікроскопія сягнула атомної роздільної здатності

Фундаментальним принципом структурної біології є те, що, як тільки дослідники зможуть безпосередньо детально спостерігати макромолекули, стане можливим розуміти, як їхні тривимірні структури передають їхні біологічні функції. Yip та ін. і Nakane та ін. в Nature повідомляють про найбільш чіткі зображення, отримані за допомогою методу, названого одночастинковою кріоелектронною мікроскопією (cryo-EM), що дозволяє вперше визначити розташування окремих атомів у білку. Кожна команда використовувала апаратне забезпечення, яке вирішувало різні аспекти кріо-ЕМ-зображень, які раніше обмежували досяжну роздільну здатність. За допомогою цих технологій збільшення співвідношення сигнал / шум кріо-ЕМ-зображень розширить застосовність техніки. Можливо, поєднання цих технологій дозволить розрізнити кріо-електромагнітні структури з роздільною здатністю, що перевищує навіть один Ангстрем - досягнення, яке колись могло здаватися неможливим. Оригінальні дослідження: Nature 587, 157–161 (2020); Nature 587, 152–156 (2020).

Дефіцит інтерферону може призвести до серйозного перебігу COVID

Zhang та ін. та Bastard та ін. пролити світло на ключовий фактор, що впливає на розвиток небезпечного для життя COVID-19. Дослідження свідчать про дефіцит білків інтерферону, зокрема, інтерферонів типу I (IFN-I). Такі нестачі можуть виникнути через успадковані мутації в генах, що кодують ключові антивірусні сигнальні молекули, або в результаті розвитку антитіл, які зв'язуються з IFN-I та їх "нейтралізують". Як дефектна реакція IFN-I призводить до небезпечного для життя COVID-19? Найбільш пряме пояснення полягає в тому, що дефіцит IFN-I призводить до неконтрольованої реплікації та поширення вірусу. Однак дефіцит IFN-I може також мати інші наслідки для функції імунної системи. Особи з генетичними мутаціями у шляху індукції IFN-I отримали б користь від терапії, яка забезпечує інтерферон. Крім того, люди, які мають нейтралізуючі антитіла до IFN-α та IFN-ω, можуть отримати користь від терапії, яка забезпечує інші типи інтерферону, такі як IFN-β та IFN-λ. Оригінальні дослідження: Science 370, eabd4570 (2020); Science 370, eabd4585 (2020).

"Бийся або тікай" роблять волосся білим

Відносний внесок стресу в посивіння волосся невідомий. Колір волосся визначається клітинами, званими меланоцитами, які походять від стовбурових клітин меланоцитів (MeSCs), розташованих в частині волосяного фолікула, яка називається опуклістю. Zhang та ін. повідомляють, що норадреналін - молекула нейромедіатора, яка бере участь у реакції „бийся або тікай” на стрес - виділяється з нейронів симпатичної нервової системи, що іннервують опуклість. Проліферація та диференціація MeSC помітно зростають під впливом екстремального стресу або під впливом високого рівня норадреналіну, що призводить до масової міграції меланоцитів від опуклості та не лишає стовбурових клітин, які їх замінюють, що спричиняє посивіння. Окрім розробки методів лікування сивини, робота Zhang та його колег обіцяє забезпечити краще розуміння того, як стрес впливає на інші скупчення стовбурових клітин та їхні ніші. Оригінальне дослідження: Nature 577, 676–681 (2020).

Nature 588, 596-598 (2020)

doi: https://doi.org/10.1038/d41586-020-03514-8