У бактерий нашли тысячи новых систем противовирусного иммунитета
Биоинженеры из MIT обнаружили гены, которые спасают бактерии от вирусов, но структурно не похожи на известные аналоги. Всего удалось найти свыше 5000 потенциальных кандидатов. Лабораторные тесты подтвердили работу 42 новых систем, что значительно расширило список известных механизмов клеточной защиты.
Бактерии непрерывно адаптируются, чтобы противостоять бактериофагам (вирусам). Их иммунные механизмы, такие как система CRISPR-Cas или ферменты рестрикции, обладают высокой молекулярной специфичностью. Раньше биологи искали новые защитные гены вручную, проверяя участки ДНК рядом с уже изученными элементами в так называемых «островках защиты». Этот метод оставлял незамеченными одиночные гены и системы на мобильных участках генома (плазмидах). В результате огромная часть потенциальных защитных систем оставалась скрытой от науки.
Авторы исследования, опубликованного в журнале Science, автоматизировали поиск. Они создали модель машинного обучения DefensePredictor. В ее основу легла белковая языковая модель ESM2. Она анализирует цепочки аминокислот подобно тому, как текстовые нейросети обрабатывают слова. Алгоритм обучили на базе из 17 тысяч геномов прокариот: ему предоставили 15 тысяч известных защитных белков и 186 тысяч обычных, чтобы программа научилась находить скрытые структурные закономерности.
Кроме самой структуры белка, программа считывала 119 геномных параметров: длину гена, расстояние до соседей и соотношение нуклеотидов. Обученную нейросеть запустили на данных 69 штаммов кишечной палочки (Escherichia coli). Программа выделила сотни потенциальных иммунных белков.
Чтобы проверить точность предсказаний, биологи отобрали 94 системы, которые слабо или совсем не напоминали известные защитные механизмы. Ученые синтезировали эти гены, внедрили их в уязвимый штамм кишечной палочки и попытались заразить бактерии панелью из 24 различных вирусов.
Лабораторные тесты подтвердили эффективность алгоритма: 42 из 94 предсказанных систем (45%) успешно защитили бактерии от фагов. Биологи идентифицировали 15 белковых доменов, которые наука никогда ранее не связывала с иммунитетом (например, металлофосфатазы и HAD-подобные фосфатазы). Выяснилось, что почти половина новых защитных генов работает вне классических «островков защиты», часто находясь в мобильных генетических элементах (например, в плазмидах).
Одна из найденных систем (DS-8) содержит фрагмент, родственный человеческому белку SMPDL3A. У людей этот фермент участвует во врожденном иммунном ответе, что указывает на глубокие эволюционные связи между защитой бактерий и человека. Другая система действует по принципу «токсин-антитоксин»: когда вирус проникает в клетку, эта система запускает механизм быстрого самоуничтожения, не давая фагу размножиться и тем самым спасая остальную колонию.
Когда авторы применили модель к тысяче случайных геномов других микроорганизмов, алгоритм нашел более 5200 новых потенциальных систем защиты. Из них свыше 3000 не имеют никаких структурных совпадений с изученными ранее белками.
Алгоритм показал, что бактерии обладают колоссальным и структурно разнообразным арсеналом защиты от вирусов. Дальнейшее изучение найденных систем поможет детализировать картину непрерывной гонки вооружений между вирусами и микроорганизмами, а также проследить эволюцию иммунитета от прокариот до высших животных.
Telegram 
Дзен 
VK Если достаточно развитая цивилизация может отправлять к звездам не колонистов, а крошечные автономные зонды с ИИ, роботами и архивами знаний, то молчание Вселенной становится еще более странным. Возможно, развитые цивилизации не строят космические империи и не окружают звезды мегаструктурами, а расселяются по Галактике тихо — с помощью малозаметных автоматических систем.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Интриги и тайные свидания — прерогатива не только людей. В мире дикой природы тоже случаются драмы, и одна из них развернулась в лесах Северной Америки. Маленькие серые птицы, известные в науке как гаички Гамбела, долгое время считались образцом супружеской верности, но на деле оказались хитрыми стратегами. Они заводят потомство не только от постоянного партнера, но и от самца-соседа с определенным набором качеств. Авторы нового исследования попытались выяснить, что толкает самок на измену и как это влияет на выживание всего вида.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии