Ковид и спящие вирусы, неандертальские гены, замерзающая атмосфера Плутона

«Троянский конь»: коронавирус будит спящие вирусы в организме

Тяжелая форма COVID-19 способна разбудить целый сонм дремлющих вирусов, которые десятилетиями тихо живут внутри нас. К такому выводу пришли авторы масштабного исследования, проведенного в Техасском университете в Остине (США). Они проанализировали данные более тысячи пациентов, госпитализированных с коронавирусом в 2020–2021 годах. Результат оказался ошеломляющим: почти у половины участников исследования реактивировались вирусы, которые до этого мирно «дремали» в их клетках.

Речь не об экзотических инфекциях, а о старых знакомых. Вирус Эпштейна — Барр, которым заражено более 90% взрослого населения планеты. Цитомегаловирус. Вирусы простого герпеса. А еще загадочные анеловирусы, которые до недавнего времени считались совершенно безвредными «пассажирами» нашего организма. Оказалось, что не так-то они просты.

Исследователи заметили любопытную закономерность: пробуждение происходит не хаотично, а по строгому расписанию. Вирус Эпштейна-Барр и анеловирусы атакуют в первую очередь — их пик активности приходится на первые дни после госпитализации. А вот цитомегаловирус и герпес проявляют себя примерно через три недели, выбирая своей мишенью дыхательную систему. Пациенты с «проснувшимися» вирусами демонстрировали значительно более высокий уровень воспаления в организме, повышенную активность иммунных клеток и серьезные клеточные повреждения по сравнению с теми, у кого вирусы оставались в спячке.

Но самое важное открытие — в том, что реактивация происходит даже у людей с абсолютно здоровой иммунной системой. Раньше считалось, что такое возможно только у пациентов с ВИЧ или у тех, кто принимает иммуносупрессивные препараты. Новое исследование переворачивает это представление с ног на голову. Ученые считают, что это связано с колоссальным стрессом, который наносит иммунитету COVID-19. Он запускает цепную реакцию, а проснувшиеся вирусы, в свою очередь, многократно усиливают воспаление, начатое коронавирусом.

Исследование также подтверждает давнюю теорию о том, что латентные вирусы — отнюдь не пассивные наблюдатели. Например, вирус Эпштейна — Барр уже давно подозревают в причастности к развитию аутоиммунных заболеваний — рассеянного склероза и системной красной волчанки. Теперь этот список может пополнить и затяжной COVID.

Неандертальское генетическое наследство делает нас выше и сильнее

В протоистории человечества сапиенсы вовсю скрещивались с неандертальцами — и последствия этих союзов до сих пор проявляются в наших генах. Неандертальцы, населявшие Европу и Западную Азию примерно с 300 000 до 40 000 лет назад, оставили в нашем геноме 1—4% ДНК. Новое исследование показало: два гена, унаследованных от вымерших родственников, до сих пор влияют на телосложение современных людей, делая носителей выше и мускулистее.

Судя по ископаемым останкам этих людей, они были более мощными и массивными, чем мы: у них была более широкая грудная клетка, тяжелые кости, развитая мускулатура. Это были своего рода бодибилдеры среди остальных Homo.

Исследовательская группа решила изучить в сохранившихся образцах неандертальского генома рецептор гормона роста — ключевого белка, который регулирует развитие костей и мышц. Ученые идентифицировали два уникальных аминокислотных изменения, характерных именно для этого рецептора у древних людей. Эти изменения, как выяснилось, попали в популяции современных людей в результате скрещивания примерно 47 000 лет назад. Сегодня их распространенность сильно варьируется: этот вариант носят 20% населения Южной Азии и 15% населения Восточной Азии. Среди европейцев он встречается лишь у 0,5%, а у жителей Африки к югу от Сахары отсутствует полностью (что объясняется тем, что их предки с неандертальцами не встречались).

Чтобы проверить, действительно ли древние изменения влияют на работу рецептора, ученые провели эксперимент на мышиных клетках. Они сконструировали клетки так, чтобы те производили либо неандертальскую версию рецептора, либо современную. Результат оказался впечатляющим: клетки с «неандертальским» рецептором размножались на 39% активнее за пять дней по сравнению с теми, что несли современный вариант. Но лабораторные данные — лишь половина истории.

Исследователи также проанализировали медицинские и генетические данные более 1,1 миллиона взрослых людей из пяти биобанков. Выяснилось, что носители древнего варианта в среднем выше на 0,3 сантиметра. Кроме того, у них на 0,25 килограмма больше мышечной массы.

Более того, оказалось, что неандертальское наследие проявляется не только в телосложении, но и в особенностях строения лица. У носителей неандертальского варианта, как правило, короче ветвь нижней челюсти, выше вероятность неправильного прикуса и короче корни зубов по сравнению с теми, у кого этого варианта нет.

Атмосфера Плутона замерзает

Плутон преподнес астрономам очередной сюрприз. После десятилетий необъяснимого роста плотности его атмосфера начала замерзать и оседать на поверхность. К такому выводу пришла международная группа исследователей, проанализировав данные наблюдений с 2017 по 2023 год. Да, у Плутона есть атмосфера, она в тысячи раз разреженнее земной и состоит в основном из азота. Ее давление измеряется в микробарах, и ее наличие и состав связаны с тем, что происходит на поверхности. Когда азотный лед нагревается, он испаряется, а когда остывает — снова оседает инеем.

У Плутона вытянутая орбита, а ось вращения сильно наклонена. Поэтому сезонные изменения его атмосферы совсем не похожи на земные. Да и год на Плутоне длится 248 земных лет — очень уж далеко он находится от Солнца. Когда в 1989 году планета прошла ближайшую к Солнцу точку своей орбиты (перигелий), ученые ожидали, что атмосфера начнет сжиматься. Однако вопреки прогнозам она продолжала уплотняться еще несколько десятилетий. С 2015 по 2021 год атмосферное давление на планете оставалось почти неизменным, а потом стало снижаться. На высоте около 1275 километров давление снизилось на 7%. Это означает, что частицы атмосферы оседают на поверхность.

Несмотря на начало замерзания, говорить о скором исчезновении атмосферы Плутона не приходится. Запасы азотного льда и высокая теплоемкость подповерхностных слоев будут поддерживать газовую оболочку еще долгое время.

Редкая мутация защищает от диабета и болезней сердца, увеличивая мышечную массу

Всего один ген — и человек становится стройнее, мускулистее и защищен от целого букета смертельно опасных заболеваний. Международная группа ученых обнаружила редкие мутации в гене FNIP1, которые дают его носителям преимущество перед остальным человечеством. Проблема в том, что таких счастливчиков исчезающе мало — лишь один из семи тысяч человек.

Масштабное исследование, опубликованное в журнале Nature, проанализировало геномы более миллиона человек с трех континентов. И выяснилось, что у носителей определенных вариантов гена FNIP1 риск кардиометаболических заболеваний (диабет 2-го типа, болезни сердца, инсульт и некоторые формы заболеваний печени) оказался в среднем на 60% ниже. Кроме того, у них больше мышечной массы, ниже уровень жира на животе и сахара в крови.

Ген FNIP1 участвует в клеточном метаболизме и помогает клеткам реагировать на присутствие питательных веществ. У носителей полезных мутаций одна из двух копий этого гена фактически отключена. И этого оказалось достаточно, чтобы метаболизм перестроился на более здоровый режим.

Возникает закономерный вопрос: если этот ген в обычном состоянии повышает риск болезней, почему эволюция его сохранила в таком виде? Ученые объясняют это историческим контекстом. Тысячелетиями люди жили в условиях нехватки калорий. Ген FNIP1 работал как метаболический тормоз, помогая организму запасать энергию впрок. «Не сжигай слишком много жира, ты можешь остаться без запасов», — такой сигнал он посылал телу. Но времена изменились. Мы живем в мире избытка калорий, а наши геномы почти не изменились — и поэтому тело продолжает усиленно запасать ресурсы на случай голодного времени.

Полезные мутации, найденные исследователями, снимают этот эволюционный тормоз, заставляя организм активнее сжигать жир. Примечательно, что носители мутаций не весят меньше остальных — вероятно, они просто компенсируют повышенный расход энергии дополнительной едой.

Пока что препаратов, имитирующих эффект «счастливой» мутации, не существует. Но исследователи надеются, что их работа проложит путь к созданию лекарств, которые однажды помогут тем, кому не повезло с генетикой.

Нейросеть создала искусственный вирус, способный убивать бактерии

Большая языковая модель впервые спроектировала рабочие геномы вирусов, которые успешно атакуют и уничтожают кишечную палочку. Это достижение открывает эру персонализированной терапии по созданию фагов, способных бороться с инфекциями, неподвластными антибиотикам.

Хотя редактирование ДНК давно стало рутинной процедурой, проектирование полноценных геномов оставалось серьезным вызовом. Геном — это не простая последовательность нуклеотидов, а сложноорганизованная трехмерная структура, где каждый элемент влияет на работу других. До сих пор ученые могли лишь вносить правки в существующие цепи ДНК, используя инструменты генного редактирования. В последние годы языковые нейросети начали применять для дизайна отдельных белков. Теперь исследователи поставили перед алгоритмом гораздо более сложную задачу: написать генетический код целого организма.

Объектом эксперимента стал бактериофаг X174, который поражает кишечную палочку. Для работы ученые использовали языковые модели Evo 1 и Evo 2. Сначала алгоритмы обучили на огромной базе данных, содержащей геномы двух миллионов природных бактериофагов. Затем нейросетям задали жесткие параметры: создаваемый вирус должен быть заданной длины, сохранять базовую архитектуру X174 и сохранять способность связываться с рецепторами на поверхности кишечной палочки.

Из тысяч сгенерированных вариантов исследователи отобрали 302 наиболее перспективных генома. Эти последовательности были химически синтезированы и введены в клетки E. coli. Результат превзошел ожидания: 16 из 302 искусственных вирусов оказались полностью жизнеспособными. Они успешно собирались внутри бактерий, размножались и уничтожали клетки-хозяева. Учитывая, что даже замена одного гена часто делает вирус нежизнеспособным, создание 16 рабочих организмов с совершенно новым, не встречавшимся в природе генетическим кодом стало для научного сообщества настоящей сенсацией.

Детальный анализ показал, что созданные нейросетью фаги отличаются от своего природного прототипа сотнями мутаций. Но самое интересное — некоторые искусственные вирусы оказались агрессивнее исходного X174. Они быстрее размножались и эффективнее уничтожали бактериальные колонии. В финальной части эксперимента ученые вырастили три штамма кишечной палочки, устойчивых к природному вирусу. Обычный бактериофаг был бессилен против них. Однако «коктейль» из сгенерированных нейросетью вирусов сумел прорвать бактериальную защиту. Искусственные фаги обменивались генами и адаптировались, и уже через несколько циклов они научились взламывать иммунитет устойчивых штаммов.

Это исследование впервые доказало, что нейросети способны усваивать сложные эволюционные закономерности и генерировать рабочие геномы. Создание вирусов, которые превосходят природные аналоги в борьбе с бактериальной защитой, имеет колоссальное значение для медицины. В будущем этот подход может быть использован для оперативного создания фаговых коктейлей, предназначенных для конкретных пациентов. Речь идет о тех случаях, когда тяжелые инфекции уже не поддаются лечению традиционными антибиотиками. Персонализированные вирусы, спроектированные нейросетью, могут стать последним рубежом обороны в борьбе с супербактериями.