Древние вирусы, встроенные в нашу ДНК, помогают включать и выключать гены, показало исследование

ДНК, доставшаяся людям от древних вирусов, играет ключевую роль во включении и выключении частей нашего генетического кода, говорится в новом исследовании.

Почти половина генома человека состоит из сегментов, называемых транспозиционными элементами (ТЭ), которые также известны как «прыгающие гены», поскольку они могут перемещаться по геному. Некоторые из этих ТЭ являются остатками древних вирусов, которые встраивались в геномы наших предков и передавались по наследству на протяжении миллионов лет.

В течение десятилетий после открытия ТЭ учёные считали, что они не служат никакой полезной цели — это «мусорная» ДНК. Однако новое исследование добавляет всё больше доказательств того, что это описание было далеко не верным.

Эти якобы спящие участки ДНК могут иметь решающее значение для регуляции экспрессии генов, особенно на ранних этапах развития, говорится в исследовании.

«Наш геном был секвенирован уже давно, но функции многих его частей остаются неизвестными, — говорит соавтор исследования Хироми Накао-Иноуэ, координатор исследований в Институте перспективных исследований биологии человека при Киотском университете. — Считается, что транспозируемые элементы играют важную роль в эволюции генома, и ожидается, что их значение будет становиться всё более ясным по мере развития исследований».

Самые тонкие в мире очки виртуальной реальности проецируют настоящие 3D-голограммы

Исследователи из Стэнфордского университета и Meta Reality Labs создали новый дисплей смешанной реальности размером с обычные очки. Он обеспечивает настоящее голографическое изображение в форм-факторе толщиной всего 3 миллиметра.

«Голография предоставляет возможности, которые мы не можем получить ни с одним другим типом дисплея, в корпусе, который намного меньше, чем всё, что есть на рынке сегодня», — говорит Гордон Ветцштейн, профессор электротехники в Стэнфорде.

Эта работа знаменует собой значительный шаг на пути к созданию реалистичных виртуальных впечатлений, которые будут легко вписываться в повседневную жизнь.

В отличие от современных систем виртуальной реальности, которые моделируют глубину с помощью плоских стереоскопических изображений, разработанный командой дисплей воссоздаёт всё световое поле.

Он использует изготовленный на заказ волновод и пространственный модулятор света для проецирования голограмм полного разрешения прямо в глаза пользователя, создавая визуальные образы, которые выглядят и ощущаются как настоящие.

Чтобы решить проблемы, связанные с ограничениями нынешнего дисплейного оборудования, команда Ветцштейна добавила систему калибровки, управляемую искусственным интеллектом, которая повышает чёткость изображения и улучшает 3D-реализм.

Система также решает основную задачу голографической оптики, которая заключается в поддержании широкого поля зрения и большой площади глазного яблока одновременно.

«Глаз может перемещаться по всему изображению без потери фокуса и качества изображения, — говорит Ветцштейн. — Это ключ к реалистичности и погружению в систему».

Благодаря этому пользователи могут смотреть по сторонам, не отвлекаясь от работы.

Учёные создали светящиеся искусственные клетки, которые пульсируют в соответствии с 24-часовыми биологическими часами

Исследователи из Калифорнийского университета в Мерседесе создали крошечные искусственные везикулы, которые пульсируют с постоянным 24-часовым ритмом, что отражает циркадные ритмы, регулирующие сон, метаболизм и другие важные процессы в живых организмах.

Результаты работы команды показывают, что биологические часы могут оставаться удивительно стабильными даже в шумной, колеблющейся среде внутри клеток.

Исследование проводилось под руководством профессора биоинженерии Ананда Бала Субраманиама и профессора химии и биохимии Энди ЛиВанга, а первым автором стал аспирант Александр Чжан Ту Ли.

Чтобы понять, что обеспечивает такую точность биологических часов, команда воссоздала часовой механизм цианобактерий внутри упрощённых, похожих на клетки везикул. Один из основных белков был помечен флуоресцентным маркером, что заставило искусственные клетки светиться в соответствии с суточным ритмом.

Команда обнаружила, что свечение сохраняется в течение как минимум четырёх дней, но только при определённых условиях.

Когда везикулы становились меньше или количество часовых белков в них уменьшалось, ритм нарушался. Важно отметить, что этот сбой происходил по воспроизводимой схеме, что даёт возможность понять, что обеспечивает бесперебойную работу циркадных систем отсчёта времени.

Для более глубокого изучения вопроса исследователи построили вычислительную модель, которая выстраивала поведение искусственных часов в различных условиях. Модель показала, что стабильность часов повышается при увеличении концентрации белков, что позволяет предположить, почему организмы могут запасаться большим количеством этих молекул для надёжного поддержания времени.

«Это исследование показывает, что мы можем изучить и понять основные принципы биологического хронометража с помощью упрощённых синтетических систем», — говорит Субраманиам.

Исследование показывает изменения в «нейронном шуме» мозга с детства до зрелого возраста

Апериодические наклоны в сенсомоторной (оранжевый) и ассоциативной (лиловый) коре уплощаются в возрасте от 5 до 25 лет и затем становятся более крутыми. Обратите внимание, что уплощение более выражено в сенсомоторной, чем в ассоциативной коре в подростковом и молодом зрелом возрасте (серая штриховка). Что касается различий в апериодической активности в состоянии внимания (т.е. в зависимости от задачи и без неё), то в ПФК у детей склоны без задачи (пунктирный красный) круче (т.е. меньше нейронного шума), чем склоны с задачей (сплошной красный), а у взрослых наблюдается обратная картина. Эффекты меняются на противоположные в возрасте ~18-20 лет, что, вероятно, отражает развитие контроля

Уже более века неврологи и психологи пытаются понять нейрофизиологические механизмы, лежащие в основе развития человеческого мозга от рождения до поздней взрослой жизни. Хотя прошлые исследования пролили свет на некоторые из этих механизмов, ряд аспектов созревания мозга остаётся малоизученным.

Учёные из Северо-Западного университета и других институтов провели исследование, целью которого было пролить свет на то, как изменяются и развиваются сигналы мозга, не подчиняющиеся ритмическим закономерностям, которые принято называть апериодической активностью, на протяжении всей жизни человека.

Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Human Behaviour, позволяют по-новому взглянуть на нейронный механизм, поддерживающий созревание процессов внимания и памяти в подростковом возрасте.

«Понимание того, как мозг развивается с детства и до взрослой жизни, имеет центральное значение для понимания здоровых возрастных и связанных с болезнями изменений внимания, памяти и обучения на протяжении всей жизни, — сказал Medical Xpress доктор Захария Р. Кросс, первый автор статьи. — Большая часть того, что мы знаем, получена в результате исследований с использованием МРТ или скальп-ЭЭГ на небольших выборках, часто с ограниченным возрастным диапазоном. Наша команда стремилась использовать более комплексный подход».

В рамках своего исследования учёные следили за мозговой активностью участников с помощью методики, известной как внутричерепная электроэнцефалография, которая предполагает вживление электродов в мозг для непосредственного отслеживания электрической активности в мозге с высоким разрешением.

ИЭЭГ используется не так часто, как скальповая ЭЭГ или функциональная магнитно-резонансная томография, поскольку требует привлечения участников исследования, которым уже были имплантированы электроды для лечения эпилепсии или других неврологических заболеваний. Кросс и его коллеги проанализировали записи электроэнцефалограммы, собранные у большой группы детей и взрослых в возрасте от пяти до 54 лет.

«Это позволило нам проследить, как специфическая форма активности мозга, известная как апериодическая активность — повсеместно распространённый, но часто игнорируемый показатель, который, как считается, отражает „нейронный шум“, — меняется с возрастом и связана с памятью и структурой мозга», — говорит Кросс.

Воспоминания не статичны в мозге — они «дрейфуют» со временем

Воспоминания о местах «дрейфуют» по мозгу — с течением времени их хранят разные наборы нейронов, говорится в новом исследовании, проведённом на мышах.

Исторически сложилось так, что неврологи считали, что воспоминания о местах и особенностях нашего непосредственного окружения кодируются особыми «клетками места». Эти клетки, расположенные в ключевом центре памяти под названием гиппокамп, активируются, когда млекопитающее входит в конкретную среду, которой они соответствуют — скажем, в дверь дома или к водопаду на туристической тропе. Считалось, что активация этих клеток места действует как своего рода карта в мозге, кодируя долговременные воспоминания о конкретных местах, а также обеспечивая навигацию.

«Ещё в 1960-х и 1970-х годах мы считали, что [пространственные] воспоминания кодируются определёнными нейронами в мозге, — говорит старший автор исследования Дэниел Домбек, профессор и главный исследователь нейробиологии в Северо-Западном университете. — Так считалось, наверное, 30-40 лет — примерно до 10 лет назад».

В 2013 году в журнале Nature Neuroscience появилась статья, вызвавшая споры и «взорвавшая всем мозг». В исследовании использовались новые методы исследования клеток в гиппокампе мышей, в результате чего выяснилось, что представления мозга о местах не столь последовательны, как считалось ранее. Некоторые клетки постоянно активизировались, когда мышей снова и снова возвращали в лабиринт, но в целом группа активных нейронов колебалась. Вместо того чтобы быть статичной «ментальной картой», эти пространственные представления менялись в течение нескольких недель эксперимента.

Это явление получило название «дрейф репрезентаций гиппокампа», но идея встретила определённый отпор. Некоторые учёные задавались вопросом, не связаны ли сдвиги в активности мозга с изменениями в окружающей среде — возможно, запахи или звуки в лабиринте отличались в разных раундах эксперимента, или грызуны проходили лабиринт медленнее или быстрее в определённом раунде.

В своём новом исследовании, опубликованном в журнале Nature, Домбек и его команда решили контролировать эти непокорные переменные и сделали это с помощью виртуальной реальности и крошечной беговой дорожки.

В каждом раунде эксперимента мышей помещали на беговую дорожку, окружённую экранами. Подобно контроллеру в видеоигре, беговая дорожка служила для мышей проводником в виртуальный лабиринт, который каждый раз был абсолютно одинаковым. Таким образом, команда могла напрямую сравнивать испытания, в которых мыши бежали с одинаковой скоростью, что исключало вариативность.

Кроме того, на нос каждого грызуна надевали колбочку, чтобы вдыхать один и тот же запах во время каждого раунда, а для нормализации слухового восприятия на заднем плане воспроизводился белый шум.

Пока мыши перемещались по виртуальному лабиринту, исследователи следили за активностью клеток гиппокампа в режиме реального времени. Для этого они открыли физическое окно в мозг и ввели вещество, которое светилось при активации его клеток. Затем они могли наблюдать за этим свечением под микроскопом. Такая установка не ограничивает продолжительность жизни лабораторных мышей, поэтому эксперимент можно проводить снова и снова на протяжении всего исследования, отметил Домбек.

Контролируя среду настолько жёстко, «я был уверен, что мы уменьшим этот репрезентативный дрейф, — сказал он в интервью Live Science. — Я был уверен, что память будет выглядеть более стабильной в течение нескольких дней — и это не то, что мы обнаружили».

Команда заметила, что лишь небольшое подмножество клеток — около 5-10 % от общего числа зарегистрированных — вело себя как обычные клетки места, «загораясь» последовательно в каждом раунде. Эти стабильные клетки были также наиболее возбудимыми, то есть они с большей вероятностью срабатывали в ответ на стимул. По уровню их возбудимости команда могла предсказать, какие клетки с наименьшей вероятностью будут дрейфовать. В то же время менее возбудимые клетки были гораздо более склонны к дрейфу.

Дайджест новостей из мира науки за прошедшую неделю