Американские биологи научили компьютер автоматически определять типы щелчков, которые используют для эхолокации некоторые виды морских млекопитающих. Для этого они проанализировали более 50 миллионов сигналов, записанных в районе Мексиканского залива. Алгоритм классификации сигналов подробно описан в статье, опубликованной в журналу PLOS Computational Biology.
Представители семейства дельфиновых используют высокочастотные эхолокационные звуки (щелчки) во время путешествий, охоты или для социализации. Обычно при анализе таких звуков их классифицируют вручную путем анализа спектрограммы сигналов, записанных при помощи подводных акустических сенсоров. Обычно количество звуков, записанное сенсорами, огромно, и такая классификация нуждается в автоматизации.
Группа биологов под руководством Джона Хилдбранда (John A. Hildebrand) из Института океанологии Скриппс (Сан-Диего, Калифорния) проанализировали сигналы, записанные в течение двух лет в трех различных точках в районе Мексиканского залива. Всего в этом районе обитает 13 видов млекопитающих, принадлежащих семейству дельфиновых, среди которых серый дельфин (Grampus griseus), длиннорылый продельфин (Stenella longirostris) и косатка (Orcinus orca). Собрав данные, ученые проанализировали их с помощью разведочного анализа данных, классифицировав их по схожести в частоте и промежутке между щелчками. Так, им удалось определить семь типов звуков:
Использовав полученную систему классификации, ученые также смогли определить территориальное распространение каждого типа сигналов из обучающей выборки. Так, например, сигналы типа C были обнаружены только на глубоководье, а сигналы типа F составляли около половины (47 процентов) выборки и были зафиксированы на всех пяти изученных территориях. Кроме того, на основе ранее
работы ученым удалось отнести сигналы типа B к одному определенному виду дельфиновых — серому дельфину (
). Что касается остальных видов сигналов, то их принадлежность еще предстоит выяснить.
Авторы работы отмечают, что такая автоматическая классификация может во многом облегчить работу океанологов по мониторингу морских млекопитающих.
Способность к эхолокации также присутствует у незрячих людей, однако достоверно ее существование подтвердили только недавно: сейчас ученые работают над изучением подробной классификации производимых звуков.
Елизавета Ивтушок
Бактерии научились инактививровать антибактериальную ДНК-гиразу
Немецкие ученые выяснили, что супербактерии, сохранявшие чувствительность к экспериментальному антибиотику альбицидину, защитились от него с помощью амплификации гена STM3175. Этот ген отвечает за регуляцию транскрипции малых молекул с доменом связывания, подобным ингибитору ДНК-гиразы — основы антибиотика альбицидина. Такое увеличение копии гена приводит к тысячекратному повышению уровня резистентности к препарату. Исследование опубликовано в PLoS Biology. В 2019 году почти пять миллионов человек погибло из-за бактерий, устойчивых к большинству известных антибиотиков, — супербактерий. По оценкам ученых к 2050 году это число увеличится в два раза. Основной причиной развития резистентности к противомикробным препаратам признано нерациональное их использование в медицине, ветеринарии и зоотехнии в сочетании с недостаточным пониманием механизмов бактериальной резистентности. Однако влияют и другие факторы: например, загрязнение атмосферы. Ученые постоянно ищут новые молекулы, которые были бы активны против супербактерий. Таким многообещающим соединением стал альбицидин — фитотоксичная молекула, вырабатываемая бактерией Xanthomonas albilineans, в исследованиях была эффективна против целого ряда супербактерий. Альбицидин ингибирует активность бактериальной ДНК-гиразы (топоизомеразы II) и эффективно действует на ковалентный комплекс ДНК и гиразы в крайне низких концентрациях. В нескольких исследованиях уже сообщалось о развитии резистентности к этой молекуле у некоторых бактерий, однако ее механизмы оставались не до конца выясненными. Команда ученых под руководством Маркуса Фульда (Marcus Fulde) из Свободного университета Берлина изучала механизмы резистентности к альбицидину, которая развилась у Salmonella typhimurium и Escherichia coli. Для этого они подвергали бактерии воздействию высоких концентраций более стабильного аналога антибиотика и наблюдали за ростом колоний в течение 24 часов. Из 90 протестированных клонов 14 показали рост в этих условиях. Секвенирование генома этих штаммов показало, что большинство (девять штаммов) несет мутации в гене tsx, ответственном за экспрессию нуклеозидспецифичного порина, что в 16 раз увеличивало минимальную ингибирующую концентрацию (MIC) антибиотика. Один из оставшихся пяти резистентных штаммов с интактным геном tsx демонстрировал более чем стократное повышение MIC, и анализ данных секвенирования его ДНК выявил амплификацию гена, приводящую к образованию 3-4 копий геномной области без однонуклеотидных полиморфизмов. При дополнительном анализе этого штамма ученые выяснили, что перекрывающаяся амплифицированная область содержит ген STM3175, который транскрибируется полицистронно в структуре оперона и N-концевой части qseB. Более тщательное изучение аминокислотной последовательности показало, что STM3175 состоит из 2 доменов: N-концевого AraC-подобного ДНК-связывающего домена и C-концевого GyrI-подобного лиганд-связывающего домена. Ученые обнаружили, что такая структура позволяет STM3175 связывать альбицидин с высокой аффинностью и инактивировать его. У разных бактерий обнаружились гомологи этого гена с теми же функциями, при этом на эффект других антибактериальных препаратов они не влияли. Знание нового механизма развития устойчивости к альбицидину позволит ученым разрабатывать новые способы модификации молекулы, чтобы обойти этот механизм. Ранее ученые обнаружили антибактериальную молекулу с широким спектром действия, которая не вызвала резистентности у микроорганизмов.