Генетики указали на близкородственное скрещивание в популяциях пум
Среди североамериканских пум часто происходит инбридинг, который может привести к полному исчезновению той или иной популяции, сообщается в Nature Communications. Ареал некоторых популяций сокращается, они становятся изолированными и животные вынуждены скрещиваться с близкими родственниками. Но ситуацию еще можно исправить, если обеспечить пумам возможность беспрепятственно передвигаться на большие расстояния, например, посредством строительства мостов или подземных переходов через автомагистрали, предполагают ученые.
Предки современных пум (Puma concolor) колонизировали Северную Америку около шести миллионов лет назад. Примерно 3,2 миллиона лет назад произошло разделение на ныне вымерших кошек Miracinonyx, похожих на современных гепардов, и пум. На каком континенте это случилось, пока непонятно. Возможно, пумы появились в Южной Америке. В пользу этого предположения свидетельствуют окаменелости, найденные в Аргентине, и датированные периодом 0,8-1,2 миллиона лет назад. Другие данные говорят о том, что пумы появились в Северной Америке, но в плейстоцене вымерли. А позднее их ареал заселили животные из Южной Америки.
Современные пумы обитали практически на всей территории Северной и Южной Америки. Но из-за охоты на них в XIX-XX веках ареал этих животных в Северной Америке сократился и теперь они встречаются только на южной оконечности полуострова Флорида и в западной части континента. Введение квот на охоту в середине XX века позволило некоторым популяциям пум восстановиться, но другие остались небольшими и изолированными. Ареал многих популяций сокращается из-за строительства шоссе, расширения сельскохозяйственных угодий и жилых районов. В некоторых изолированных и малочисленных популяциях все чаще наблюдается инбридинг (близкородственное скрещивание). Так, в популяции пум из заповедника Биг Сайпресс во Флориде встречались фенотипические дефекты и уменьшение рождаемости, которые связывают с инбридингом. Поэтому в 1995 году в заповеднике выпустили восемь самок пум из Техаса. Через 13 лет количество фенотипических дефектов в популяции значительно уменьшилось, а ее численность выросла втрое.
Американские исследователи во главе с Бет Шапиро (Beth Shapiro) из Калифорнийского университета в Санта-Крузе проверили, как обстоят дела с инбридингом в других североамериканских популяциях. Заодно ученые хотели проверить гипотезу о происхождении пум. Они собрали полный геном пумы из популяции, обитающей в горах рядом с Санта-Крузом и еще раз секвенировали геномы еще девяти особей из разных популяций в Северной и Южной Америке. В том числе это были пумы из двух флоридских популяций — в Биг Сайпрессе и заповеднике Эверглейд, с гор в Санта-Монике (Калифорния), из Йеллоустоунского парка и из Бразилии.
Общий предок по материнской линии у всех десяти пум жил около 300 тысяч лет назад. Вероятно, северо- и южноамериканские популяции разошлись 100-300 тысяч лет назад. Североамериканские популяции разделились намного позднее. Их последний общий предок по материнской линии жил 11-31 тысячу лет назад. Популяции на обоих континентах достигли максимального эффективного размера около 130 тысяч лет назад, во время теплой межледниковой эпохи. Затем численность пум стала уменьшаться и около 20-25 тысяч лет назад достигла современных значений.
По мнению авторов статьи, гипотеза о вымирании пум в Северной Америке и вторичном заселении из Южной маловероятна. Скорее, пумы появились в Южной Америке, а 100-300 тысяч лет назад переселились в Северную. Но чтобы подтвердить это предположение, не хватает окаменелостей пум из разных частей обеих Америк.
Как и предполагали исследователи, животные из небольших изолированных популяций — в горах вблизи Санта-Моники и Санта-Круза, в заповеднике Биг Сайпресс — скрещиваются с близкими родственниками. У них в геноме нашли следы инбридинга, который происходил как меньше трех поколений, и более восьми поколений назад. Пумы из крупной популяции в Йеллоустоуне были практически истреблены в XX веке, и среди оставшихся животных происходил инбридинг. Но после запрета на охоту, численность и генетическое разнообразие животных выросли. У пумы из заповедника Эверглейд предки произошли из разных популяций — местной и центральноамериканской (пум из Центральной Америки выпустили Эверглейде в конце прошлого века). Однако среди ее ближайших родственников произошел инбридинг.
Ситуация в некоторых популяциях весьма серьезна. В частности, авторы прогнозируют, что пумы в горах Санта-Моники могут исчезнуть в ближайшие 50 лет, если не создать благоприятных условий для их смешивания с другими популяциями. По мнению ученых изолированность североамериканских популяций пум можно уменьшить, если создавать мосты или подземные переходы через автомагистрали, которые сейчас являются основным препятствием для передвижения животных. Также важно планировать создание новых сельскохозяйственных угодий, учитывая текущие ареалы пум.
Пару лет назад ученые выяснили, что североамериканским пумам настолько не нравятся человеческие голоса, что заслышав их, они тут же убегают. Иногда даже бросают недоеденную добычу.
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.