ДНК-метки «детей из пробирки» и «закрытые двери» супербактерий. Главное на QWERTY №98.
Всем привет! Вы смотрите научно-популярный канал QWERTY, а меня зовут Владимир. Мы представляем вам выпуск самых интересных новостей науки прошедшей недели и в этом ролике про то, что дети из пробирки помечены природой, про то, что много витамина D это плохо, про оригами из графена, про способ защиты супербактерий от антибиотиков и многое другое. Все подробности будут по ссылкам в описании.
Лучшей новостью прошлого выпуска стала новость про восстановление зубной эмали путем выращивания новой эмали из кристаллов гидроксиапатита и кластеров фосфата кальция. Основной проблемой был подбор стабилизирующего вещества, который позволял бы кластерам не слипаться между собой. Подробности при щелчке по подсказке.
А сейчас будет немного химии. Она редко бывает в новостной рубрике. Эмаль стоматологи, конечно, восстанавливали и продолжают восстанавливать, но как? Используя банальный принцип пломбирования зуба, пусть и высокотехнологичными материалами: композитные смолы, керамика, амальгамы. Но все они несовершенны из-за того, что достаточно плохо комбинируются и соединяются с натуральной эмалью. И все эти меры к тому же временные. Нужно искусственная эпитаксиальная, скажем так, послойная регенерация эмали зуба при участии кристаллов гидроксиапатита — основного материала живой эмали зуба и аморфных кристаллов фосфата кальция. Но вживую она никогда ранее не достигалась, а только так искусственная эмаль может стать прочной и схожей с естественной.
Частицы фосфатов кальция, конечно, могли прикрепляться к гидроксиапатиту, но они давали постепенное наслоение, как в живой эмали. Экспериментальным путем ученые подобрали размер кристалла фосфата кальция, который обеспечивал послойный рост. Это были ионные кластеры фосфата кальция размером несколько нанометров. А затем использовали 3-этил-амин для их стабилизации. Без этого кластеры либо слипались, либо разрастались в размерах через механизм нуклеации. Все из-за их нестабильности, но 3-этил-амин решил эту проблему. К тому же он легко выводится и не засоряет растущую эмаль.
То есть совершенно не оставляет в неорганике. Ионные кластеры фосфата кальция генерировались при помощи двух спиртовых растворов: один с фосфорной кислотой, а второй с гидратом хлорида кальция и 3-этил-амином. После химических реакций средний размер кластеров составлял полтора нанометра и отклонение от этих размеров не наблюдалось. Этанол и 3-этил-амин в дальнейшем просто испарялись, а кристаллы гидроксиапатита совместно с кластерами фосфата кальция начинали без всяких зазоров и щелей формировать новую эмаль, неотличимую от настоящей.
Слой за слоем уже через 48 часов ориентация и структура нового материала была неотличима от живой эмали. А еще больше химии в статье, она находится в открытом доступе. Лето внезапно кончилось, так и не начавшись, и у нашей кожи будет все меньше шансов вырабатывать витамин D под воздействием солнечного света. А он жизненно необходим для усваивания кальция и, соответственно, для прочных и здоровых костей.
Что же делать? Принимать витамин D перорально. По разным рекомендациям, ежедневная доза витамина D составляет от 600 до 2000 международных единиц, то есть от 15 до 50 микрограмм. Но разве что-то может остановить людей, стремящихся к здоровью, от употребления рекомендуемых доз вне рекомендуемых количествах? Это же всего лишь безвредный витамин D.
Ученые решили выяснить, а что будет при злоупотреблении и какая доза будет уже слишком большой. В исследовании участвовало 300 волонтеров старше 55 лет. Во время двойных слепых рандомизированных клинических испытаний проверялось воздействие разных доз на плотность и хрупкость костей. Треть участников получали 400 международных единиц витамина D в сутки — это примерно норма. Еще треть получали 4000 международных единиц — это в 3 раза больше нормы. И еще треть, о Боге, фармацевтической компании получали 10000 международных единиц витамина D в сутки — это в десять с лишним раз больше нормы.
И так на протяжении 3 лет. Все это время у них замерялись параметры костей при помощи новейшей компьютерной томографии высокого разрешения. Плюс брались пробы крови и мочи. Минеральная плотность костной ткани — это основной критерий, который показывает, насколько кости хрупкие. У всех трех групп этот показатель снижался со временем, но это нормально, потому что люди, увы, не молодеют. Стандартный процесс в целом, не зависящий от приема или не приема витамина D.
Однако чем больше витамина D принимали люди, тем сильнее ослабевали их кости. Первая группа показала снижение минеральной плотности кости на 1,4%. Вторая на 2,6%. А третья на 3,6%. По моим ощущениям, правда, не хватает группы, которая совсем не принимала витамина D. В добавок этим выводам исследователи выяснили, что при превышении рекомендуемой дозы у обследуемых примерно в полтора раза повышался риск развития гиперкальциурии, то есть превышения уровня кальция в моче, а это ассоциируется с образованием камней в почках. В общем, это тот самый случай, когда средство в малых дозах не безвредно в любом количестве.
Смотрите, более 20 тысяч случаев заражения пациентов Klebsiella pneumoniae был зафиксирован в больницах одной только Великобритании в прошлом году. Она поражает легкие и селится в ранах. Казалось бы, больницы — это пристанище чистоты, ну хотя бы в Великобритании, и вообще люди там должны чувствовать себя как в домике от болезней. Так почему же эта Klebsiella так вольготно себя там чувствует?
А дело в том, что Klebsiella, как и многие другие бактерии, становится устойчивой к антибиотикам, особенно к семейству карбапенемов. А это, между прочим, последний рубеж обороны антибиотиков последней надежды. Его используют, когда другие не справляются. Всемирная организация здравоохранения относит такие супербактерии к первой категории опасности. Ученые разобрались в механизме, который используют эта патогенная особь для защиты.
Все дело оказалось в порах мембраны бактериальной клетки. Сравнение клеточной структуры бактерий, устойчивых к антибиотикам, и бактерий, все еще опасающихся их, показало, что устойчивые имеют модифицированные белки, отвечающие за создание пор в клеточной стенке. Эти поры у них гораздо меньше, и поэтому не позволяют лекарству проникать внутрь. Но если ты закрываешь дверь, то посыльный спицы не сможет ее доставить. Так и у этих бактерий потребление питательных веществ сильно снижено, что сказывается на их росте.
Чахлые они и вне стен больницы проиграли бы своим конкурентам. Но там, где их сородичи подавляются антибиотиками, устойчивая Klebsiella однозначно выигрывает. Медики считают, что распространение супербактерий связано с широким применением карбапенемов, и они призывают ужесточить контроль за назначением этих антибиотиков. С другой стороны, понимание этого механизма позволит создать новые лекарства, которые потенциально смогут обойти защиту бактерий с маленькими порами.
Кстати, это один из примеров эволюционных стратегий, в которой ослабить себя, значит, выиграть. Уже давным-давно дети появляются на свет не только полностью естественным путем. Существуют различные репродуктивные технологии, например, экстракорпоральное оплодотворение. Такие дети из пробирки ничем не отличаются от своих сверстников, кроме одного. Оказалось, что в их геноме, в отличие от генома детей, появившихся на свет полностью стандартно, существуют особые метки.
И еще изредка у детей, появившихся при помощи репродуктивных технологий, наблюдается нарушение импринтинга. Импринтинг — это явление, при котором некоторые гены экспрессируются только по одной аллели, то есть берутся только от одного из родителей в зависимости от пола, а другие игнорируются. Это делается так: на некоторых участках ДНК ферменты крепят метильные метки, и спираль скручивается в комок, который достаточно сложно распутать, чтобы читать информацию. Если есть нарушение импринтинга у здоровых в остальном детей из пробирки, то, видимо, такие метки в их ДНК чем-то отличаются.
Ученые ударились в исследование, причем ты лились они десятилетия, 20-30 лет у детей, зачатых обычным путем — 75 человек, и зачатых с помощью репродуктивных технологий — 158 человек. Брали кровь в младенчестве, а когда они вырастали во взрослых людей, брали кровь еще раз. У детей из пробирки обнаружили 136 участков ДНК, в которых метильные метки были прикреплены с нарушениями: либо были там, где не должны, либо их не было там, где надо. Во всем остальном, в том числе и в общем уровне метилирования ДНК, между обычными детьми и зачатками с помощью репродуктивных технологий разницы не было.
Но что интересно, у взрослых людей отклонений в метилировании этих 136 участков ДНК не обнаружилось. Получается, что с возрастом они попросту исчезали. Поначалу ученые в качестве причины появления этих меток заподозрили лабораторные манипуляции, например, замораживание эмбрионов или инъекцию сперматозоида в яйцеклетку. Но разницы метилирования ДНК в зависимости от разных видов репродуктивных технологий и лабораторных действий не обнаружилось. Тогда в активе остался все еще не проверенный вариант — с гормональной стимуляцией матери перед подготовкой к искусственному оплодотворению. А возможно, все дело в особенностях родителей, неких эпигенетических особенностях.
Ведь со здоровьем наверняка что-то пошло не так, 1 из 10 потребовалась помощь при рождении детей. Пока сложно сказать, но так или иначе, природа пометила детей, рожденных не по инструкции. Правда, к совершеннолетию пометку о контракте она такие сняла.
Следующая новость про оригами только в нано-масштабе. Ученые научились складывать листы графена с удивительной точностью. Мы знаем, что графен обладает многими уникальными свойствами, и он очень важен для наноэлектроники и для экспериментов по сверхпроводимости. Они давно им даже защищались от комаров, но еще больше применений гипотетически весьма необычных ему можно найти, если научиться контролировать положение его атомов в пространстве при разработке объектов новых конфигураций.
И в этом ученым помог сканирующий туннельный микроскоп. Ученые смогли буквально как лист бумаги сложить, а затем расправить обрывки графеновых листов, их называли нано-островки. При низких температурах игла микроскопа, на кончике состоящей из одного атома, поцепляла край нано-островка и загибала в заданном направлении. Получившаяся нано-структура очень напоминала углеродную нанотрубку, у нее даже был закругленный край.
А развернуть лист можно было, проделав процедуру задом наперед: множественной итерации не повредили структуру графена, а допустимый угол достигал 60 градусов. Высокая точность вплоть до десятых долей градуса позволила контролировать электронные свойства получаемых структур. Со сгибами можно даже сшивать листы графена между собой, так чтобы отдельные участки обладали разными свойствами.
Ну и конечно же, согнуть получившийся двойной нано-островок! Так и графен еще не складывали. До сих пор с помощью сканирующего туннельного микроскопа использовали только механические методы. Ну что ж, теперь можно ждать наконец новых нано-роботов.
Ну что ж, а на этом сегодня все. Большое спасибо вам за просмотр! Оставляйте свое мнение в комментариях, ставьте лайк этому видео и делитесь им со своими друзьями. Проголосовать за самую интересную новость можно в подсказках к этому видео. Не забудьте подписаться на крышке здесь на YouTube и в Instagram и Telegram, и щелкните колокольчик. И до скорых встреч, пока!
[Музыка] Вот. [Музыка]