Новая печень из селезенки и космические диски Питера Пэна. Главное на QWERTY №128
[музыка] Всем привет! Вы смотрите научно-популярное шоу на Qwerty, а меня зовут Владимир. Мы представляем вам выпуск самых интересных новостей науки за предыдущую неделю.
В этом ролике больше про батарейки из бактерий, условия для возникновения дисков Питера Пэна, разрешение криоэлектронной микроскопии на атомном уровне, искусственный эмбрион человека и трансформацию селезёнки в печень. Все подробности по ссылкам в описании.
Ну а лучшая новость у предыдущего выпуска стала новость про биогибридную систему, в которую смогли поместить бактерии, вырабатывающие электричество. Она представляет собой сложную структуру из нанотрубок и кремниевых частиц, переплетённых нитями ДНК, из залитых питательным веществом. Подробности при щелчке по подсказке.
Но почему именно бактерии? В принципе, многие виды животных вырабатывают электричество, например, электрический угорь. К сожалению, промышленного тока с угря не получить, максимум на что способен угорь — это импульс, способный заставить вспыхнуть, например, новогоднюю ёлку. Да и в топливные элементы вряд ли угорь полезет.
А вот бактерия Shewanella oneidensis, похоже, действительно может работать в батарейках. Как она вырабатывает электричество — уже не загадка. Она относится к экзоэлектрогенным микробам. Вместо кислородного дыхания, находясь в анаэробной среде, она взаимодействует с оксидами разных элементов.
Вот так выглядит колония бактерий на проводнике из оксида серебра, покрытого углеродными нитями. Со временем оксид серебра восстанавливается до серебра, и тогда его нужно заново окислить, ну или заменить электрод. А электроны, возникающие внутри бактерий в результате химических реакций, через мембрану попадают во внешнюю среду. Соответственно, в этой среде возникает электрический ток, который снимается через электроды.
Примерно такие процессы происходят в топливном элементе, будь он сделан из биогибридного материала или в виде банки с модным раствором, в которую вставлен анод и катод. Так делали в Стэнфорде еще в 2013 году, и за 7 лет мы дошли от баночки до биогибридной системы с наноматериалами и управлением силы тока при помощи ДНК. Ну, почти дошли, повторяю, это всего лишь прототип. Интересный, но пока что не промышленный.
Если вы помните, Питер Пэн жил в стране, которую не назвать ни Нетландией, ни Неверлендом. И конечно же, я вам расскажу не про сказочного персонажа, хотя мог бы, потому что в детстве я им зачитывался, а про диски Питера Пэна — это огромные диски вокруг звёзд, которые живут гораздо дольше обычных протопланетных дисков.
Впервые такую структуру обнаружили лишь в 2016 году, и пересчитать известные диски Питера Пэна можно по пальцам одной руки человека с полидактилией. Если обычный протопланетный диск рассеивается за 5 миллионов лет, то диски Питера Пэна могут держаться и 25, и 50 миллионов лет. Способ их образования до сих пор оставался загадкой.
Протопланетный диск — это диск из газа и пыли, вращающийся вокруг молодой звезды. Какая-то часть вещества этого диска может падать на звезду, а из какой-то части могут формироваться планеты. Именно поэтому он и называется протопланетный диск — первичная материя для возникновения планет.
Учёные решили провести компьютерную симуляцию для выяснения необходимых параметров окружения для формирования дисков Питера Пэна. Они варьировали массы звёзд и газопылевых дисков, их протяжённость и скорость перемещения материала внутри, и даже интенсивность фотоиспарения. В итоге получилось, что масса диска должна быть больше четверти массы звезды, а сама звезда должна быть маленькой — в 10 раз меньше Солнца. И именно у таких звёзд, красных и коричневых карликов, и находили диски Питера Пэна.
Но самое главное, звезда должна быть одиночкой, в противном случае излучение от соседних звёзд ионизирует газ и рассеивает его.
В теории более крупных звёзд обычно расположены в более густонаселённых регионах, поэтому из-за перекрестного излучения диски Питера Пэна и не могут сформироваться. Но это не точно. Похоже, что из таких долгоиграющих дисков потом возникают планеты вокруг звезды.
Ну и теперь вам должна быть понятна тайна имени и дисков Питера Пэна. Питер Пэн, хоть и выглядел как мальчишка, но по годам был достаточно взрослым.
В 2017 году мы рассказывали, что за развитие криоэлектронной микроскопии вручили Нобелевку по химии. Основное применение такой микроскопии — вглядываться внутрь органических молекул, но разрешение криоэлектронных микроскопов не хватало для того, чтобы увидеть подробности на атомном уровне.
Вот сразу 2 группы учёных выложили препринты статей об улучшении разрешения микроскопа, снимающего трёхмерные структуры белков до 1.2 Ангстрёма. Ангстрём — это одна десятая нанометра, то есть одна 10 миллионная доля метра. В целом это в 2 раза лучше предыдущих исследований.
И неудивительно, что при таких разрешениях уже можно видеть отдельные атомы. Радиус атома углерода, например, 0.8 ангстрёма. Учёные в обеих группах вначале исследовали белок об афере Ten. Он работает в системе запаса железа у живых существ, в его размеры несколько нанометров.
Вот этот белок под криоэлектронным микроскопом, а вот так выглядит его трёхмерная структура. Одна из основных технологий в новой методике позволяла добиться одинаковой скорости электронов, вылетающих из микроскопа в направлении образца. Это просто необходимо для улучшения разрешения.
Также одна из групп использовала постобработку для шумоподавления. Вот так, например, выглядят атомы золота и вольфрама. Так что криоэлектронная микроскопия прочно удерживает пальму лидерства в определении трёхмерной структуры белков. Учёные пишут, что это был последний барьер в разрешении при взгляде в глубь материи, но это сомнительно, потому что в конце концов мы ещё не видели кварки.
Знаете ли вы, что такое правило 14 дней? Нет, это не срок возврата товаров ненадлежащего качества. Это период, в течение которого учёные имеют право работать с эмбрионами. При слиянии сперматозоида и яйцеклетки образуется бластоциста. Вот на нём можно ставить эксперименты, но через 14 дней, когда он превращается в гаструлу, состоящую из нескольких слоев клеток, исследовать его уже нельзя.
В это время происходит формирование передней и задней стороны тела, нервной системы, а также прикрепление эмбриона к стенке матки. Этот период — настоящий "чёрный ящик" непроницаемый для науки. Правило 14 дней было введено более 30 лет назад в Великобритании и с тех пор распространилось на многие страны.
Более того, в 1997 году Совет Европы запретил создание эмбрионов человека для исследовательских целей. Однако чем интенсивнее развивается наука, тем больше соблазн нарушить этические правила, ну или хотя бы обойти. Поэтому учёные ищут новые этически безопасные способы. Например, они изучают этапы развития эмбриона на клетках животных, скажем, мышей.
А потом мы даже рассказывали в предыдущем видео, как на тех же мышиных клетках несколько лет назад исследователи продемонстрировали, как можно создать гаструлу из обычных стволовых клеток. Делается пузырёк из нескольких сотен стволовых клеток, и их обрабатывают специальными веществами, запускающими эмбриональное развитие, и получается гаструла — 14-дневный эмбрион из нескольких слоёв клеток.
Недавно группа учёных из Кембриджского университета применила ту же технологию в отношении человеческих стволовых клеток. Им удалось получить гастролу, и уже через трое суток клетки гаструлы разделились на три зародышевых листка, как у настоящего эмбриона. К третьей неделе развития выделилась ось и направление будущего тела. Однако учёные не позволили сформироваться клеткам-предшественниками мозга и клеткам, за счёт которых формируется плацента.
Поэтому на третьи сутки гаструла прекратила развиваться, а без этого они хлопнулись внутрь себя. Специалисты по биоэтике говорят, что правило 14 дней не действует для моделей, не способных развиваться, а это значит, что учёные получили новый инструмент для исследования развития эмбрионов после 14 дня.
В Китае разработали способ отрастить новую печень. Правда, для этого придётся пожертвовать селезёнкой. Но без селезёнки люди живут, а вот без печени как-то не очень. Смысл заключается в том, чтобы использовать сосудистый каркас селезёнки для заселения клетками печени.
В своих изысканиях учёные, как обычно, использовали мышей. А чтобы лучше отслеживать состояние их трансформированной печени, они для начала подвинули селезёнку подопытных ближе к коже. Не спрашивайте, как это выглядело. Впрочем, вот так. Затем необходимо было снизить активность иммунного ответа селезёнки, чтобы позволить будущим клеткам печени делиться.
Для этого учёные обработали селезёнку экстрактами мышиных опухолей; использовали для этого целых четыре вида рака. Лучше всего для этой процедуры подошёл экстракт саркомы. Он повысил количество коллагена, необходимого для новой печени на 10%.
Вторым этапом стало непосредственное имплантация клеток печени в селезёнку. При этом учёные испробовали четыре вида клеток печени: от собственных клеток мыши до человеческих. Удивительно, но все виды клеток прижились и даже начали формировать структуры, характерные для печени, включая желчные протоки.
Затем настало время собирать камни, ну, то есть проверять печень. Оказалось, что новая печень мышей может делать всё, что делает обычная печень: запасать гликоген, синтезировать жиры и производить белки крови. А когда у мышей с трансформированной селезёнкой удалили 90% настоящей печени, они все выжили, в то время как мыши из контрольной группы не смогли этого сделать.
Однако есть и небольшие недоразумения. Например, уровень кислорода в крови, поступающей в трансформированную печень, выше, чем для обычной печени. Это происходит из-за того, что селезёнка находится в несколько другом месте. Кроме того, в крови присутствуют особые сигнальные вещества, которые опять же из расположения могут влиять на новообретённую печень.
Подарят ли все это некие побочные эффекты — только предстоит проверить, но в целом эта методика может помочь в перспективе людям, для которых не удаётся вовремя найти донора печени.
Ну что ж, а на этом сегодня всё. Большое спасибо вам за просмотр! Оставляйте своё мнение в комментариях, ставьте лайк этому видео, если оно вам понравилось, и делитесь им со своими друзьями. Не забудьте подписаться на Qwerty здесь на Ютубе, в Инстаграме, Телеграме и щелкните по жесткому колокольчику, чтобы не пропускать новых видео.
И до скорых встреч! Пока! [музыка] Вот! [музыка]