Антибиотики из человека. Наночастицы и пролекарства. Звук и электроны и др. Новости QWERTY №193
Из этого ролика вы узнаете, как человеческое тело вырабатывает антибиотики, как управлять электронами при помощи звука, что наночастицы могут предложить для лечения рака, почему встречаются перпендикулярные орбиты у планет и как обуздать молот тора.
[Музыка]
Всем привет, вы смотрите научно-популярный канал QWERTY, а меня зовут Владимир. И не будем терять времени.
Если посмотреть на Солнечную систему, то орбиты всех планет расположены плюс-минус в одной плоскости, совпадающей с экватором Солнца. За исключением Плутона, он выделяется на градусов на 11, но его, в общем-то, разжаловали, так что ли не показатель.
Однако если посмотреть на систему HD 30 167, то в ней картина иная. В ней есть три экзопланеты, причем орбиты двух из них дальних, а звезды перпендикулярны орбите ближних звезды.
Планеты вращаются вокруг звезды, но уже формируются из огромного облака, вращающегося в плоскости вращения звезды. Да, всё верно, но орбиты двух этих планет пролегают прямо над полюсами звезды. Почему? Сейчас все расскажем и об этой, и от других самых интересных новостях науки за предыдущую неделю.
Как всегда, все подробности вы можете узнать по ссылкам в описании. Итак, изначально все планеты, скорее всего, находились в одной плоскости вращения звезды, как бы сконденсировавшись из газопылевого облака. Но впоследствии, на протяжении очень длительного времени, некое неизвестное внешнее тело стало влиять на орбиту двух внешних планет, оттягивать планеты на себя и перевернуло их орбиты на 90 градусов. Обе страны и планеты — это Нептун.
Их обнаружили при помощи кооперативных действий телескопа в Ялте в Чили, а точнее, его спектрографа Эспрессо и космических телескопов Хеопс. Первые предсказывали, когда наблюдать. Авторы использовали оптическую спектроскопию высокого разрешения.
Кстати, угол наклона одной из перпендикулярных орбит мы до сих пор не знаем, поэтому на изображении только одна перпендикулярная орбита. Ближние к звезде планеты не поддались внешнему телу, потому что звезда слишком сильно гравитационно на нее влияет. И это самое пока что невидимое внешнее тело может быть четырьмя планетами звёздной системы, которые еще только предстоит обнаружить.
Конечно, это только догадка, потому что существующих моделей планетарной динамики, объясняющих такое странное поведение, просто нет. Справедливости ради, подобные странные планеты уже находили, и известные планеты даже с ретроградной орбитой, но обнаружить систему сразу с двумя такими необычными планетами — да еще и сталинскими четырьмя планетами — это интересно.
Сейчас мы с вами поступим как Альф. Смешаю всё, что есть, с чем попало: цвет с электронами, а звуки с кристаллами. Начнем с того, что в кристаллах или стеклах, в общем, прозрачных диэлектриках есть центры окраски. Это дефектные области, которые поглощают оптическое излучение и становятся цветными. Для примера хорошо подходит бриль.
Прозрачный становится цветным в центрах окраски. По факту, эти центры захватывают электроны, и эти электроны очень чувствительны к внешнему воздействию. То есть за счет этих электронов у центров окраски есть характеристики, которые могут сделать их применимыми для квантовых компьютеров, для квантовой памяти или кубитов.
Вопрос только в том, как контролировать квантовые характеристики электронов, а точнее, их спин. Конечно, есть старые добрые электромагнитные поля, но ученые посчитали, что и механические вибрации тоже имеют шанс.
Конкретно, поверхностные акустические волны. Они напоминают обычные волны на поверхности, например, озера, но только на поверхности твердого вещества. В качестве твердого вещества выбрали карбид кремния — полупроводник, который вполне себе может заменять обычный кремний, например, в высоковольтной электронике.
И управлять им стали при помощи поверхностных акустических волн. Это примерно как настраивать гитару при помощи электронного тюнера, только чуть сложнее.
Магнитное поле настраивает резонансные частоты спина электронов на частоту звуковой волны, в то время как лазер инициирует переходы между основным и возбужденным состоянием центра окраски. Оптические переходы крайне важны, они позволяют оптически определять спиновые состояния, регистрируя квант света, который электрон испускает, возвращаясь в основное состояние.
Благодаря сильной связи между колебаниями кристаллической решетки и электронами, пойманными в центре окраски, ученые смогли реализовать управление спинами электронов при помощи звуковых волн.
Для наглядности можно посмотреть на волчок. Будем представлять электрон как маленький волчок. Тогда, если мы попробуем, то этот волчок испытает прецессию — смену ориентации оси вращения. Вот то же самое происходит, если воздействовать на электрон звуковой волной. Ось прецессии меняется каждый раз, когда центр окраски перепрыгивает с основного состояния в возбужденное.
Есть нюанс: после нескольких таких прыжков квантовая информация, хранящаяся в спине электрона, теряется. Но, как оказалось, это можно предотвратить благодаря правильной настройке резонансных частот центра окраски. Оси прецессии спина в основном и возбужденном состоянии становятся коллинеарны, то есть ориентация прецессии сохраняется в определенном направлении, несмотря на все прыжки.
Проблема решена: квантовая информация не теряется, контроль полный. И вся вот эта схема со звуковым управлением открывает новые возможности для контроля квантовых устройств, сопоставимых по размерам с обычными микрочипами. Это приближает квантовую историю, квантовое будущее для широкой публики.
Я говорю не про скачки с телепортацией, а про квантовые компьютеры в целом. Мы знаем, каковы последствия удара молнии в человеческое тело. И не только благодаря фильмам от Marvel.
Характерный рисунок на коже и своеобразные повреждения внутренних органов — это достаточно частое явление. По разным оценкам от 6 до 24 тысяч человек погибают ежегодно от удара молнии. Гораздо больше, чем от зубов акулы или от клыков бегемота. И, наверное, будет ещё больше, учитывая изменения климата.
Но иногда бывает так, что от человека остаются только одни кости. Смогут ли тогда криминалисты определить, что убийца — это топ, а не дворецкий? Как и казалось, могут. И для этого даже не нужно исследовать реальные останки или ждать, пока молния попадёт в скелет, лежащий, например, на ферме трупов. Да, такие фирмы есть, они стоят на службе как раз у криминалистов.
Можно просто в лабораторных условиях пропустить через кости ток на 10 тысяч ампер. Это не прям как настоящая молния, но результат похож. Затем нужно проанализировать при помощи томографии и просвечивающей микроскопии изменение в структуре костей. Эти повреждения имеют определённый рисунок, отличающийся от повреждений, полученных, например, при пожаре.
Выглядят они как множество микротрещин, складывающихся в сеть, опорными точками которой являются группы костных клеток. Сеть либо беспорядочная, либо радиальная. Также характер повреждений человеческих костей из лабораторий совпал с повреждениями на костях жирафа, про которого было известно, что его убило молнией.
То и жирафы не убили где-то в подвале сильным ударом тока и не отвезли потом на открытое пространство, на котором недавно была гроза, чтобы изобразить это всё как несчастный случай.
Если вы понимаете.
Мы как-то привыкли, что все основные антибиотики были открыты несколько десятилетий назад, и каждое новое вещество, потенциальный антибиотик, готовы просто качать на руках. Дело в том, что бактерии постепенно вырабатывают устойчивость к основным антибиотикам, превращаясь в резистентные или мультирезистентные, то есть тех, кого не берут сразу несколько типов антибиотиков.
Учитывая, что в основном антибиотики — это оружие, которым бактерии сражаются друг с другом, то часто их поиск выглядит как перебор какого-то типа бактерий, чаще всего почвенных, и тестирования производимых ими веществ на бактерицидность. Иногда смотрят и на других существ, скажем, на лягушек.
У некоторых из них очень перспективная кожа. Но почему бы не взглянуть и на человека? В конце концов, далеко не все вещества, которые вырабатываются в человеческом теле, хорошо изучены.
Учёные просканировали противомикробные пептиды человека. Это, собственно, все пептиды и белки, которые вырабатываются в нашем организме. Условно говоря, цепочки длиной нескольких десятков аминокислотных остатков уже называют белками, а меньше — пептидами.
Учёные искали пептиды, которые обладают определёнными противомикробными характеристиками. Они должны иметь размер от 8 до 50 аминокислотных остатков, во-вторых, у них должен быть положительный заряд, и, в-третьих, они должны иметь и гидрофобные, и гидрофильные составляющие.
Нашлось 2600 антимикробных пептидов, потенциальных, потому что их можно было еще проверить в бою. Из 55 отобранных для испытания пептидов примерно 64 процента могли расправиться хотя бы с одной колонией патогенных бактерий.
Если же соединять пептиды, вырабатываемые какой-то тканью человеческого организма, в коктейле по несколько штук, то их сила даже увеличивалась. Например, коктейль из вот этих двух пептидов из плазмы крови лучше справился с бактериями, вызывающими кожной абсцессу, у мышей, чем если бы пептиды применяли по отдельности.
Интересно, что найденные пептиды не имели никакого отношения к иммунной системе. То есть наш организм вроде бы как умеет их производить, но не применяет их по прямому назначению. И тут задумываешься о том, что возможности человеческого тела действительно очень широки.
Самой интересной новостью прошлого ролика стала новость про то, что раковые клетки чувствительны к низкокалорийной диете. Но не только потому, что им начинает не хватать глюкозы и жиров, как строительного материала, но и потому, что такая диета нарушает работу фермента из сиди, а из-за этого страдает распределение насыщенных и ненасыщенных жирных кислот в клеточном строительном процессе.
Подробнее — по щелчку по подсказке.
Еще раз отмечу, что в чистом виде низкокалорийная диета при раке принесет больше отрицательных последствий, чем пользы. И это исследование важно тем, что подсвечивает механизм работы ферментов, на который можно нацелиться определенными лекарствами.
Современное лекарство, применяемое при химиотерапии, действительно имеет очень много недостатков. Во-первых, они бьют по площади, задевая и здоровые органы, а во-вторых, они далеко не всегда добираются до опухоли в нужных концентрациях.
Поэтому ученые присматриваются к специальным доставщикам лекарств — наноботам и наночастицам, которые приносят действующие вещества прямо в опухоль. Новые методики сейчас пока экспериментальные, и наночастицы могут распадаться, начинают не вовремя.
И вот это ученые решили изменить, и сейчас самое время сказать про лекарства. Это таких предшественников лекарств — вещества, которые нужно немного изменить, чтобы они стали действующим веществом. Их смысл в том, чтобы попасть в опухоль, где под воздействием веществ, имеющихся в опухоли в избытке, они превратились в лекарство.
Например, химиотерапевтическое вещество доцетаксел модернизирует, добавляя в него дисульфидные мостики. В этом состоянии она не активна, но если эта молекула попадает в опухоль, глутатион, содержащийся в опухоли, разрушает мостик, и молекула переходит в активное состояние, атакуя опухоль.
Но чтобы доцетаксел добрался до нужного места, ему нужна основа, транспорт, грузовичок, который не развалится по дороге. И ученые добавили вещество триглицерид — мой фрагмент, состоящий из остатков жирных кислот — три разные кислоты. И получилось три разных экспериментальных лекарств.
Вот так выглядит формула этих лекарств. Важно, что все вещества способны к самосборке в наночастицы, в водном растворе формируют тот самый грузовичок. Разница только в количестве двойных связей в молекуле.
Ок, но глутатион же действует только на лекарства, а что же мы будем делать с самой наночастицей? А она распадается при воздействии на неё липазы — еще одного вещества, характерного для опухолей.
Если на наночастицу одновременно действуют и глутатион, и липаза, происходит бенгу, к чему и стремятся ученые. Полное разрушение наночастицы и высвобождение лекарства.
По смертельно сти для опухоли лучший показатель был у наночастиц на линолевой кислоте, а эксперименты на крысах в опухолях показали, что чистый доцетаксел проигрывал по эффективности препарату наночастицы. Это видно по скорости уменьшения опухоли, ну и побочные эффекты становились частицами ниже. Крысы теряли меньше веса, чем с чистым доцетакселом.
В общем, эксперимент выглядит неплохо. Эта методика называется таргетной терапией, подразумевает, что лекарство целится в одну определенную мишень.
Ну что ж, а на этом на сегодня всё. Большое спасибо вам за просмотр! Вы можете проголосовать за самую телесную новость выпусков в нашем телеграм-канале, оставляйте свое мнение в комментариях, щелкните колокольчик и подпишитесь на наш канал.
И до скорых встреч! Пока!
[Музыка]
Ла.
[Музыка]
Вот.