Размножение искусственных бактерий, регенерация зубов, охлаждение антивещества. Новости QWERTY №166
Из этого ролика вы узнаете, как размножаются синтетические бактерии, и где наши бактерии невидимые для человеческого иммунитета; как опознать человека по его следу в воздухе; какой лазер помогает охладить антивещество почти до абсолютного нуля; и как заставить зубы регенерировать.
Всем привет! Вы смотрите научно-популярный канал QWERTY. Меня зовут Владимир, и мы представляем вам выпуск самых интересных новостей науки предыдущей недели. Этих новостей, которые не вошли в этот видеоролик из-за его ограниченного хронометража, вы можете прочитать в нашем паблике ВКонтакте. Все ссылки на подробности и источники вы найдете в описании, точно так же, как и ссылка на паблик.
Один из самых часто задаваемых комментариев-вопросов — это когда уже ученые научатся выращивать новые зубы, то есть заставят их регенерировать во взрослом состоянии. И кажется, у взрослых все-таки появится надежда увидеть зубную фею. Учёные изучали причины врождённых отклонений, приводящих к росту большего количества зубов, чем положено. Редкое умение — чем одного процента населения, но такое случается.
В общем и целом, молекулы, отвечающие за эти процессы, определены, включая костный морфогенетический белок, один из факторов роста, и сигнальный путь Wnt. Однако напрямую воздействовать на них не получалось, потому что они связаны и с другими процессами развития организма, роста органов и тканей, еще тогда, когда человеческое тело не больше изюминки. Мне очень приятно, если вместе с дополнительными зубами у тебя вырастут вкусные отростки по всему телу, или не разовьется.
Поэтому удобнее сосредоточиться на тех факторах, которые противодействуют костному морфогенетическому белку и сигнальному пути Wnt. Среди прочих есть ген U.S. AGA1, подавляя который, можно подстегнуть рост зубов. Учёные решили проверить, достаточно ли такого подавления для запуска регенерации зубов и как бы при этом не навредить.
Для воздействия на U.S. AGA1 использовали моноклональные антитела, которые обычно используют для лечения рака или разработки вакцин. По факту, U.S. AGA1 влияет на сигнализацию и костный морфогенетический белок, и на Wnt. К сожалению, большая часть применённых антител нарушала обе связи, что приводило к очень плохой выживаемости мышей, на которых ставили эксперименты. Однако одно моноклональное антитело нарушило влияние U.S. AGA1 только на костный морфогенетический белок, не затрагивая сигнальный путь Wnt.
Дальнейшие эксперименты с антителом, которое назвали Antibody U.S. AGA1, показали, что всего одно его введение позволило вырастить новый зуб у мышей с врождёнными аномалиями развития зубов и их недостатком. И даже у хорьков, а у хорьков, между прочим, зубная система больше похожа на людскую — у них тоже есть молочные зубы в отличие от мышей. Теперь надо эту методику проверить на собаках, ибо у них всё же главное — это безопасность.
Но в уме держим человека. Живые организмы, растения и животные буквально разбрасываются своей ДНК, взаимодействуя с окружающей средой, и из окружающей среды эту ДНК можно выделить. Её называют "евридика" (от английского "environmental DNA"). В основном ДНК ранее получали из воды, хотя и почвы, и воздух ничем не хуже. И как раз воздух и стал одним из объектов исследований учёных из Лондона.
Они воссоздали в лаборатории систему подземных ходов голых землекопов — весьма одиозных социальных грызунов. Через их туннели насосом прогоняли воздух, и затем пропускали его через влажный фильтр, собирая таким образом летучие вещества, мелкие частицы и пыль. После анализа собранных материалов удалось определить видовую принадлежность живых организмов, населяющих туннели.
Воздух вокруг вас, по сути, это суп из ДНК ингредиентов и всякого мусора, и их можно собрать и проанализировать. На открытом пространстве это сделать пока что невозможно, а вот где-нибудь в закрытых помещениях, через которые можно прокачать и отфильтровать много воздуха, вполне. Например, после голых землекопов учёные переключились сами на себя и обнаружили свои собственные следы, то есть ДНК в воздухе лабораторий, определив тем самым присутствие конкретного человека в конкретном месте.
Давайте попробуем угадать, кто первый купит эту технологию, когда доведут до ума. Может быть, это будут биологи, или экологи, или криминалисты, или эпидемиологи, желающие разобраться в механизмах распространения заболеваний. Что-то у меня кончились варианты, давайте продолжим в комментариях.
А следующую новость я хочу посвятить Александру вместе со следующими стихами: "Голова не клетка, шланг не пипетка". Поэзия уровня Геральта из Ривии, если вы понимаете, о чем я. В генах бактерии Mycoplasma genitalium всего 482 гена на 580 тысяч пар нуклеотидов оснований. И это один из самых маленьких изученных геномов в мире. На эту бактерию ориентируются разработчики проекта минимального генома, то есть поиска минимального набора генов, необходимого для жизни.
В 2008 году её ДНК Mycoplasma genitalium синтезировали в лаборатории с нуля. Это стало первой полной сборкой искусственной ДНК. В 2010 году удалось химически синтезировать геном бактерии на основе двух штаммов микоплазм и посадить его в клетку живой бактерии с удалённой собственной хромосомой, создав полусинтетический организм. Он содержал 901 ген в кольцевой хромосоме. В дальнейшем версии этого организма модифицировали, сокращая количество генов. В рамках проекта минимального генома их к третьей версии сократили количество генов почти в два раза, до 473.
Но вот только потомки полусинтетических бактерий третьей версии теряли жизненно необходимую шарообразную форму и не выживали. Пришлось вернуться назад к первой версии и начать перепроверять каждый удаляемый ген, чтобы найти те, которые вызывали ошибки деления. После множества тестов и различных комбинаций удалось выявить 7 генов, которые оказались критичными для правильного размножения. Их добавили в очередной патч и появилась версия микоплазмы лаборатории J7 AICIN126, которая победила эту проблему. Из семи генов два необходимы для корректного деления. Вот что делают остальные — предстоит выяснить позже, но без них никуда.
В общем, ученые получили полусинтетические бактерии с возможностью нормально делиться и с минимальным геномом, который изначально был всего лишь информацией в цифровом виде на компьютере. Полуискусственные бактерии способны к размножению. Это отложите свои клавиатуры — не шаг к новой пандемии, а способ создавать бактериальные инструменты от мини-заводов лекарственных препаратов до датчиков в биокомпьютерах. А нужно всего лишь добавить нужные необходимые гены и синтезировать новых помощников в пробирках.
Нет, заигрываться и бесконтрольно создавать новые виды бактерий в гаражах, конечно же, не стоит. И не потому, что техника 3D печати ДНК и клеток в гаражных условиях пока ещё недоступна, а потому что случайно можно создать что-то совершенно невидимое для нашего иммунитета.
С 1 центральной части Тихого океана с глубины в 4 километра подняли несколько десятков новых видов бактерий, с которыми предположительно еще не сталкивались никакие млекопитающие. Дело в том, что в этой зоне млекопитающие просто не живут, и даже пути китов проходят мимо этого участка. Интерес учёных заключался в проверке гипотезы, что человеческий иммунитет умеет распознавать практически любые микробы по определённым паттернам, шаблонам, и на всякий случай атакует их, даже без оглядки на степень их опасности.
Но уровень этого практически на данный момент не определен. Поэтому учёные эти глубоководные бактерии представили иммунным клеткам человека, а заодно и мыши. Но не тут-то было. Бактерии оказались незаметными невидимками для иммунитета. В восьмидесяти процентах случаев иммунитет не реагировал на липополисахариды из клеточных стенок неизвестных млекопитающим бактерий, хотя они были довольно похожи на LPS известных бактерий, хоть и длиннее, и должны были бы вызывать реакцию. Так что бактерии из другой экосистемы, будь они опасными, не встретили бы никаких защитных укреплений в наших телах.
Не беспокойтесь, эти подводные бактерии для нас безвредны, но похоже, что иммунные стратегии распознавания угроз по паттернам формируются все же локально, а не глобально. Вероятно, где-то есть беспозвоночные, которые не смогут распознать нашу самую обычную привычную кишечную палочку. И тут немного вспоминается трилогия Питера Носа "Рифтер", где организм со дна Тихого океана вызывает пандемии и глобальные катаклизмы на фоне киборгации человечества.
Антивещество, если бы, ну, совсем откровенно, практически ничем не отличается от обычного вещества, кроме разве что некоторых аспектов зарядов и симметрии, и за предельной стоимостью. Да, это самая дорогая субстанция на земле, но его изучение все равно важно, ведь это в перспективе поможет понять, почему во вселенной наблюдаются асимметрии вещества и антивещества. Плюс, есть еще призрачная надежда на антигравитационные свойства.
На практике, кстати, анти-частицы прекрасно применяются, существуют позитронно-эмиссионная томография (PET), упомянутая в прошлом ролике с нанороботами, и разрабатываются клинические виды терапии антипротонным пучком. Как же получить антивещество? Мы будем подразумевать под антивещества антиводород, потому что пока что другие анти-атомы получены не были, только голые и вроде антигелий. Для этого обычно сталкивают протоны в ускорителях частиц, отсортировывают получившиеся в результате столкновения редкие антипротоны и замедляют их.
В CERN есть даже специальный антипротонный замедлитель. Позитроны можно получить еще проще за счет положительного бета-распада в некоторых играх, например, в на 322, то есть за счет радиоактивности. Затем при помощи ухищрений учёные заставляют антипротоны и позитроны соединиться в магнитной ловушке, и вот вам антиводород. Но это всё лирика. Чтобы изучить антивещество, его нужно, во-первых, удерживать в специальных магнитных ловушках, чтобы исключить соприкосновение с обычным веществом и аннигиляцию, и, во-вторых, его нужно хорошенечко охладить практически до абсолютного нуля, если мы не хотим ограничиваться только спектрометрией.
Для охлаждения обычных газов прекрасно подходит допплеровское охлаждение, лазерное охлаждение за счет поглощения атомом фотона, движущегося навстречу этому, из-за чего атом замедляется, то есть охлаждается. Фотон потом испускается обратно, но для антигаза сложную оптическую систему лазерного охлаждения нужно еще как-то прикрутить к материальным ловушкам, и это тот ещё вызов.
Но учёные из коллаборации Alpha в CERN все смогли. Они создавали антиводород в обычной ловушке Пенинга за несколько часов, набирая в ловушке около тысячи антиатомов. Правда, магнитное поле ловушки было несколько модернизировано. Затем анти-атомы приводили в поляризованное состояние и направляли на них лазерное излучение в спектре водорода с небольшими отклонениями. На протяжении 10 часов анти-атомы под воздействием лазера переходили из состояния с наименьшей энергией в состояние с более высокой энергией и обратно множество раз.
Параллельно отслеживались их характеристики через спектрограф и неизбежной аннигиляции, и как оказалось, анти-атомы действительно охлаждались, и их кинетическая энергия уменьшилась десятикратно. Рекорд эксперимента — температура атомов всего 50 мК. Но почти все составляющие эксперимента, магнитное поле, мощность и частоту лазера можно еще больше оптимизировать. По факту, это первое лазерное охлаждение антиатомов. И еще лет десять назад это бы назвали просто фантастикой! Ребята из Alpha говорят, что это их самый сложный эксперимент. Теперь еще одна дверь в антимир открыта.
А больше физики будет по ссылкам в описании. Там вы, например, сможете прочитать про 1 из 2 с переход лучшая новость прошлого ролика — это новость про то, как ученые наблюдали распространение нанороботов в организме мыши в реальном времени при помощи подкаты. Подробности про механизм в визуализации и реактивные двигатели нанороботов вы узнаете, щелкнув по подсказке.
Исследователи говорят, что отслеживать рой наномашин важно, потому что для успешного лечения патологий вроде раковых опухолей нужны миллионы ботов внутри организма. Нанороботы самостоятельно координировали свои коллективные перемещения, что он упоминал исследователям о поведении рыб в косяках или птиц, вставив в условиях редкой сети сосудов и капилляров, где диффузии лекарств затруднена, например, в суставах или глазах. Вот такие малыши могут быть особенно полезными за счет тонкой настройки своего двигательного аппарата.
Ну что ж, а на этом сегодня всё. Большое спасибо вам за просмотр. Вы можете проголосовать за самую интересную новость выпусков в вашем Telegram-канале, оставляйте свое мнение в комментариях, ставьте лайки, делитесь этим видео с друзьями, подписывайтесь на QWERTY здесь, на Ютубе, в Инстаграме и Телеграме. И до скорых встреч! Пока!
[музыка] La [музыка] Вот.