Регенерация конечностей. Старение и рибосомы. Порог «зажигания». Новости QWERTY №203
Из этого ролика вы узнаете, как столкновение рибаса влияет на старение, какой коктейль может помочь регенерировать конечности, на какое место среди причин смертности попали резистентные бактерии и почему мы находимся на пороге какого-то там зажигания.
[Музыка]
Всем привет! Вы смотрите научно-популярный канал QWERTY. Меня зовут Владимир. Уже кажется, почти постоянно мини-рубрика: а что там по Джеймс Уэбб? Космический телескоп успешно вышел на гало-орбиту вокруг точки Лагранжа L2 в системе Солнце-Земля, в полутора миллионах километров от нас. Путешествие заняло 30 дней. Теперь телескопу в течение трех месяцев предстоит тонкая нанометровая настройка 18 сегментов главного зеркала. По расчетам инженеров, запаса топлива хватит телескопу на 10 лет маневрирования и коррекции орбиты, но до первых научных фотографий остается все еще шесть месяцев.
Ну а до первой новости в выпуске самых интересных новостей науки за предыдущую неделю остается 6 секунд, ведь именно столько нужно мне, чтобы сообщить вам, что все ссылки на подробности источников находятся в описании к этому видео.
В выпусках, посвященных самым ярким итогам 21 года, вы рассказывали о термоядерных достижениях американской лаборатории НПФ в национальном ядерном синтезе. Не прошло и месяца, и снова готовы. Исследователи из Лос-Аламосской национальной лаборатории сделали еще один шаг к самоподдерживающейся реакции термояда. Как они выразились, они достигли перехода к излому физическому режиму.
Иной режим — что это за режим? Дело в том, что альфа-нагрев превзошел потери на излучение и теплопроводность. Альфа-нагрев — это, представьте себе, карбоновую капсулу в миллиметр в диаметре, заполненную криогенной 3H2 смеси. На капсулу направляют 192 лазера, выдавая почти 2 мегаджоуля энергии в импульсах с пиками 500 тераватт.
Капсула разогревается и сжимается топлива полтора раза сильнее, чем давление в центре Солнца, а температура становится в три раза больше, чем в центре Солнца. Слияние ядер дейтерия и трития вызывает выброс нейтронов и альфа-частиц. То есть, по факту, в этом деле альфа-частицы перемещаются и внутрь капсулы, добавляя свою энергию, тем самым внося вклад в развитие горения.
Получается, горящая плазма реакции с доминированием альфа-нагрева являются ключевыми для самоподдерживающегося термояда. И пусть в эксперименте вся реакция длилась всего 130 пикосекунд, свет за это время проходит всего четыре сантиметра. Это уже порог зажигания, то есть состояние, когда плазма горит сама по себе, уделяя больше энергии, чем она получила изначально.
Учёные говорят, что реакция могла бы и сама продолжиться, если бы не распалась капсула. Но и без этого количество полученного тепла превысило расходы на излучение и теплоотвод. Хотя в целом энергобаланс, естественно, все еще отрицательный, но мы все ближе и ближе к порогу зажигания.
Небольшая новость для нашей непостоянной рубрики «Страшилки» на QWERTY. На этот раз источником задачи насти близкой к озабоченности выступил мета-анализ, то есть анализ большого количества статей из журнала «Ланцет». За то время примерно сто лет, что мы атакуем бактерии их же собственным оружием, хоть и немного модифицированным антибиотиками, они эволюционировали и приобрели ряд генетических особенностей, позволяющих антибиотики не обращать внимания, часто даже не на какую-то одну группу антибиотиков, а сразу на несколько.
Вместе с тем мультирезистентные бактерии то там, то тут уносят человеческие жизни, и масштаб бедствия как раз и определили ученые, собрав воедино данные о смертях у двадцати четырех типов мультирезистентных бактерий в 204 странах. В 2019 году они обработали 400 миллионов записей. Итак, год 2019: количество смертей среди людей, зараженных устойчивыми к антибиотикам бактериями, 4 миллиона 950 тысяч, из них непосредственно из-за самих резистентных бактерий — 1 миллион 270 тысяч.
Самое неблагополучное место — к югу от Сахары: 27 случаев на 100 тысяч, вместо с наименьшим количеством таких смертей в Австралии — 6 на 100000. Там у других угроз видимого хватает. Всего лишь шесть организмов взяли на себя ответственность за большую часть смертельных исходов: полтора миллиона смертей связаны с инфекциями нижних дыхательных путей, почти столько же — с инфекциями сосудистой системы, затем с внутрибрюшными инфекциями и так далее.
А вот на этой таблице видно, каким антибиотикам были устойчивы разные типы патогенов и сколько смертей они вызвали. Когда исследователи сравнили частотность смерти и мультирезистентных бактерий с частотностью смертей от других врагов человеческой расы, то оказалось, что впереди бактерии только ишемической болезни сердца и соли. То есть почетное третье место, и даже ВИЧ и малярия остались позади.
В целом все может стать еще хуже. Среди предложенных способов решения проблемы есть и те, которые мы можем придерживаться с вами самостоятельно. Попробуйте их отыскать. Перечисляю: санитарный контроль воды, вакцинация, ограничение антибиотиков на фермах, не применение антибиотиков при вирусных инфекциях, разработка новых видов антибиотиков. На какие пункты сделали бы ставку именно вы?
Я знаю, что вы сейчас делаете с вероятностью 99,9 процентов — вы стареете. Причины старения можно найти на уровне тканей, мутации в клетках, на уровне метилирования ДНК и сокращения теломер. И, конечно же, на уровне белков.
Многие болезни, связанные со старением, называются неправильным свёртыванием белков. Да и вообще, появление большого количества неправильно свёрнутых белков — это признак старения. Но что заставляет белки сворачиваться неправильно? Для того чтобы ответить на этот вопрос, нужно проследить за тем, как появляется аминокислотная цепочка, которая затем и сворачивается в белок. Механизм, стоящий за этим, известен. Основную работу делают рибосомы.
Они скользят по матричной РНК и в зависимости от того, какую информацию она содержит, синтезируют белки. Матричная РНК, само собой, копирует информацию с ДНК. Белки, выходящие из рибосомы, соединяются друг с другом в цепочку, постепенно сворачиваясь в соответствующую 3D-структуру. Учёные следили за этим процессом на двух организмах: на дрожжах и на нематодах. Выбирались, естественно, особи преклонного возраста, чтобы увидеть, как у них нарушается функция синтеза белка.
А нарушается она следующим образом: происходят транспортные происшествия. Рибосомы едут по мРНК не поодиночке, а сразу несколькими штуками. У старых организмов наблюдаются в буквальном смысле столкновения, когда сзади идущая рибосома наезжает на впереди идущую, тормозя таким образом рибосому. Это приводит к неправильной сборке аминокислотных звеньев и некорректному сворачиванию белка.
Каких неправильных белков? Немного, всего около десяти процентов, но даже этого количества достаточно, чтобы перегрузить внутриклеточную систему мусора. Сборки менеджеров по клинингу, кстати, она со старением тоже начинает хуже работать. И вот эти белки-тунеядцы начинают цепляться друг за друга и накапливаться в клетке. Пусть дрожжи не очень похожи на человека внешне, большую часть времени, но внутри у нас работают одни и те же процессы, как у всех эукариот, по крайней мере, синтез белка на рибосомах к ним точно относится.
Поэтому есть вероятность, что и у человека лишние неправильные белки появляются благодаря столкновениям. Либо сам процесс синтеза мешает разобраться, либо сон, и их наезды друг на друга. Примечательно то, что если с дрожжами во время экспериментов наблюдаются мутации, а это с дрожжами иногда случается, то их рибосомы начинают работать опять правильно. Видимо, где-то тут есть связь, которую неплохо было бы распутать.
Но как и неправильно свёрнутая вилка, эта торцевая левушка знаменит тем, что её головастики умеют регенерировать утерянные конечности и части тела. Но вот она сама эту способность теряет. Животные, которые обладают именно такими способностями, — хорошие кандидаты на изучение регенерации. Менее некоторых животных отращивать функциональные конечности взамен утерянных. Например, у саламандр, хоть и не сравнится с полноценным замедлением старения в целом, но вполне себе полезный навык для млекопитающих, которые утратили эту способность давным-давно в ходе эволюции.
Что мы делаем в случае ранения? Мы просто заваливаем рану опасной массой рубцовой тканью для предотвращения кровопотери и инфицирования — какой уж тут рост? А вот из порций лягушек, причем у взрослых особей, учёные смогли запустить процесс регенерации. Они покрывали открытую после ампутации рану силиконовым колпачком, содержащим биогель, который был добавлен особым коктейлем из пяти компонентов.
Задачи компонентов были разные: под предотвращение воспаления и выработки коллагена до регенерации различных тканей, в том числе сосудистой, мышечной и нервной. Таким образом, вокруг раны создавалась особая среда, возникали сигналы, которые перевешивали чашу весов от обычного закрытия раны к регенерации.
У большинства лягушек, получивших колпачок с таким коктейлем, наблюдался значительный рост, к ней приводивший к появлению функциональной конечности. Сначала рана закрывалась медленнее, чем обычно, и не образовалось бластема — бугорка из недифференцированных клеток — такой же процесс происходит у головастика во время ампутации. Затем была стрима, трансформировалась, запускается фиксация клеток, появились и стали вытягиваться кости, причем они приобретали характерные особенности — вроде бугорков и впадин для крепления связок и мышц, появлялись ткани, в том числе мышечные, сосудистые, нервные, и даже в итоге выросли аналоги пальцев.
Пусть их без поддержки со стороны костей лягушка могла использовать конечности для плавания и даже отдергивать их в ответ на раздражение — и это вполне себе рабочая нога. Получается, что короткое 24-часовое воздействие коктейлем из колпачка запустило активацию сигнальных путей на продолжительное время, и конечность стала развиваться примерно так же, как если бы она принадлежала эмбриону. Кстати, если обрабатывать конечность только одним элементом коктейля, то она хорошо регенерирует только хрящевая ткань, а конечность развивается в виде шипов, что не очень удобно, если ты не косплеишь картины Дали.
Именно этому были посвящены в предыдущей работе исследователей. Так что, некоторые изменения наблюдались даже, если рану закрыть просто биогелем без всякого коктейля. В виде по чем медленнее затягивается рана, тем это лучше для регенерации. Ну и стоит отметить, что в восстановлении конечности, регенерации этот процесс не моментальный. Лапа у лягушек отрастала практически полтора года.
Сколько могла бы отрастать человеческая рука, даже представить сложно. Хорошей новостью предыдущего выпуска вы определили новость про то, что учёные создали прототип квантовой батареи. Она демонстрирует эффект суперпоглощения света при помощи чистой структуры, выложенной изнутри органическими полупроводниковыми молекулами. При этом, чем крупнее батарея, тем меньше времени требуется для её зарядки фотонами. То есть, чем больше частиц-поглотителей фотонов находятся в батарее, тем быстрее они могут выбрать всю энергию из обучающего их лазера.
Важно, что в процессе играет нахождение молекул в суперпозиции, то есть каждая молекула может быть представлена сразу в двух состояниях: возбужденном и в базовом, как кубик. Поэтому, если молекулы находятся в как бы едином когерентном состоянии, то происходит ультрабыстрая зарядка. Для более сложных подробностей лучше обратиться к статье, которая находится в открытом доступе.
Ну что ж, а на этом на сегодня всё! Большое спасибо вам за просмотр! Вы можете оставить свое мнение в комментариях, проголосовать за самую интересную новость в нашем телеграме и, как всегда, подписаться на канал QWERTY здесь на Ютубе, Инстаграме, Телеграме, не забудьте около колокольчика, чтобы не пропустить новых видео. И до скорых встреч. Пока!
[Музыка]
Вот.