Космические бактерии, генетика комаров и непостоянная постоянная Хаббла. Новости на QWERTY
[музыка] Приветствую вас на канале QWERTY. Меня зовут Владимир. Это выпуск самых интересных новостей науки прошедшей неделе. В этом ролике: самостоятельность искусственных микроорганизмов, генетическая защита комаров, бактерии из космоса, путаница с постоянной Хаббла и многое другое. Все подробности вы найдёте по ссылкам в описании. Поехали!
В комментариях к прошлому выпуска новостей разгорелась дискуссия об уничтожении малярийных комаров, которые являются переносчиками чего? Малярии. В том числе предлагались генетические способы регуляции их численности и повышения устойчивости к этой болячки. Проблемы действительно серьёзные, настолько, что для борьбы с комарами анофелесами и малярией был запущен масштабный проект "Тысячи геномов".
Анофелесы гольбейн анофелес и крайне разнообразны, и генетическое разнообразие дарует устойчивость к внешним воздействиям для всего рода. В 2014 году был образован международный консорциум "1000 геномов анофелес гамбия", который изучил ДНК 765 комаров анофелес, отловленных в Африке. В геномах выявили более 50 миллионов вариабельных участков, которые отличаются на один нуклеотид — 20 процентов из которых имели по три и более варианта.
Эти цифры выводят комаров на лидирующие позиции среди всех организмов по генетическому разнообразию. Нет в природе создать таких разносторонних кроликов или кого-то ещё полезного и вкусного, но она решила, что именно комары достойны быть защищёнными от инсектицидов, генного драйва и биологического оружия. Методы, которыми человечество борется с переносчиками малярийных плазмодиев, инсектициды — это понятно. А вот под биологическим оружием мы подразумеваем комариных паразитов, которых натравливают на комаров в диких условиях.
Генный драйв — это технология, с помощью которой выводятся комары, устойчивые к малярии, а затем выпускаются в естественную среду, где они замещают своих диких собратьев. Но результаты проекта ясно показывают, что технологии генного драйва, в которых используются разрезание ДНК в клетках при помощи, например, Cas9, слабо применены. Всего 800 генов из нескольких десятков тысяч оказались пригодными для генетических модификаций.
Ну а самое расстройство принесли гены, которые обеспечивают устойчивость инсектицидам. Мало того, чтобы мутации в них позволяли комарам кушать ДДТ вместо соли, образно так, ещё и распространенность их одинаковых генетических вариантах на больших расстояниях показывает, что комары сезона мигрируют на расстояние гораздо больше пяти километров, как считалось ранее.
Когда учёные посчитали, что двух пар оснований в ДНК маловато и внесли дополнительную пару X и Y, ДНК бактерий получился первый полусинтетический живой организм. Но игру в бога сложно бросить, это по пути. И вот теперь с помощью этой пары оснований удалось заставить бактерий синтезировать определённый белок.
Калифорнийские учёные играли с кишечной палочкой, у которой расширенный генетический алфавит. Бактерии в нормальном режиме способны реплицировать ДНК с дополнительными словами из новых букв. Единственное XX и YY приходится добавлять в пробирку в виде 3 фосфатов, так как бактерии не способны их синтезировать самостоятельно, как остальные нормальные азотистые основания. А за доставку 3 фосфатов из пробирки в бактерию отвечает ген транспортер, позаимствованный из генома водоросли.
Как говорится, чтобы скопировать ДНК бактерии отца к бактерии сыну — это цветочки. А вот чтобы смог закодировать и воспроизвести белок, нужен особый сложный аппарат трансляций, адаптированный к синтетическим молекулам, а это уже ягодки. Способность синтезировать белок демонстрировали на примере гена зелёного флюоресцентного белка: его последовательности заменили тирозин на сирин. Но вместо кодона Эй Джесси строили кодон AL-EXE.
Кодоны — это тройки оснований, кодирующие одну аминокислоту. Соответственно, необходимо было поменять механизм считывания через транспортную РНК и ввести в ген для тРНК серина обратную последовательность ANTI CODON G. Войти ещё одним заимствованием из вне стала РНК полимераза бактериофага Т7 для синтеза матричной РНК и транспортная РНК. Подробности по ссылке. Жаль, к ней не прилагается учебник по генетике.
Вкратце итог таков: у учёных всё получилось, и клетки стали светиться зелёным, то есть аминокислота строилась в белок. Ну а дальше исследователи успешно повторили то же самое с другой аминокислотой — пиролизином и другим кодоном GX7 и ANTI CODON LA. В итоге генетический код расширился сразу на две позиции.
Учёные давно бьют тревогу: количество детей, страдающих ожирением, за последние 40 лет увеличилось в десять раз. Ожирение может не только привести к проблемам самооценкой из-за внешнего вида — здесь нужно быть очень толерантно, но и к проблемам со здоровьем, таким как диабет и сердечно-сосудистые. Но эта информация давно уже всем известна. А вот знали ли вы, что ожирение начинается с мозга?
Учёные из Сан-Паулу проверили зависимость между ожирением и молекулярными нарушениями структуры головного мозга. Для этого они взяли 120 подростков, при этом 59 из них страдала ожирением, остальные были контрольной группе и сделали им МРТ. Точнее, почти МРТ, они использовали метод диффузионной спектральной томографии, чтобы наглядно проследить диффузию молекул воды в трактах белого вещества головного мозга. Главным параметром исследования была выбрана так называемая функциональная анизотропия — неравномерность распределения молекул воды. Низкий показатель означает, что распределение белого вещества в мозге было нарушено.
И в группе у подростков с ожирением обнаружили нарушения диффузии белого вещества в миндалевидном теле, гиппокампе, таламусе и скорлупе, а это те зоны, которые отвечают за эмоциональное состояние и контроль над аппетитом. Авторы исследования выдвинули гипотезу, что ожирение среди подростков связано с молекулярными нарушениями структурой мозга, а точнее, потери контроля над аппетитом, который ведет к ожирению.
Связано с такими нарушениями. Есть такое вещество PAK-1 или Pack-1. Оно свободно проникает через гематоэнцефалический барьер, то есть барьер между кровеносной системой и центральной нервной системой. Обычно труднопреодолимо для лекарства от рака, что делает его очень удобным для лечения опухоли головного мозга. Оно известно уже давно и испытывалось на раках в пробирках, на крысах, на собаках. И вот теперь она проходит стадию Б первой части испытаний на людях с опасными формами опухоли головного мозга, его оболочки и сосудов.
PACK-1 отрицательно действует на раковые клетки настолько отрицательно, что в них запускается механизм клеточного самоубийства. Главное, чтобы в клетках находился фермент проказ, который нацелен на наше вещество, а у многих раковых клеток как раз наблюдается повышенная экспрессия этого фермента. На здоровые клетки PACK-1 не действует. Однако сама по себе это вещество неэффективно, она работает в связке с другими веществами, воздействующими на рак.
Испытания направлены как раз на проверку сочетаемости с рядом препаратов, например, темозоломидом. У собак они более предпочтительны для испытаний, чем грызуны, потому что их рак более схож с человеческим. После лечения комбинации PACK-1 с другим препаратом опухоли мозга уменьшались или исчезали вообще, а побочных эффектов, кроме небольшого желудочного расстройства, не было. Теперь будем ждать, что же произойдет у людей.
Океан, по разным данным, изучим от двух до пяти процентов, может быть даже меньше, чем космос. Его обитатели скрытные ребята, но иногда мы таким можем познакомиться с кем-то интересненьким, как например, с чуда-юда рыбами, живущими в Марианской впадине на глубине аж 8 тысяч метров. Учёные обнаружили её в 2014 году, ещё неизвестно, кто по итогам этой встречи испугался больше. И вот только сейчас новый вид получил название и описание. За три года, начиная с 2014, исследователи выловили 37 таких рыб Псевдо-де-поррес.
Свой рейс, как зовут этих крошек, относится к семейству ли паровых или морских слизней. Морские слизни — те ещё приспособленцы, они способны жить в более глубоких водах, чем другие рыбы. Там им не угрожают хищники и доступно гораздо больше пищи в виде всяких беспозвоночных. Но в открытом океане длина тела 10-15 сантиметров, а через полупрозрачную кожу без заметной чешуи можно изучать их анатомию. Учёные сравнили их ДНК с ДНК других видов глубоководных морских слизней, а с помощью компьютерной томографии сравнили строение рыб, чтобы точно исключить ошибку.
Новый вид получил название в честь Дирк Тасфера, одного из участников экспедиции Corvette Challenge, измерившей глубину Марианской впадины в 1875 году. Справедливости ради отмечу, что предыдущий рекордсмен по глубинному проживанию тоже был морским слизнем.
Из глубин выси оказывается, космонавты МКС периодически выбираются в открытый космос и собирают пробы с обшивки орбитальной станции ватными тампонами. Особенно их интересуют зоны накопления топливных отходов и затененные участки. Потом всё это исследуется в земных лабораториях. В своём интервью CosmoNand Антон Каплеро заявил, что на поверхности станции были найдены бактерии, происхождение которых не удалось установить.
На тампонах обнаружились бактерии, которых не было при запуске модуля МКС. Они прилетели откуда-то из космоса и поселились на внешней стороне обшивки. По его словам, они изучаются и, похоже, не несут никакой опасности. Несмотря на оптимизм этой новости, хочется напомнить о сюжете романа Майкла Крайтона "Штамм Андромеды", в котором вместе с упавшим спутником на Землю попали некие микроорганизмы, вирулентность и летальность которых.
Закон Хаббла гласит, что скорость отдаления галактики прямо пропорциональна расстоянию до неё, а постоянная Хаббла — это коэффициент в формуле, отражающий этот закон. Она выражается в километрах в секунду на мегапарсек. А самое вкусное то, что она до сих пор не определена. Нет, есть, конечно, цифры, полученные с помощью различных методик, но они настолько отличаются, что удивительно, как они не стали поводом для астрофизических войн.
Кто-то рассчитывает постоянную Хаббла через угловое разрешение флуктуации реликтового излучения, и тогда мы видим значение в 67 и 6 плюс-минус 0,6 километра в секунду на мегапарсек, поклон в сторону космической обсерватории "Планка". Кто-то считает её через скорость отдаленных сверхновых с учетом красного смещения, а расстояние до них определяется с помощью кривой их блеска. Тогда значение становится равным 70,3 плюс-минус 1 целая 70-ых.
Ну а кто-то замеряет задержки при получении разных изображений одних и тех же квазаров, образующихся при сильном гравитационном линзировании, и тогда значение 72 плюс-минус 3 на лицо. Маленькое несоответствие "квазар-новая" и "сверхновая" подхода "Планковскому". Чтобы исправить ситуацию в "квазарный" подход внесли поправки, учитывающие эффекты, возникающие из-за конечного размера скоплений галактик, играющих роль линзы. Раньше считалось, что лезирующие объекты сферически симметричны, а их плотность падает постепенно с расстоянием. Но хорошенько поразмыслив, учёные решили, что вещество вокруг галактик сходит на нет гораздо быстрее.
А значит, меняются значения радиуса в формулах, и получается, что расчеты занижали значение постоянной Хаббла на целый процент. Кто-то скажет: ерунда, но в эпоху роста точности вычислений приходится соответствовать. Новое, якобы правильное значение Pack Lazarus теперь 73 плюс-минус 3 километра в секунду на мегапарсек. А это вообще-то ещё больше увеличивает отрыв от планковского метода! Но с другой стороны за ближайшего "зарны" и "сверхновые" подходы. Но в чём смысл такого сближения, если причина расхождения всё ещё остаётся тайной за семью печатями?
Генераторы случайных чисел — это основа криптографической защиты, ведь для того, чтобы зашифровать информацию, требуется сгенерировать ключ, случайную последовательность нулей и единиц. И чем случайные числа, тем надёжнее защита. Квантовые генераторы — самые надёжные, потому что случайность, генерируемая в них, на физическом уровне — самые настоящие, а не такие, которые программно получаются с помощью какой-либо формы. Ведь в квантовой механике неопределённость заложена в самих уравнениях.
Однако есть одна маленькая проблема: скорость генерации таких случайностей, квантовых генераторов, слишком низка. Физики из МГЛУ Мифе нашли способ быстро получать случайные числа с помощью квантового генератора. Они построили прибор, в котором для генерации случайного числа использовали процесс поглощения фотона атомом. Если опустить все подробности про распределения Пуассона, вероятность регистрации фототоков, расчёт последовательности этих регистраций при помощи полиномиальных алгоритмов, то скажем, нога вяжем смысл в том, что слабый лазер светит на кремниевый фотоумножитель.
А атомы этого фотоумножителя поглощают фотоны с определённой долей вероятности, а на выходе мы имеем случайные последовательности 0 и 1 заданного размера. Для своего генератора учёные использовали массив из 1156 фотоумножителей размером 32 на 32 микрометра каждый, а в качестве источника фотонов они взяли лазерный диод. Построенный генератор позволил получать случайные числа со скоростью до 75 мегабайт в секунду, что на 20 процентов быстрее, чем предыдущий лучший результат.
Генератор уже прошёл проверку на случайность Национального института стандартов и технологий США. Ну а на этом сегодня всё! Большое спасибо вам за просмотр, надеюсь, эта информация была для вас полезной или хотя бы интересной. Ставьте лайк, подписывайтесь на канал и делитесь этим выпуском со своими друзьями. До скорых встреч! Пока! [музыка]