Znajdź zawartość

Chyba nic we współczesnej medycynie nie wywołuje takich dyskusji, jak sprawa komórek macierzystych. Dałyby one cudowne niemal możliwości leczenia wielu chorób, ale ich uzyskiwaniu towarzyszą problemy technologiczne oraz kontrowersje etyczne. Niemieccy uczeni szykują przełom. Komórki macierzyste to pierwotne komórki, jeszcze nie zróżnicowane. Mają one możliwość uformowania dowolnej tkanki lub narządu. Zwykle decyduje o tym biologia naszego organizmu, ale sztuczne skłanianie ich do różnicowania się według naszych potrzeb i woli, co już jest możliwe, dawałoby cudowny lek na wiele nieuleczalnych chorób, możliwość regeneracji narządów zamiast ich przeszczepiania, itd. Głównym problemem na obecnym etapie badań jest pytanie: skąd je wziąć. Organizm człowieka wytwarza je w niewielkich ilościach i trudno zgromadzić jakikolwiek zapas. Najłatwiej dotychczas było pozyskiwać je z ludzkich embrionów, ale ta metoda budzi kontrowersje moralne i w wielu krajach jest zabroniona. Pewnym źródłem jest krew pępowinowa, ale nie jest to zbyt wydajne „źródło". Istnieją metody przekształcania gotowych już tkanek - na przykład skóry - na powrót w komórki macierzyste, ale efekty zwykle są dość słabe, a ponadto trudne i kosztowne. Nowe źródło potencjalnych komórek macierzystych, wolnych od tych wad, wskazują niemieccy naukowcy z Max-Planck-Gesellschaft (Towarzystwa Maxa Plancka). Ma nim być płyn owodniowy (inaczej tzw. wody płodowe). Okazuje się bowiem, że zawiera on wśród wielu substancji również komórki macierzystopodobne, które stosunkowo łatwo da się przekształcać w komórki pluripotencjalne, czyli posiadające możliwość różnicowania się do wielu różnych tkanek. Są one przy tym młode, więc nie zawierają jeszcze zbyt wielu mutacji, jak to ma miejsce w przypadku indukowania przekształceń z dorosłych już komórek. Poza doskonałą jakością, zaletą jest łatwość pozyskiwania płynu owodniowego. Można go bez szkody pobierać podczas ciąży, jest bowiem na bieżąco wytwarzany przez organizm matki. Podczas porodu jest on i tak „marnowany", jego wykorzystaniu nie będą więc towarzyszyć problemy etyczne. Odkrycie ma też jeszcze inne implikacje. Płyn owodniowy jest i tak często pobierany podczas badań prenatalnych, pozwala bowiem ocenić stan zdrowia dziecka. Wykorzystanie jego nadmiaru do hodowli tkankowych pozwalałoby jeszcze przed urodzeniem dziecka testować skuteczność wielu leków i terapii, jeśli zaistniałaby późniejsza konieczność ich zastosowania.

Obecność komputerów w każdej dziedzinie życia nie powinna już zaskakiwać, ale w technologii żywności? Specjalne oprogramowanie TagFinder pomoże firmie Metabolomic Discoveries GmbH ulepszać produkty żywnościowe. TagFinder jest dziełem niemieckich naukowców z Max Planck Institute for Molecular Plant Physiology w Golm. Zarządzająca wynalazkami organizacja Max Planck Innovation GmbH udzieliła licencji na jego wykorzystywanie dostawcy usług badawczych w dziedzinie biochemii, firmie Metabolomic Discoveries GmbH. Do czego może przydać się taki program, czy szerzej - dziedzina zwana bioinformatyką? Podczas wytwarzania żywności (a wlicza się tu również uprawę roślin, czy hodowlę zwierząt) oraz jej przetwarzania istotne i cenne są dokładne dane na temat jej składu: białek, witamin, hormonów, cukrów, aminokwasów i wszystkiego, co odpowiada za smak, zapach i wartości odżywcze. Tradycyjne metody pozwalają na oznaczenie zawartości zaledwie kilku składników w pojedynczej próbce. W celu polepszenia jakości potrzebne są bardziej kompletne dane. Takie badania są możliwe właśnie między innymi dzięki odpowiednim technikom badawczym oraz oprogramowaniu, które potrafi zinterpretować wyniki. W tym celu w wielostopniowym procesie produkty metabolizmu są akumulowane, a następnie rozdzielane. Tak przygotowane próbki są analizowane przy pomocy bombardowania elektronami w spektrometrze masowym, a każda zawarta w nich substancja daje swoisty wzór rozpadu. Rozdzielenie nakładających się na siebie poszczególnych wzorów to właśnie zadanie dla komputera, a dokładnie dla programu TagFinder. Wyróżnione wzory są porównywane z bazą danych, pozwalając dokładnie określić skład biologiczny próbki żywności, w jednym badaniu oznaczane są już nie pojedyncze metabolity, ale ich setki. Proces ten przydaje się nie tylko dla określenia wartości odżywczej, zawartości witamin czy mikroelementów w żywności. Odnalezienie charakterystycznych bioznaczników pozwala szybko zidentyfikować na przykład oznaki chorób, czy zanieczyszczeń.

My, ludzie, uważamy swój wzrok za coś doskonałego i traktujemy jako „wzorzec" wyglądu świata. A tymczasem pod wieloma względami na tym polu biją nas nie tylko zwierzęta takie jak sowy ale także wiele owadów, nawet głupiutkie muszki - owocówki. Jakich właściwości wzroku powinnyśmy najbardziej zazdrościć innym stworzeniom? Wybór jest szeroki: widzenie w ciemnościach, postrzeganie podczerwieni i ultrafioletu, postrzeganie polaryzacji światła, natychmiastowa detekcja ruchu. Tylko filmowy Predator miał to wszystko. Każdy pewnie wybrałby co innego, sportowcom, na przykład piłkarzom, zapewne przydałaby się umiejętność natychmiastowej reakcji na ruch - jakże wzrosła by ich skuteczność! My możemy sobie tylko o tym pomarzyć a tymczasem taką umiejętnością dysponują zwykłe muchy. Jak się okazuje, mikroskopijny móżdżek muchy potrafi przetwarzać sygnały wizualne z szybkością nieosiągalną ani dla nas, ani dla najlepszych superkomputerów. Postrzegają one najszybszy nawet ruch, trwający ułamki sekund, w sposób, jaki można porównać jedynie z obserwowaniem ruchu w zwolnionym tempie. Matematyczny model przewidujący w jaki sposób mózg muchy przetwarza obraz powstał już w 1956 roku. Potwierdziło go wiele eksperymentów, przez pół wieku jednak niewykonalne było zbadanie i zweryfikowanie rzeczywistej architektury połączeń pomiędzy jego neuronami. Nawet dziś, kiedy potrafimy mierzyć aktywność poszczególnych komórek nerwowych przy pomocy miniaturowych elektrod, mózg muchy jest po prostu zbyt mały na zastosowanie takiej techniki. Z zagadnieniem zmierzyli się naukowcy Instytutu Neurologicznego Maxa Plancka w Martinsried, badając w działaniu system nerwowy muszki owocówki (Drosophila melanogaster). Podeszli oni jednak do zagadnienia w zupełnie inny sposób i zamiast elektrod posłużyli się najnowszymi zdobyczami biologii i zmodyfikowali obiekt swoich badań genetycznie. Do komórek nerwowych muszki wprowadzono molekułę TN-XXL, mającą właściwości fluorescencyjne. W ten sposób neurony zmodyfikowanych muszek same sygnalizowały swoją aktywność. Do śledzenia tej sygnalizacji posłużono się laserowym mikroskopem dwufotonowym. Jako źródło „wrażeń" dla badanych Drosophila melanogaster wykorzystano ekran LED wyświetlający świetlne wzory. Potrzebne było jeszcze wyłowienie słabych sygnałów świetlnych fluorescencyjnych neuronów spośród znacznie silniejszego światła ekranu, ale po uporaniu się z tym problem i synchronizacji mikroskopu z wyświetlaczem można było przeprowadzić badania nad systemem wykrywania ruchu owocówek. W pierwszych doświadczeniach zbadano funkcjonowanie komórek L2, otrzymujących sygnały bezpośrednio z fotoreceptorów w oku muchy. Fotoreceptory reagują na dwa rodzaje zdarzeń: zwiększanie intensywności światła i jej zmniejszanie, przekazując sygnał dalej. Okazało się jednak, że badane komórki L2 przetwarzają otrzymywany sygnał i przekazują dalej tylko informację o zmniejszaniu się siły światła. Nie jest znana rola takiego szczególnego filtrowania, ale oczywiste jest, że w takim razie musi istnieć inna grupa komórek, odpowiedzialna za przekazywanie sygnałów o zwiększaniu intensywności światła. Już pierwsze eksperymenty przyniosły więc zaskakujące wyniki i odsłoniły nowe obszary badań. Zespół badawczy pod kierunkiem Dierka Reiffa liczy na wiele jeszcze odkryć i zastosowań. Zamierza on krok po kroku i neuron po neuronie prześledzić cały układ detekcji ruchu i sposób, w jaki przetwarza on informacje na poziomie komórek. Na rezultaty badań niecierpliwie czekają też współpracownicy z projektu Robotics. Członkowie zespołu to Dierk F. Reiff, Johannes Plett, Marco Mank, Oliver Griesbeck, Alexander Borst; ich praca na ten temat została opublikowana w magazynie Nature Neuroscience.