Znajdź zawartość

Rozpoczynając atak na bakterie, bakteriofagi nakłuwają je za pomocą kurczliwego białka. Ponieważ jest ono mikroskopijne, długo nie wiedziano, jak działa i jest zbudowane. Teraz odkryto, że na jego czubku tkwi pojedynczy atom żelaza, utrzymywany w miejscu przez 6 aminokwasów. Biofizyk Petr Leiman z Politechniki Federalnej w Lozannie podkreśla, że sporo wiadomo o namnażaniu bakteriofagów, ale już nie o początkowych etapach zakażania ofiar. Stąd pomysł na eksperymenty z dwoma bakteriofagami P2 i Φ92, które atakują pałeczki okrężnicy (Escherichia coli) oraz bakterie z rodzaju Salmonella. Naukowcy odnaleźli w przeszłości gen odpowiedzialny za tworzenie białkowego "szpikulca" P2, teraz udało się to w odniesieniu do Φ92. W kolejnym etapie badań Szwajcarzy wyprodukowali oba białka i przekształcili je w kryształy. Dzięki temu do określenia budowy protein mogli się posłużyć krystalografią rentgenowską (promienie rentgenowskie ulegają dyfrakcji na kryształach, a wiązki ugięte rejestruje się za pomocą liczników, ewentualnie błony fotograficznej). Mimo że uważano, że krystalografia rozwieje wszelkie wątpliwości związane ze strukturą kurczliwego białka wirusów, tak się jednak nie stało. Podczas prób zrekonstruowania "szpikulca" na podstawie dyfraktogramu okazało się, że brakuje najważniejszego elementu - czubka. Akademicy zmodyfikowali więc gen bakteriofagów w taki sposób, by produkowana była tylko część białka stanowiąca czubek. Po kolejnej krystalografii rentgenowskiej określono wreszcie, jak wygląda i pod mikroskopem elektronowym wykonano zdjęcie dokumentujące przebieg nakłuwania błony zewnętrznej bakterii Gram-ujemnych.

Seria modyfikacji genetycznych pozwoliła na uzyskanie nowej formy czynnika VIII - białka, którego niedostateczne wytwarzanie jest odpowiedzialne za rozwój hemofilii typu I. "Poprawione" białko wykazuje szereg cech, dzięki którym może ono stać się lekiem znacznie skuteczniejszym od stosowanego dotychczas odpowiednika identycznego z naturalnym. Obecnie najczęściej stosowanym lekiem przeciwko hemofilii typu I jest tzw. rekombinowany (wytwarzany in vitro dzięki metodom inżynierii genetycznej) czynnik VIII, lecz nawet on, pomimo idealnej zgodności z naturalnym odpowiednikiem, ma swoje wady. U jednej czwartej leczonych nim pacjentów dochodzi do poważnych reakcji immunologicznych, zaś nawet w przypadku powodzenia terapii jest ona niezmiernie droga. Czynnik VIII jest jedną z protein uczestniczących w tzw. kaskadzie krzepnięcia. Jest to grupa białek, które reagują na uszkodzenie tkanki i uruchamiają biochemiczną "reakcję łańcuchową", której efektem jest powstanie skrzepu zapobiegającego ucieczce krwi z naczyń. U osób z hemofilią typu I czynnik VIII jest wytwarzany w zbyt małej ilości lub nie powstaje on w ogóle, przez co dochodzi u nich do masywnych, często także samoistnych krwawień. Badana proteina zawiera aż 2300 ułożonych w łańcuch podjednostek, zwanych aminokwasami. Są one podzielone na tzw. domeny, czyli ugrupowania pełniące poszczególne funkcje charakterystyczne dla danej proteiny. Jak się okazało, dla ulepszenia terapeutycznych właściwości transgenicznego czynnika VIII kluczowe są aminokwasy leżące nie w samych domenach, lecz w miejscach połączenia pomiędzy nimi. Naszym celem jest poprawienie natury dzięki uzyskaniu wzbogaconego czynnika VIII, który byłby lepszy od proteiny obecnej w organizmach zdrowych osobników - ujawnia ambitne cele eksperymentów dr Philip Fay z Centrum Medycznego Uniwersytetu Rochester, jeden z autorów nowej technologii. Badacz wyjaśnia przy tym specyfikę eksperymentu: bardziej aktywne formy [czynnika VIII] nie zdarzają się w naturze, gdyż powinny - teoretycznie - powodować nadmierne krzepnięcie krwi, blokowanie naczyń i ataku serca u osób, które byłyby bez tego zdrowe. U pacjentów z hemofilią jednak, zwiększona krzepliwość jest pożądana. Mimo to, staraliśmy się ingerować w strukturę białka tak delikatnie, jak to możliwe, ponieważ reakcja systemu odpornościowego jest tym bardziej prawdopodobna, im większe są zmiany. Przeprowadzony eksperyment wykazał, że wystarczy zamienić zaledwie trzy aminokwasy w całej strukturze czynnika VIII, by uzyskać niebagatelną poprawę jego właściwości. Opisywane modyfikacje pozwoliły na zwiększenie stabilności termicznej białka o 200 procent oraz oporności na czynniki chemiczne o 30 procent. Co więcej, obniżono - i to aż o ośmiokrotnie - prawdopodobieństwo niekontrolowanego rozpadu cząsteczki podczas modyfikacji związanych z aktywacją kaskady krzepnięcia. Łącznie opisywane "poprawki" pozwoliły na zwiększenie aż o 220% poziomu wytwarzania trombiny - jednego z ostatnich elementów kaskady krzepnięcia. Zdaniem dr. Faya podobne badania pozwolą na znaczne obniżenie kosztów leczenia hemofilii typu I oraz poprawę komfortu życia cierpiących na nią pacjentów. Bez wątpienia zespół z Rochester będzie więc szukał partnera biznesowego, który pomoże wprowadzić nową formę terapeutycznego białka na rynek.

Czy pierwsze związki organiczne na Ziemi zostały przywleczone przez meteoryty? Być może. Istnieje jednak prawdopodobieństwo, że do ich syntezy doszło dopiero na powierzchni naszej planety, lecz udział "spadających gwiazd" w tym procesie był niebagatelny. W dzisiejszych czasach upadek dużego ciała niebieskiego mógłby spowodować prawdziwą katastrofę. Zdaniem naukowca z japońskiego Uniwersytetu Tohoku w przeszłości mogło być jednak zupełnie inaczej - to meteoryty mogły posłużyć jako źródło prekursorów znanych obecnie związków organicznych oraz energii niezbędnej do zajścia odpowiednich reakcji chemicznych. Aby potwierdzić tę odważną hipotezę, doktorant Yoshihiro Furukawa użył bardzo silnego działa, które miało symulować uderzenie meteorytu w powierzchnię Ziemi. Wystrzeliwane pociski uderzały w mieszaninę oczyszczonego węgla, żelaza, niklu, wody oraz azotu - najważniejszych składników tzw. chondrytów, czyli jednego z rodzajów meteorytów kamiennych. Po uderzeniu analizowano, z wykorzystaniem najnowocześniejszych technik analitycznych, skład chemiczny materii powstającej w miejscu kolizji. Eksperyment badacza z Uniwersytetu Tohoku pokazał, że w wyniku uderzenia powstawał cały szereg związków organicznych, takich jak kwasy tłuszczowe, aminy, a nawet jeden z aminokwasów. Przedstawiciele każdej z tych trzech grup są niezwykle istotnymi składnikami funkcjonujących na Ziemi organizmów. Biorąc pod uwagę fakt, że w warunkach laboratoryjnych odtworzono tylko pewien uproszczony model kolizji chondrytu z Ziemią, można przypuszczać, że w rzeczywistości spektrum powstających związków organicznych jest znacznie szersze. Warto też zwrócić uwagę na fakt, iż w czasach, gdy na Błękitnej Planecie powstawały pierwsze organizmy, uderzało w nią 1000 razy więcej meteorytów niż obecnie. Niezależnie od tych spekulacji, jedno jest zdaniem Furukawy pewne: to badanie jest pierwszym, które pokazało, że aminokwas może zostać zsyntetyzowany w drodze naturalnego mechanizmu, który mógł wystąpić na młodej Ziemi. Wcześniejsze eksperymenty wykazały, że podczas zderzenia "spadającej gwiazdy" z powierzchnią naszej planety powstają lepkie cząstki, z których może powstać następnie glina. Wygląda więc na to, że kilka miliardów lat temu mogły one wiązać ze sobą związki organiczne, a następnie opadać na dno oceanów, tworząc w ten sposób wspaniałe warunki do powstania pierwszych form życia. Do rozwiązania pozostaje teraz jedna zagadka: jeśli elementy potrzebne do powstania życia przybyły do nas z kosmosu, to czy z pomocą narzędzi ze zgubionego przez amerykańską astronautkę przybornika także uda się zmontować jakiś organizm? ;-)

Grupa naukowców prowadzona przez specjalistów z Kanaryjskiego Instytutu Astrofizyki odkryła w przestrzeni kosmicznej ślady naftalenu - związku będącego prekursorem niektórych substancji wchodzących w skład organizmów żywych. Jest to jeden z najbardziej złożonych związków chemicznych odkrytych dotąd w kosmosie. Ślady naftalenu, związku należącego do grupy węglowodorów, zostały odkryte w rejonie powstawania nowej gwiazdy w pobliżu gwiazdy Cernis 52 należącej do konstelacji Perseusza. Miejsce to jest odległe od Ziemi o około 700 lat świetlnych, co można określić jako bardzo bliskie sąsiedztwo naszej planety. O obecności substancji w materii międzygwiezdnej świadczą wyniki analizy tzw. widm spektralnych - wykresów przedstawiających zakresy częstotliwości fal elektromagnetycznych absorbowanych (pochłanianych) oraz emitowanych przez materię znajdującą się pomiędzy miejscem emisji światła i obserwatorium astronomicznym. Ponieważ każdy związek chemiczny pochłaniania i emituje fale o ściśle określonych, charakterystycznych dla siebie częstotliwościach, możliwe jest ustalenie składu materii międzygwiezdnej na podstawie analizy promieniowania przenikającego przez określony fragment przestrzeni. Jak tłumaczy jeden z autorów odkrycia, Iglesias Groth, kolejnym etapem badań będzie poszukiwanie w obserwowanej strefie innych węglowodorów. Badacze planują także wykonanie analiz mających na celu ustalenie, czy w rejonie gwiazdozbioru Perseusza znajdują się aminokwasy - związki, których polimeryzacja (łączenie w wieloelementowe łańcuchy) prowadzi do powstawania białek. Aminokwasy mogą powstać w wyniku reakcji zachodzącej pod wpływem światła ultrafioletowego pomiędzy wodą i amoniakiem. Wszystkie trzy czynniki są w badanym fragmencie przestrzeni dostępne w dużych ilościach, co rodzi nadzieję na dokonanie kolejnego przełomowego odkrycia. Wśród innych związków, które mogły powstać w okolicach gwiazdy Cernis 52, wymienia się m.in. naftochinony stanowiące prekursory niektórych witamin. Odkrywanie kolejnych związków organicznych w przestrzeni kosmicznej istotnie zwiększa prawdopodobieństwo istnienia życia pozaziemskiego. Nic więc dziwnego, że trwają intensywne poszukiwania kolejnych tego typu substancji. Niektóre z nich, jak np. wspomniane aminokwasy i naftalen, zostały wcześniej wykryte w meteorytach znajdowanych na Ziemi, a kolejne, jak np. proste cukry, wykrywano już wcześniej w obłokach międzygwiezdnych. Odkrycie Hiszpanów jest istotne z jeszcze jednego powodu. Dzięki analizie widm spektralnych udało się zrozumieć powstawanie tzw. linii rozmytych, czyli "wygaszania" bardzo licznych częstotliwości przez nieznane wcześniej substancje. Testy laboratoryjne, potwierdzone później przez analizy astrofizyczne, potwierdziły, iż przyczyną powstawania linii rozmytych jest właśnie naftalen oraz inne węglowodory posiadające w swojej strukturze atomy węgla ułożone w kilkuelemenentowe pierścienie. Badaczy z Kanaryjskiego Instytutu Astrofizyki wspierali eksperci z Obserwatorium Paryskiego oraz Uniwersytetu Teksańskiego. Ich wspólną publikację opublikowało czasopismo Astrophysical Journal Letters.

Studium 53 hiszpańskich miodów wykazało, że miód spadziowy (czyli wytworzony ze spadzi zebranej z pędów roślin) zawiera więcej przeciwutleniaczy niż miód nektarowy (produkowany z nektaru). Skład miodu zależy od tego, gdzie pszczoły zbierały surowiec. Spadź, nazywana inaczej rosą miodową, jest słodką cieczą, pojawiającą się na liściach, igłach oraz zielonych pędach przede wszystkim latem. Niektórzy się na pewno zdziwią, gdy usłyszą, że to odchody mszyc, miodówek, czerwców i innych owadów ssących, które żywią się sokami roślin. Nektar jest zbierany z nektarników kwiatowych oraz pozakwiatowych. Oprócz dwóch wymienionych na początku miodów, polskie normy wyróżniają jeszcze jeden mieszany typ: miód nektarowo-spadziowy. Miód to naturalne źródło przeciwutleniaczy, a miód spadziowy jest w tej dziedzinie najlepszy — przekonuje Rosa Ana Pérez z Instituto Madrileño de Investigación y Desarrollo Rural, Agrario y Alimentario w Madrycie. Każdy z 53 miodów poddano serii badań fizykochemicznych. Uwzględniono 39 miodów nektarowych, 5 miodów spadziowych oraz 9 miodów nektarowo-kwiatowych. Okazało się, że pH, kwasowość, absorpcja sieciowa, przewodnictwo elektryczne i ogólna zawartość polifenoli silnie wpływają na zdolność pszczelego produktu do zwalczania wolnych rodników. Związek między zdolnością do zwalczania wolnych rodników a składem białkowym miodu był bardzo istotny w przypadku 18 z 20 uwzględnionych przez Hiszpanów aminokwasów. Korelacja była silniejsza, niż wynikałoby to z samej zawartości polifenoli. Rezultaty sugerują więc, że skład aminokwasowy miodu jest ważnym wskaźnikiem jego właściwości "antyrodnikowych" (Journal of the Science of Food and Agriculture).

Synteza białek rozpoczyna się od wytworzenia lub sprowadzenia do organizmu elementów składowych, czyli aminokwasów. Chińscy naukowcy udowodnili jednak, że można to zrobić zupełnie inaczej. Wygodniejsza w tym przypadku metoda przypomina wykorzystywaną przy produkcji tworzyw sztucznych polimeryzację olefin (alkenów). Substraty są tanie, co w przypadku działań na skalę przemysłową stanowi niewątpliwie duży plus (Angewandte Chemie). Aminokwasy zawierają dwie grupy funkcyjne: zasadową grupę aminową (-NH2) oraz kwasową grupę karboksylową (-COOH). Tworząc wiązania peptydowe pomiędzy grupą aminową jednego aminokwasu a grupą kwasową drugiego, mogą się łączyć w długie łańcuchy polipeptydowe. Chińczycy zauważyli jednak, że by uzyskać taki sam efekt, wcale nie trzeba rozpoczynać od aminokwasów. Idealnymi substratami okazały się iminy. Są to związki organiczne, które powstają w wyniku reakcji związków karbonylowych z amoniakiem albo aminami pierwszorzędowymi. Charakteryzują się właściwościami zasadowymi. W cząsteczkach imin występuje podwójne wiązanie między atomami węgla i azotu: RCH=NR' lub RR'C=NR''. Jeśli iminy połączy się naprzemiennie z cząsteczkami tlenku węgla (CO), otrzymamy łańcuch składający się z dwóch rodzajów elementów. Reakcja tę obmyślono na wzór wykorzystywanej podczas produkcji plastików polimeryzacji Zieglera-Natty, przy której korzysta się z pomocy katalizatorów metalicznych. Jej kluczowym etapem jest insercja, czyli łączenie się monomerów z atomami metalu. Do tej pory nie udało się przeprowadzić podobnej kopolimeryzacji białka, ponieważ nie można było znaleźć skutecznego i działającego nieprzerwanie katalizatora. Zespół Huailina Suna z Nankai University odkrył, że do tego celu doskonale nadaje się pewien związek kobaltu. W przyszłości Chińczycy chcą do budowy łańcucha wykorzystać nie jeden, a kilka rodzajów imin.

Badając występujące w naturze peptydy przeciwbakteryjne, biolodzy odkryli, że reguły odnoszące się do ich budowy (porządku i położenia części składowych) przypominają proste zasady gramatyczne. Posługując się "gramatykopodobnymi" regułami działania peptydów, naukowcy skonstruowali 40 nowych antybiotyków. Jest to tym ważniejsze, że wzrasta liczba lekoopornych szczepów bakteryjnych. Połowa nowo uzyskanych związków zwalcza wiele bakterii, a dwa oddziałują nawet na wąglika. Badacze sądzą, że wiele nowych antybiotyków występuje w grupie niewielkich zwalczających bakterie białek, które znajdują się w różnego rodzaju wydzielinach, od jadu skorpiona poczynając, a na ludzkim pocie kończąc. Bakterie nie mogą pokonać tych białek przez prostą mutację, ponieważ oddziałują one na wiele składników ściany komórkowej mikroorganizmu. Naukowcy wiedzą jednak na razie o kilkuset takich naturalnych białkach. Jak do tej pory nie udowodniono, że któreś z nich są na tyle skuteczne i bezpieczne, że można by je zastosować jako antybiotyk u ludzi. Dlatego też Gregory Stephanopoulos i jego zespół z MIT postanowili sztucznie stworzyć tego rodzaju białka. Nawiązując do terminologii gramatycznej, białka uznano za język, a poszczególne aminokwasy za słowa.