Znajdź zawartość

By móc normalnie działać, komórka musi podtrzymywać odpowiednie pH. Dotąd naukowcy nie wiedzieli, za pomocą jakich mechanizmów odbywa się monitorowanie kwasowości/zasadowości, teraz okazuje się, że odpowiada za to wbudowany w błonę komórkową kwas tłuszczowy – kwas fosfatydowy. Naukowcy wiedzieli, że w pewnych okolicznościach określone białka są w stanie wykrywać zmiany pH. Odkryliśmy jednak, że w rzeczywistości to jeden z fosfolipidów, występujący we wszystkich komórkach kwas fosfatydowy, odpowiada za detekcję pH. Posługując się modelem drożdży piwnych, stwierdziliśmy, że w sytuacji pozbawienia składników odżywczych doszło do spadku komórkowego pH, a w konsekwencji do zmiany stanu chemicznego kwasu fosfatydowego. To z kolei zmieniło ekspresję genów oraz metabolizm komórki – wyjaśnia dr Chris Loewen z Uniwersytetu Kolumbii Brytyjskiej. Opisywane odkrycia mają duże znaczenie dla zrozumienia ludzkiego metabolizmu i patogenezy różnych chorób, ponieważ budowa i działanie lipidów są bardzo podobne u wszystkich organizmów. W przyszłości trzeba będzie stwierdzić, jak ma się ono do dwóch dziedzin: 1) rozrastania guza (w procesie tym ważną rolę odgrywają bowiem zarówno kwas fosfatydowy, jak i pH) oraz 2) pracy mózgu (ponieważ neurony dynamicznie zmieniają komórkowy odczyn, co wskazuje, że również dysponują czujnikiem pH). Ze szczegółowymi wynikami badań można się zapoznać na łamach pisma Science.

Badacze z Laboratorium Energetyki Laserowej Univeristy of Rochester opracowali błonę, która nie przepuszcza gazu, gdy na jej powierzchnię rzutowane jest światło ultrafioletowe, i uwalnia go, kiedy barwa, czyli długość fali, ulega zmianie (w tym przypadku na promieniowanie fioletowe). Wynalazcami pierwszej kontrolowanej w ten sposób membrany są student Eric Glowacki i jego opiekun naukowy Kenneth Marshall. Błonę wykonano z kawałka plastiku, w którym wydrążono otwory. Znajdują się w nich ciekłe kryształy i barwnik. Kiedy na błonę pada fioletowe światło, cząsteczki barwnika prostują się, a kryształy ustawiają się w rzędzie, co zapewnia bezproblemowy przepływ gazu. Po zmianie światła na ultrafioletowe molekuły barwnika wyginają się, przybierając kształt bumerangów czy, jak kto woli, bananów. Kryształy rozchodzą się w przypadkowych kierunkach, blokując gazowi przejście. Glowacki tłumaczy, że kontrolowanie przepuszczalności błony za pomocą światła, a nie temperatury czy elektryczności – dwóch często używanych obecnie metod – jest dużo wygodniejsze. Po pierwsze, można to robić zdalnie. Po drugie, kolor światła padającego na membranę daje się zmieniać bardzo precyzyjnie i właściwie natychmiast. Rozgrzewanie lub chłodzenie wymagają za to czasu, a powtarzanie tych procesów prowadzi niekiedy do uszkodzenia błony. Po trzecie, światło nie doprowadza do zapłonu, co ma niebagatelne znaczenie przy pracy z węglowodorami i innymi palnymi gazami. Po czwarte wreszcie, ilość energii świetnej potrzebnej do "przełączenia" membrany jest minimalna. Choć z pozoru prosta, nowatorska błona powstaje w kilku etapach. Na początku okrągły kawałek plastiku jest bombardowany strumieniem neutronów. W wyniku tego powstają równej wielkości otworki o średnicy ok. 1/100 mm. Następnie plastik zanurza się w roztworze ciekłych kryształów i barwnika, który wypełnia dziurki dzięki zjawiskom kapilarnym. Na końcu membranę umieszcza się w wirówce, by usunąć z powierzchni nadmiar kryształów. Amerykanie mają nadzieję, że w przyszłości ich wynalazek przyda się do dostarczania leków czy kontrolowania procesów przemysłowych. Na razie udało mu się zadebiutować na branżowej konferencji.

Aby zainfekować czyjś organizm, bakteria musi przechytrzyć jego układ odpornościowy. W tym celu przez kanały transportowe w błonie dostarczane są czynniki wirulencji. U niektórych bakterii kanały te tworzą coś w rodzaju strzykawki, przez co patogen zyskuje dostęp do wnętrza komórki gospodarza. Naukowcy ze Stowarzyszenia Maxa Plancka i Federalnego Instytutu Badań nad Materiałami i Testowania jako pierwsi odkryli, jakie podstawowe reguły rządzą "konstrukcją" kanałów. Do eksperymentów wykorzystano gatunek bakterii powodujący zatrucia pokarmowe (czerwonkę) - Shigella flexneri. Dotąd niewiele wiedziano o tym, jak bakterie tworzą swoje nanostrzykawki. Rąbka tajemnicy uchylili jednak specjaliści z Instytutu Biologii Zakaźnej Maxa Plancka w Berlinie, Instytutu Chemii Biofizycznej w Getyndze oraz Federalnego Instytutu Badań nad Materiałami i Testowania. Eksperymenty nad odtwarzaniem bakteryjnych mikrostruktur prowadzono w probówkach. Okazało się, że białka powstawały w głębi komórki bakteryjnej. Przez strzykawkę były one odprowadzane na zewnątrz, by stopniowo wydłużyć część stanowiącą igłę. Ponadto naukowcy zauważyli, że podczas prac konstrukcyjnych białka zmieniały swoją konformację przestrzenną. Niemieccy specjaliści potrafili opisać zachodzące przekształcenia z dokładnością do pojedynczego aminokwasu. Ustalono to dzięki prowadzonej w BESSY w Berlinie i ESRF w Grenoble rentgenowskiej analizie strukturalnej oraz spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego (ang. NMR-spectroscopy). Medykamenty bazujące na najnowszych odkryciach mogłyby hamować proces rozbudowywania igły czy wstrzykiwanie czynników zakaźnych do komórki gospodarza. Poza lekoopornością, eksperci wskazują bowiem na inne minusy antybiotyków. Nie odróżniają one dobrych i złych komórek (bakterii), co prowadzi do wystąpienia różnych efektów ubocznych.

Naczynia włosowate mózgu w niecodzienny sposób eliminują zbędne obiekty, takie jak skrzepliny, blaszki miażdżycowe bądź złogi wapnia, które mogą zablokować dopływ niezbędnych składników odżywczych i tlenu do tego ważnego narządu. Kapilary usuwają zator, tworząc błonę obejmującą go jak koperta. Następnie przeszkoda jest zabierana z naczynia. Naukowcy ze Szkoły Medycznej Feinberga na Northwestern University podkreślają, że krytyczny proces przebiega w starzejącym się mózgu od 30 do 50% wolniej, przez co dochodzi do obumierania większej liczby naczyń włosowatych. Spowolnienie może stanowić czynnik odpowiedzialny za związane z wiekiem pogorszenie funkcjonowania intelektualnego. Wyjaśnia też, czemu starsi pacjenci po udarze nie odzyskują zdrowia i zdolności tak szybko jak młodsi chorzy – tłumaczy dr Jaime Grutzendler. Studium przeprowadzono na myszach, a jego wyniki ukazały się właśnie w piśmie Nature. Naukowcy wiedzieli, jak z zatorami radzą sobie duże naczynia. Tutaj ciśnienie krwi przepycha je dalej bądź rozrywa albo do akcji wkraczają enzymy działające na zasadzie rozpuszczania. Przeprowadzono jednak mało badań dotyczących zjawisk zachodzących w takiej sytuacji w kapilarach. Akademicy z Northwestern jako pierwsi wykazali, że ciśnienie krwi i enzymy niewiele tu mogą zdziałać w ciągu krytycznych 24-48 godzin. Wspomniane mechanizmy działają tylko przez połowę czasu, w dodatku wyłącznie na zakrzepy (nie radzą sobie zwłaszcza z trudno rozpuszczalnym cholesterolem). Co się zatem dzieje z kapilarami, które nie zostały w ten sposób oczyszczone? Obumierają czy organizm wdraża jakąś zupełnie inną metodę? By to sprawdzić, zespół Grutzendlera sztucznie utworzył mikrozakrzepy i oznakował ją czerwoną fluorescencyjną substancją. Zostały one wprowadzone do tętnicy szyjnej, a trasę ich przemieszczania się przez układ krwionośny aż do kapilar obserwowano w różnych odstępach czasowych za pomocą mikroskopu fluorescencyjnego. Ku swojemu zaskoczeniu Amerykanie zauważyli, że komórki naczyń zlokalizowane tuż obok zatoru tworzyły błonę całkowicie obrastającą zawadzający obiekt. Pierwotna ściana naczynia otwierała się i odłamek był przenoszony w kierunku tkanki mózgowej. Otorbiony "odłamek" stawał się nową ścianą naczynia. W ten sposób przywracano prawidłowy przepływ krwi, nie dochodziło też ani do uszkodzenia naczynia, ani okolicznych neuronów.

Doktorantka Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego opracowała nowy sposób dostarczania w leczeniu trądziku kwasu laurynowego, występującego m.in. w oleju orzechów kokosowych czy ludzkim mleku. Wypełnione nim nanobomby zbliżają do wywołujących zmiany skórne Gram-dodatnich bakterii Propionibacterium acnes. Dissaya "Nu" Pornpattananangkul ma zaprezentować wyniki swoich badań na dorocznej konferencji Research Expo, która odbywa się na jej macierzystej uczelni. Wybór kwasu laurynowego nie był przypadkowy, gdyż wg Kalifornijczyków, pozwoli on uniknąć efektów ubocznych stosowania innych leków przeciwtrądzikowych, w tym zaczerwienienia i pieczenia skóry. Nowatorski system dostarczania leku składa się ze złotych nanocząstek, przyczepionych do wypełnionych kwasem laurynowym liposomów (nanobomb). Złoto nie dopuszcza do zlewania się pęcherzyków. Poza tym nanocząstki pomagają liposomom zlokalizować bakterie na podstawie specyficznego mikrośrodowiska skórnego, w tym pH. Kiedy nanobomby dotrą do błon komórkowych P. acnes, przy kwasowym odczynie nanocząstki złota odłączają się od kapsułek. Dzięki temu liposomy mogą się zlać z bakteryjnymi błonami i uwolnić swoją zawartość. Profesor Liangfang Zhang, w której laboratorium pracuje Pornpattananangkul, cieszy się z możliwości poprawy jakości leczenia zakażeń skórnych. Preparat stosowany jest powierzchniowo, w dodatku obiera sobie za cel wyłącznie P. acnes. Wszystkie składniki nanobomb są naturalne lub zostały dopuszczone do użytku klinicznego, co oznacza, że liposomy będą już w najbliższej przyszłości testowane na ludziach.

Już wkrótce przepisy wykorzystujące białka jaja kurzego nie będą wyłącznie domeną kulinarną, ale trafią także na strony podręczników opisujących sposoby tamowania wycieków wód płodowych przez nieszczelności w owodni (American Journal of Obstetrics & Gynecology). Owodnia może pękać samorzutnie, ale do rozszczelnienia dochodzi także po prenatalnych zabiegach chirurgicznych bądź amniopunkcji. Jest to inwazyjna metoda diagnostyczna, która polega na nakłuciu igłą jamy owodni. Jest wykonywana pod kontrolą USG, zawsze istnieje jednak ryzyko powikłań. Jeśli ciężarnej za wcześnie odejdą wody, może nastąpić poronienie. Ken Moise i zespół z Baylor College of Medicine w Houston przypomnieli sobie, jak lepkie jest białko ptasich jaj i że zabezpiecza ono przecież pisklęta. Panowie już wcześniej zatykali za jego pomocą dziurki w balonach i prezerwatywach. W najnowszych eksperymentach posłużyli się wyrzuconymi ludzkimi owodniami. Naciągnęli je na szklane rurki, a następnie wlali wody płodowe. Potem nakłuli błonę igłą, a po 30 s nałożyli oczyszczone białko jaja kurzego. W 19 przypadkach na 21 wyciek ustał natychmiast. W pozostałych wypływ udało się zatamować po drugiej aplikacji. Moise musiał zastosować antybiotykoterapię, by poradzić sobie z infekcjami bakteryjnymi będącymi wynikiem smarowania białkiem, ale i tak wyniki są na tyle obiecujące, że warto dalej pracować nad metodą.

Amerykańscy badacze zidentyfikowali mechanizm dokujący, który umożliwia powstawanie synaps. Już wcześniej wykazano, że mutacje genów kodujących substancje odpowiadające za przyleganie komórek są powiązane z autyzmem. Mechanizm uwieczniono dzięki obrazowaniu fluorescencyjnemu. Biolodzy pracowali z neuronami pobudzającymi, pozyskanymi od nowo narodzonych szczurów. Obserwując hodowlę, zauważyliśmy dwie komórki nerwowe podczas aktu tworzenia się synapsy – opowiada prof. Philip Washbourne z Uniwersytetu w Oregonie (UO). Porównuje on neuroliginy z błony neuronów receptorowych do molekularnego przylepca. Naukowcy z UO i Uniwersytetu Kalifornijskiego w Davis zauważyli, że przypominające miniaturowe palce wypustki cytoplazmatyczne jednego neuronu (filopodia) są wychwytywane przez cząsteczki neuroligin drugiego neuronu. Co więcej, neuroliginy wykorzystują co najmniej dwa kolejne białka – PSD-95 i receptory NMDA – by wspólnie stworzyć rodzaj rusztowania, utrzymującego w miejscu części składowe synapsy. Nieprawidłowo ukształtowane synapsy i szlaki nerwowe mogą stanowić przyczynę wielu chorób i zaburzeń, w tym autyzmu czy upośledzenia umysłowego. To m.in. dlatego odkrycie Amerykanów jest tak ważne. Ponieważ synapsy tworzą się nieprzerwanie (w sumie u jednego człowieka jest ich ok. 100 bilionów), nietrudno o błędy genetyczne dotyczące syntezy związków, bez których nie powstaną...

Naukowcom udało się stworzyć najcieńszy na świecie balon. Jego powłoka składa się z pojedynczej warstwy atomów. Grafenowy balon powstał przez przypadek. Badaliśmy niewielkie grafenowe trampoliny i przypadkowo stworzyliśmy powłokę z grafenu, która otaczała wolną przestrzeń. Zaczęliśmy się jej przyglądać i okazało się, że wewnątrz został uwięziony gaz - mówi Paul McEuen, fizyk z Cornell University. Kolejne badania wykazały zadziwiającą właściwość balonu - jego ścianki są całkowicie nieprzepuszczalne nawet dla najmniejszych cząstek gazu. To niezwykłe, że coś o grubości zaledwie jednego atomu może tworzyć nieprzepuszczalną barierę. Z jednej strony możemy mieć gaz, a z drugiej próżnię lub płyn. A pomiędzy nimi będzie ściana grubości jednego atomu i nic przez nią nie przeniknie - dodaje naukowiec. Trudno wyobrazić sobie wszystkie możliwości zastosowania nowej bariery. Już teraz wiadomo, że może odegrać ona olbrzymią rolę w nauce i medycynie. McEuen mówi np. o tworzeniu "akwariów" z molekułami. Z jednej strony błony można umieścić instrumenty badawcze znajdujące się w próżni lub otoczone powietrzem, a z drugiej - DNA lub białka w roztworach. Dzięki temu, że błona ma grubość zaledwie 1 atomu instrument badawczy będzie mógł zbliżyć się do badanej molekuły na niewielką odległość. Membrana pozwoli też np. na stworzenie wyjątkowo wrażliwych czujników czy filtrów. Gdy mamy nieprzepuszczalną membranę, możemy w niej wycinać otwory o dowolnej średnicy i decydować w ten sposób, co może się przez nią przedostać. Szczegóły badań nad najcieńszym balonem świata ukażą się w piśmie Nano Letters.