Znajdź zawartość

Tobołki alpejskie (Thlaspi caerulescens) gromadzą w swoich liściach metale. W związku z tym nazywa się je hiperakumulatorami niklu, cynku, manganu i kadmu. Okazuje się, że zabieg ten chroni rośliny przed infekcjami bakteryjnymi. Tobołki rosną na glebach bogatych w metale, takich jak byłe wyrobiska górnicze. Badacze z Uniwersytetu Oksfordzkiego wykazali, że dzięki kadmowi czy manganowi rośliny stają się oporne na ataki bakterii Pseudomonas syringae pv. maculicola (mikroorganizmy te sieją spustoszenie wśród kapustowatych, do których należą też tobołki, wywołując m.in. bakteryjne gnicie róż kalafiora czy w przypadku kapusty pekińskiej pieprzową plamistość). Nasze wyniki pokazują, że tobołki wykorzystują bogate w metale środowisko, by uzbroić się przeciw chorobom. [...] Odkryliśmy bezpośredni związek między wysokimi stężeniami metali a opornością na infekcje bakteryjne – opowiada współautorka raportu opublikowanego w PLoS Pathogens dr Gail Preston. Studentka Helen Fones uprawiała rośliny z rodzaju Thlaspi, stopniowo zwiększając zawartość cynku, niklu i kadmu w glebie. Wykazała, że tobołki potrafiły się bronić przed patogenami. Badając poszczególne szczepy bakteryjne, zademonstrowała, że istnieje zależność między zdolnością bakterii do wzrostu w obecności wysokich stężeń metali a ich zdolnością infekowania roślin. Wcześniej trudno było wyjaśnić, czemu przedstawiciele rodzaju tobołków gromadzą tak duże ilości potencjalnie toksycznych metali. Nasze badania są dobrym dowodem na to, że akumulując wymienione wyżej pierwiastki, rośliny te zwiększają swoją ochronę przed wrogami, takimi jak patogenne mikroorganizmy i roślinożercy – podkreśla prof. Andrew Smith. Brytyjczycy zademonstrowali też, że bakterie występujące na tobołkach rosnących na terenie nieczynnej kopalni cynku w Walii wykazują większą tolerancję tego metalu niż bakterie zasiedlające rośliny z gleb uboższych w Zn. Oznacza to, że zarówno rośliny, jak i mikroorganizmy rozwijają lokalne przystosowanie, by przeżyć w specyficznym środowisku, ale również to, że bakterie mogą kiedyś przezwyciężyć "metalową zbroję" tobołków.

Medialny hałas wokół dziury ozonowej, jaki panował kilka lat temu, po raz pierwszy uświadomił ludziom niebezpieczeństwa promieniowania ultrafioletowego. Od tego czasu powszechne stało się używanie opalaczy z filtrami UV. Jednym ze składników kremów do opalania jest cynk, pojawiły się więc wątpliwości, czy nie przenika on do organizmu i czy nie może wywołać skutków ubocznych. Do tej pory trudno było to jednak dobrze ocenić, cynk jest jednym z mikroelementów niezbędnych do prawidłowego funkcjonowania naszego metabolizmu. Jest więc on obecny stale w naszym organizmie i trudno odróżnić cynk przyswajany z pożywieniem od ewentualnie wchłoniętego przez skórę. Problem od strony technicznej rozwiązał profesor Brian Gulson, wykładowca na australijskim Macquarie University. Podczas badań, we współpracy z CSIRO, Australian National University oraz Australian Photobiology Testing Facility. Zespół badawczy wykorzystał specyficzny, stabilny izotop cynku o wysokiej czystości, co pozwoliło odróżnić go od cynku pochodzącego z innych źródeł i śledzić jego obecność w organizmie. W próbie terenowej, mającej naśladować naturalne warunki, grupie badanych osób płci obojga przez pięć dni, dwa razy dziennie aplikowano krem z filtrem UV, zawierający cynk. Od wszystkich pobierano próbki moczu i krwi i oznaczano w nich poziom cynku, w tym cynku pochodzącego z kremu. Dzięki tej technice po raz pierwszy bezspornie udało się wykryć w organizmie obecność cynku aplikowanego na skórę. Odkryto jego ślady u wszystkich badanych osób. Obecność śledzonego cynku wzrastała sześć dni po zakończeniu próby, jego ilość rosła liniowo wraz z każdą dawką. Jednocześnie porównywano zdolność penetracji cynku w zwykle stosowanej postaci od cynku w postaci nanocząsteczek - w tym drugim przypadku jego wchłonięta dawka była minimalnie większa. Jednak ilość cynku znalezionego we krwi była raczej niewielka: mniej niż 0,001% aplikowanej dawki i prof. Gulson uspokaja, że nie zmienia to wyraźnie całkowitej ilości tego pierwiastka, jaka normalnie znajduje się w organizmie, tym bardziej, że jego obecność w produktach podlega ścisłym rygorom. Przypomnijmy, że zalecana dzienna dawka cynku w diecie to 20 miligramów. Nie ma jeszcze odpowiedzi na zasadnicze pytanie o różnicę w aktywności cynku w postaci rozpuszczalnej i w postaci nanocząsteczek, badania zajmą jeszcze sporo czasu. Autorzy studium, opublikowanego w periodyku Toxicological Sciences, sugerują dalsze, długookresowe i szerokie badania przekrojowe. Jednocześnie uspokajają, że nie ma żadnych poszlak na szkodliwość kremów z zawartością cynku i zalecają normalne stosowanie filtrów UV, ponieważ zagrożenie nowotworami skóry jest bez wątpienia większe.

Amerykanom udało się rozwikłać tajemnicę ruchu plemników, które, stosunkowo statyczne przed wytryskiem, w drogach rodnych kobiety zaczynają płynąć, przyspieszając dodatkowo w pobliżu komórki jajowej. Dotąd wiedziano, że ruch jest wyzwalany przez wzrost wewnętrznego pH wskutek wypływu protonów z komórki, należało jednak ustalić, jaki mechanizm reguluje ten proces. W tym celu Yuriy Kirichok i zespół z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco posłużyli się techniką "patch clamping", która pozwala na umieszczenie elektrod w oraz na komórce i jest zazwyczaj wykorzystywana do badania neuronów. Dzięki temu naukowcy mogli śledzić przepływ protonów przez błonę. Zauważyli, że w witce plemnika znajduje się dużo kanałów protonowych Hv1, reagujących na zmiany pH oraz stężenia cynku na zewnątrz komórki. Kiedy kanał się otwiera, ze środka wypływają protony, przez co wewnątrz rośnie pH i plemnik zaczyna się poruszać. Ponieważ pH macicy jest wyższe niż nasienia, różnica wartości pobudza męskie gamety do płynięcia. Wysokie stężenie cynku, występujące w drogach rodnych samicy i płynie nasiennym, zapobiega przedwczesnemu otwarciu kanałów protonowych, zanim plemnik osiąga stan gotowości. Gdy męskie komórki płciowe docierają do jajowodu, stężenie Zn nagle spada, a pH rośnie, co może odpowiadać za nadanie wyścigowi jeszcze większego tempa. Skoro kanały są wrażliwe na cynk, wyjaśnia to, czemu mężczyźni z niedoborem tego pierwiastka są mniej płodni. "Możesz sobie wyobrazić, że jeśli nie masz wystarczająco dużo cynku, plemniki uaktywniają się za wcześnie i wypalają się, zanim osiągną cel". Kirichok i inni odkryli też, że kanały otwierają się pod wpływem anandamidu. Wysokie jego stężenia znajdują się w pobliżu jaja. Anandamid wiąże się jednak z tymi samymi receptorami, co kannabinoidy z marihuany. Skutek? Prawdopodobnie taki sam jak przy zbyt niskich stężeniach cynku, ale trzeba to jeszcze potwierdzić. Kanały Hv1 plemników można wykorzystać podczas opracowywania leków wspomagających lub obniżających męską płodność.

Dzięki wysiłkom międzynarodowego zespołu powstał molekularny czujnik do badania ilości cynku w komórkach i określania jego umiejscowienia. Może to pomóc w ujawnieniu szczegółów związanych z wieloma chorobami, np. cukrzycą typu 2. czy alzheimeryzmem. Cynk (Zn) jest bardzo istotny dla przebiegu wielu procesów w organizmie, m.in. w mięśniach i mózgu, dlatego 5% białek wytwarzanych w komórkach naszego ciała odpowiada za transport tego pierwiastka. Naukowcy sądzą, że odgrywa on pewną rolę w dużej liczbie chorób. Odpowiada np. za upakowanie insuliny w komórkach trzustki, a u pacjentów z cukrzycą typu 2. mamy do czynienia z zaburzeniem działania genu kontrolującego ten proces. Przedtem naukowcy musieli się zadowolić chemicznymi metodami określania stężenia cynku w komórkach. Były one jednak zbyt "toporne", by dało się stwierdzić, ile dokładnie go jest i/lub w którym miejscu w komórce się gromadzi. Teraz eksperci z Imperial College London oraz Politechniki w Eindhoven stworzyli sensor molekularny, bazujący na fluorescencyjnych białkach. Dzięki niemu można zmierzyć odległość między jonami cynku w pojedynczej komórce, określając w ten sposób ilość pierwiastka. Czujnik wykorzystuje tzw. mechanizm Förstera, a więc fluorescencyjne rezonansowe przeniesienie energii (ang. fluorescence resonance energy transfer, FRET), w ramach którego dochodzi do przekazania energii fluorescencji - wymiany wzbudzenia - między dwoma cząsteczkami: donorem i akceptorem. Warunkiem koniecznym jest ich sprzężenie. Brytyjczycy i Holendrzy zbudowali czujnik z dwóch białek meduzy, zwanych zielonymi białkami fluoryzującymi (ang. green fluorescent protein, GFP). Pierwsze przekształcili, by emitowało światło o określonej długości fali, a drugie przeorganizowali, żeby je absorbowało. Kiedy białka wiązały się z jonami cynku, odległość pomiędzy nimi wzrastała i transmisja światła stawała się słabsza. Za pomocą mikroskopu fluorescencyjnego akademicy wykrywali konkretną długość fali świetlnej. W ten sposób znajdowali w komórce cynk, a zabarwiona plama białek wskazywała na jego dokładne umiejscowienie. Naukowcy wykorzystali swoją metodę, by przyjrzeć się upakowaniu insuliny wokół jonów cynku w komórkach trzustki. Namierzono dużo kationów w miejscach, gdzie zlokalizowany jest hormon. Dalsze studia dadzą zapewne wgląd w dokładny mechanizm cukrzycy. Wkrótce technika zostanie przetestowana na modelu mysim, który pozwoli prześledzić ruchy pierwiastka w żywej tkance.

Po raz pierwszy od pięciu lat do układu okresowego pierwiastków zostanie dodany nowy element. Będzie to najcięższy ze znanych nam pierwiastków. Obecnie najcięższy jest rentgen o liczbie atomowej 111, który wpisany w układ w 2004 roku. Obok niego znajduje się unubium (Uub), teoretycznie przewidziany pierwiastek o liczbie atomowej 112. To właśnie w jego miejsce zostanie wpisany nowy pierwiastek, który po raz pierwszy otrzymano w 1996 roku dzięki fuzji atomów cynku i ołowiu. W 2000 roku eksperyment powtórzono, otrzymując identyczny rezultat. Obie próby przeprowadził ten sam zespół z Niemiec, a więc konieczne było potwierdzenie istnienia pierwiastka 112 przez niezależną grupę badaczy. W 2004 roku dokonali tego uczeni z japońskiego RIKEN. Zaszczyt nazwania nowego pierwiastka przypadnie jego odkrywcom. Jednak nazwa musi jeszcze zostać zatwierdzona przez Międzynarodową Unię Chemii Czystej i Stosowanej (IUPAC). Większość nazw pierwiastków jest związanych z miejscami i ludźmi. Niemiecki zespół z Centrum Badań nad Ciężkimi Jonami, któremu przewodzi Sigurd Hoffman, najprawdopodobniej wybierze nazwę zawiązaną z kimś, kto przyczynił się do rozwoju ludzkości i miał wpływ na kulturę. Zespół Hoffmana ma duże zasługi na polu chemii. Poszukuje on nowych pierwiastków od 1981 roku. Wśród jego osiągnięć należy wymienić odkrycie pierwiastków bohr, meitner, roentgen (wszystkie od nazwisk) oraz darmsztadt (od miasta) i has (od niemieckiego kraju związkowego).

Z osadów pobranych z dna Oceanu Spokojnego wyizolowano bakterię, która może przydać się do oczyszczania wody z metali ciężkich. Profesor Geijao Wang i jego zespół z Uniwersytetu Rolniczego Huazhong w Wuhan opisali w czasopiśmie Microbiology wyniki swoich prac nad odmianą Mn32 Brachybacterium. Organizm bardzo efektywnie oczyszcza wodę z manganu, zamieniając go w nierozpuszczalne tlenki manganu. Co więcej, tlenki te absorbują dodatkowy mangan z roztworu. Brachybacterium absorbuje też znaczące ilości cynku i aluminium, którymi często zanieczyszczone są wody w pobliżu miejsc występowania przemysłu ciężkiego. Co prawda tlenki manganu mogą być wytwarzane przemysłowo i używane do absorbowania cynku i aluminium, jednak chińscy naukowcy zauważyli, że tlenki wytwarzane przez bakterię są dwu- i trzykrotnie bardziej skuteczne niż te, wytwarzane rzez człowieka. Dzieje się tak dlatego, że mają inną strukturę krystaliczną i większą powierzchnię, dzięki czemu mogą zaabsorbować więcej jonów metali. Profesor Wang rozpoczyna teraz badania nad Brachybacterium Mn32 w bioreaktorze. Ma nadzieję, że organizm będzie w stanie absorbować też inne metale i przyda się w walce z zanieczyszczeniami.

Jeden z mikroelementów zawartych w naszej diecie, cynk, redukuje ryzyko uszkodzeń płodu związanych ze spożywaniem alkoholu przez kobiety ciężarne - donoszą australijscy naukowcy. Ich odkrycie może mieć niebagatelne znaczenie dla profilaktyki defektów rozwojowych wywołanych przez stosowanie używki. Swoje wnioski Australijczycy opierają na studium przeprowadzonym na myszach. Wcześniejsze badania tej samej grupy wykazały, że przyjmowanie alkoholu podczas ciąży zmniejsza ilość cynku dostarczanego przez łożysko do płodu. Zjawisko to jest najprawdopodobniej wywołane przez zwiekszenie produkcji metalotioneiny, białka wiążącego ten pierwiastek, przez wątrobę matki. W swoim najnowszym studium zespół badaczy z Instytutu Hansona w Adelajdzie, prowadzony przez dr. Petera Coyle'a, podawał 25-procentowy roztwór etanolu myszom w ósmym dniu ciąży (odpowiada to okresowi pomiędzy 3. i 8. tygodniem ciąży u ludzi). Od początku do 18. dnia ciąży zwierzęta były karmione, w zależności od grupy, standardowymi pożywkami lub dietą wzbogaconą w cynk. Po zakończeniu okresu suplementacji badacze przerwali ciążę u części gryzoni i przebadali potomstwo w kierunku występowania wad wrodzonych. Pozostałe matki doniosły swoją ciążę, zaś młode były obserwowane przez pierwsze dwa miesiące życia. Dokonaliśmy trzech istotnych odkryć - tłumaczy dr Coyle. Po pierwsze, zaburzeniom wzrostu płodu wywołanym we wczesnej ciąży przez ostrą ekspozycję na alkohol można zapobiegać dzięki suplementacji cynku. Po drugie, suplementacja diety cynkiem podczas ciąży może chronić przed śmiercią w okresie poporodowym wywołaną przez ostrą ekspozycję na alkohol. Po trzecie, suplementacja diety cynkiem zwiększa poziom cynku we krwi matki i przezwycięża spadek jego poziomu wywołany przez alkohol, co ogranicza naszym zdaniem niedobór cynku u płodu oraz związane z tym uszkodzenia. Pomimo obiecujących wyników, Australijscy eksperci zalecają traktowanie wyników z ostrożnością. Podkreślają, że cynk może nie ograniczać niektórych typów uszkodzeń płodu, oraz, co jeszcze ważniejsze, że przyjmowanie zwiększonych dawek mikroelementu nie może dawać ciężarnym kobietom poczucia, że nie obowiązuje ich zalecenie odstawienia alkoholu. Mimo to uważają, że warto rozważyć przyjmowanie cynku, który może, wraz z kwasem foliowym, skutecznie zwiększać szanse matki na urodzenie zdrowego potomstwa

Naukowcy pracujący pod kierunkiem Jorge Dubcovsky’ego z University of California znaleźli sposób na zwiększenie ilości białka, cynku i żelaza w ziarnach pszenicy. Może to pomóc w zwalczeniu problemów związanych z niedożywieniem, z którymi borykają się miliony ludzi na świecie. Naukowcy odnaleźli gen, który w dziko rosnących ziarnach odpowiada za zwiększenie ich wartości odżywczych. Z nieznanych przyczyn gen ten stał się nieaktywny u udomowionych gatunków. Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) ocenia, że 2 miliardy osób otrzymuje zbyt mało cynku i żelaza w codziennej diecie, a ponad 160 milionów dzieci w wieku poniżej 5. roku życia spożywa zbyt mało białka. Uczonym udało się, za pomocą konwencjonalnych metod krzyżowania gatunków udomowionych z dzikim, uaktywnić wspomniany gen i zwiększyć ilość żelaza, cynku i białka. Wśród uczonych, którzy pracowali nad pszenicą, byli naukowcy z amerykańskiego Departamentu Rolnictwa i Uniwersytetu w Hajfie. Co ważne, zwiększenie wartości odżywczych nie pociągnęło za sobą zmiany smaku pszenicy. Uruchomiony gen spowodował ponadto szybsze dojrzewanie ziaren. W makaronach i chlebie, które zostały wyprodukowane z takiej pszenicy znajdowało się od 10 do 15 procent więcej białka i mikroelementów. Nie zmodyfikowaliśmy genetycznie pszenicy. Ta udomowiona idealnie skrzyżowała się z dziką – powiedział Dubcovsky. Jest to o tyle ważne, że genetycznie modyfikowana żywność powoduje liczne kontrowersje i nie jest dopuszczona na rynki wielu krajów.

Dieta matki może zmieniać działanie określonego genu w dwóch następnych pokoleniach. Myszy pozostające w czasie ciąży na wzbogaconej diecie wydają na świat potomstwo, u którego supresji ulega gen jasnej sierści. Nawet jeśli osobniki te jedzą już normalnie, ten sam gen jest również mniej aktywny u ich dzieci. Odkrycie to może pomóc w wyjaśnieniu ciekawych zjawisk zaobserwowanych u ludzi, włącznie z tym, że wnuczęta dobrze odżywionych Szwedów mają większe szanse, by zachorować na cukrzycę. Doniesienia te stanowią też potwierdzenie teorii, że dziedziczymy po rodzicach nie tylko zestaw genów, ale i instrukcje, kiedy powinny zostać uruchomione. Geny ulegają pogrupowaniu na podstawie podstawnika chemicznego, który został do nich dołączony. David Martin i zespół z kalifornijskiego Children’s Hospital Oakland Research Institute wykorzystali w swoich eksperymentach genetycznie identyczne myszy z nadaktywną wersją genu wpływającego na kolor futra. Gryzonie z wersją AVY miały zazwyczaj złotą sierść. Połowie myszy podawano karmę wzbogaconą m.in. witaminą B12 i cynkiem. Jak wiadomo, składniki te zwiększają dostępność grup metylowych, które odpowiadają za wprowadzenie genów w stan spoczynku. Resztę gryzoni karmiono standardowo. Młode myszy ze zwykłą dietą miały zazwyczaj złote futro, potomstwo gryzoni, którym podawano suplementy, dużo częściej miały ciemną sierść. Martin uważa, że bogata w składniki odżywcze dieta matki powodowała u młodych jeszcze podczas rozwoju płodowego supresję genu złotej sierści AVY. Co ciekawe, gdy wszystkie zwierzęta (bez względu na menu matek) karmiono standardowo, myszy urodzone przez dobrze odżywione matki płodziły młode z ciemnym futrem. W podobnych warunkach myszom z grupy kontrolnej rodziły się, oczywiście, młode ze złotą sierścią. Eksperyment Amerykanów pokazuje, że czynniki środowiskowe, np. wzbogacona dieta, mogą wpływać na aktywność genu AVY przez co najmniej 2 pokolenia. Jeden z członków zespołu, Kenneth Beckman, nadmienia, że gen AVY jest powiązany także z mysią wagą i ryzykiem zachorowania na cukrzycę. Dodaje też, że ludzkie odpowiedniki tego genu wpływają na kolor skóry, nie wiadomo jednak, jak ma się sprawa z ciężarem ciała. Wcześniejsze studium szwedzkie, które opierało się na danych historycznych, wykazało, że jeśli w dzieciństwie dziadkowie mieli dobry dostęp do zapasów żywności, u ich wnucząt 4-krotnie wzrastało ryzyko zapadnięcia na cukrzycę.