Znajdź zawartość

Naukowcy z Georgia Tech i Emory University opracowali nową rodzinę kontrastów do obrazowania, które wnikają do komórek bakteryjnych, podszywając się pod glukozę. Czynniki te, nazywane bazującymi na maltodekstrynie sondami do obrazowania (ang. maltodextrin-based imaging probes), pozwalają odróżnić infekcje bakteryjne od innych chorób zapalnych. Te kontrasty zaspokajają zapotrzebowanie na sondy zapewniające dokładny obraz niewielkiej liczby bakterii w warunkach in vivo, a także na produkty pozwalające odróżnić infekcje od innych patologii, np. nowotworu – podkreśla prof. Niren Murthy. Wyniki studium sfinansowanego m.in. przez Narodowe Instytuty Zdrowia ukazały się w piśmie Nature Materials. Większość istniejących sond do obrazowania dociera do bakteryjnej ściany komórkowej i nie może wniknąć do środka, jednak kontrasty oparte na maltodekstrynie są traktowane przez mikroorganizmy jak pokarm, dzięki czemu mogą osiągać wysokie stężenia wewnątrz bakterii. Kontrasty nowego typu uzyskuje się, łącząc barwnik z maltoheksaozą, która stanowi główne źródło glukozy dla bakterii. Czynnik kontrastowy trafia do bakterii za pośrednictwem transportera maltodekstryny (występuje on w komórkach bakteryjnych, lecz nie ssaczych). Zgodnie z naszą wiedzą, to pierwszy pokaz metody dostarczania milimolowych stężeń substancji obrazujących do bakterii. Podczas eksperymentów prowadzonych na szczurach naukowcy odkryli, że kontrast gromadził się w zakażonych bakteriami tkankach i był skutecznie usuwany z tkanek zdrowych. Pomiędzy zainfekowanymi i niezainfekowanymi tkankami zaobserwowano 42-krotną różnicę w intensywności fluorescencji. Co ważne, kontrast nie gromadził się w bakteriach tworzących prawidłową mikroflorę jelit. Nowy kontrast mógł wykryć milion żywych komórek bakteryjnych, podczas gdy obecnie wykorzystywane czynniki wymagają występowania przynajmniej 100 mln bakterii. W innym eksperymencie Murthy i inni stwierdzili, że sonda z dużą specyficznością odróżnia zakażenia bakteryjne od stanów zapalnych o innym podłożu. Okazało się bowiem, że tkanki zainfekowane E. coli świeciły 17-krotnie silniej od tkanek objętych stanem zapalnym, które nie zawierały bakterii. Amerykanie udowodnili również, że zarówno bakterie Gram-dodatnie, jak i Gram-ujemne pobierają kontrast oparty na maltodekstrynie o 3 rzędy wielkości szybciej od komórek ssaczych.

Rekiny nie umieją odróżniać kolorów – twierdzą australijscy naukowcy z zespołu doktora Nathana Harta z Uniwersytetu Zachodniej Australii. Biolodzy schwytali u wybrzeży Queensland i Australii Zachodniej przedstawicieli 17 gatunków rekinów i za pomocą mikrospektrofotometrii zbadali komórki ich siatkówek. U wszystkich analizowanych gatunków najpowszechniej występującym rodzajem światłoczułych receptorów były pręciki, które odpowiadają za postrzeganie kształtów i ruchów. Umożliwiają one czarno-białe widzenie w warunkach słabego oświetlenia, np. nocą. U 10 na 17 gatunków rekinów w ogóle nie znaleziono czopków pozwalających na postrzeganie barw. U pozostałych 7 odkryto czopki, ale tylko jednego rodzaju. Reagowały na długość fali ok. 530 nm, czyli barwę zieloną. Budowa siatkówki umożliwia więc rekinom różnicowanie odcieni szarości, ale nie innych kolorów. U zwierząt lądowych widzenie monochromatyczne należy do rzadkości; najprawdopodobniej ze względu na stopień złożoności środowiska. Wcześniejsze badania wykazały jednak, że poza rekinami, wrażliwymi na zieleń czopkami dysponują też walenie, delfiny i foki. Wg Harta, da się zapobiec atakom rekinów na ludzi czy przypadkowemu chwytaniu się tych ryb w sieci, zmniejszając kontrast skafandrów do surfingu, desek czy przynęt używanych na trawlerach z tłem. Jednym słowem należy manipulować samym wysyceniem barw, bo wtedy nasze sprzęty i my staniemy się dla rekinów mniej wyraziści.

By dowiedzieć się czegoś o zwierzęcej anatomii, dziś już nie trzeba przeprowadzać sekcji. Dociekliwi zoolodzy korzystają ze zdobyczy nowoczesnych technologii, które dają możliwość obrazowania narządów wewnętrznych w trójwymiarze. Ostatnio przebadali za pomocą rezonansu magnetycznego i tomografii komputerowej aligatora, pytona dwupręgiego, zwanego też tygrysim ciemnoskórym (Python molurus), a także tarantulę. Kasper Hansen z Uniwersytetu w Århus jako pierwszy ujrzał, jak organy węża przystosowują się na "przybycie" i trawienie dużej zdobyczy aż do całkowitego jej zniknięcia. Wyniki nowatorskich badań zaprezentowano na dorocznej konferencji Stowarzyszenia Biologii Eksperymentalnej w Pradze. Pytony są znane z tego, że poszczą niekiedy całymi miesiącami i są w stanie strawić naprawdę olbrzymi posiłek – podkreśla Hansen. Tomografia i rezonans pokazały, jak węże te adaptują się do tego zero-jedynkowego trybu życia. Poszczącego 5-kg pytona dwupręgiego skanowano przed oraz po 2, 16, 24, 40, 48, 72 i 132 godzinach od spożycia szczura. Kolejne zdjęcia ujawniły stopniowe zanikanie ciała gryzonia, któremu towarzyszyło ogólne rozszerzenie jelita, skurczenie pęcherzyka żółciowego oraz 25-proc. zwiększenie objętości serca. Przed badaniem wąż został znieczulony. Akademicy sądzą, że powiększenie serca wiąże się z dostarczaniem energii niezbędnej do strawienia ofiary. Skoro pyton może pochłonąć odpowiednik połowy masy swojego ciała, po długim okresie niejedzenia musi bardzo szybko zrestartować układ pokarmowy. Stąd duże zapotrzebowanie energetyczne. Duńczycy są przekonani, że dzięki MRI i TK uda się zobrazować ekstremalne przystosowania anatomiczne, zwane plastycznością fenotypową, także u innych gatunków zwierząt. Zespół posłużył się kombinacją rezonansu magnetycznego i tomografii komputerowej, ponieważ pierwsza z wymienionych technik nadaje się lepiej do tkanek miękkich, a druga do twardych, takich jak kości, zęby czy muszle i skorupy. Hansen wspomina o minusach sekcji. Po rozcięciu karapaksu żółwia płuca się zapadają w wyniku zmiany ciśnienia wewnątrz klatki piersiowej. Nic dziwnego, że tworzone na tej podstawie ilustracje czy plansze edukacyjne są nieco mylące. Obrazy 3D stanowiłyby zaś doskonały model do przyszłych badań czy do nauki anatomii w szkołach i na uniwersytetach. Wybierając odpowiednie ustawienia dla kontrastu i natężenia światła podczas skanowania, naukowcy uzyskali różnokolorowy obraz poszczególnych narządów i tkanek. Przy niskiej absorpcji fal doskonale widać było tkanki miękkie, przy średniej kości i wypełnione kontrastem naczynia krwionośne, a przy wysokiej dostrzegalne były jedynie kości. Poza wspomnianymi na początku tarantulami, aligatorami i pytonami, Hansen i współpracujący z nim student Henrik Lauridsen wstrzykiwali kontrast również żółwiom, węgorzom marmurkowym i agamom brodatym (Pogona). Dzięki temu ujrzeli ich naczynia krwionośne (układ waskularny).

Szum neuronalny może powodować, że człowiek nie dostrzega istotnych zmian w swoim środowisku. Odkryliśmy, że kiedy mózg aktywnie ignoruje obecność obiektu w otoczeniu, robi to w taki sposób, który osłabia i degraduje szczątkowe informacje na jego temat. Okazało się, że neuronalna reprezentacja obiektu spoza okna świadomości jest nie tylko słabsza, ale i bardziej "hałaśliwa". To tak, jakby mózg nie tylko skręcał kontrast naszej mentalnej telewizji, lecz również dodawał do obrazu statyczny szum – tłumaczy dr Sam Ling z Vanderbilt University. Ling i profesor Randolph Blake badali, co się dzieje ze zignorowanym bodźcem podczas dwuocznej rywalizacji, która występuje, gdy każde z oczu widzi zupełnie co innego. Zauważyli, że mózg czasowo odrzuca (hamuje) jeden z obrazów na rzecz drugiego, a obraz zarządzający świadomością wzrokową zmienia się z upływem czasu. Fluktuacja świadomości wzrokowej umożliwia badanie neuronalnych korelatów świadomości i nieświadomości. Podczas eksperymentu Amerykanie prezentowali ochotnikom układ równoległych odcinków, które odchylały się od pionu odwrotnie lub zgodnie z kierunkiem ruchu wskazówek zegara. Normalnie ludzie umieli poprawnie ocenić nawet niewielkie wychyły (rzędu kilku stopni), lecz gdy wzór prezentowano "zahamowanemu" przez mózg oku, wykonanie zadania bardzo się pogarszało, a błędy sięgały nawet 10 stopni. Problem nie polegał na tym, że badani nie widzieli wzoru, ponieważ posłużyliśmy się na tyle wysokim kontrastem, by przezwyciężyć hamowanie i przedostać się do świadomości. Fakt, że wykorzystaliśmy odrzucone przez mózg oko, wystarczył, by układ odcinków uległ degradacji. Obniżyła się wierność rejestrowania. Można to wyjaśnić za pomocą szumu neuronalnego. Ling i Blake chcieli wytropić źródło dodatkowego szumu, przeprowadzili więc drugi eksperyment. Badanych proszono o wskazanie linii o określonym układzie przestrzennym. Prezentowano je na monitorze, na którym specjalnie wygenerowano wzrokowy szum. W zwykłych warunkach obserwatorzy są w stanie zignorować szum, którzy różni się pod względem zorientowania przestrzennego od wzoru testowego. Wskazuje to, że komórki nerwowe mózgu wykrywające wzór odpowiadają za niewielki zakres kierunków. Podczas hamowania zakres nakładających się na siebie kierunków ulegał jednak znacznemu rozszerzeniu.

Naukowcy z Ryukoku University w Kioto opracowali świecący w ciemności fluoryzujący materiał, dzięki któremu można uzyskać wszystkie barwy, łącznie ze światłem białym. Nie wymaga on dostarczania prądu, można by go więc wykorzystać do "wyświetlania" np. znaków ostrzegawczych czy informacyjnych. W związku z dużą oszczędnością energii są nim już zainteresowane dwa duże miasta: Tokio i Nowy Jork. Jak zauważa jeden z badaczy, Mitsunori Saito, tradycyjne zielone lub niebieskie luminofory [substancje chemiczne zaczynające świecić pod wpływem uderzających w nie elektronów — przyp. red.] dają nienaturalne oświetlenie, w którym ludzie odczuwają niepokój. Cechuje je także nieduży kontrast, a to spory problem przy pogorszonej widoczności, np. w gęstej mgle czy dymie. Według Japończyków, cieplejsze kolory, np. pomarańczowy albo czerwony, pozwalają stworzyć czytelniejsze znaki. Łącząc czerwony, zielony i błękity, potrafimy nawet uzyskać białe światło, a to może oznaczać naturalniejsze oświetlenie pomieszczeń itp. Materiały fluorescencyjne absorbują energię, kiedy wystawia się je na działanie światła i emitują ją, gdy robi się ciemno. Do tej pory dysponowano długo świecącymi zielonymi i niebieskimi substancjami, czerwone jarzyły się jednak dużo krócej, bo przez kilka minut, a nie godzin. Mitsunori Saito i jego dwuosobowy zespół (Naoki Adachi i Hiroyasu Kondo) przekroczyli to ograniczenie, dodając do szmaragdowych i błękitnych luminoforów czerwony barwnik. Cząsteczki barwnika absorbują energię światła emitowanego przez luminofor i zaczynają się jarzyć na czerwono "na własną rękę". Mieszając w różnych proporcjach czerwony barwnik z zielonym i niebieskim luminoforem, można uzyskać pełną gamę kolorów rozróżnianych gołym okiem. Naukowcy podkreślają, że barwnik w żaden sposób nie zmienia wydajności lampy. Po 5-minutowym ładowaniu świeci ona ok. 3 godzin (Optics Express).