Znajdź zawartość

Należąca do rodziny babkowatych Philcoxia minensis używa podziemnych lepkich minilistków do chwytania niczego niepodejrzewających nicieni. Już wcześniej na liściach znajdowano ziarna piasku i szczątki nicieni, ale dopiero Rafael Silva Oliveira z Universidade Estadual de Campinas dowiódł, że fragmenty ciał bezkręgowców nie znalazły się tu przez przypadek, ale w wyniku prowadzonego przez roślinę drapieżnego trybu życia. Listki są tak drobne, że ich średnica nie przekracza 1,5 mm. Brazylijczycy umieścili P. minensis w glebie z nicieniami zawierającymi rzadki azot-15 (15N). Okazało się, że liście chwytające nicienie szybko absorbowały izotop. W ciągu doby trafiło do nich 5%, a po 2 dniach aż 15% N15. Naukowcy zauważyli, że liście pokrywa enzym fosfataza, który pomaga w szybkim rozkładaniu tkanek upolowanych bezkręgowców (sugeruje to, że roślina sama trawi zdobycz). Choć wydaje się, że chowanie pod ziemią mogących prowadzić fotosyntezę liści nie ma zbyt dużego sensu, jest dokładnie na odwrót. P. minensis występuje na skalistym podłożu i nie przesunie się, żeby dostać się do wody czy składników odżywczych, uzyskanie pokarmu drogą polowania wydaje się więc rozsądne. Rafael Silva Oliveira podejrzewał, że P. minensis jest drapieżna, ponieważ jej morfologia i habitat przypominały budowę i miejsce występowania innych roślin mięsożernych. Mimo podobieństw mogło jednak być tak, że roślina zastawia na nicienie pułapki nie po to, by się nimi pożywić, ale by doprowadzając do ich rozkładu przez mikroorganizmy, wzbogacić glebę. P. minensis występuje wyłącznie na dobrze oświetlonych, ubogich w składniki odżywcze glebach regionu Cerrado, będącego jednym z 34 światowych ośrodków bioróżnorodności. Wiele listków, pokrytych wydzielanym przez gruczoły lepkim śluzem, znajduje się pod powierzchnią płytkiej warstwy białego piasku, co zaintrygowało przyjaciela Oliveiry, który niezwłocznie powiadomił o swoim spostrzeżeniu pracującego w São Paulo kolegę.

Naukowcy opracowali metodę i urządzenie pozwalające na zdalne pobudzanie światłem pojedynczych neuronów nicienia, a w rezultacie na dowolne kierowanie jego zachowaniem, zmieniając go w biorobota. Caenorhabditis elegans jest milimetrowej długości nicieniem, często wykorzystywanym do badań przez naukowców - z powodu prostej budowy, dokładnie zbadanego systemu nerwowego (składającego się dokładnie z 302 neuronów), przezroczystego ciała i zsekwencjonowanego genomu. Jednak to, co zrobili naukowcy z Harvard University, University of Pennsylvania, oraz University of Massachusetts Medical School może zaskakiwać - zbudowali system sterowania tym nicieniem przy pomocy precyzyjnie skupionych impulsów niebieskiego i zielonego światła. Pierwszym krokiem było zmodyfikowanie genomu C. elegans, wprowadzając do neuronów białka halorodopsynę oraz kanałową rodopsynę-2. To uwrażliwiło neurony na niebieskie i zielone bodźce świetlne, pozwalając dowolnie wzbudzać je i hamować. Jako system sterujący skonstruowali urządzenie o nazwie CoLBeRT (Controlling Locomotion and Behavior in Real Time), które używając skupionych wiązek światła aktywuje (w czym pomaga przezroczyste ciało tego nicienia) pojedyncze neurony i pojedyncze komórki mięśniowe. Ponieważ nicień porusza się dość szybko, a jest przy tym mały (1 milimetr długości), imponująca jest precyzja urządzenia złożonego z mikroskopu, systemu mikroluster oraz komputera przetwarzającego obraz i celującego impulsami świetlnymi. Prędkość skanowania obrazu to 50 klatek na sekundę, precyzja systemu luster osiąga zaś 30 mikrometrów. Niebieski impuls działa pobudzająco na neuron, co pobudzenie nicień odczuwa jako dotknięcie, jeśli następuje ono w przedniej części ciała, C. elegans się zatrzymuje, jeśli w tylnej - rusza do przodu. Podobnie można wymuszać zmianę kierunku poruszania się, sterując nicieniem zarówno na lądzie, jak i w wodzie. Naukowcom udaje się nawet wywoływać składanie jaj „na komendę". Bezprecedensowy eksperyment stanowi przełom zarówno w dziedzinie badania zachowania i funkcji układu nerwowego, jak i w bioinżynierii i biorobotyce. Studium Aravinthana D.T. Samuela i Andrew M. Leifera ukazało się w Nature Methods.

Miłośnicy serialu Star Trek z pewnością pamiętają fazery, broń, która potrafi m.in. paraliżować ofiarę. Naukowcom z Kanady udało się wykorzystać światło do tymczasowego "zamrożenia" i "odmrożenia" żywego organizmu. Zespół Neila Branda z Simon Fraser University opracowali specjalną światłoczułą odżywkę, którą podano nicieniom. Zwierzęta umieszczono na szalce Petriego, na której znajdowała się odżywka. Pod mikroskopem sprawdzono, że ją wchłonęły. Wówczas włączono światło ultrafioletowe. Nicienie zmieniły kolor na niebieski i przestały się poruszać. Zostały sparaliżowane. Zmiana koloru była wywołana reakcją odżywki ze światłem. Zwierzęta nie potrafiły się poruszyć nawet wówczas, gdy ultrafiolet wyłączono. Odzyskały władzę nad swoimi ciałami dopiero po włączeniu światła widzialnego. Część z nich nie przeżyła jednak eksperymentu. Naukowcy sądzą, że nicienie doznały paraliżu, gdyż odżywka zaburzyła transport elektronów w systemach odpowiedzialnych za poruszanie się.

Naukowcy od dawna wiedzą, że czynniki środowiskowe i niszczenie komórek wpływają na długość życia wielu organizmów, w tym ludzi. Stuard Kim z Uniwersytetu Stanforda zauważył jednak, że zmiany takie nie mają wpływu na długość życia nicieni należących do gatunku Caenorhabditis elegans i nie wywołują zmiany ekspresji (aktywności) genów odpowiedzialnych za starzenie się. Oznacza to, że w grę wchodzi tutaj jakiś inne zjawisko, które powoduje, iż organizmy te żyją krótko. Kim uważa, że mamy tu do czynienia z nieznanym jeszcze procesem regulowania długości życia. Jeśli podobny proces uda się odkryć u ludzi, być może będziemy mogli żyć dłużej dzięki "pigułce życia". Generalnie naukowcy uważają, że z wiekiem komórki organizmów żywych zużywają się, prowadząc w czasem do śmierci. Wpływ na to mają zarówno czynniki środowiskowe (np. utlenianie), jak i czynniki wewnętrzne, jak np. niedoskonałości DNA powstające w wyniku mutacji. Wiele badań potwierdziło występowanie takiego mechanizmu u ssaków. Kim i jego zespół zbadali ekspresję genów u Caenorhabditis elegans, robaka, który żyje około 2 tygodni. "Odkryliśmy mechanizm, który jest zupełnie różny" - mówi profesor. Naukowcy zidentyfikowali trzy geny, które wydają się kontrolować większość zmian w ekspresji genów odpowiedzialnych za starzenie się C. elegans. Następnie poddali organizm szeregowi niekorzystnych czynników zewnętrznych, m.in. wysokiej temperaturze, ekspozycji na wolne rodniki czy czynniki wywołujące uszkodzenia DNA. Okazało się, że ekspresja genów pozostała niemal na niezmienionym poziomie. Jak więc wytłumaczyć ten nietypowy proces? Badacz spekuluje, że starzenie u robaków może być częściowo spowodowane zaburzeniem procesów rozwojowych. W swoim naturalnym środowisku nicienie giną raczej z powodu drapieżników, niż ze starości. Oznacza to, że presja środowiska, prowadząca do uszkodzeń genetycznych i śmierci z ich powodu, jest w ich przypadku nieznaczna. Jest więc bardzo możliwe, że starzenie jest powodowane nie przez akumulację szkodliwych czynników, lecz wynika z naturalnego „planu rozwoju” zwierzęcia. Aby zbadać, czy za pomocą manipulowania aktywnością genów rzeczywiście można spowolnić starzenie, Kim i jego współpracownicy wprowadzili zmiany poziomu ich ekspresji u robaków w średnim wieku. Doprowadzono w ten sposób do stanu, w którym aktywność poszczególnych genów była podobna do tej spotykanej u znacznie młodszych osobników. Badacze potwierdzili, że rzeczywiście można w ten sposób przedłużyć życie C. elegans. Huber Warner, szanowany specjalista w dziedzinie gerontologii (nauki o starzeniu), określa odkrycie jako fundamentalne. Jego zdaniem jest jednak zbyt wcześnie, by ocenić, czy podobny mechanizm działa także u ludzi. Ocenia jednak, że jeśli ma on odniesienie także do ssaków, nie jest [dla nich] tak istotny, jak dla nicieni. Zdaniem Warnera, komórki ssaków mogą być bardziej wrażliwe na „zużywanie się”, ponieważ są wciąż wystawione na czynniki zewnętrzne, a następnie najbardziej uszkodzone z nich są wymieniane na nowe dzięki komórkom macierzystym. Kiedy uszkodzenia dosięgną także tych ostatnich, organizm zaczyna się starzeć. U robaków sytuacja wygląda nieco inaczej: po osiągnięciu pewnego wieku ich komórki przestają się dzielić, a zwierzęciu do końca życia muszą „wystarczyć” komórki, z którymi wszedł w okres dojrzałości. Zespół Kima przeprowadza obecnie kolejne badania, których obiektem są ludzkie geny analogiczne do tych odkrytych u C. elegans. Jak ocenia, jest mało prawdopodobne, by były one zaangażowane w proces starzenia, lecz nie ma na to dowodów i należy gruntownie zweryfikować tę tezę. Gdyby okazało się, wbrew oczekiwaniom naukowców, że genetyczna tendencja do starzenia rzeczywiście ma u ludzi miejsce, byłaby to dla nas, paradoksalnie, dość dobra wiadomość. Oznaczałoby to bowiem, że możiwe byłoby stworzenie leku, który, dzięki wpływowi na aktywność odpowiednich genów, pozwalałby opóźniać starzenie. Wyniki badań opublikowano w prestiżowym czasopiśmie Cell.

Niemieccy naukowcy twierdzą, że można wydłużyć życie, zarzucając jedzenie słodyczy i unikając pewnych witamin. U nicieni Caenorhabditis elegans wykluczenie z diety glukozy skutkowało wydłużeniem życia nawet o 25%. Kluczowym zjawiskiem był wzrost stężenia wolnych rodników, które zazwyczaj staramy się wyeliminować z organizmu poprzez spożywanie napojów i pokarmów z dużą zawartością antyutleniaczy, np. witaminy E (Cell Metabolism). Zmniejszenie dostaw glukozy najpierw wywołało gwałtowny wzrost poziomu wolnych rodników, ale szybko wytworzył się trwały mechanizm obrony przed ich uszkadzającym działaniem – tłumaczy szef badań Michael Ristow, endokrynolog z Uniwersytetu w Jenie. Organizm potrzebuje glukozy, ale spożywanie jej w zbyt dużych ilościach jest niezdrowe. Od jakiegoś czasu gerontolodzy wiedzieli, że poprzez ograniczenie liczby pobieranych kalorii można wydłużyć życie małp i nicieni. Teraz wytypowano substancję, która pozwala wyjaśnić opisywane zjawisko: glukozę. Po raz pierwszy Niemcy wykazali też, dlaczego przeciwutleniacze (od dawna uznawane za dobroczynne substancje) mogą w przynosić więcej szkód niż korzyści. Podczas eksperymentów na nicieniach zastosowano związek chemiczny, który blokował metabolizm glukozy. Wydłużenie życia Caenorhabditis elegans o 25% to odpowiednik 15 lat u człowieka. Nie mogąc polegać na glukozie jako podstawowym źródle energii, nicienie nasiliły działanie mitochondriów. Spowodowało to wzrost stężenia wysoce reaktywnych wolnych rodników. Wkrótce jednak rozpoczynała się produkcja enzymów, zapewniających długotrwałą ochronę przed szkodliwymi cząsteczkami. Kiedy nicienie mogły znowu żyć w swoim zwykłym środowisku i wykorzystywać glukozę, ich mechanizm obronny i długowieczność nie zanikały. Jeśli zastosowano terapię przeciwutleniaczami, które eliminowały stres oksydacyjny, Caenorhabditis elegans żyły jednak krócej.

W przyszłości będzie się dało wydłużyć ludzkie życie, wymieniając atomy w zjadanym przez nas mięsie. Naukowcy przetestowali już swój pomysł na laboratoryjnych nicieniach, które karmiono pożywką zawierającą naturalne izotopy. Okazało się, że żyły one do 10% dłużej. Według biochemika doktora Mikhaila Shchepinova, cięższe i bardziej stabilne izotopy mogą działać ochronnie na cząsteczki związków budujących ciało, szczególnie zaś zapobiegać uszkadzającemu działaniu wolnych rodników. Shchepinov argumentuje, że wiązania chemiczne podatne na działanie wolnych rodników stałyby się odporniejsze na rozerwanie, gdyby "normalne" atomy zastąpić "silniejszymi" izotopami. Ponieważ takie wiązania są dużo stabilniejsze, możliwe stałoby się spowolnienie procesów utleniania i starzenia. Biochemik tłumaczy, że jeśli nakarmimy zwierzęta paszą z izotopami, dostaną się one do naszych organizmów wraz z ich mięsem. Jakiś czas temu Shchepinov opublikował w piśmie Rejuvenation Research artykuł, w którym opisał, jak można wzmocnić izotopami białka, kwasy tłuszczowe oraz związki budujące DNA. Były pracownik Uniwersytetu w Oksfordzie wierzy, że opracowana przez niego technologia w ciągu najbliższych 3 lat zostanie zastosowana w karmie dla zwierząt, a następnie rozpoczną się testy kliniczne z udziałem ludzi. Czterdziestojednoletni chemik jest tak pewny swego, że zadeklarował, iż przetestuje zmodyfikowane filety z kurczaka na sobie i to już za kilka miesięcy. W doświadczeniach wykorzystuje się izotopy dwóch pierwiastków: węgla i wodoru, a szczególnie deuter (2H lub D, ciężki wodór) i węgiel-13. Deuter da się uzyskać z wody, a węgiel-13 z dwutlenku węgla. Jest to dość drogi proces, ale przeprowadzanie go na większą skalę mogłoby obniżyć koszty. Rosjanin założył firmę Retrotrope i szuka sponsorów, którzy sfinansowaliby jego pomysł.