Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Na niektórych bakteriach występują włosowate struktury komórkowe fimbrie, które jak wtyczka pozwalają im na podłączenie do dużych obwodów biologicznych. Odkrycie zespołu z Uniwersytetu Południowej Kalifornii sugeruje, że kolonie bakteryjne są w stanie przeżyć, komunikować się i dzielić się energią, wykorzystując przewodzące prąd włoski zwane inaczej nanoprzewodami (ang. bacterial/microbial nanowires).

To pierwszy pomiar przewodzenia elektronów wzdłuż bakteryjnych nanoprzewodów – chwali się prof. Mohamed El-Naggar.

Wiedza o zasadach funkcjonowania kolonii bakteryjnych, np. powstających na zębach biofilmów, jest kluczowa dla opracowania metod ich niszczenia (zwłaszcza że wiele z nich cechuje antybiotykooporność). Niektóre kolonie, np. wykorzystywane w ogniwach paliwowych, są jednak przydatne i tutaj warto z kolei mieć świadomość, w jaki sposób optymalizować warunki środowiskowe mikrobów.

Przepływ elektronów w różnych kierunkach jest blisko związany z metabolicznym statusem poszczególnych części biofilmu. Bakteryjne nanoprzewody zapewniają niezbędne połączenia dla przeżycia mikrobiologicznego obwodu.

Bakteryjne nanoprzewody (fimbrie) wyglądają jak długie wystające włosy. Podobnie jak ludzkie włosy, składają się głównie z białka. Amerykanie testowali przewodnictwo na kulturach Shewanella oneidensis MR-1. Bakterie te wytwarzają fimbrie w okresach rozmaitych niedoborów. Manipulując warunkami wzrostu, naukowcy uzyskali bakterie z wieloma włoskami. Następnie mikroorganizmy umieszczono na powierzchni usianej miniaturowymi elektrodami. Kiedy nanoprzewód znalazł się między dwiema elektrodami, zamykając obwód, zaczynał płynąć mierzalny prąd. Przewodnictwo było podobne do odnotowywanego w przypadku półprzewodników – umiarkowane, ale znaczące. Gdy członkowie zespołu El-Naggara przecinali fimbrię, przepływ prądu ustawał. Wcześniejsze badania wykazały, że elektrony mogą się przemieszczać wzdłuż nanoprzewodu bakterii, ale nie dowodziły, że fimbrie przewodzą prąd na całej swojej długości.

Bakterie oddychają, przekazując elektron akceptorowi, w przypadku Shewanelli jest to żelazo Fe(III), które ulega zredukowaniu. Jeśli nie zapewnimy akceptora elektronów, mikroorganizm umiera.
W części przypadków nanoprzewody są jedynym sposobem "pozbywania się" elektronów. Gdy w pobliżu nie ma zbyt wielu akceptorów, fimbrie pozwalają bakteriom na udzielanie pomocy i wysuwanie kolektywnych wypustek do odleglejszych źródeł. Badacze z Uniwersytetu Południowej Kalifornii zauważyli, że Shewanella podłączały się do akceptorów elektronów i do siebie nawzajem, dzięki czemu każdy z członków kolonii mógł oddychać za pośrednictwem sieci nanoprzewodów.

Nanoprzewody, których nazwę ukuto nie tak dawno, bo w 2006 r., wydają się rozpowszechnione w świecie bakterii. Współautor najnowszego badania prof. Kenneth Nealson uważa, że transport elektronów wzdłuż nanoprzewodów stanowi szybszą i dogodniejszą formę komunikowania się bakterii niż opisywane dotąd stopniowe uwalnianie substancji sygnałowych.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Czy można to podpiąć pod ewolucyjny mechanizm, który zapoczątkował budowę systemu nerwowego/komunikacyjnego/trawiennego w organizmach wielokomórkowych?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Nowe badania sugerują, że ssaki – a przynajmniej myszy i świnie – mogą oddychać za pomocą... jelit. Okazało się bowiem, że u zwierząt mających problemy z oddychaniem, podawanie tlenu przez odbyt pomaga je ustabilizować. Tlen jest wchłaniany przez tkankę jelit. Odkrycie może pewnego dnia prowadzić do opracowania ratującej życie metody przezodbytniczej wentylacji ludzi, u których nie można podać tlenu w tradycyjny sposób.
      Wygląda to na szalony pomysł. Jednak dane są przekonujące, mówi Sean Colgan, gastroenterolog z University of Colorado, który nie był zaangażowany we wspomniane badania.
      Ssaki oddychają przez usta i nos, a tlen jest rozprowadzany w organizmie za pośrednictwem płuc. Wiemy jednak, że istnieją zwierzęta wodne, jak ogórki morskie czy ryby sumokształtne, które do oddychania używają jelit. Wiemy też, że ludzkie jelita łatwo wchłaniają lekarstwa. Nie wiadomo było jednak, czy tlen może przenikać z jelit ssaków do ich krwi.
      Takanori Takebe, gastroenterolog z Cincinnati Children's Hospital i jego zespół prowadzili badania na myszach i świniach, u których wywołano hipoksję (niedobór tlenu w tkankach). W jednej z grup znajdowało się 11 myszy. Czterem z nim jelita oskrobano, by zmniejszyć grubość wyściółki i poprawić absorpcję tlenu. Następnie 4 zwierzętom z oskrobanymi jelitami i 4 z nieoskrobanymi wprowadzono przez odbyt czysty tlen. Wszystkie 11 myszy nie miały dostępu do tlenu, którym mogły oddychać w sposób tradycyjny.
      Trzy myszy, które nie otrzymały w ogóle tlenu przeżyły średnio 11 minut. Myszy, którym nie oskrobano jelit i podawano tlen przez odbyt, przeżyły średnio 18 minut. Z kolei 75% myszy, kórym oskrobano jelita i podawano tlen przez odbyt, przeżyło cały trwający godzinę eksperyment.
      Takebe i jego zespół chcieli jednak zrezygnować z trudnego i niebezpiecznego procesu skrobania jelit. Zastąpili więc tlen związkami perfluorokarbonowymi (PFC), które zawierają dużo tlenu i są używane podczas operacji jako środki krwiozastępcze. Jako, że perfluorokarbony są gęste, mogą też pomóc w wypłukaniu śluzu z jelit.
      Naukowcy wprowadzili perfluorokarbony do odbytów trzech myszy i siedmiu świń z hipoksją. Jako grupę kontrolną wykorzystano dwie myszy i pięć świń, którym wprowadzono sól fizjologiczną.
      W grupie kontrolnej saturacja spadła. Tymczasem u myszy, którym wprowadzono PFC powróciła do normy. Z kolei u świń saturacja zwiększyła się o około 15%, hipoksja minęła, a temperatura oraz kolor skóry i kończyn powróciły do normy w ciągu kilku minut.
      Badania dowodzą, że ssaki mogą wchłaniać tlen przez odbyt i że nowa metoda jest bezpieczna. Jej bezpieczeństwo musi jeszcze zostać przetestowane na ludziach. Takebe uważa, że metoda ta przyda się tam, gdzie zawodzą tradycyjne metody podawania tlenu. Z takimi przypadkami mieliśmy do czynienia np. podczas pandemii COVID-19.
      Markus Bosmann, pulmonolog z Boston University, który nie był zaangażowany w badania, mówi, że nawet jeśli nowa metoda jest bezpieczna, będzie ona zdecydowanie mniej efektywna od tradycyjnych metod. Ponadto, jeśli kiedykolwiek będzie używana na ludziach, prawdopodobnie jej stosowanie będzie ograniczone czasowo. Wprowadzanie tlenu do jelit prawdopodobnie zabije mikrobiom, niezbędny do trawienia.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Międzynarodowy zespół naukowy, na czele którego stali specjaliści z University of Edinburgh, zidentyfikował geny powiązane ze starzeniem się i wyjaśnia, dlaczego proces starzenia się przebiega tak różnie u różnych ludzi. Wyniki badań sugerują, że utrzymywanie odpowiedniego poziomu żelaza we krwi pomaga starzeć się lepiej i żyć dłużej.
      Naukowcy oparli swoje badania na na analizie danych genetycznych ponad miliona osób. Jesteśmy bardzo podekscytowani tymi wynikami. Mamy tutaj silną sugestię, że zbyt wysoki poziom żelaza we krwi zmniejsza liczbę zdrowo przeżytych lat oraz że utrzymywanie odpowiedniego poziomu żelaza pozwala kontrolować proces starzenia się. Sądzimy, że nasze odkrycia dotyczące metabolizmu żelaza pozwoli wyjaśnić, dlaczego spożywanie bogatego w żelazo czerwone mięso wiąże się z różnymi schorzeniami wieku starszego, jak na przykład z chorobami serca, mówi główny badać doktor Paul Timmers.
      Wraz z wiekiem nasz organizm powoli traci zdolność do homeostazy, czyli utrzymywania równowagi pomiędzy poszczególnymi parametrami. Brak tej równowagi jest przyczyną wielu chorób, a w końcu śmierci. Jednak przebieg procesu starzenia się jest bardzo różny u różnych ludzi. U niektórych pojawiają się poważne chroniczne schorzenia już w dość młodym wieku i ludzie ci szybko umierają, inni z kolei żyją w zdrowiu przez bardzo długi czas i do końca swoich dni są w dobrej kondycji.
      Autorzy najnowszych badań przyjrzeli się genom i odkryli dziesięć regionów odpowiedzialnych za długość życia, długość życia w zdrowiu oraz długość życia w idealnych warunkach. Naukowcy zauważyli, że istnieje silna korelacja pomiędzy tymi trzema czynnikami, a poziomem żelaza we krwi. Badania statystyczne przeprowadzone metodą randomizacji Mendla potwierdziły, że poziom żelaza ma najbardziej istotny wpływ na długość życia w zdrowiu.
      Na poziom żelaza we krwi wpływ ma nasza dieta. Zbyt wysoki lub zbyt niski jego poziom jest powiązany z chorobami wątroby, chorobą Parkinsona, a w starszym wieku wiąże się z obniżeniem zdolności organizmu do zwalczania infekcji. "Możliwości syntezy hemu spadają wraz z wiekiem. Jego niedobory prowadzą do akumulacji żelaza, stresu oksydacyjnego i dysfunkcji mitochondriów.
      Akumulacja żelaza pomaga patogenom w podtrzymaniu infekcji, co jest zgodne z obserwowaną u osób starszych podatnością na infekcje. Z kolei nieprawidłowa homeostaza żelaza w mózgu wiąże się z chorobami neurodegeneracyjnymi, jak choroba Alzheimera, Parkinsona czy stwardnienie rozsiane, piszą autorzy badań.
      Naukowcy zastrzegają, że kwestie te wymagają dalszych badań, ale już przewidują, że ich odkrycie może doprowadzić do opracowania leków, które zmniejszą niekorzystny wpływ starzenia się na zdrowie, wydłużą nie tylko ludzkie życie, ale też okres życia w zdrowiu.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Sposób, w jaki oddychamy, może wpłynąć na to, jak dobrze nasze wspomnienia się skonsolidują (wzmocnią i ustabilizują). Jeśli po zapoznaniu się z zestawem zapachów oddychamy przez nos, a nie przez usta, lepiej zapamiętamy wonie.
      Nasze badanie pokazuje, że kiedy w okresie konsolidowania wspomnień [podczas transferu doświadczenia do pamięci długotrwałej] oddychamy przez nos, lepiej zapamiętujemy zapachy - podkreśla dr Artin Arshamian z Karolinska Institutet. Nikt tego wcześniej nie zademonstrował.
      Podczas eksperymentu przy 2 okazjach ochotnicy uczyli się 12 zapachów. Później proszono ich, by przez godzinę oddychali nosem (z zaklejonymi ustami) bądź przez usta (z nosem zaciśniętym klamerką). Następnie naukowcy prezentowali im stare i nowe (12) zapachy i pytali, które pochodziły z poprzedniej sesji. Okazało się, że osoby, które między sesjami uczenia i rozpoznawania oddychały przez nos, pamiętały wonie lepiej.
      Następnym krokiem jest zmierzenie, co dzieje się w mózgu podczas oddychania i jak wiąże się to z pamięcią. Wcześniej było to praktycznie niemożliwe, bo elektrody trzeba by wprowadzić bezpośrednio do mózgu. Obeszliśmy jednak ten problem i wspólnie z Johanem Lundströmem pracujemy nad nowymi sposobami pomiaru aktywności opuszki węchowej bez wprowadzania elektrod.
      Wcześniejsze badania wykazały, że receptory w opuszce węchowej nie tylko wykrywają zapachy, ale i zmiany w samym przepływie powietrza. W poszczególnych fazach wdechu i wydechu aktywują się różne części mózgu. Nie wiadomo jednak, na jakiej zasadzie zachodzi synchronizacja oddychania i aktywności mózgu i jak to oddziałuje na mózg, a więc i na nasze zachowanie.
      Idea, że oddychanie wpływa na zachowanie, nie jest nowa. Wiedza na ten temat towarzyszy nam od tysięcy lat w takich dziedzinach, jak np. medytacja. Dotąd nikt jednak nie wykazał naukowo, co dokładnie dzieje się w mózgu. Teraz mamy narzędzia, które [miejmy nadzieję] ujawnią nowe kliniczne fakty.
      Naukowcy sądzą, że gdy wspomnienia są odtwarzane i wzmacnianie podczas konsolidacji, oddychanie przez nos ułatwia komunikację między sieciami sensorycznymi i pamięciowymi.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Grupa naukowców położyła fundamenty pod skonstruowanie niezwykle dokładnego zegara atomowego. Zegara, który może pomylić się o 1/10 sekundy w ciągu 14 miliardów lat.
      Takie urządzenie byłoby przydatne do nawiązywania bezpiecznej łączności oraz posłużyłoby do zbadania postaw fizyki. Obecnie najdokładniejszy zegar atomowy świata - brytyjski CsF2 - może wykazać odchylenie o 1 sekundę na 138 milionów lat.
      Obecnie używane zegary atomowe są wystarczająco dokładne do większości zastosowań. Są jednak takie dziedziny, w których posiadanie dokładniejszego zegara jest bardzo pożądane - mówi profesor Alex Kuzmich z Georgia Institute of Technology. Oprócz fizyków z Georgii w pracach zespołu brali udział naukowcy z australijskiego University of New South Wales oraz University of Nevada.
      Zegary atomowe do pomiaru czasu wykorzystują drgania elektronów w atomach wywoływane przez działanie laserów. Jednak elektrony są podatne na oddziaływanie pola elektrycznego i magnetycznego, co zaburza ich dokładność. Naukowcy z USA i Australii wpadli na pomysł, by zamiast elektronów wykorzystać neutrony, które są cięższe i gęściej upakowane, zatem mniej podatne na wpływy zewnętrzne. Zegar neutronowy powinien być zatem dokładniejszy od opartego na elektronach.
      W naszym artykule pokazaliśmy, że za pomocą lasera można tak wpłynąć na orientację elektronów, że będziemy mogli wykorzystać neutrony w roli wahadła odmierzającego czas. Jako, że neutrony są gęsto upakowane, czynniki zewnętrzne nie będą miały niemal żadnego wpływu na ich drgania - mówi Corey Campbell, główny autor artykułu.
      Uczeni proponują wykorzystać petahercowy (1015) laser do wzbudzenia jonu toru 229. Taki zegar będzie pracował tylko w bardzo niskich temperaturach, rzędu ułamków kelwina. Zwykle takie temperatury uzyskuje się za pomocą lasera, jednak tutaj będzie to stanowiło problem, gdyż laser jest wykorzystywany do wzbudzenia jonów. Naukowcy zaproponowali użycie jonu toru 232 obok toru 229. Tor 232 reaguje na inną częstotliwość światła lasera niż tor 229. Cięższy jon miałby zostać schłodzony i schłodzić cały system, bez wpływania na oscylacje toru 229.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z Uniwersytetu Stanforda są pierwszymi, którzy uzyskali system składający się z „zaprojektowanych elektronów“. Pozwala to na dobranie właściwości elektronów, a w przyszłości umożliwi stworzenie nowych typów materiałów.
      Sercem wszystkich dzisiejszych technologii jest zachowanie się elektronów w materiale. Teraz jesteśmy w stanie dobrać podstawowe właściwości elektronów tak, by zachowywały się one w sposób rzadko spotykany w zwykłych materiałach - mówi profesor Hari Manoharan.
      Pierwszym stworzonym w ten sposób materiałem jest struktura w kształcie plastra miodu, zainspirowana grafenem. Naukowcy nazwali ją „molekularnym grafenem“.
      Uczeni za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego umieszczali pojedyncze molekuły tlenku węgla na idealnie gładkiej powierzchni miedzi. Węgiel odpychał wolne elektrony z atomów miedzi i zmuszał je do utworzenia heksagonalnej struktury, w której miały właściwości podobne do elektronów w grafenie, czyli zachowywały się tak, jakby nie miały masy. Aby odpowiednio dobrać ich właściwości uczeni przesuwali molekuły CO, co zmieniało symetrie przepływu elektronów. W pewnych ustawieniach zachowywały się one tak, jakby były wystawione na działanie pola elektrycznego bądź magnetycznego. Inne ułożenie molekuł umożliwiało np. na precyzyjne dobranie gęstości elektronów na powierzchni. Możliwe było też wyznaczenie obszarów, na których elektrony zachowywały się tak, jakby posiadały masę. Jedną z najbardziej niesamowitych rzeczy, którą osiągnęliśmy jest spowodowanie, by elektrony zachowywały się tak, jakby znajdowały się w silnym polu magnetycznym, podczas gdy w rzeczywistości nie ma żadnego pola - stwierdza Manoharan. Dzięki teorii opracowanej przez współautora badań, którym jest Francisco Guinea z Hiszpanii, naukowcy byli w stanie obliczyć, jak ułożyć atomy węgla, by elektrony zachowywały się jak zostały poddane polu magnetycznemu do 60 tesli.
      To nowe pole do badań dla fizyki. Grafen molekularny to pierwsza z wielu możliwych struktur. Sądzimy, że nasze badania pozwolą na stworzenie nowych przydatnych w elektronice materiałów - mówi Manoharan.
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...